電磁軌道炮技術

●章 緒論... 11.1電磁軌道炮基本原理... 11.1.1電磁軌道炮基本原理... 11.1.2電磁軌道炮系統(tǒng)組成... 21.1.3電磁軌道炮發(fā)射過程... 31.1.4電接觸理論... 41.1.5滑動電接觸理論... 51.1.6接觸電阻與接觸壓降... 61.1.7電磁軌道炮發(fā)射過程中的電接觸問題... 71.1.8電磁軌道炮電接觸特點... 81.1.9樞軌系統(tǒng)電接觸過程... 91.2電磁軌道炮分類... 101.2.1根據軌道結構形式分類... 101.2.2根據電樞狀態(tài)分類... 101.2.3根據應用分類... 111.3電磁軌道炮發(fā)展歷程... 111.4電磁軌道炮技術優(yōu)勢... 131.4.1初速高... 131.4.2射程遠... 131.4.3發(fā)射彈丸質量范圍大... 131.4.4隱蔽性好、安全性高... 141.4.5適合全電戰(zhàn)爭... 141.4.6結構靈活... 141.4.7受控性好... 141.4.8工作穩(wěn)定、性能優(yōu)良... 141.4.9費效比高... 141.4.10反應快... 151.5電磁軌道炮的應用領域... 151.5.1 防空電磁軌道炮... 151.5.1.1“閃電”電磁軌道炮防空系統(tǒng)... 151.5.1.2法德研究院車載防空電磁軌道炮... 161.5.2 艦載電磁軌道炮... 161.5.2.1美國艦載電磁軌道炮... 171.5.2.2歐洲艦載電磁軌道炮... 171.5.2.3“艦”... 201.5.3電磁... 211.5.3.1的優(yōu)點與不足... 211.5.3.2電磁的優(yōu)點... 211.5.3.3美軍電磁... 211.5.4 機載電磁軌道炮... 241.5.5 多功能電磁軌道炮... 251.5.5.1電磁軌道炮的多功能性... 251.5.5.2通用原子公司多功能中程軌道炮武器系統(tǒng)... 251.5.6反反艦導彈電磁軌道炮... 261.5.6.1近程防御武器系統(tǒng)... 261.5.6.2近戰(zhàn)防御武器系統(tǒng)作戰(zhàn)分析... 261.5.6.3電磁軌道炮近程防御武器系統(tǒng)性能... 291.5.6.4速射軌道炮射頻... 301.5.6.5速射軌道炮實驗... 311.5.7電磁彈射軌道炮... 341.5.8航天應用... 351.5.8.1電磁軌道炮航天領域應用... 361.5.8.2電磁軌道炮發(fā)射航天器的優(yōu)點... 361.5.8.3電磁軌道炮發(fā)射導彈和衛(wèi)星... 371.5.8.4電磁發(fā)射火箭... 371.5.8.5電磁推進航天綜合發(fā)射系統(tǒng)... 391.5.9反導電磁軌道炮... 391.5.9.1美國電磁軌道炮... 401.5.9.2日本攔截導彈電磁軌道炮... 401.5.9.3天基戰(zhàn)略反導和反衛(wèi)星... 401.5.10空間碎片清除... 411.5.10.1空間碎片環(huán)境... 411.5.10.2空間碎片危害... 411.5.10.3空間碎片清除方法... 421.5.10.4基于電磁軌道炮空間碎片清除方法... 421.5.11滑軌試驗... 451.5.11.1滑軌試驗的必要性... 451.5.11.2電磁軌道炮滑軌試驗... 461.5.12高能物理... 461.5.13膠囊列車（高鐵）... 461.5.14電磁抽油機... 481.5.15發(fā)射滑翔運輸機... 481.5.16星際航行... 481.6電磁軌道炮關鍵技術... 481.6.1電磁軌道炮超高速滑動電接觸技術... 481.6.2電磁軌道炮發(fā)射器長壽命與輕量化技術... 491.6.3電磁軌道炮脈沖電源小型化技術... 491.6.4電磁軌道炮電樞（彈藥）技術... 49第2章 電磁軌道炮建模與仿真技術... 512.1電磁軌道炮系統(tǒng)集總參數建模與仿真研究... 512.1.1 電磁軌道炮集總參數模型... 512.1.1.1脈沖電源模型... 512.1.1.2軌道模型... 532.1.1.3電樞模型... 542.1.1.4樞軌電接觸模型... 552.1.2 電磁軌道炮的仿真分析... 