电磁轨道发射装置截面形状对发射性能影响

张朝永，刘 峰，黄立阳，张晖辉

(燕山大学河北省重型装备与大型结构力学可靠性重点实验室 秦皇岛 066004)

0 引 言

电磁轨道炮是利用磁场对金属电枢的洛伦兹力力作用，推动电枢被加速到具有大动能的杀伤性武器[1]。根据能量守恒关系推导得出了一种电枢受洛伦兹力的关系式F=L′I2/2，其中导轨的电感梯度L′，即单位长度电感值是决定电磁发射性能的重要参数之一[2-4]。

电感梯度作为电磁发射装置的固有属性，它的大小与轨道形状和尺寸有着密切关系。关于轨道几何尺寸对电感梯度影响，国内外学者进行了大量的理论[3-10]与数值计算[11-16]方面的工作。理论上的工作主要通过Biot-savat定律考虑趋肤效应，专注于不同情况下发射装置几何尺寸变化对电感梯度的影响，但是只针对典型矩形口径电磁轨道发射器，且无法适用于复杂的电枢截面形状。Kim 和 Hsieh[11]通过比较二维与三维数值计算模型得出结论，即电感梯度大小与导轨的几何尺寸有关。A,Keshtkar等[12-13]应用有限元分析了考虑电枢情况下，导轨厚度与宽度对电感梯度的影响，得出电感梯度随导轨间距增大而增大。周媛等[14]在60 Hz频率电流下得出相同截面积的矩形截面导轨，宽高比越大所对应电感梯度越大。邢彦昌等[1]考虑电流频率为50 Hz时，计算了考虑电枢情况下电感梯度的影响因素。Rip等[16]通过EMAP3D分析了不同形状电枢的电流密度分布。袁建生等[17]通过ANSYS分别分析了三种轨道在上升沿、平沿和下降沿时的电流分布差异，电流在导轨内反向流动，在临近效应与趋肤效应综合影响下电流上升沿时两个导轨内侧表面电流密度较大，在电流下降沿分布与上升沿相反。……