脉冲电爆炸协同破岩技术研究

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作者 徐尤来 刘毅 +2 位作者 黄仕杰 李柳霞 林福昌 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第5期94-103,共10页

基于电磁能装备的电爆破在基坑工程中有巨大应用前景。提出了基于脉冲电源-电爆炸负载阵列的协同破岩技术,通过多应力波叠加实现大体积硬岩可控电爆破。分析了电爆炸过程中过电压产生机理以及多阵列协同过程中的过电压传递特性,提出了... 基于电磁能装备的电爆破在基坑工程中有巨大应用前景。提出了基于脉冲电源-电爆炸负载阵列的协同破岩技术,通过多应力波叠加实现大体积硬岩可控电爆破。分析了电爆炸过程中过电压产生机理以及多阵列协同过程中的过电压传递特性,提出了强流开关的过电压抑制方法。分析了单电爆炸负载与阵列协同破岩的作用效果,双电爆炸负载阵列单位体积破岩能耗为单电爆炸负载的38%,表明电爆炸负载阵列协同可有效实现大体积硬岩的可控电爆破。 展开更多

关键词 电爆破 多阵列协同 过电压 大体积硬岩

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多路并联真空断路器磁屏蔽结构设计与优化

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作者 李颖卓 陈立学 +2 位作者 何莹辉 江林岳 徐晟钦 《高电压技术》 北大核心 2025年第6期3065-3075,共11页

多路并联是发电厂侧真空断路器(vacuum circuit breaker,VCB)的发展趋势,并联导致的邻近效应和磁偏弧现象影响着VCB开断性能。首先,进行6路并联VCB有限元仿真,研究开断过程中邻路横向磁场(transverse magnetic field,TMF)作用下触头片... 多路并联是发电厂侧真空断路器(vacuum circuit breaker,VCB)的发展趋势,并联导致的邻近效应和磁偏弧现象影响着VCB开断性能。首先,进行6路并联VCB有限元仿真,研究开断过程中邻路横向磁场(transverse magnetic field,TMF)作用下触头片的邻近效应和真空电弧截面的TMF分布。为了屏蔽邻路TMF,设计了一种非等厚铝屏蔽罩,并研究了铝屏蔽罩的磁场分布特性和涡流损耗特性,接着构建了以屏蔽罩开口处厚度、中部厚度、半径和长度为输入,电弧截面TMF分布的径向不对称度和屏蔽罩涡流损耗分别为输出的径向基函数神经网络(radial basis function neural network,RBFNN)模型,并结合非支配排序遗传算法II(non-dominated sorting genetic algorithm-II,NSGA2)对屏蔽罩结构进行优化。结果表明:当屏蔽罩开口处厚度为14.50 mm、中部厚度为5.53 mm、半径为110.12 mm、长度为258.81 mm时,屏蔽罩具有较高的屏蔽能力和较小的涡流损耗。最后检验了铝屏蔽罩在VCB开断过程中的瞬态屏蔽能力,结果表明铝屏蔽罩对于三相短路故障开断时的邻路横磁具有较好的屏蔽效果。 展开更多

关键词 真空断路器 横向磁场 屏蔽罩 涡流损耗 RBF神经网络 NSGA2优化算法

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电磁斥力机构效率优化

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作者 何莹辉 陈立学 +3 位作者 李颖卓 徐晟钦 邹昕阳 孙立康 《高电压技术》 北大核心 2025年第4期1934-1943,共10页

