电磁轨道炮技术

●章 绪论… 11.1电磁轨道炮基本原理… 11.1.1电磁轨道炮基本原理… 11.1.2电磁轨道炮系统组成… 21.1.3电磁轨道炮发射过程… 31.1.4电接触理论… 41.1.5滑动电接触理论… 51.1.6接触电阻与接触压降… 61.1.7电磁轨道炮发射过程中的电接触问题… 71.1.8电磁轨道炮电接触特点… 81.1.9枢轨系统电接触过程… 91.2电磁轨道炮分类… 101.2.1根据轨道结构形式分类… 101.2.2根据电枢状态分类… 101.2.3根据应用分类… 111.3电磁轨道炮发展历程… 111.4电磁轨道炮技术优势… 131.4.1初速高… 131.4.2射程远… 131.4.3发射弹丸质量范围大… 131.4.4隐蔽性好、安全性高… 141.4.5适合全电战争… 141.4.6结构灵活… 141.4.7受控性好… 141.4.8工作稳定、性能优良… 141.4.9费效比高… 141.4.10反应快… 151.5电磁轨道炮的应用领域… 151.5.1 防空电磁轨道炮… 151.5.1.1“闪电”电磁轨道炮防空系统… 151.5.1.2法德研究院车载防空电磁轨道炮… 161.5.2 舰载电磁轨道炮… 161.5.2.1美国舰载电磁轨道炮… 171.5.2.2欧洲舰载电磁轨道炮… 171.5.2.3“舰”… 201.5.3电磁… 211.5.3.1的优点与不足… 211.5.3.2电磁的优点… 211.5.3.3美军电磁… 211.5.4 机载电磁轨道炮… 241.5.5 多功能电磁轨道炮… 251.5.5.1电磁轨道炮的多功能性… 251.5.5.2通用原子公司多功能中程轨道炮武器系统… 251.5.6反反舰导弹电磁轨道炮… 261.5.6.1近程防御武器系统… 261.5.6.2近战防御武器系统作战分析… 261.5.6.3电磁轨道炮近程防御武器系统性能… 291.5.6.4速射轨道炮射频… 301.5.6.5速射轨道炮实验… 311.5.7电磁弹射轨道炮… 341.5.8航天应用… 351.5.8.1电磁轨道炮航天领域应用… 361.5.8.2电磁轨道炮发射航天器的优点… 361.5.8.3电磁轨道炮发射导弹和卫星… 371.5.8.4电磁发射火箭… 371.5.8.5电磁推进航天综合发射系统… 391.5.9反导电磁轨道炮… 391.5.9.1美国电磁轨道炮… 401.5.9.2日本拦截导弹电磁轨道炮… 401.5.9.3天基战略反导和反卫星… 401.5.10空间碎片清除… 411.5.10.1空间碎片环境… 411.5.10.2空间碎片危害… 411.5.10.3空间碎片清除方法… 421.5.10.4基于电磁轨道炮空间碎片清除方法… 421.5.11滑轨试验… 451.5.11.1滑轨试验的必要性… 451.5.11.2电磁轨道炮滑轨试验… 461.5.12高能物理… 461.5.13胶囊列车（高铁）… 461.5.14电磁抽油机… 481.5.15发射滑翔运输机… 481.5.16星际航行… 481.6电磁轨道炮关键技术… 481.6.1电磁轨道炮超高速滑动电接触技术… 481.6.2电磁轨道炮发射器长寿命与轻量化技术… 491.6.3电磁轨道炮脉冲电源小型化技术… 491.6.4电磁轨道炮电枢（弹药）技术… 49第2章 电磁轨道炮建模与仿真技术… 512.1电磁轨道炮系统集总参数建模与仿真研究… 512.1.1 电磁轨道炮集总参数模型… 512.1.1.1脉冲电源模型… 512.1.1.2轨道模型… 532.1.1.3电枢模型… 542.1.1.4枢轨电接触模型… 552.1.2 电磁轨道炮的仿真分析… 582.1.3电容储能型脉冲电源触发策略计算方法… 592.1.3.1遗传算法… 592.1.3.2全局迭代法… 602.1.3.3仿真结果分析… 