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電磁軌道發(fā)射一體化彈丸的膛內(nèi)磁場(chǎng)主要取決于放電電流波形和速度趨膚效應(yīng)，其幅值與電流大小以及彈丸速度有關(guān)，而其變化率則主要受電流變化率的影響。彈丸出膛瞬間，膛口電流小于膛內(nèi)峰值電流，因此膛口磁場(chǎng)幅值小于膛內(nèi)磁場(chǎng)幅值。

受引弧結(jié)構(gòu)的影響，樞軌之間的電流快速轉(zhuǎn)移到引弧器上，雖然流經(jīng)導(dǎo)軌的總電流未發(fā)生大的變化，但此時(shí)主電流位置發(fā)生了變化，所感應(yīng)的磁場(chǎng)也發(fā)生變化，由于引弧時(shí)間極短，導(dǎo)致膛口磁場(chǎng)變化率極大，引弧過(guò)程如圖1所示。

圖1 膛口拉弧過(guò)程示意圖

強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境是制約電磁發(fā)射制彈丸研制的重要因素。強(qiáng)磁場(chǎng)會(huì)帶來(lái)制導(dǎo)彈丸內(nèi)部引信安全性、制導(dǎo)控制系統(tǒng)中的磁敏感器件失靈、舵機(jī)失效等問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)電磁發(fā)射過(guò)程中，彈丸內(nèi)膛的磁場(chǎng)分布特性做了大量研究，對(duì)制導(dǎo)彈丸內(nèi)部器件的布局提供了一定的依據(jù)。但上述文獻(xiàn)均未考慮彈丸出膛后的彈丸內(nèi)部的磁場(chǎng)分布特性。

針對(duì)電磁軌道發(fā)射彈丸出膛時(shí)出現(xiàn)的特有拉弧現(xiàn)象，海軍工程大學(xué)的研究人員首先基于柯西電弧模型建立電磁發(fā)射彈丸的電流轉(zhuǎn)移模型，獲得引弧器上的電流變化；其次將引弧等效為一具有一定長(zhǎng)度和半徑的導(dǎo)體，構(gòu)建了由導(dǎo)軌和電樞以及導(dǎo)軌與引弧器兩個(gè)回路組成的三維瞬態(tài)場(chǎng)磁場(chǎng)仿真模型；最后創(chuàng)新性地引入了膛口磁場(chǎng)速度修正項(xiàng)，得到考慮引弧運(yùn)動(dòng)的膛口磁場(chǎng)仿真模型。

圖2 基于雙目視覺(jué)的引弧運(yùn)動(dòng)測(cè)量示意圖

采用該模型，仿真分析了彈丸在出膛瞬間彈丸中軸線(xiàn)上的磁場(chǎng)分布特性。仿真結(jié)果表明，彈丸膛口磁場(chǎng)幅值低于膛內(nèi)磁場(chǎng)幅值，但磁場(chǎng)變化率遠(yuǎn)大于膛內(nèi)磁場(chǎng)變化率，峰值達(dá)到8518T/s。

分析結(jié)果表明，電磁軌道發(fā)射彈丸在出膛瞬間受到膛口拉弧的影響，彈上磁場(chǎng)將經(jīng)歷極大的變化，從而對(duì)彈載器件的磁場(chǎng)環(huán)境適應(yīng)性提出了更為嚴(yán)酷的考核，與膛內(nèi)磁場(chǎng)特性不同的是，膛口磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度并不大，但磁場(chǎng)變化率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于膛內(nèi)磁場(chǎng)變化率。該研究成果可為電磁發(fā)射制導(dǎo)彈彈載器件的布局設(shè)計(jì)以及屏蔽設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

以上研究成果發(fā)表在2021年第3期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“電磁發(fā)射彈丸膛口磁場(chǎng)分布特性分析”，作者為李湘平、魯軍勇 等。