电磁斥力机构(electromagnetic repulsion mechanism,EMRM)是实现断路器快速开断的重要设备,受限于涡流斥力的驱动原理,机构效率较低。为此结合频域分析,提出了一种频域参数解析计算的电磁斥力机构效率优化方法。首先,建立了机构有限元... 电磁斥力机构(electromagnetic repulsion mechanism,EMRM)是实现断路器快速开断的重要设备,受限于涡流斥力的驱动原理,机构效率较低。为此结合频域分析,提出了一种频域参数解析计算的电磁斥力机构效率优化方法。首先,建立了机构有限元仿真模型,对比分析了斥力盘固定、运动情况下的电流与电磁力,发现运动过程互感变化对电流、电磁力影响小,解析分析中互感可简化为常数。然后,比较了不同方法计算等效参数用于解析分析的准确性,fω频域参数可较好解析电流。进一步分析了频率、线圈结构对互感梯度的影响,提出互感梯度可简化为线性减小的结论,获取了电磁力解析式。最后,在频域参数解析计算基础上提出了电磁斥力机构效率优化方法,对该研究斥力机构参数进行了优化,并通过有限元仿真计算验证了优化方法的有效性。 展开更多

关键词 断路器 电磁斥力机构 频域参数 解析计算 效率优化

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并联驱动型电磁斥力机构应力分布特性与优化

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作者 何莹辉 陈立学 +3 位作者 李颖卓 徐晟钦 邹昕阳 孙立康 《高电压技术》 北大核心 2025年第2期766-773,共8页

为保证多路并联断路器开断的快速性和同步性,提出了一种并联驱动型电磁斥力机构并针对该结构的应力分布特性和优化方法进行研究。首先,建立机构有限元模型,通过仿真分析应力分布特性,发现该结构具有2个应力集中区域。然后,提取机构洛伦... 为保证多路并联断路器开断的快速性和同步性,提出了一种并联驱动型电磁斥力机构并针对该结构的应力分布特性和优化方法进行研究。首先,建立机构有限元模型,通过仿真分析应力分布特性,发现该结构具有2个应力集中区域。然后,提取机构洛伦兹力分布特性参数k,理论推导了k与线圈匝数、尺寸参数的解析形式并结合仿真计算获取了其解析式,研究了k值对机构最大应力的影响,发现存在较优k值使得机构最大应力较小。最后,对机构1/6模型进行受力分析,提出在径向力平衡时机构应力较小的结论,给出了径向力平衡时k值解析计算方法,对比不同结构仿真和解析计算下应力较优的k值验证了分析的正确性。结合k的解析关系和径向力平衡的k值计算方法可调整参数优化机构应力,该方法可用于并联驱动型电磁斥力机构参数设计。 展开更多

关键词 多路并联断路器 电磁斥力机构 应力分布 洛伦兹力分布 径向力平衡

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高压脉冲放电破岩电弧阻抗特性分析 被引量：8

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作者 黄仕杰 刘毅 +2 位作者 林福昌 周鹏 马宁 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第19期4978-4988,共11页

高压脉冲放电是一种新型破岩技术,其电弧通道阻抗与外回路阻抗匹配关系决定通道能量的注入速率和大小,进而影响破碎效率。该文建立了高压脉冲放电破岩综合试验平台,测量了电弧通道的电压、电流,获取了电弧通道发展图像,通过剥离电弧电... 高压脉冲放电是一种新型破岩技术,其电弧通道阻抗与外回路阻抗匹配关系决定通道能量的注入速率和大小,进而影响破碎效率。该文建立了高压脉冲放电破岩综合试验平台,测量了电弧通道的电压、电流,获取了电弧通道发展图像,通过剥离电弧电压中的电感分量获得了电弧阻抗特性。考虑温度、通道膨胀及辐射的影响,建立岩石中电弧通道的阻抗模型,通过迭代求解确定了模型参数及变量初值,模型计算结果能够合理表征岩层中电弧阻抗的时变特性。由于岩石中电弧通道膨胀更加困难,对于幅值为11.12kA、周期为5.776μs的脉冲电流,其阻抗的典型值约为35.6mΩ/mm。 展开更多

关键词 脉冲放电 岩石破碎 电弧通道 阻抗模型 时变电阻

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滑动电接触梯度功能材料电枢熔化磨损特性仿真研究 被引量：1

