多极矩电磁推进系统效率影响因素的综合分析和扭转特性研究

摘要

电磁推进技术是指利用电磁力将物体加速到一定速度的技术。这种推进技术的特点有使用成本低、绿色节能、发射效率高、能够加速推进各种质量的物体等。尤其在新型武器方面，电磁推进技术具有很大的应用前景。目前常规的三类电磁推进技术包括导轨型、线圈型和重接型。但是这三类技术都有其固定的缺陷，如导轨型因为存在电接触，大电流和摩擦会对导轨产生很大的损耗，使用寿命一般都较低;而线圈型的因为径向压缩力大，容易在推进过程中使电枢发生变形。
　　针对现有的电磁推进技术存在的这些缺陷，保留已有的电磁推进技术的优点，本实验室课题组提出了一种新型的多极矩电磁推进方式。影响电磁推进技术的发射性能的因素有很多，为了得到更高的出口速度和更好的能量转化效率，我们需要对这些影响效率的因素进行仿真分析。同时，多极矩构型作为一种新型的电磁推进方式，需要进一步的研究，很多的特性也需要实验去验证。
　　本文首先从原理上分析了多极矩电磁推进方式的电磁特性。然后建立了多极矩推进系统的仿真模型，分析了电压、电容、初始位置等多个参数的变化对推进系统效率的影响。然后，本文研究了电枢捕获效应，即电枢的减速特性，提出了一个通过优化外电路来减弱电枢捕获效应，提高系统发射性能的方法。仿真结果表明，这个方法可以有效的提高电枢出口速度和系统能量转化效率。在已有的多极矩扭转构型的基础上，提出了一种新型的单级多极矩扭转构型，在单级驱动线圈的条件下，实现电枢的直线加速和旋转加速。并仿真分析了不同扭转角度、不同开槽数等条件的变化对单级多极矩推进系统发射性能的影响。最后，设计和制作了一个单级六极矩的电磁发射器，搭建了一个电磁推进系统的实验平台，从实验的角度，验证了这种新构型能够在单级情况下实现电枢直线和旋转同时加速。实验结果以及变化规律与仿真吻合。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 电磁推进技术概述及分类

1．1．1 电磁推进技术概述

1．1．2 电磁推进技术的分类

1．2 电磁推进技术的发展历程与研究现状

1．2．1 国外发展历程与研究现状

1．2．2 国内发展现状

1．3 多极矩电磁推进构型概述

1．3．1 多极矩构型的提出及其优势

1．3．2 多极矩构型的现存问题及课题研究意义

1．4 论文工作内容与章节安排

第2章 多极矩电磁推进系统效率影响因素的仿真分析

2．1 多极矩电磁推进系统理论分析及数学模型

2．1．1 二维静磁场的多极展开

2．1．2 基于电磁场理论的多极矩数学模型

2．1．3 多极矩系统电路集中参数分析

2．2 多极矩电磁推进系统建模

2．2．1 有限元分析软件介绍

2．2．2 多极矩电磁推进系统的仿真模型建立

2．3 多极矩电磁推进效率影响因素的仿真分析

2．3．1 电参数对推进效率的影响分析

2．3．2 电枢的结构参数和位置参数对推进效率的影响分析

2．4 本章小结

第3章 电枢捕获效应对效率的的影响分析与优化

3．1 电枢捕获效应的分析

3．1．1 基于场的参数模型分析

3．1．2 基于有限元的仿真分析

3．2 外电路加续流电阻对电枢捕获效应的影响

3．3 含放电电阻续流回路的改进优化

3．4 优化外电路后的多极矩电磁推进模型的仿真分析

3．5 本章小结

第4章 多极矩场电磁推进系统扭转特性分析

4．1 多极矩场电磁推进模型扭转力产生的原理

4．2 多级多极矩扭转电磁推进模型

4．3 单级多极矩圆弧形扭转电磁推进模型的提出和仿真分析

4．3．1 单级圆弧形多极矩扭转电磁推进模型的构成和仿真验证

4．3．2 电枢凹槽扭转角度变化对推进系统发射性能的影响

4．3．3 电枢凹槽参数变化对推进系统发射性能的影响

4．4 本章小结

第5章 单级圆弧形六极矩扭转特性实验研究

5．1 单级圆弧形六极矩发射体的设计与制作

5．2 实验平台的搭建

5．3 不同实验条件下的实验结果及分析

5．3．1 电枢不同开槽数下的实验结果及分析

5．3．2 电枢不同扭转角度下的实验结果及分析

5．3．3 不同电源条件下的实验结果及分析

5．3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文