多極矩場電磁推進模式研究與系統(tǒng)設計.pdf

1、電磁推進或者稱為電磁發(fā)射(Electromagnetic Launch，EML)，是指根據(jù)磁場與電流之間的相互作用效果，利用電磁力推進或驅(qū)動物體，使之加速運動達到所需應用要求的一類發(fā)射裝置。電磁推進器具有發(fā)射質(zhì)量范圍大、出口初速度高、能源簡易、發(fā)射效率高、工作性能優(yōu)良、可控性好和結(jié)構(gòu)多樣等優(yōu)點，使其在未來軍事武器、科學研究、航天和交通、民用工業(yè)等相關領域有著廣泛的應用潛力。
　　按照推進裝置結(jié)構(gòu)和工作原理的不同，常規(guī)電磁推進器基本

2、上可以分為三大類：導軌式(軌道炮Railgun)、同軸線圈式(線圈炮Coilgun)和重接式(Reconnection gun)。對于大質(zhì)量和大推力的發(fā)射要求，常規(guī)電磁推進器存在一些原理性缺陷或面臨一定技術(shù)困難。導軌型電磁推進器的兩條平行導軌和電樞是在兆安級電流下進行工作的，電樞、導軌等部件在發(fā)射瞬間要承受極大的熱流和電磁應力沖擊，容易造成導軌的嚴重燒蝕與表面剝落，本身高速運動與電接觸摩擦就是一對矛盾問題；同軸直螺線管線圈型推進器對拋體

3、電樞的電磁力主要分量為徑向力，表現(xiàn)為徑向壓縮力或徑向擴張力，而用于對拋體電樞加速的軸向分量力則較小，且軸向加速力遠小于徑向作用力，因此，線圈型電磁推進器的電磁力利用率不高。本論文在國內(nèi)外首次提出應用徑向磁場與環(huán)向電流相互作用進行電磁推進的思想，建立了多極矩場線圈型電磁推進模式，并對多極矩場線圈型電磁推進系統(tǒng)進行分析和設計。
　　論文首先對線圈型電磁推進的動力學過程進行分析，給出了導軌型和線圈型電磁推進的數(shù)學模型，并對常規(guī)線圈型電磁

4、推進模式的關鍵技術(shù)進行研究，發(fā)現(xiàn)存在問題并加以改進；接著，提出應用徑向磁場與環(huán)向電流相互作用進行電磁推進的思想，建立了多極矩場線圈型電磁推進模式，對多極矩磁場構(gòu)型進行數(shù)學解析，分析多極矩場電磁推進模式的數(shù)學模型和機電方程，并給出系統(tǒng)方程的求解方法；然后，采用電磁場有限元方法仿真計算多極矩場電磁推進的瞬態(tài)發(fā)射過程，對帶有彈射線圈的單級八極矩線圈推進系統(tǒng)進行瞬態(tài)運動仿真，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，多極矩場電磁推進模型解決了傳統(tǒng)線圈型電磁推進器軸向電磁力分量

5、不足導致加速力較小的缺陷，并對拋體電樞提供了穩(wěn)定的懸浮恢復力；對三級并排八極矩線圈型電磁推進器的瞬態(tài)發(fā)射仿真，結(jié)果表明，多級加速效果明顯，該模式具有向多級高速擴展的潛力；最后，對多級扭轉(zhuǎn)八極矩場線圈型電磁推進器進行系統(tǒng)設計，扭轉(zhuǎn)多極矩場線圈型電磁推進器是對并排多極矩場線圈的結(jié)構(gòu)改進，理論分析和仿真結(jié)果顯示，該推進模式使拋體電樞具有自旋運動，提高了拋體電樞的運動穩(wěn)定性；同時，該部分還對電源電路與檢測控制系統(tǒng)進行設計和優(yōu)化，設計了多極矩線圈