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作者 邹昕阳 陈立学 +2 位作者 王增基 许璇 张智榣 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第19期5947-5957,共11页

该文提出一种利用梯度功能材料电枢提高电枢表面熔点、降低电枢熔化磨损率,从而延长电磁轨道发射器中轨道使用寿命的方法,并通过多物理场耦合仿真选择合适的电枢梯度功能材料,研究梯度功能材料电枢的熔化磨损特性。在COMSOL Multiphysic... 该文提出一种利用梯度功能材料电枢提高电枢表面熔点、降低电枢熔化磨损率,从而延长电磁轨道发射器中轨道使用寿命的方法,并通过多物理场耦合仿真选择合适的电枢梯度功能材料,研究梯度功能材料电枢的熔化磨损特性。在COMSOL Multiphysics仿真软件中采用“平板式”分层的梯度功能材料模型,将各层复合材料的物理性能表示为关于功能体材料体积分数的函数,模拟在电流流经结构体电阻以及电枢-轨道表面接触电阻产生的焦耳热影响下,电枢于初始阶段的熔化情况。结果表明,铬更适合作为功能体材料加入铝基体形成梯度功能材料电枢,铌、钼次之,而铜功能体梯度功能材料电枢的抗熔化磨损能力较弱。该文仿真实验和结果对梯度功能材料电枢的研发和试验具有一定的指导意义。 展开更多

关键词 电磁轨道炮 梯度功能材料电枢 熔化磨损 仿真分析

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耦合型机械式高压直流断路器研究 被引量：40

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作者 潘垣 袁召 +2 位作者 陈立学 徐敏 刘黎明 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第24期7113-7120,共8页

柔性直流电网因具有灵活、可靠和经济性好等特点,得到越来越多的重视和发展,而直流断路器是保证柔性直流电网稳定运行的关键设备之一。针对传统机械式及混合式直流断路器应用于高电压领域时存在的可靠性和经济性问题,提出一种耦合型机... 柔性直流电网因具有灵活、可靠和经济性好等特点,得到越来越多的重视和发展,而直流断路器是保证柔性直流电网稳定运行的关键设备之一。针对传统机械式及混合式直流断路器应用于高电压领域时存在的可靠性和经济性问题,提出一种耦合型机械式高压直流断路器拓扑结构,详细分析其工作原理及优势,并给出各元件参数的选择依据。基于160kV南澳柔性直流输电系统需求,研制了160kV高压直流断路器样机,完成包括双向开断试验在内的型式试验,并挂网运行。针对500kV直流输电系统需求,完成500kV耦合型机械式高压直流断路器拓扑完善与参数设计,并基于PSCAD仿真软件完成了针对张北工程的各主要工况仿真校核。 展开更多

关键词 柔性直流电网 机械式直流断路器 耦合电抗器 样机研制 仿真验证

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J-TEXT托卡马克上电磁弹丸注入系统的X型电枢设计 被引量：1

8

作者 陈忠勇 张维康 +2 位作者 唐俊辉 李峰 夏胜国 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第19期5056-5066,5073,共12页

