电磁轨道发射的电磁场数值仿真
毕业论文关键词 ：电磁发射 固体电枢 数值仿真 有限元 优化参数
Title The Simulation of the Electromagnetic Field in the electromagnetic launcher
Abstract
The mathematical model and boundary conditions of solid-armature and simple rail
in the electromagnetic launcher are derived. The distributions of electromagnetic field
are simulated by using finite element method (FEM). Considering various armature
configurations, the electromagnetic field is numerically solved. The features of the
electromagnetic field are analyzed. Some optimal parameters of U-shaped armature and
C-shaped armature are obtained. The exiting kinematical energies and velocities of both
armatures without friction are provided.
Keywords solid armature, numerical simulation, finite element method, optimal
parameters
目录
1 引言 .. 3
1.1 轨道电磁炮相关理论[1]
.. 3
1.2 电磁炮的研究现状[3]
4
1.3 电磁炮的数值计算研究现状 .. 6
1.4 本文的研究内容 . 7
2 控制方程与计算原理 . 8
2.1 枢轨电磁效应基本控制方程[13]
. 8
2.1.1 积分形式的麦克斯韦方程组 . 8
2.1.2 微分形式的麦克斯韦方程组 . 9
2.1.3 电荷守恒方程 . 9
2.1.4 本构关系 9
2.1.5 洛伦兹力公式 .. 10
2.1.6 以磁矢量势和电标量势表述的基本控制方程[14]
10
2.1.7 电磁场求解的边界条件 . 11
2.2 电磁场计算原理 .. 12
2.2.1 有限单元法[15]
.. 12
2.2.2 电磁场计算原理 . 12
3 不同几何形状电枢电磁场数值计算 .. 18
3.1 U型电枢 .. 18
3.1.1 U型电枢物理模型 18
3.1.2 电磁场分布随时间的变化规律 . 19
3.1.3 电磁场随h和r的变化规律 20
3.1.4 电磁场的空间分布规律 . 21
3.2 C型电枢 .. 27
3.2.1 C型电枢物理模型. 27
3.2.2 C型电枢后沿倾斜角度的优化 .. 28
3.2.3 电磁场的空间分布规律 . 29
4 不同几何形状电枢的出口速度计算 .. 32 4.1 计算原理 .. 32
4.2 出口速度计算 32
4.2.1 电枢轨道物理模型 32
4.2.2 电枢所受发射方向的电磁力随位置的变化规律 34
4.2.3 出口动能的计算 . 34
4.3 电枢几何形状对炮口动能的影响 . 34
结论 .. 36
致谢 .. 37
参考文献 38
1 引言
根据现代化防空作战的特点，地面防空手段必须具备如下能力：全天候作战
能力，强抗干扰能力，快速反应能力和行进中作战能力。电炮是全部或部分的利
用电能为射弹提供推力的一类新型超高速发射装置，又称作电磁发射器。包括电