基于磁-彈流動壓模型的樞-軌界面金屬液化層穩(wěn)定性研究.pdf

1、電磁軌道炮中電樞和軌道接觸副間的滑動電接觸是極限條件下的電接觸。斑點(diǎn)接觸導(dǎo)致的局部集中的焦耳熱和高壓強(qiáng)產(chǎn)生的強(qiáng)摩擦熱會使得樞-軌界面耐熱強(qiáng)度接近材料的極限，電樞往往在這種條件下發(fā)生熔化變成液態(tài)的金屬填充在樞-軌界面，使原本的固-固接觸狀態(tài)變?yōu)楣?液-固接觸狀態(tài)。樞軌界面金屬液化層特性會隨著發(fā)射條件的變化而動態(tài)變化，這種變化可能使得液化層出現(xiàn)不穩(wěn)定，液化層的不穩(wěn)定又可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)捩的發(fā)生。轉(zhuǎn)捩是電磁軌道炮技術(shù)中不可回避并亟待解決的關(guān)鍵瓶頸問題

2、，轉(zhuǎn)捩與樞軌界面的穩(wěn)定性密切相關(guān)，因此，深入研究樞軌界面金屬液化層的動態(tài)特性和穩(wěn)定性，對探索引起轉(zhuǎn)捩發(fā)生的可能機(jī)理有著非常重大的意義。
　　本文針對電磁發(fā)射中的液化層，建立包含相互耦合的電磁場模塊、彈性流體力學(xué)模塊、固體力學(xué)模塊以及傳熱學(xué)模塊的金屬液化層磁-彈流動壓潤滑模型，并利用COMSOL多物理場仿真軟件進(jìn)行耦合迭代求解模型，分析了樞軌界面金屬液化層的動態(tài)特性。在建立的模型下，隨著速度的增加，位于電樞尾翼頭部的液壓最大值以及總

3、體液壓是一直增大的，最大值達(dá)到了幾百M(fèi)Pa；速度越大，膜厚剛開始越來越大，但是在下降沿階段有趨于飽和甚至反而減小的趨勢，位于電樞尾翼端部的最大膜厚總體在一兩百μm左右。在磁-彈流動壓模型計算的液化層動態(tài)特性的基礎(chǔ)上，從液化層的產(chǎn)生和沉積角度建立了基于熔化沉積比的液化層穩(wěn)定性判據(jù)，找到了穩(wěn)定性臨界。液化層在越過臨界速度之后會出現(xiàn)收縮，本文因此研究了液化層不同收縮狀態(tài)下的液化層動態(tài)特性和穩(wěn)定性臨界。在不同的收縮方式下，液化層的動態(tài)特性和穩(wěn)定

4、性都存在一定的差異，液化層收縮的越多，穩(wěn)定性臨界速度越小，在相同的收縮長度時，向尾部收縮有更大的臨界速度。在考慮了發(fā)射過程中液化層膜厚的動態(tài)變化這個因素的作用下，建立了更加準(zhǔn)確的穩(wěn)定性模型，通過該模型的計算揭示了液化層在整個發(fā)射過程中的狀態(tài)變化，并且得到了液化層失穩(wěn)的臨界點(diǎn)與穩(wěn)定區(qū)。當(dāng)全接觸的液化層隨著速度的增大達(dá)到穩(wěn)定性臨界時，液化層開始收縮，而收縮之后的區(qū)域仍然是不穩(wěn)定區(qū)，因此，收縮將持續(xù)下去。最后，在研究了液化層穩(wěn)定性受外參數(shù)的影