電磁軌道炮技術(shù)

●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(guò)程... 31.1.4電接觸理論... 41.1.5滑動(dòng)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(guò)程中的電接觸問(wèn)題... 71.1.8電磁軌道炮電接觸特點(diǎn)... 81.1.9樞軌系統(tǒng)電接觸過(guò)程... 91.2電磁軌道炮分類(lèi)... 101.2.1根據(jù)軌道結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)... 101.2.2根據(jù)電樞狀態(tài)分類(lèi)... 101.2.3根據(jù)應(yīng)用分類(lèi)... 111.3電磁軌道炮發(fā)展歷程... 111.4電磁軌道炮技術(shù)優(yōu)勢(shì)... 131.4.1初速高... 131.4.2射程遠(yuǎn)... 131.4.3發(fā)射彈丸質(zhì)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(zhēng)... 141.4.6結(jié)構(gòu)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(fèi)效比高... 141.4.10反應(yīng)快... 151.5電磁軌道炮的應(yīng)用領(lǐng)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(chē)載防空電磁軌道炮... 161.5.2 艦載電磁軌道炮... 161.5.2.1美國(guó)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(diǎn)與不足... 211.5.3.2電磁的優(yōu)點(diǎn)... 211.5.3.3美軍電磁... 211.5.4 機(jī)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(dǎo)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(shí)驗(yàn)... 311.5.7電磁彈射軌道炮... 341.5.8航天應(yīng)用... 351.5.8.1電磁軌道炮航天領(lǐng)域應(yīng)用... 361.5.8.2電磁軌道炮發(fā)射航天器的優(yōu)點(diǎn)... 361.5.8.3電磁軌道炮發(fā)射導(dǎo)彈和衛(wèi)星... 371.5.8.4電磁發(fā)射火箭... 371.5.8.5電磁推進(jìn)航天綜合發(fā)射系統(tǒng)... 391.5.9反導(dǎo)電磁軌道炮... 391.5.9.1美國(guó)電磁軌道炮... 401.5.9.2日本攔截導(dǎo)彈電磁軌道炮... 401.5.9.3天基戰(zhàn)略反導(dǎo)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(yàn)... 451.5.11.1滑軌試驗(yàn)的必要性... 451.5.11.2電磁軌道炮滑軌試驗(yàn)... 461.5.12高能物理... 461.5.13膠囊列車(chē)（高鐵）... 461.5.14電磁抽油機(jī)... 481.5.15發(fā)射滑翔運(yùn)輸機(jī)... 481.5.16星際航行... 481.6電磁軌道炮關(guān)鍵技術(shù)... 481.6.1電磁軌道炮超高速滑動(dòng)電接觸技術(shù)... 481.6.2電磁軌道炮發(fā)射器長(zhǎng)壽命與輕量化技術(shù)... 491.6.3電磁軌道炮脈沖電源小型化技術(shù)... 491.6.4電磁軌道炮電樞（彈藥）技術(shù)... 49第2章 電磁軌道炮建模與仿真技術(shù)... 512.1電磁軌道炮系統(tǒng)集總參數(shù)建模與仿真研究... 512.1.1 電磁軌道炮集總參數(shù)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(chǔ)能型脈沖電源觸發(fā)策略計(jì)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(jié)果分析... 612.2 電磁軌道炮有限元建模與仿真技術(shù)... 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(chǎng)耦合動(dòng)態(tài)發(fā)射過(guò)程數(shù)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(shí)驗(yàn)室外彈道計(jì)算研究... 95第3章電磁軌道炮發(fā)射技術(shù)... 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(shè)計(jì)要求... 973.1.2.2軌道炮身管的基本結(jié)構(gòu)... 983.1.3炮尾匯流排... 1013.1.3.1MA級(jí)盤(pán)式匯流排的設(shè)計(jì)... 1013.1.3.2 縱向炮尾匯流對(duì)電樞饋電位置的影響分析... 1043.1.3.3 橫向炮尾匯流對(duì)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(shí)驗(yàn)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(dǎo)體對(duì)軌道炮后坐力影響... 1103.1.5.4炮閂導(dǎo)體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的原因... 1113.1.5.5實(shí)際簡(jiǎn)單炮尾饋電軌道炮后坐力分析... 1113.1.5.6后坐系數(shù)kR. 1133.1.6反后座裝置... 1133.1.6.1反后坐裝置設(shè)計(jì)原理... 1133.1.6.2阻尼器參數(shù)設(shè)計(jì)... 1143.1.6.3駐退速度、位移曲線... 1153.1.6.4反后坐裝置結(jié)構(gòu)... 