电磁轨道瞬态温度效应研究

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电磁轨道炮以响应快、威力大、精准可控等优点在军事领域、航空航天领域等具有广阔的应用前景,近年来已有大量关于电磁轨道炮的理论研究,但距离其进入实际工程应用还有一系列问题亟待解决。电磁轨道炮发射时,脉冲大电流通过金属轨道产生焦耳热,同时电枢相对轨道高速滑动产生摩擦热,周期性的热量积累会严重影响轨道和电枢的性能及使用寿命。关于电磁轨道炮发射过程中轨道内积聚热量的来源、热量的生成机理以及轨道瞬态温度效应的相关研究意义重大。受条件限制,本研究采用仿真模拟手段。首先理论分析了电磁轨道温升的三种热量来源,利用解析方法得到了他们随时间的变化曲线,三种热量均呈非线性增长趋势,并在最后趋于稳定;然后对电磁轨道炮的电磁场、温度场数学模型进行分析,在此基础上利用有限元分析软件Comsol建立了电磁轨道炮三维瞬态电磁场-温度场耦合模型,模拟结果表明轨道温度分布与电流密度分布基本一致,在轨枢接触区域均集中分布在电枢尾部方向,在轨道横截面上均集中分布在轨道内侧1~1.5 mm的薄层内,另外还得到了轨道温度的时变特性,随着电流的扩散温度分布逐渐均匀,轨道上各点温度先随时间单调递增,后又由于电流下降有一个小幅度降低,该模拟结果可为轨道中冷却管道的设计位置提供理论依据;最后在控制变量的条件下,研究了输入电流峰值、电流波形、轨道材料、轨道尺寸以及电枢尺寸等因素对轨道温度的具体影响,得出的结论可以为电磁发射装置的优化设计提供参考。
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