582.1.3電容儲能型脈沖電源觸發(fā)策略計算方法... 592.1.3.1遺傳算法... 592.1.3.2全局迭代法... 602.1.3.3仿真結果分析... 612.2 電磁軌道炮有限元建模與仿真技術... 622.2.1 有限元模型建立... 622.2.2 刨削有限元分析... 642.2.2.1微觀凸起的沖擊分析... 642.2.2.2微角度傾斜沖擊分析... 672.2.2.3 Schmitz 模型... 702.2.3 多物理場耦合動態(tài)發(fā)射過程數值模擬... 702.2.3.1 商用有限元軟件仿真分析... 702.2.3.2 自編有限元軟件仿真分析... 732.3 典型電磁軌道炮系統(tǒng)的建模與仿真研究... 782.3.1 EMAP3D建模與仿真研究... 782.3.2 MEGA建模與仿真研究... 912.3.3 法德實驗室外彈道計算研究... 95第3章電磁軌道炮發(fā)射技術... 973.1電磁軌道炮發(fā)射系統(tǒng)... 973.1.1概述... 973.1.2發(fā)射器身管... 973.1.2.1軌道炮身管的設計要求... 973.1.2.2軌道炮身管的基本結構... 983.1.3炮尾匯流排... 1013.1.3.1MA級盤式匯流排的設計... 1013.1.3.2 縱向炮尾匯流對電樞饋電位置的影響分析... 1043.1.3.3 橫向炮尾匯流對電樞饋電位置的影響分析... 1053.1.4炮口消弧... 1053.1.4.1 炮口消弧方法... 1063.1.4.2 軌道炮的消弧實驗研究... 1073.1.5軌道炮后坐力... 1093.1.5.1軌道炮后坐力定義... 1093.1.5.2傳統(tǒng)軌道炮后坐理論及不足... 1093.1.5.3炮閂導體對軌道炮后坐力影響... 1103.1.5.4炮閂導體產生運動的原因... 1113.1.5.5實際簡單炮尾饋電軌道炮后坐力分析... 1113.1.5.6后坐系數kR. 1133.1.6反后座裝置... 1133.1.6.1反后坐裝置設計原理... 1133.1.6.2阻尼器參數設計... 1143.1.6.3駐退速度、位移曲線... 1153.1.6.4反后坐裝置結構... 1153.2電磁軌道炮發(fā)射器... 1163.2.1概述... 1163.2.2電磁軌道發(fā)射器組成... 1163.2.2.1導電軌道... 1163.2.2.2絕緣支撐... 1163.2.2.3包封裝置... 1163.2.3絕緣支撐... 1163.2.3.1預緊方式和支撐結構結構形式... 1173.2.3.2絕緣材料... 1183.2.4包封裝置... 1193.2.4.1封裝材料研究... 1193.2.4.2電磁軌道炮身管封裝性能研究... 1203.2.4.3電磁軌道炮封裝中渦流損耗的抑制方法... 1213.2.5關鍵參數... 1233.2.5.1軌道電阻... 1233.2.5.2軌道電感... 1233.2.5.3電感梯度... 1233.2.5.4電流線密度... 1263.2.5.6軌道擴張量... 1263.2.5.7摩擦系數... 1263.3電磁軌道炮分類... 1283.3.1根據軌道電結構形式分類... 1283.3.1.1 簡單軌道炮... 1283.3.1.2雙軌增強型電磁軌道炮... 1283.3.1.3分散饋電型電磁軌道炮... 1293.3.1.4分散儲能型電磁軌道炮... 1313.3.1.5不對稱軌道... 1313.3.2根據電樞狀態(tài)分類... 1333.3.3根據應用分類... 1343.3.4按內膛形狀分類... 1343.3.4.1 方膛和矩形膛電磁軌道炮... 1343.3.4.2 圓膛電磁軌道炮... 1343.3.4.3 橢圓膛電磁軌道炮... 1353.3.5按軌道材料分類... 1353.3.5.1銅及銅合金軌道... 1353.3.5.2鋁軌道... 1373.3.5.3復合材料軌道... 1383.3.6按軌道截面分類... 1393.3.6.1電流密度仿真... 1393.3.6.3三種截面軌道性能分析... 1423.3.7按封裝形式分類... 1423.3.7.1試驗型發(fā)射裝置... 1423.3.7.2工程型發(fā)射裝置... 1443.4電磁軌道炮發(fā)射過程... 1453.4.1發(fā)射器參數對軌道炮發(fā)射性能的影響... 