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(dǎo)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(yù)緊方式和支撐結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)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(guān)鍵參數(shù)... 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(kuò)張量... 1263.2.5.7摩擦系數(shù)... 1263.3電磁軌道炮分類(lèi)... 1283.3.1根據(jù)軌道電結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)... 1283.3.1.1 簡(jiǎn)單軌道炮... 1283.3.1.2雙軌增強(qiáng)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(chǔ)能型電磁軌道炮... 1313.3.1.5不對(duì)稱(chēng)軌道... 1313.3.2根據(jù)電樞狀態(tài)分類(lèi)... 1333.3.3根據(jù)應(yīng)用分類(lèi)... 1343.3.4按內(nèi)膛形狀分類(lèi)... 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(lèi)... 1353.3.5.1銅及銅合金軌道... 1353.3.5.2鋁軌道... 1373.3.5.3復(fù)合材料軌道... 1383.3.6按軌道截面分類(lèi)... 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(lèi)... 1423.3.7.1試驗(yàn)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(guò)程... 1453.4.1發(fā)射器參數(shù)對(duì)軌道炮發(fā)射性能的影響... 1453.4.1.1電源參數(shù)和軌道參數(shù)對(duì)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(shù)對(duì)能量及效率的影響... 1483.4.2發(fā)射動(dòng)力學(xué)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(dòng)態(tài)響應(yīng)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(shù)學(xué)模型... 1523.5.3樞軌接觸面溫度測(cè)試技術(shù)... 1533.5.3.1熒光體溫度探測(cè)技術(shù)... 1533.5.3.2金屬等離子體溫度測(cè)量技術(shù)... 1533.5.3.3紅外熱成像技術(shù)... 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(xiàn)象、機(jī)理分析及抑制措施... 1543.6.2.1“燒蝕”現(xiàn)象及形成機(jī)理分析... 1543.6.2.2“燒蝕”試驗(yàn)分析... 1543.6.2.3“燒蝕”改善方法... 1553.6.3轉(zhuǎn)捩現(xiàn)象、機(jī)理分析及抑制措施... 1563.6.3.1“轉(zhuǎn)捩”現(xiàn)象及形成機(jī)理分析... 1563.6.3.2電流上升沿電流分布的數(shù)值仿真... 1563.6.3.3發(fā)射實(shí)驗(yàn)... 1573.6.3.4“轉(zhuǎn)捩”抑制措施... 1593.6.4刨削現(xiàn)象、機(jī)理分析及抑制措施... 1603.6.4.1刨削定義... 1603.6.4.2刨削的產(chǎn)生... 1613.6.4.3火箭撬刨削... 1613.6.4.4“刨削”形成機(jī)理分析... 1623.6.4.5刨削試驗(yàn)研究... 1633.6.4.6 刨削抑制方法... 1643.6.5槽蝕現(xiàn)象、機(jī)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(jī)理分析... 1663.6.5.3“槽蝕”研究存在的問(wèn)題... 1683.6.5.4 “槽蝕”抑制方法... 1683.6.6摩擦磨損現(xiàn)象、機(jī)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(xiàn)象、機(jī)理分析及抑制措施... 1723.6.7.1“磁矩”現(xiàn)象及形成機(jī)理分析... 1723.6.7.2“磁矩”仿真分析... 172第4章 脈沖電源技術(shù)... 1754.1脈沖電源原理及分類(lèi)... 1754.1.1電磁軌道炮對(duì)脈沖電源的要求... 1764.2 電容儲(chǔ)能型脈沖電源... 1784.2.1脈沖成型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)... 1794.2.2脈沖成型網(wǎng)絡(luò)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(kāi)關(guān)... 1854.3 慣性?xún)?chǔ)能型脈沖電源... 1904.3.1同步脈沖發(fā)電機(jī)... 1904.3.2 補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)... 1914.4 爆炸驅(qū)動(dòng)磁通壓縮發(fā)生器... 1964.4.1磁場(chǎng)的凍結(jié)和壓縮... 1974.4.2MFCG基本電路分析... 1994.5 基于超導(dǎo)技術(shù)的脈沖電源... 2014.5.1超導(dǎo)電感儲(chǔ)能和脈沖變壓器升流相結(jié)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(shì)... 