转捩问题一直是制约电磁发射装置发射效率、发射寿命甚至发射成功与否的关键技术障碍之一,研究其产生和发展的机理并通过一些行之有效的优化方案避免转捩的发生一直是国内外电磁工作者研究的焦点,目前尚没有单一有效的理论来解释转捩的产生过程及原因。本文运用有限元软件对固体C形铝电枢和矩形铜导轨组成的发射装置进行了电磁-热-力耦合分析,提出了导致转捩发生的一种原因,并在此基础上展开了枢轨模型几何尺寸优化。具体工作分为两方面:利用等效力施加的方法和迭代思想得到了发射过程中枢轨过盈力和洛伦兹力共同作用下的电接触特性,同时分析了摩擦热和欧姆热分别对电枢破坏的影响。通过总结国内外十多年实验所回收的固体电枢破坏界面的共性,对比本文仿真所得各结果,提出了发射后期铝液层将在反向洛伦兹力作用下收缩并相对于电枢整体运动,并在击穿电压下发生转捩这一推测。随后基于枢轨间必然存在铝液和磨屑这一前提条件,研究各位置处铝液和磨屑相对于电枢的运动趋势,从相对运动的角度佐证了这一推测。本推测所预测的转捩时间与德州大学多发重复实验结果极其吻合。结构优化包括瞬态电磁场优化和静态结构场优化两部分。前者主要考虑枢轨模型各几何尺寸改变对回路电流、最大电流密度和驱动力等性能的影响规律及原因;后者主要考虑洛伦兹力和枢轨过盈力共同作用下枢轨几何尺寸对枢轨电接触性能、力学性能的影响规律。几何尺寸的改变必将同时影响发射装置的电学性能和力学性能,从多方面性能同时对发射装置几何尺寸进行优化,协调各性能之间的矛盾更具有实践意义。