电磁轨道发射装置优化设计与损伤抑制方法

第1章 绪论 1

1.1 电磁轨道发射装置概念与电磁力产生机理 1

1.1.1 电磁轨道发射装置概念 1

1.1.2 电磁力产生的机理 1

1.2 电磁轨道发射装置组成与工作流程 3

1.2.1 电磁轨道发射装置组成 3

1.2.2 电磁轨道发射装置工作流程 5

1.3 电磁轨道发射装置关键技术及应用 6

1.3.1 电磁轨道发射装置关键技术 6

1.3.2 电磁轨道发射装置应用 8

1.4 电磁轨道发射装置发展现状 9

1.5 电磁轨道发射装置优化设计与损伤抑制方法研究现状 14

1.5.1 轨道优化设计 14

1.5.2 电枢优化设计 15

1.5.3 电枢熔化机理分析及抑制方法 16

1.5.4 电枢转捩机理分析及抑制方法 19

1.5.5 轨道刨削机理分析及抑制方法 22

参考文献 25

第一部分 电磁轨道发射装置优化设计 32

第2章 电磁轨道发射装置系统模型 32

2.1 电磁轨道发射装置系统数学模型 32

2.1.1 电枢动力学数学模型 33

2.1.2 脉冲放电电路数学模型 35

2.1.3 电感梯度计算模型 39

2.2 电磁轨道发射装置系统仿真模型 44

2.2.1 电枢动力学仿真模型 45

2.2.2 脉冲放电电路仿真模型 45

2.2.3 电感梯度仿真计算模型 47

2.3 仿真算例 49

2.3.1 参数设定与计算 49

2.3.2 仿真结果 50

2.4 小结 51

参考文献 51

第3章 性能参数影响分析及轨道参数优化 53

3.1 性能指标 53

3.2 性能参数影响分析 54

3.2.1 轨道参数对性能的影响 54

3.2.2 电气参数对性能的影响 59

3.3 基于多目标遗传算法的最优轨道参数设计 61

3.3.1 多目标遗传算法 62

3.3.2 优化问题描述 64

3.3.3 优化流程 64

3.3.4 优化结果与仿真验证 65

3.4 小结 71

参考文献 72

第4章 基于温度场与应力场仿真的轨道截面构型与材料优选 73

4.1 轨道截面构型与材料优选思路 73

4.2 轨道温度场与应力场仿真 74

4.2.1 多物理场耦合仿真方法 74

4.2.2 轨道热载荷分析与计算模型 75

4.2.3 仿真条件设置 79

4.2.4 仿真过程 80

4.2.5 仿真结果与分析 84

4.3 基于温度场与应力场仿真的轨道构型优选示例 86

4.3.1 轨道截面构型设计 86

4.3.2 不同构型的轨道温度场与应力场仿真与分析 87

4.4 基于温度场与应力场仿真的轨道材料优选示例 90

4.4.1 轨道材料选择 90

4.4.2 不同材料的轨道温度场与应力场仿真与分析 90

4.5 小结 93

参考文献 94

第5章 基于接触特性和电热特性分析的电枢构型和参数优化 96

5.1 电枢构型对接触特性的影响 96

5.1.1 C形电枢接触特性仿真分析 96

5.1.2 电枢构型改进及接触特性仿真分析 99

5.2 电枢构型对电热特性的影响 105

5.2.1 C形电枢电热特性仿真分析 105

5.2.2 改进构型电枢电热特性仿真分析 107

5.3 电枢优化设计 111

5.3.1 电枢构型优化设计 112

5.3.2 电枢参数优化设计 113

5.4 小结 117

参考文献 117

第二部分 电磁轨道发射装置损伤抑制方法研究 118

第6章 电枢熔化机理分析及抑制方法 118

6.1 电枢熔化机理分析 119

6.1.1 电枢熔化形成机理 119

6.1.2 电枢接触面热流计算与分析 120

6.1.3 电枢熔化过程仿真与分析 124

6.1.4 电枢熔化参数影响分析 128

6.2 基于电枢预加速降低接触面热积累的电枢熔化抑制方法 131

6.2.1 抑制思路 131

6.2.2 抑制方案 131

6.2.3 抑制效果的仿真分析 135

6.3 基于炮口分流降低接触电阻焦耳热功率的电枢熔化抑制方法 136

6.3.1 抑制思路 136

6.3.2 抑制方案 137

6.3.3 抑制效果的仿真分析 142

6.4 小结 143

参考文献 144

第7章 电枢转捩机理分析及抑制方法 146

7.1 电枢转捩机理分析 146

7.1.1 电枢转捩形成机理 146

7.1.2 电枢转捩模型 149

7.1.3 电枢转捩过程仿真与分析 151

7.1.4 电枢转捩参数影响分析 158

7.2 基于尾翼分层降低涡流的电枢转捩抑制方法 160

7.2.1 抑制思路 160

7.2.2 抑制方案 161

7.2.3 抑制效果的仿真分析 163

7.3 小结 165

参考文献 166

第8章 轨道刨削机理分析及抑制方法 167

8.1 轨道刨削机理分析 167

8.1.1 轨道刨削形成机理 168

8.1.2 轨道的动态响应分析与接触模式 170

8.1.3 轨道刨削过程仿真与分析 175

8.1.4 轨道刨削参数影响分析 181

8.2 基于低密度材料降低碰撞动能传递的轨道刨削抑制方法 183

8.2.1 抑制思路 183

8.2.2 抑制方案 184

8.2.3 抑制效果的仿真分析 189

8.3 小结 191

参考文献 192

第三部分 试验设计与验证 194

第9章 试验平台与试验参数测量方法 194

9.1 试验平台 194

9.1.1 试验平台设计目标要求 194

9.1.2 试验平台组成 195

9.1.3 脉冲电源设计 196

9.1.4 发射装置设计 198

9.1.5 试验系统实现 199

9.2 试验参数测量方法 204

9.2.1 电感梯度测量 204

9.2.2 脉冲电流测量 205

9.2.3 电枢速度测量 206

9.2.4 电容器组充电电压与炮口电压测量 207

9.3 小结 208

参考文献 208

第10章 系统模型与优化设计效果试验验证 209

10.1 试验内容确定 209

10.2 系统模型正确性与优势性验证 210

10.2.1 电枢动力学模型与脉冲放电电路模型验证 210

10.2.2 电感梯度计算模型验证 215

10.3 轨道参数优化效果试验验证 217

10.4 电枢构型和参数优化效果试验验证 221

10.4.1 构型优化效果试验验证 221

10.4.2 电枢参数优化效果试验验证 222

10.5 小结 223

参考文献 224

第11章 损伤抑制效果试验验证 225

11.1 试验内容确定 225

11.2 基于炮口分流的电枢熔化抑制效果试验验证 225

11.2.1 试验方案 226

11.2.2 试验与结果分析 227

11.3 基于尾翼分层的电枢转捩抑制效果试验验证 229

11.3.1 试验方案 230

11.3.2 试验与结果分析 230

11.4 小结 234

参考文献 234