基于六極矩的多極矩電磁推進(jìn)系統(tǒng)發(fā)射性能改進(jìn).pdf

1、電磁推進(jìn)技術(shù)是一種利用電磁力將物體推進(jìn)到高速以滿足發(fā)射要求的技術(shù)。電磁推進(jìn)技術(shù)具有發(fā)射質(zhì)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(diǎn)，其在航空、軍事、民用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。電磁推進(jìn)器按推進(jìn)原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為線圈型、重接型和軌道型三類，目前對(duì)其研究較為充分，但同時(shí)一些技術(shù)缺陷還沒有解決。
　　針對(duì)電磁推進(jìn)器的一些技術(shù)缺陷，本實(shí)驗(yàn)室提出了多極矩電磁推進(jìn)構(gòu)型，該構(gòu)型具有軸向加速力大于徑向壓縮力、電樞與驅(qū)動(dòng)線圈無接觸、適

2、合發(fā)射大質(zhì)量物體等特點(diǎn)，同時(shí)，相比其他電磁推進(jìn)器，多極矩電磁推進(jìn)器可通過上下級(jí)線圈扭轉(zhuǎn)角度的調(diào)整可實(shí)現(xiàn)自旋速度可控。然而，多極矩構(gòu)型作為一種新穎的電磁推進(jìn)器，許多機(jī)理還亟需進(jìn)一步研究。本文針對(duì)多極矩構(gòu)型的不足，從裝置本身和外電路上對(duì)其發(fā)射性能進(jìn)行改進(jìn)。
　　本文首先從原理上分析了多極矩構(gòu)型的磁擴(kuò)散、渦流場和電路集中參數(shù)等特性，研究了多極矩的動(dòng)力學(xué)特性，為后面的仿真和實(shí)驗(yàn)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(xiàn)脈沖電源電容電壓、驅(qū)動(dòng)線圈尺寸、初始觸發(fā)位置和耦合間隙對(duì)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(shù)匹配。接著分析了續(xù)流放電方式和軟磁材料的磁化強(qiáng)度對(duì)多極矩發(fā)射性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)合適大小的放電電阻和放電電容能加快驅(qū)動(dòng)線圈剩余電流的釋放，消弱電樞捕獲效應(yīng)，提升發(fā)射效率;當(dāng)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(shí)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(duì)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(zhuǎn)，并且可以讓電樞具有同樣較高的出口速度，通過下級(jí)線圈對(duì)上級(jí)線圈正反扭轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)電樞的正反旋轉(zhuǎn)，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(shè)計(jì)制作了單級(jí)六極矩推進(jìn)器，從理論、仿真和實(shí)驗(yàn)上分析了雙電樞發(fā)射是可行的，以8kV為例，單獨(dú)對(duì)小電樞發(fā)射效率為2.50％，單獨(dú)對(duì)大電樞發(fā)射效率為2.37％，同時(shí)對(duì)兩個(gè)電樞發(fā)射的效率為4.27％，總發(fā)