国际热核聚变实验堆(ITER)计划是我国参与规模最大的国际科技合作项目,目标是验证大型托卡马克装置实现聚变能的可行性。等离子体大破裂是ITER安全运行面临的最大威胁,会对装置造成严重的损坏,因此缓解破裂危害是ITER亟待解决的关键问... 国际热核聚变实验堆(ITER)计划是我国参与规模最大的国际科技合作项目,目标是验证大型托卡马克装置实现聚变能的可行性。等离子体大破裂是ITER安全运行面临的最大威胁,会对装置造成严重的损坏,因此缓解破裂危害是ITER亟待解决的关键问题。目前缓解破裂危害的基本策略是主动注入大量粒子,但现有的破裂缓解系统尚不能完全满足ITER的需求。该文通过分析现有破裂缓解系统的特点,介绍J-TEXT托卡马克上新一代用于破裂缓解的电磁弹丸注入系统(EMI),该系统使用电磁力发射弹丸,可有效提高弹丸的注入速度并缩短响应时间,克服了其他系统的局限性。电枢是EMI的核心部件,在发射中起决定性作用,通过介绍尾翼接触型电枢的结构及功能,说明这类电枢运用于EMI时在减速阶段存在枢轨电接触性能不足、运动稳定性不够高等局限性,由此根据EMI减速阶段对电枢性能产生的特殊需求,设计了一款具有X型结构的新型固体电枢。仿真结果表明,电枢的电磁、机械性能满足发射要求,电接触特性良好。在发射性能试验中,电枢完成了加速至520m/s后主动减速至0m/s;电枢-弹丸分离性能试验中实现了电枢、弹丸的稳定分离,弹丸的飞行速度为358m/s,且该速度能随着加速能量的增加进一步提高。EMI为托卡马克等离子体破裂缓解贡献了一种高效注入杂质的先进方案,该文提出的X型电枢具有良好的发射性能,为EMI提供了一种优良的新型固体电枢结构及设计方法。 展开更多

关键词 托卡马克 破裂缓解系统 电磁发射 轨道炮 固体电枢

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电磁轨道炮电流分布特性研究综述 被引量：19

9

作者 阮景煇 陈立学 +2 位作者 夏胜国 王增基 李立东 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第21期4423-4431,共9页

电磁轨道炮电流分布特性与其发射性能密切相关,局部区域电流密度过大会导致电枢和轨道熔蚀磨损、界面熔化沉积、转捩电弧等现象,严重影响电枢和弹丸的发射稳定性,造成轨道和内膛绝缘的损伤。该文首先阐述了影响电流分布的三种物理效应... 电磁轨道炮电流分布特性与其发射性能密切相关,局部区域电流密度过大会导致电枢和轨道熔蚀磨损、界面熔化沉积、转捩电弧等现象,严重影响电枢和弹丸的发射稳定性,造成轨道和内膛绝缘的损伤。该文首先阐述了影响电流分布的三种物理效应——趋肤效应、临近效应和速度趋肤效应,基于此,总结了国内外针对电磁轨道炮电流分布特性的相关研究。分析了枢轨界面状态、枢轨材料、枢轨结构、驱动电流对电流分布特性的影响规律,提出马鞍C形电枢在改善电流分布上的优势。最后总结了优化电流分布的若干措施,可为电磁轨道发射的工程应用提供技术支撑。 展开更多

关键词 电磁发射 电流分布 枢轨界面 固体电枢

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基于陷阱密度的双向拉伸聚丙烯薄膜耐γ辐照积累剂量阈值评估 被引量：4

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作者 王雨橙 李化 +1 位作者 王哲豪 林福昌 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第18期5039-5048,共10页

聚合物电介质在接受辐照后,电气性能会下降,可能使电气系统在发生电气故障前因电介质劣化而过早地终止使用寿命。以双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜为对象,研究了γ辐照积累剂量对结晶度和陷阱参数的影响规律。依据辐照陷阱产生模型,定义辐照... 聚合物电介质在接受辐照后,电气性能会下降,可能使电气系统在发生电气故障前因电介质劣化而过早地终止使用寿命。以双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜为对象,研究了γ辐照积累剂量对结晶度和陷阱参数的影响规律。依据辐照陷阱产生模型,定义辐照后陷阱密度增加系数ktrap以表征薄膜电气性能劣化程度,并提出了γ辐照积累剂量阈值评估方法。研究结果表明,γ辐照积累剂量超过10 kGy时,BOPP薄膜的结晶度显著下降,陷阱深度随辐照积累剂量的增加而增大,陷阱密度随辐照积累剂量的增加呈指数形式增大。根据陷阱密度随辐照积累剂量的分段规律,得到BOPP薄膜劣化的起始辐照积累剂量阈值为10 kGy,显著劣化的阈值为80 kGy。 展开更多

