电磁轨道炮轨道特性的数值仿真

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电磁轨道炮是采用电能作为能源的新型发射方式,在发射性能的提高方面有着巨大的潜力,成为近年来的热门研究。轨道作为炮身重要组成部分之一,其工作时的变形大小影响着电磁轨道炮的发射稳定性。国内外学者针对轨道的变形的研究多在于通过理论计算分析荷载与轨道变形的相关性,关于如何减少变形的研究还尚待完善。本文运用有限元模拟与理论分析的方法,对两种不同截面形状的电磁轨道炮轨道在发射时的变形与电磁力分布进行了分析计算,目的为确定哪一种轨道的截面形式更适合减小轨道变形。论文的主要工作如下:(1)对轨道受到的安培力进行理论分析,得出了轨道与电枢在通电状态下的体积力表达式。结果表明,轨道炮工作时,电枢与轨道互相影响,轨道受到的力并非全部来自于电枢的推力,而是还包括来自另一侧轨道的斥力,但轨道炮整体系统的内力平衡。(2)针对电流传递面积、身管截面结构等参数,建立了具有可对比性的两种轨道炮模型,并设定了材料参数、结构接触方式以及边界条件等有限元计算所需的前提条件。(3)对电磁发射的电磁-结构场进行了有限元仿真。得到了两种轨道的体积力分布、电流分布以及结构变形情况。结果表明,圆形轨道和电枢在发射推力上不亚于方形轨道和电枢,同时电枢内部体积力分布更加均匀;圆形轨道在抵抗结构变形方面优于方形轨道,其中与电枢接触的区域扩张变形较方形轨道减小了约24%;相同电流条件下圆形轨道在结构稳定方面更具优势。(4)采用有限元仿真方法,研究了轨道形变量与轨道截面形状的关系。结果显示,随着轨道截面弯曲弧度增大,轨道形变量减小呈现出一定的规律性。
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