207第5章一體化彈藥技術(shù)... 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(lèi)... 2125.2.1根據(jù)電樞狀態(tài)分類(lèi)... 2125.2.2根據(jù)電樞在一體化彈藥中的位置分類(lèi)... 2135.2.3根據(jù)軌道電結(jié)構(gòu)分類(lèi)... 2135.2.4根據(jù)電樞截面分類(lèi)... 2145.2.5根據(jù)電樞導(dǎo)電支路的組成分類(lèi)... 2145.2.6根據(jù)電樞的幾何外形分類(lèi)... 2165.2.7根據(jù)接觸壓力施加方式分類(lèi)... 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(yīng)... 2185.3.2瞬態(tài)電流密度分布問(wèn)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(yīng)力分布問(wèn)題... 2235.3.4溫度分布問(wèn)題... 2265.4 高速電樞的物理特性... 2295.4.1速度趨膚效應(yīng)... 2295.4.2 速度趨膚效應(yīng)的控制手段... 2305.4.3小節(jié)... 2355.5 樞軌接觸面上的物理現(xiàn)象... 2355.5.1樞軌接觸面上的刨削現(xiàn)象... 2355.5.2電接觸與軌道炮的轉(zhuǎn)捩燒蝕現(xiàn)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(yīng)的電接觸理論... 2385.5.2.3樞軌接觸研究進(jìn)展... 2395.5.3小節(jié)... 2415.6 工程計(jì)算方法... 2415.6.1 外彈道計(jì)算... 2425.6.2電樞質(zhì)量估計(jì)... 2435.6.2.1載流量和載流特征量... 2435.6.2.2電樞質(zhì)量... 2445.6.2.3算例... 2445.6.3電樞內(nèi)彈道參數(shù)計(jì)算... 2455.6.3.1電樞運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)... 2455.6.3.2 電樞的電路參數(shù)計(jì)算... 2465.7 總結(jié)... 2465.7.1電磁兼容問(wèn)題... 2475.7.2電樞質(zhì)量的優(yōu)化問(wèn)題... 2475.7.3關(guān)鍵器件抗過(guò)載問(wèn)題... 2475.7.4彈藥的毀傷效能... 247第6章國(guó)外電磁軌道發(fā)射技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀... 2496.1 國(guó)外電磁軌道發(fā)射技術(shù)研究現(xiàn)狀... 2496.1.1 電磁發(fā)射技術(shù)研討會(huì)... 2496.1.2 美國(guó)電磁軌道發(fā)射技術(shù)研究現(xiàn)狀... 2496.1.2.1 美國(guó)電磁軌道發(fā)射技術(shù)研究現(xiàn)狀... 2496.1.2.2 美國(guó)電磁軌道發(fā)射技術(shù)發(fā)展目標(biāo)... 2526.1.2.3 美國(guó)電磁軌道發(fā)射技術(shù)的其它應(yīng)用研究... 2526.1.3 歐洲電磁軌道發(fā)射技術(shù)研究現(xiàn)狀... 2526.1.3.1 歐洲電磁軌道發(fā)射技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀... 2536.1.3.2歐洲電磁發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用方向... 2546.1.4 俄羅斯電磁軌道發(fā)射技術(shù)研究現(xiàn)狀... 2556.1.4.1 俄羅斯電磁軌道發(fā)射技術(shù)早期研究成果... 2556.1.4.2 俄羅斯電磁軌道發(fā)射技術(shù)新研究進(jìn)展... 2566.1.5 韓國(guó)電磁軌道發(fā)射技術(shù)研究現(xiàn)狀... 2616.1.5.1 韓國(guó)電磁發(fā)射技術(shù)研究歷程... 2616.1.5.2 韓國(guó)小口徑電磁軌道發(fā)射技術(shù)研究... 2616.1.5.3 韓國(guó)中口徑電磁軌道發(fā)射技術(shù)研究... 2626.1.5.4 韓國(guó)電磁軌道發(fā)射關(guān)鍵技術(shù)研究... 2646.2 國(guó)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(guó)海軍電磁軌道炮... 2686.2.4.1 研究目的... 2686.2.4.2 研究現(xiàn)狀... 2706.2.4.3 未來(lái)目標(biāo)... 2726.2.5 美國(guó)陸軍電磁軌道炮... 2726.2.5.1 研究現(xiàn)狀... 2726.2.5.2 電磁... 2736.3 國(guó)外電磁軌道炮研制單位... 2756.3.1 美國(guó)海軍研究局（ONR）... 2756.3.2 美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室（NRL）... 2766.3.3美國(guó)德克薩斯大學(xué)高技術(shù)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(lián)合實(shí)驗(yàn)室... 2826.3.6 通用原子公司（General Atomics）... 2856.3.7 國(guó)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(jié)構(gòu)和材料技術(shù)研究進(jìn)展... 2916.4.1電磁軌道炮身管結(jié)構(gòu)... 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(xiàn)... 296