关键词 BOPP薄膜 Γ辐照 结晶度 陷阱参数 阈值评估

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考虑速度趋肤效应与接触电阻影响的枢轨界面电流分布特性 被引量：8

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作者 王增基 陈立学 +2 位作者 尤彭昊 兰昕宇 葛一凡 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第19期5003-5010,共8页

该文采用有限元法,仿真研究了轨道炮的电流分布特性。根据有限元模型中影响因素的不同,建立了三种模型,即速度趋肤效应模型、接触电阻模型以及两者都包含的综合模型。首先在运动电枢上建立坐标系,在麦克斯韦方程组中增加速度项,实现考... 该文采用有限元法,仿真研究了轨道炮的电流分布特性。根据有限元模型中影响因素的不同,建立了三种模型,即速度趋肤效应模型、接触电阻模型以及两者都包含的综合模型。首先在运动电枢上建立坐标系,在麦克斯韦方程组中增加速度项,实现考虑速度趋肤效应的运动电磁场计算;其次接触电阻模型考虑了电枢与轨道的粗糙表面特征以及枢轨间接触压力;最后将两种模型结合建立了综合模型。该文通过对比分析各个模型中的电流在枢轨界面上的分布特性,表明综合模型能更准确地揭示电流分布特性。基于此,以电感梯度为例,该文进一步分析了不同模型中电感梯度变化规律,研究表明,速度趋肤效应与接触电阻都是影响电磁轨道炮性能的关键因素。 展开更多

关键词 轨道炮 速度趋肤效应 接触电阻 电流分布

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电磁斥力机构能量转换效率分析 被引量：7

12

作者 张修雅 袁召 +3 位作者 陈立学 朱哲晓 何俊磊 何俊佳 《电网技术》 EI CSCD 北大核心 2019年第5期1849-1855,共7页

以"线圈-盘"式电磁斥力机构(coil-platerepulsion mechanism,CPRM)为研究对象,采用有限元仿真软件工具对CPRM进行仿真建模,研究分析CPRM的能量转换过程。研究能量的消耗途径,分析不同能量消耗途径对整个运动过程的影响大小,... 以"线圈-盘"式电磁斥力机构(coil-platerepulsion mechanism,CPRM)为研究对象,采用有限元仿真软件工具对CPRM进行仿真建模,研究分析CPRM的能量转换过程。研究能量的消耗途径,分析不同能量消耗途径对整个运动过程的影响大小,总结能量消耗规律。根据能量转换过程分析结果,对斥力盘的结构进行优化改进,提出一种"铜-铝"复合式斥力盘。通过仿真分析和试验验证得出结论:线圈电阻损耗和斥力盘涡流损耗是能量消耗的主要途径;"铜-铝"复合式斥力盘结构可有效地提高驱动速度和驱动效率。 展开更多

关键词 电磁斥力机构 能量转换特性 驱动效率优化 结构优化

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基于时频域介电响应的绝缘油弛豫过程分析 被引量：5

13

作者 徐晴川 王圣康 +1 位作者 林福昌 李化 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第9期2355-2365,共11页

该文测量并分析了不同水分和老化程度绝缘油的时频域介电响应,通过频域介电谱分析绝缘油弛豫时间较小的弛豫过程,通过极化电流分析绝缘油弛豫时间较大的弛豫过程和直流电导过程,并研究水分含量和老化程度对弛豫过程特征参数的影响。研... 该文测量并分析了不同水分和老化程度绝缘油的时频域介电响应,通过频域介电谱分析绝缘油弛豫时间较小的弛豫过程,通过极化电流分析绝缘油弛豫时间较大的弛豫过程和直流电导过程,并研究水分含量和老化程度对弛豫过程特征参数的影响。研究表明,绝缘油频域介电谱可以分为直流电导频段、弛豫极化频段和高频极化频段三个频段。直流电导频段和高频极化频段的实部恒定,虚部与频率成反比,表现为电阻特性。但两个频段的损耗机制不同,前者以电导损耗为主,由直流电导率决定;后者以极化损耗为主,由高频电导率决定。绝缘油的水分含量对直流电导率影响较大,老化程度对高频电导率影响较大。绝缘油频谱在弛豫极化频段的实部和虚部斜率随频率发生变化,表现为明显的弛豫过程。水分含量会减小绝缘油的弛豫时间,老化程度对弛豫时间影响较小。 展开更多