612.2 电磁轨道炮有限元建模与仿真技术… 622.2.1 有限元模型建立… 622.2.2 刨削有限元分析… 642.2.2.1微观凸起的冲击分析… 642.2.2.2微角度倾斜冲击分析… 672.2.2.3 Schmitz 模型… 702.2.3 多物理场耦合动态发射过程数值模拟… 702.2.3.1 商用有限元软件仿真分析… 702.2.3.2 自编有限元软件仿真分析… 732.3 典型电磁轨道炮系统的建模与仿真研究… 782.3.1 EMAP3D建模与仿真研究… 782.3.2 MEGA建模与仿真研究… 912.3.3 法德实验室外弹道计算研究… 95第3章电磁轨道炮发射技术… 973.1电磁轨道炮发射系统… 973.1.1概述… 973.1.2发射器身管… 973.1.2.1轨道炮身管的设计要求… 973.1.2.2轨道炮身管的基本结构… 983.1.3炮尾汇流排… 1013.1.3.1MA级盘式汇流排的设计… 1013.1.3.2 纵向炮尾汇流对电枢馈电位置的影响分析… 1043.1.3.3 横向炮尾汇流对电枢馈电位置的影响分析… 1053.1.4炮口消弧… 1053.1.4.1 炮口消弧方法… 1063.1.4.2 轨道炮的消弧实验研究… 1073.1.5轨道炮后坐力… 1093.1.5.1轨道炮后坐力定义… 1093.1.5.2传统轨道炮后坐理论及不足… 1093.1.5.3炮闩导体对轨道炮后坐力影响… 1103.1.5.4炮闩导体产生运动的原因… 1113.1.5.5实际简单炮尾馈电轨道炮后坐力分析… 1113.1.5.6后坐系数kR. 1133.1.6反后座装置… 1133.1.6.1反后坐装置设计原理… 1133.1.6.2阻尼器参数设计… 1143.1.6.3驻退速度、位移曲线… 1153.1.6.4反后坐装置结构… 1153.2电磁轨道炮发射器… 1163.2.1概述… 1163.2.2电磁轨道发射器组成… 1163.2.2.1导电轨道… 1163.2.2.2绝缘支撑… 1163.2.2.3包封装置… 1163.2.3绝缘支撑… 1163.2.3.1预紧方式和支撑结构结构形式… 1173.2.3.2绝缘材料… 1183.2.4包封装置… 1193.2.4.1封装材料研究… 1193.2.4.2电磁轨道炮身管封装性能研究… 1203.2.4.3电磁轨道炮封装中涡流损耗的抑制方法… 1213.2.5关键参数… 1233.2.5.1轨道电阻… 1233.2.5.2轨道电感… 1233.2.5.3电感梯度… 1233.2.5.4电流线密度… 1263.2.5.6轨道扩张量… 1263.2.5.7摩擦系数… 1263.3电磁轨道炮分类… 1283.3.1根据轨道电结构形式分类… 1283.3.1.1 简单轨道炮… 1283.3.1.2双轨增强型电磁轨道炮… 1283.3.1.3分散馈电型电磁轨道炮… 1293.3.1.4分散储能型电磁轨道炮… 1313.3.1.5不对称轨道… 1313.3.2根据电枢状态分类… 1333.3.3根据应用分类… 1343.3.4按内膛形状分类… 1343.3.4.1 方膛和矩形膛电磁轨道炮… 1343.3.4.2 圆膛电磁轨道炮… 1343.3.4.3 椭圆膛电磁轨道炮… 1353.3.5按轨道材料分类… 1353.3.5.1铜及铜合金轨道… 1353.3.5.2铝轨道… 1373.3.5.3复合材料轨道… 1383.3.6按轨道截面分类… 1393.3.6.1电流密度仿真… 1393.3.6.3三种截面轨道性能分析… 1423.3.7按封装形式分类… 1423.3.7.1试验型发射装置… 1423.3.7.2工程型发射装置… 1443.4电磁轨道炮发射过程… 1453.4.1发射器参数对轨道炮发射性能的影响… 1453.4.1.1电源参数和轨道参数对轨道炮性能影响… 