電樞軌道高速滑動電接觸界面熱流體動力潤滑研究.pdf

1、電磁發(fā)射過程中，電樞與軌道滑動接觸面之間的接觸性能對發(fā)射效果有著非常重要的影響。極限工作條件下電樞表面的熔化形成具有潤滑作用的金屬液化層不可避免，電樞表面熔化產(chǎn)生的金屬液化層的潤滑行為也會直接影響電樞軌道界面的狀態(tài)，電樞表面的潤滑也與轉(zhuǎn)捩有緊密聯(lián)系。研究建立電樞軌道界面二維熱流體動力潤滑理論模型，解釋電樞表面熔化形成的金屬液化層的潤滑行為，獲取金屬液化層的潤滑行為特性，對探索轉(zhuǎn)捩發(fā)生的機制和抑制轉(zhuǎn)捩的方法有著非常重要的意義。
　　

2、本文在流體動力潤滑的基本理論之上，將電樞尾翼等效成塊狀電樞滑塊，電樞滑塊始終受均勻壓力載荷作用，軌道以一定速度做相對運動，電樞軌道之間的相對高速滑動產(chǎn)生的黏滯摩擦熱，使電樞表面受熱進而熔化形成具有潤滑作用的金屬液化層，通過同時考慮金屬液化層的流體動力潤滑行為的動壓效應和擠壓效應的作用、以及電樞表面的熔化質(zhì)量注入，在一定的基本假設條件下，給出并求解了反映界面二維熱流體動力潤滑的運動方程、連續(xù)性方程，通過引入直線斜面和上、下開口拋物線斜面膜

3、厚方程，求解了Reyno lds方程，得到了金屬液化層的壓強分布、速度分布、總液壓力，進而求解了熱量傳輸?shù)哪芰糠匠?，得到了金屬液化層的溫度分布，計算得到了滑動摩擦系?shù)和磨損率。通過金屬液化層的總液壓力等于外部施加的均勻壓力載荷，建立了第一個反映金屬液化層厚度與電樞熔化速度的理論關系方程；為了重點考慮高速滑動電接觸的黏滯摩擦熱對電樞熔化的影響，研究了黏滯摩擦熱的能量耗散函數(shù)積分后得到的黏滯摩擦熱能量耗散熱通量，考慮了黏滯摩擦熱能量耗散熱通

4、量的完整表達形式，通過假設整個金屬液化層產(chǎn)生的黏滯摩擦熱全部傳導入電樞使之發(fā)生熔化形成金屬液化層，在電樞熔化界面運用傅立葉定律體現(xiàn)為電樞熔化吸熱的熱通量大小等于黏滯摩擦熱能量耗散熱通量大小的平均值，建立了第二個反映金屬液化層厚度與電樞熔化速度的理論關系方程；聯(lián)立兩個理論關系方程形成了非穩(wěn)態(tài)情況下待求解的一階高次二元微分方程組，從而建立起整個電樞軌道高速滑動電接觸界面二維熱流體動力潤滑理論模型。
　　通過Matlab數(shù)值求解準穩(wěn)態(tài)情

5、況下電樞軌道界面潤滑理論方程組，運用單一變量法研究了準穩(wěn)態(tài)下不同膜厚方程系數(shù)時的潤滑特性，得到了直線斜面和拋物線斜面情況下，電樞熔化速度、金屬液化層厚度、金屬液化層進出口膜厚度比隨膜厚方程系數(shù)變化的關系曲線，電樞熔化速度、金屬液化層厚度隨運動速度和壓力載荷變化的關系曲線，金屬液化層厚度、金屬液化層進出口膜厚度比、電樞熔化速度隨金屬液化層進出口膜厚度差值變化的關系曲線。理論模型準穩(wěn)態(tài)計算結(jié)果與電磁發(fā)射摩擦磨損實驗結(jié)果做了對比研究，研究表明

6、：相比于文獻中的原始模型，本文的理論模型結(jié)果中電樞熔化速度對電樞軌道相對運動速度和均勻壓力載荷變化的敏感性明顯增強，整個曲線簇相對也更接近于實驗結(jié)果。
　　運用四階Runge-Kutta法求解了非穩(wěn)態(tài)理論方程，給出了非穩(wěn)態(tài)情況下的典型求解結(jié)果，對典型非穩(wěn)態(tài)的求解結(jié)果進行了分析，結(jié)果表明：在勻速、恒定載荷作用下，電樞的熔化速度以及金屬液化層的厚度等各個物理參量的取值在很短的時間內(nèi)即達到準穩(wěn)態(tài)值，然后在準穩(wěn)態(tài)值附近做高頻振蕩；在變速、

7、恒定載荷作用下，金屬液化層的出口膜厚度和電樞的熔化速度隨著時間變化逐漸增大，高頻振蕩行為仍然存在；在變速、動態(tài)載荷作用下，特別針對電流下降沿時期，在已知電樞軌道相對運動速度變化趨勢和界面接觸壓強變化趨勢的情況下，運用本文中建立的理論模型對電樞熔化速度的大小和變化趨勢進行定量的預測計算，發(fā)現(xiàn)電樞軌道相對運動速度增大的變化率和界面接觸壓強減小的變化率的相對大小決定了電樞熔化速度的變化趨勢。
　　針對理論模型計算結(jié)果中電樞熔化速度數(shù)值大

8、小上在超高速階段仍然偏小的問題，在準穩(wěn)態(tài)情況下直線斜面形狀的金屬液化層中，重點考慮黏壓效應對理論模型的修正以及其對金屬液化層潤滑特性的影響。通過引入Barus黏壓方程和誘導壓強到之前建立的理論模型之中修正理論方程組，通過Matlab編程進行數(shù)值求解，選取恰當?shù)酿合禂?shù)進行一系列的數(shù)值計算，得到了修正后的電樞表面熔化速度隨運動速度和壓力載荷變化的關系曲線。結(jié)果表明：考慮黏壓效應后，電樞軌道接觸界面二維熱流體動力潤滑理論模型得到了修正，電樞