1453.4.1.1電源參數和軌道參數對軌道炮性能影響... 1453.4.1.2發(fā)射效率分析... 1473.4.1.3第三階段能量及效率分析... 1473.4.1.4系統(tǒng)主要參數對能量及效率的影響... 1483.4.2發(fā)射動力學研究... 1493.4.2.1電磁軌道發(fā)射系統(tǒng)軌道受力分析... 1493.4.2.2電磁軌道發(fā)射系統(tǒng)軌道總體動態(tài)響應分析... 1503.5電磁軌道炮電熱特性... 1503.5.1電磁軌道炮熱源... 1513.5.1.1接觸電阻... 1513.5.1.2焦耳熱... 1513.5.1.3摩擦及摩擦熱... 1523.5.2電磁軌道炮溫升數學模型... 1523.5.3樞軌接觸面溫度測試技術... 1533.5.3.1熒光體溫度探測技術... 1533.5.3.2金屬等離子體溫度測量技術... 1533.5.3.3紅外熱成像技術... 1533.6電磁軌道炮發(fā)射器主要損傷及解決措施... 1533.6.1電磁軌道炮發(fā)射器主要損傷... 1533.6.2燒蝕現象、機理分析及抑制措施... 1543.6.2.1“燒蝕”現象及形成機理分析... 1543.6.2.2“燒蝕”試驗分析... 1543.6.2.3“燒蝕”改善方法... 1553.6.3轉捩現象、機理分析及抑制措施... 1563.6.3.1“轉捩”現象及形成機理分析... 1563.6.3.2電流上升沿電流分布的數值仿真... 1563.6.3.3發(fā)射實驗... 1573.6.3.4“轉捩”抑制措施... 1593.6.4刨削現象、機理分析及抑制措施... 1603.6.4.1刨削定義... 1603.6.4.2刨削的產生... 1613.6.4.3火箭撬刨削... 1613.6.4.4“刨削”形成機理分析... 1623.6.4.5刨削試驗研究... 1633.6.4.6 刨削抑制方法... 1643.6.5槽蝕現象、機理分析及抑制措施... 1643.6.5.1“槽蝕”損傷形貌、分布、成分分析和主要影響因素... 1643.6.5.2“槽蝕”損傷形成機理分析... 1663.6.5.3“槽蝕”研究存在的問題... 1683.6.5.4 “槽蝕”抑制方法... 1683.6.6摩擦磨損現象、機理分析及抑制措施... 1693.6.6.1 “摩擦磨損”抑制方法... 1703.6.7磁矩現象、機理分析及抑制措施... 1723.6.7.1“磁矩”現象及形成機理分析... 1723.6.7.2“磁矩”仿真分析... 172第4章 脈沖電源技術... 1754.1脈沖電源原理及分類... 1754.1.1電磁軌道炮對脈沖電源的要求... 1764.2 電容儲能型脈沖電源... 1784.2.1脈沖成型網絡結構... 1794.2.2脈沖成型網絡主要器件... 1814.2.2.1高壓脈沖電容器... 1814.2.2.2脈沖成型電抗器... 1844.2.2.3大功率開關... 1854.3 慣性儲能型脈沖電源... 1904.3.1同步脈沖發(fā)電機... 1904.3.2 補償脈沖發(fā)電機... 1914.4 爆炸驅動磁通壓縮發(fā)生器... 1964.4.1磁場的凍結和壓縮... 1974.4.2MFCG基本電路分析... 1994.5 基于超導技術的脈沖電源... 2014.5.1超導電感儲能和脈沖變壓器升流相結合模式... 2034.5.2利用非線性電阻放電的脈沖電源模式... 2044.5.3 STRETCH Meat-grinder模式... 2044.5.4 單諧振放電模式... 2064.6脈沖功率電源發(fā)展趨勢... 207第5章一體化彈藥技術... 2095.1軌道炮一體化彈藥概述... 2095.1.1 軌道炮一體化彈藥組成... 2095.1.2典型一體化彈藥... 2105.2 電樞分類... 2125.2.1根據電樞狀態(tài)分類... 2125.2.2根據電樞在一體化彈藥中的位置分類... 2135.2.3根據軌道電結構分類... 2135.2.4根據電樞截面分類... 2145.2.5根據電樞導電支路的組成分類... 2145.2.6根據電樞的幾何外形分類... 2165.2.7根據接觸壓力施加方式分類... 2165.2.8小節(jié)... 