1453.4.1.2发射效率分析… 1473.4.1.3第三阶段能量及效率分析… 1473.4.1.4系统主要参数对能量及效率的影响… 1483.4.2发射动力学研究… 1493.4.2.1电磁轨道发射系统轨道受力分析… 1493.4.2.2电磁轨道发射系统轨道总体动态响应分析… 1503.5电磁轨道炮电热特性… 1503.5.1电磁轨道炮热源… 1513.5.1.1接触电阻… 1513.5.1.2焦耳热… 1513.5.1.3摩擦及摩擦热… 1523.5.2电磁轨道炮温升数学模型… 1523.5.3枢轨接触面温度测试技术… 1533.5.3.1荧光体温度探测技术… 1533.5.3.2金属等离子体温度测量技术… 1533.5.3.3红外热成像技术… 1533.6电磁轨道炮发射器主要损伤及解决措施… 1533.6.1电磁轨道炮发射器主要损伤… 1533.6.2烧蚀现象、机理分析及抑制措施… 1543.6.2.1“烧蚀”现象及形成机理分析… 1543.6.2.2“烧蚀”试验分析… 1543.6.2.3“烧蚀”改善方法… 1553.6.3转捩现象、机理分析及抑制措施… 1563.6.3.1“转捩”现象及形成机理分析… 1563.6.3.2电流上升沿电流分布的数值仿真… 1563.6.3.3发射实验… 1573.6.3.4“转捩”抑制措施… 1593.6.4刨削现象、机理分析及抑制措施… 1603.6.4.1刨削定义… 1603.6.4.2刨削的产生… 1613.6.4.3火箭撬刨削… 1613.6.4.4“刨削”形成机理分析… 1623.6.4.5刨削试验研究… 1633.6.4.6 刨削抑制方法… 1643.6.5槽蚀现象、机理分析及抑制措施… 1643.6.5.1“槽蚀”损伤形貌、分布、成分分析和主要影响因素… 1643.6.5.2“槽蚀”损伤形成机理分析… 1663.6.5.3“槽蚀”研究存在的问题… 1683.6.5.4 “槽蚀”抑制方法… 1683.6.6摩擦磨损现象、机理分析及抑制措施… 1693.6.6.1 “摩擦磨损”抑制方法… 1703.6.7磁矩现象、机理分析及抑制措施… 1723.6.7.1“磁矩”现象及形成机理分析… 1723.6.7.2“磁矩”仿真分析… 172第4章 脉冲电源技术… 1754.1脉冲电源原理及分类… 1754.1.1电磁轨道炮对脉冲电源的要求… 1764.2 电容储能型脉冲电源… 1784.2.1脉冲成型网络结构… 1794.2.2脉冲成型网络主要器件… 1814.2.2.1高压脉冲电容器… 1814.2.2.2脉冲成型电抗器… 1844.2.2.3大功率开关… 1854.3 惯性储能型脉冲电源… 1904.3.1同步脉冲发电机… 1904.3.2 补偿脉冲发电机… 1914.4 爆炸驱动磁通压缩发生器… 1964.4.1磁场的冻结和压缩… 1974.4.2MFCG基本电路分析… 1994.5 基于超导技术的脉冲电源… 2014.5.1超导电感储能和脉冲变压器升流相结合模式… 2034.5.2利用非线性电阻放电的脉冲电源模式… 2044.5.3 STRETCH Meat-grinder模式… 2044.5.4 单谐振放电模式… 2064.6脉冲功率电源发展趋势… 207第5章一体化弹药技术… 2095.1轨道炮一体化弹药概述… 2095.1.1 轨道炮一体化弹药组成… 2095.1.2典型一体化弹药… 2105.2 电枢分类… 2125.2.1根据电枢状态分类… 2125.2.2根据电枢在一体化弹药中的位置分类… 2135.2.3根据轨道电结构分类… 2135.2.4根据电枢截面分类… 2145.2.5根据电枢导电支路的组成分类… 2145.2.6根据电枢的几何外形分类… 2165.2.7根据接触压力施加方式分类… 2165.2.8小节… 