基于六極矩的多極矩電磁推進系統(tǒng)發(fā)射性能改進.pdf

1、電磁推進技術是一種利用電磁力將物體推進到高速以滿足發(fā)射要求的技術。電磁推進技術具有發(fā)射質量范圍大、出口速度高、發(fā)射效率大、能源清潔、發(fā)射成本低等優(yōu)點，其在航空、軍事、民用領域得到廣泛應用。電磁推進器按推進原理和結構特點可分為線圈型、重接型和軌道型三類，目前對其研究較為充分，但同時一些技術缺陷還沒有解決。
　　針對電磁推進器的一些技術缺陷，本實驗室提出了多極矩電磁推進構型，該構型具有軸向加速力大于徑向壓縮力、電樞與驅動線圈無接觸、適

2、合發(fā)射大質量物體等特點，同時，相比其他電磁推進器，多極矩電磁推進器可通過上下級線圈扭轉角度的調整可實現自旋速度可控。然而，多極矩構型作為一種新穎的電磁推進器，許多機理還亟需進一步研究。本文針對多極矩構型的不足，從裝置本身和外電路上對其發(fā)射性能進行改進。
　　本文首先從原理上分析了多極矩構型的磁擴散、渦流場和電路集中參數等特性，研究了多極矩的動力學特性，為后面的仿真和實驗提供了理論支撐。其次利用有限元仿真軟件建立了多極矩三維瞬態(tài)模型

3、，發(fā)現脈沖電源電容電壓、驅動線圈尺寸、初始觸發(fā)位置和耦合間隙對多極矩發(fā)射性能有較大影響，得到了一定約束條件下最優(yōu)參數匹配。接著分析了續(xù)流放電方式和軟磁材料的磁化強度對多極矩發(fā)射性能的影響，研究發(fā)現合適大小的放電電阻和放電電容能加快驅動線圈剩余電流的釋放，消弱電樞捕獲效應，提升發(fā)射效率;當給裝置中加入軟磁材料后，能提升系統(tǒng)發(fā)射效率，不加軟磁材料時發(fā)射效率為1.26％，加入軟磁材料7.5*Steel1010后發(fā)射效率為2.59％，效率提升一

4、倍。隨后對比了普通型和圓弧型多極矩的發(fā)射性能，在高耦合情況下，圓弧型裝置更適合電樞旋轉，并且可以讓電樞具有同樣較高的出口速度，通過下級線圈對上級線圈正反扭轉，可以實現電樞的正反旋轉，提高了電樞自旋穩(wěn)定性。最后研究了多極矩雙電樞發(fā)射的可行性，并設計制作了單級六極矩推進器，從理論、仿真和實驗上分析了雙電樞發(fā)射是可行的，以8kV為例，單獨對小電樞發(fā)射效率為2.50％，單獨對大電樞發(fā)射效率為2.37％，同時對兩個電樞發(fā)射的效率為4.27％，總發(fā)