2175.3 低速電樞的物理特性... 2185.3.1 頻率趨膚效應... 2185.3.2瞬態(tài)電流密度分布問題... 2195.3.2.1 基于幾何尺寸的電流密度分布控制... 2195.3.2.2 基于材料的電流密度分布控制... 2225.3.3應力分布問題... 2235.3.4溫度分布問題... 2265.4 高速電樞的物理特性... 2295.4.1速度趨膚效應... 2295.4.2 速度趨膚效應的控制手段... 2305.4.3小節(jié)... 2355.5 樞軌接觸面上的物理現象... 2355.5.1樞軌接觸面上的刨削現象... 2355.5.2電接觸與軌道炮的轉捩燒蝕現象... 2365.5.2.1 基于A-spots的電接觸理論... 2375.5.2.2基于速度趨膚效應的電接觸理論... 2385.5.2.3樞軌接觸研究進展... 2395.5.3小節(jié)... 2415.6 工程計算方法... 2415.6.1 外彈道計算... 2425.6.2電樞質量估計... 2435.6.2.1載流量和載流特征量... 2435.6.2.2電樞質量... 2445.6.2.3算例... 2445.6.3電樞內彈道參數計算... 2455.6.3.1電樞運動學參數... 2455.6.3.2 電樞的電路參數計算... 2465.7 總結... 2465.7.1電磁兼容問題... 2475.7.2電樞質量的優(yōu)化問題... 2475.7.3關鍵器件抗過載問題... 2475.7.4彈藥的毀傷效能... 247第6章國外電磁軌道發(fā)射技術發(fā)展現狀... 2496.1 國外電磁軌道發(fā)射技術研究現狀... 2496.1.1 電磁發(fā)射技術研討會... 2496.1.2 美國電磁軌道發(fā)射技術研究現狀... 2496.1.2.1 美國電磁軌道發(fā)射技術研究現狀... 2496.1.2.2 美國電磁軌道發(fā)射技術發(fā)展目標... 2526.1.2.3 美國電磁軌道發(fā)射技術的其它應用研究... 2526.1.3 歐洲電磁軌道發(fā)射技術研究現狀... 2526.1.3.1 歐洲電磁軌道發(fā)射技術的發(fā)展現狀... 2536.1.3.2歐洲電磁發(fā)射技術的應用方向... 2546.1.4 俄羅斯電磁軌道發(fā)射技術研究現狀... 2556.1.4.1 俄羅斯電磁軌道發(fā)射技術早期研究成果... 2556.1.4.2 俄羅斯電磁軌道發(fā)射技術新研究進展... 2566.1.5 韓國電磁軌道發(fā)射技術研究現狀... 2616.1.5.1 韓國電磁發(fā)射技術研究歷程... 2616.1.5.2 韓國小口徑電磁軌道發(fā)射技術研究... 2616.1.5.3 韓國中口徑電磁軌道發(fā)射技術研究... 2626.1.5.4 韓國電磁軌道發(fā)射關鍵技術研究... 2646.2 國外典型電磁軌道炮... 2656.2.1 馬歇爾堪培拉電磁軌道炮... 2656.2.2 閃電電磁軌道炮... 2676.2.3 “飛馬”電磁軌道炮... 2686.2.4 美國海軍電磁軌道炮... 2686.2.4.1 研究目的... 2686.2.4.2 研究現狀... 2706.2.4.3 未來目標... 2726.2.5 美國陸軍電磁軌道炮... 2726.2.5.1 研究現狀... 2726.2.5.2 電磁... 2736.3 國外電磁軌道炮研制單位... 2756.3.1 美國海軍研究局（ONR）... 2756.3.2 美國海軍研究實驗室（NRL）... 2766.3.3美國德克薩斯大學高技術研究所（IAT）... 2796.3.4 BAE系統(tǒng)公司及其子公司IAP. 2806.3.5 德法ISL聯合實驗室... 2826.3.6 通用原子公司（General Atomics）... 2856.3.7 國外其他電磁軌道發(fā)射系統(tǒng)研制公司... 2876.4電磁軌道炮身管結構和材料技術研究進展... 2916.4.1電磁軌道炮身管結構... 2916.4.2電磁軌道炮身管材料... 2916.4.2電磁軌道炮軌道材料... 2926.4.3絕緣材料... 2936.4.4電磁屏蔽材料... 2936.4.5電樞材料... 2946.4.6電源材料... 2947參考文獻... 296