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电磁发射装置轨道热管理冷却管道的力学设计

林灵淑 袁伟群 赵莹 王志增 严萍

林灵淑, 袁伟群, 赵莹, 等. 电磁发射装置轨道热管理冷却管道的力学设计[J]. 强激光与粒子束, 2018, 30: 025003. doi: 10.11884/HPLPB201830.170322
引用本文: 林灵淑, 袁伟群, 赵莹, 等. 电磁发射装置轨道热管理冷却管道的力学设计[J]. 强激光与粒子束, 2018, 30: 025003. doi: 10.11884/HPLPB201830.170322
Lin Lingshu, Yuan Weiqun, Zhao Ying, et al. Mechanical design of rail cooling pipe for electromagnetic launcher[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2018, 30: 025003. doi: 10.11884/HPLPB201830.170322
Citation: Lin Lingshu, Yuan Weiqun, Zhao Ying, et al. Mechanical design of rail cooling pipe for electromagnetic launcher[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2018, 30: 025003. doi: 10.11884/HPLPB201830.170322

电磁发射装置轨道热管理冷却管道的力学设计

doi: 10.11884/HPLPB201830.170322
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51237007

国家自然科学基金项目 51207178

详细信息
    作者简介:

    林灵淑(1991—),女,博士研究生,主要从事脉冲功率技术的研究;linlingshu13@mail.iee.ac.cn

    通讯作者:

    严萍(1966—),女,博士,研究员,主要从事高电压绝缘技术和脉冲大电流放电技术的研究;pingyan@mail.iee.ac.cn

  • 中图分类号: TM89

Mechanical design of rail cooling pipe for electromagnetic launcher

  • 摘要: 为了解决电磁轨道发射器在实际应用中遇到的高热量积累问题,需要对轨道进行冷却。基于多物理场耦合仿真平台Comsol Multiphysics,从轨道结构特性和电气特性两个方面进行分析,提出了在轨道内部设置冷却管道的基本规律。建立发射器的电磁场和结构场耦合模型,利用有限元法对预紧力和电动力作用下的轨道响应进行数值计算。仿真结果表明,设置冷却管道会对轨道造成材料损失,进而影响轨道性能,冷却管道应当尽可能远离肩部与枢-轨接触面连接处,并提出了冷却管道位于轨道不同位置时,轨道的形变规律和电感梯度变化规律,为轨道热管理冷却管道的设置方案提供了理论依据。
  • 图  1  发射器及冷却管道基本结构

    Figure  1.  Basic structure of EML launcher and cooling pipes

    图  2  预紧状态下的轨道应力分布

    Figure  2.  Preload von Mises stress in rail

    图  3  轨道横截面2D电磁场计算

    Figure  3.  Electromagnetic field calculation

    图  4  轨道横截面电磁力分布

    Figure  4.  Electromagnetic force distribution in rails cross section

    图  5  预紧力和电磁力共同作用下的轨道横截面应力分布

    Figure  5.  Von Mises stress in the rail under preload and electromagnetic force

    图  6  管道位于不同位置时的轨道形变

    Figure  6.  Displacement of rail with pipe

    图  7  轨道横截面电流密度

    Figure  7.  Rail current density

    图  8  管道位于不同位置时的轨道电感梯度

    Figure  8.  Inductance gradient of rail with pipe

    表  1  各材料力学性能参数

    Table  1.   Mechanical properties parameters of materials

    ρ/(kg·m-3) Young’s modulus/Pa Poisson’s ratio
    rail 8890 1.10×1011 0.35
    bolt 7850 2.06×1011 0.30
    insulation 1420 1.40×1010 0.33
    steel bar 8000 1.93×1011 0.29
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    表  2  仿真模型中轨道材料属性

    Table  2.   Rail material properties of simulation model

    material μr σ/(S·m-1) ρ/(kg·m-3)
    C18200 1 4.63×107 8890
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-08-25
  • 修回日期:  2017-10-23
  • 刊出日期:  2018-02-15

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