轨道—线圈复合型电磁炮发射机理研究

论文摘要

电磁炮是利用电磁力加速弹丸的新概念武器,具有炮口速度高、能量利用率高、性能优良和可控性好等远胜于传统火炮的优点。轨道炮和线圈炮是电磁炮的基本类型,但它们互有优劣,轨道-线圈复合型电磁炮则将二者结合起来。本文对复合型电磁炮的发射机理进行研究,着重研究复合后的新机制,并针对出现的新问题提出了解决方法。首先,从物理学原理出发对电磁发射理论进行分析。将基于各种电磁炮的分立加速机理整合为统一的理论,论述了驱动力的电感梯度表示的来源及适用条件,讨论了驱动力的安培力表示和电感梯度表示的等价性。定义了牵引式和推进式电磁发射,得到了关于能量转换效率的一些普遍结论。初步分析表明复合型电磁发射存在轨道-线圈交叉作用项。其次,对一种以铁磁体弹丸线圈炮为主的特殊复合炮进行研究,主要侧重于饱和磁化情形下系统的性能潜力。数值计算结果显示强磁场条件下弹丸获得的动能与线圈电流成线性关系,系统的能量转换效率则随电流增大而降低。最后,系统地研究了一种弹丸由铝块和铜线圈组成的复合炮,并提出了改进型的四轨复合炮,分析与计算了它们的驱动力、轨道-线圈交叉作用项及其对发射性能的影响。结果说明交叉作用使普通的双轨复合炮弹丸与炮管间存在较大的压力,导致弹丸运动不稳定及摩擦阻力,而四轨复合炮基本消除了交叉作用的不利影响,系统性能显著优于双轨复合炮。因此,复合型电磁发射应当采用多对导轨对称分布的推进式电磁发射方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电磁炮概述
• 1.1.1 电磁炮的历史和现状
• 1.1.2 电磁炮的优点
• 1.1.3 电磁发射技术的应用前景
• 1.2 本课题概述
• 1.2.1 轨道-线圈复合炮的研究背景与意义
• 1.2.2 研究方法与内容
• 第二章 复合型电磁炮发射机理的理论基础
• 2.1 各类电磁炮加速机理的统一理论
• 2.1.1 电磁炮加速机理的场分析法
• 2.1.2 电磁炮加速机理的电路分析法
• 2.1.3 两种理想的电磁炮系统
• 2.2 弹丸动能与发射过程的能量转换效率
• 2.2.1 电磁发射过程的系统方程
• 2.2.2 弹丸动能与发射过程的能量转换效率
• 2.2.3 牵引式与推进式电磁发射及能量转换效率的一般结论
• 2.3 轨道炮简要分析与驱动力的两种表示的等价性
• 2.3.1 轨道炮性能分析
• 2.3.2 轨道炮弹丸所受磁场力的两种表示的等价性
• 2.4 线圈炮简要分析与驱动力的两种表示的等价性
• 2.4.1 线圈炮简要分析
• 2.4.2 线圈炮弹丸所受磁场力的两种表示的等价性
• 2.5 轨道-线圈复合炮分析
• 2.5.1 轨道-线圈复合炮的结构
• 2.5.2 轨道-线圈复合炮的运行机理
• 2.5.3 复合炮的轨道-线圈交叉作用
• 2.6 本章小结
• 第三章 铁磁体弹丸复合炮机理研究
• 3.1 铁磁体弹丸线圈炮原理
• 3.1.1 铁磁体弹丸所受的磁场力
• 3.1.2 铁磁体的磁化强度
• 3.1.3 发射过程的能量转换效率
• 3.2 驱动线圈磁场分布的分析与计算
• 3.3 强磁场条件下铁磁体弹丸线圈炮的性能参量计算
• 3.3.1 计算模型
• 3.3.2 计算结果与分析
• 3.4 铁磁体弹丸线圈炮的仿真验证与实验
• 3.4.1 Maxwell 软件仿真验证
• 3.4.2 铁磁体弹丸线圈炮实验
• 3.5 本章小结
• 第四章 铜铝弹丸复合炮机理研究
• 4.1 双轨复合炮弹丸的各项作用
• 4.1.1 铝块所受磁场力分析
• 4.1.2 铜线圈所受磁场力分析
• 4.1.3 各项作用的意义
• 4.2 四轨复合炮的提出与分析
• 4.2.1 四轨复合炮结构
• 4.2.2 四轨复合炮的轨道-线圈交叉作用
• 4.3 复合炮弹丸所受各项作用的计算
• 4.3.1 复合炮结构参数
• 4.3.2 计算方案
• 4.3.3 计算结果
• 4.4 复合炮性能参量计算
• 4.4.1 弹丸的动能与速度
• 4.4.2 发射过程的能量转换效率
• 4.5 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果