2175.3 低速电枢的物理特性… 2185.3.1 频率趋肤效应… 2185.3.2瞬态电流密度分布问题… 2195.3.2.1 基于几何尺寸的电流密度分布控制… 2195.3.2.2 基于材料的电流密度分布控制… 2225.3.3应力分布问题… 2235.3.4温度分布问题… 2265.4 高速电枢的物理特性… 2295.4.1速度趋肤效应… 2295.4.2 速度趋肤效应的控制手段… 2305.4.3小节… 2355.5 枢轨接触面上的物理现象… 2355.5.1枢轨接触面上的刨削现象… 2355.5.2电接触与轨道炮的转捩烧蚀现象… 2365.5.2.1 基于A-spots的电接触理论… 2375.5.2.2基于速度趋肤效应的电接触理论… 2385.5.2.3枢轨接触研究进展… 2395.5.3小节… 2415.6 工程计算方法… 2415.6.1 外弹道计算… 2425.6.2电枢质量估计… 2435.6.2.1载流量和载流特征量… 2435.6.2.2电枢质量… 2445.6.2.3算例… 2445.6.3电枢内弹道参数计算… 2455.6.3.1电枢运动学参数… 2455.6.3.2 电枢的电路参数计算… 2465.7 总结… 2465.7.1电磁兼容问题… 2475.7.2电枢质量的优化问题… 2475.7.3关键器件抗过载问题… 2475.7.4弹药的毁伤效能… 247第6章国外电磁轨道发射技术发展现状… 2496.1 国外电磁轨道发射技术研究现状… 2496.1.1 电磁发射技术研讨会… 2496.1.2 美国电磁轨道发射技术研究现状… 2496.1.2.1 美国电磁轨道发射技术研究现状… 2496.1.2.2 美国电磁轨道发射技术发展目标… 2526.1.2.3 美国电磁轨道发射技术的其它应用研究… 2526.1.3 欧洲电磁轨道发射技术研究现状… 2526.1.3.1 欧洲电磁轨道发射技术的发展现状… 2536.1.3.2欧洲电磁发射技术的应用方向… 2546.1.4 俄罗斯电磁轨道发射技术研究现状… 2556.1.4.1 俄罗斯电磁轨道发射技术早期研究成果… 2556.1.4.2 俄罗斯电磁轨道发射技术新研究进展… 2566.1.5 韩国电磁轨道发射技术研究现状… 2616.1.5.1 韩国电磁发射技术研究历程… 2616.1.5.2 韩国小口径电磁轨道发射技术研究… 2616.1.5.3 韩国中口径电磁轨道发射技术研究… 2626.1.5.4 韩国电磁轨道发射关键技术研究… 2646.2 国外典型电磁轨道炮… 2656.2.1 马歇尔堪培拉电磁轨道炮… 2656.2.2 闪电电磁轨道炮… 2676.2.3 “飞马”电磁轨道炮… 2686.2.4 美国海军电磁轨道炮… 2686.2.4.1 研究目的… 2686.2.4.2 研究现状… 2706.2.4.3 未来目标… 2726.2.5 美国陆军电磁轨道炮… 2726.2.5.1 研究现状… 2726.2.5.2 电磁… 2736.3 国外电磁轨道炮研制单位… 2756.3.1 美国海军研究局（ONR）… 2756.3.2 美国海军研究实验室（NRL）… 2766.3.3美国德克萨斯大学高技术研究所（IAT）… 2796.3.4 BAE系统公司及其子公司IAP. 2806.3.5 德法ISL联合实验室… 2826.3.6 通用原子公司（General Atomics）… 2856.3.7 国外其他电磁轨道发射系统研制公司… 2876.4电磁轨道炮身管结构和材料技术研究进展… 2916.4.1电磁轨道炮身管结构… 2916.4.2电磁轨道炮身管材料… 2916.4.2电磁轨道炮轨道材料… 2926.4.3绝缘材料… 2936.4.4电磁屏蔽材料… 2936.4.5电枢材料… 2946.4.6电源材料… 2947参考文献… 296