基于有限元仿真的不同截面轨道炮特性分析

张 威，李海元，栗保明

(南京理工大学瞬态物理国家重点实验室，江苏 南京 210094)

1 引言

轨道炮是具有重大发展前景的新概念武器。轨道炮由一对平行金属导轨、电枢、弹丸、身管以及高功率脉冲电源组成[1]。身管结构是影响轨道炮性能的因素之一，选择合适的结构可以提高发射精度，减少炮膛损耗，增加轨道炮寿命以及可靠程度。在电枢高速状态下，轨道受到电磁力作用下产生瞬态变形，从而影响枢轨之间的电接触性能。国内外学者对轨道炮发射过程中轨道的受力与变形开展了研究。Tzeng[2]将弹性基础梁引入电磁发射装置轨道的力学模型中，给出了控制方程的数值解。张益男[3]求出了轨道在电磁力作用下横向变形的通解和内力的具体形式，同时分析了不同地基弹性系数对变形的影响。李鹤[4]指出了不同轨道截面的形状会对发射电流产生影响，从而抑制或者加重轨道的烧蚀。

目前国内外对轨道的振动或变形研究，大都基于将轨道视为施加了电磁力或电枢作用的弹性梁结构，重点计算电磁力或电枢作用中的一项，从而忽略了电枢与轨道之间的摩擦力。同时关于如何从结构上减少变形也少有论述。针对上述的不足，建立了身管-轨道-电枢模型，引入结构之间的摩擦力，同时考虑电枢与电流同时对轨道的作用，利用软件仿真计算，分析两种不同轨道发射时的身管反应，找出轨道结构影响身管变形的多种因素。

2 理论分析

轨道炮基本原理图如图1所示。……