关键词 绝缘油 弛豫过程 频域介电谱 极化电流 电导损耗 极化损耗

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基于频谱二阶斜率方均根的变压器油浸绝缘纸频谱提取 被引量：1

14

作者 徐晴川 王圣康 +1 位作者 林福昌 李化 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第19期4989-5002,共14页

在变压器绝缘检测领域,用频域介电谱法对变压器绝缘状态进行评估,需要根据绝缘结构参数计算出油浸绝缘纸的频谱,然而待测变压器的绝缘结构往往是未知的,这极大地制约了频域介电谱法的现场应用。该文基于油浸绝缘纸频谱二阶斜率方均根,... 在变压器绝缘检测领域,用频域介电谱法对变压器绝缘状态进行评估,需要根据绝缘结构参数计算出油浸绝缘纸的频谱,然而待测变压器的绝缘结构往往是未知的,这极大地制约了频域介电谱法的现场应用。该文基于油浸绝缘纸频谱二阶斜率方均根,实现一种无需已知绝缘结构参数的变压器油浸绝缘纸频谱的提取方法。通过测量不同水分条件和绝缘结构的油纸绝缘样品的频域介电谱,根据绝缘结构参数计算油浸绝缘纸的频谱。研究发现,偏离实际值的绝缘结构参数会影响计算的油浸绝缘纸频谱的大小和形态,从而使得计算频谱的二阶斜率方均根显著增大。水分含量越高,影响越小。因此,通过遍历不同绝缘结构参数计算的油浸绝缘纸频谱,分析频谱二阶斜率方均根最小值对应的绝缘结构参数和油浸绝缘纸频谱,可以实现无需已知绝缘结构参数的变压器油浸绝缘纸频谱的提取。 展开更多

关键词 变压器主绝缘 油纸绝缘系统 频域介电谱 油浸绝缘纸

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电磁轨道发射中一体C形电枢尾翼倾角的约束条件

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作者 陈立学 任烨 徐晟钦 《电工技术学报》 2025年第17期5369-5378,共10页

一体C形电枢作为直线式电磁发射器中将电能转化为动能的重要部件,其性能的优劣直接影响发射器的整体性能,电枢尾翼倾角作为发射器典型结构参数会对其发射性能产生重要影响。该文从枢轨接触压力、电枢结构完整性和发射速度三方面考虑,以... 一体C形电枢作为直线式电磁发射器中将电能转化为动能的重要部件,其性能的优劣直接影响发射器的整体性能,电枢尾翼倾角作为发射器典型结构参数会对其发射性能产生重要影响。该文从枢轨接触压力、电枢结构完整性和发射速度三方面考虑,以平面电枢为例,首先通过理论分析探究了枢轨接触压力与电枢结构完整性约束下尾翼倾角的取值范围,然后通过有限元仿真研究了电枢尾翼倾角对发射速度的影响。结果表明:在载流裕度系数为0.7~0.9的区间内,尾翼倾角的临界值随裕度系数的增大而减小,同时在考虑枢轨接触压力和电枢结构完整性的前提下,30 mm口径电枢尾翼倾角的取值范围为20°~30°;在驱动电流波形和额定发射速度均相同的条件下,电枢发射所需的轨道长度随尾翼倾角的增大而减小,尾翼倾角取30°时的轨道长度是取20°时的83%,增大倾角可以减小发射所需的电流幅值和轨道长度。 展开更多

关键词 电磁轨道发射 C形电枢 尾翼结构参数 倾角

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