電磁彈射器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其動(dòng)態(tài)彈射性能

趙科義，向紅軍，孫麗萍，高曉燕，齊文達(dá)

(1.河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣與信息工程系， 石家莊 050091；2.陸軍工程大學(xué) 彈藥工程系， 石家莊 050003；3.河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 軌道交通系， 石家莊 050035)

電磁彈射器通常用于艦載機(jī)和無人機(jī)等大質(zhì)量載荷的彈射起飛[1-2]。國內(nèi)外在該領(lǐng)域做了大量的研究工作，取得了諸多重要研究成果[3-5]，但在導(dǎo)彈電磁彈射方面的研究相對(duì)較少。美國桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室曾對(duì)導(dǎo)彈電磁發(fā)射器(Electromagnetic Missile Launcher，EMML)做了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究工作[6]，采用了多級(jí)同步感應(yīng)線圈炮的結(jié)構(gòu)形式，多級(jí)驅(qū)動(dòng)線圈同軸直線排列，工作時(shí)需依據(jù)電樞運(yùn)動(dòng)位置對(duì)驅(qū)動(dòng)線圈適時(shí)饋電。這種彈射方式有利于將大質(zhì)量載荷加速到高速，但其高效運(yùn)行精確控制難。鄒本貴等人曾對(duì)艦載導(dǎo)彈電磁線圈垂直發(fā)射方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)和仿真研究[7-8]，采用了與桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室類似的結(jié)構(gòu)方案。王秋良等人系統(tǒng)分析了同軸線圈電磁推進(jìn)技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)瓶頸可能的解決途徑[9]。

針對(duì)彈射速度要求不高的場合，如導(dǎo)彈冷發(fā)射，只需利用電磁彈射器將導(dǎo)彈載荷彈射到安全距離之外，再啟動(dòng)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作即可。但目前研究較多的脈沖感應(yīng)型電磁彈射裝置的彈射效率普遍較低[6,10]，且彈射大質(zhì)量載荷需要消耗大量的儲(chǔ)能，因此設(shè)計(jì)高效電磁彈射器對(duì)大載荷助推彈射具有重要意義。本文基于脈沖感應(yīng)電磁彈射原理，通過驅(qū)動(dòng)線圈與電樞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提出了兩種不同結(jié)構(gòu)的電磁彈射器設(shè)計(jì)方案，建立了動(dòng)力學(xué)模型，并在特定工況下對(duì)其動(dòng)態(tài)彈射性能進(jìn)行了計(jì)算仿真，研究，分析了電樞與驅(qū)動(dòng)線圈之間的磁耦合情況，探討了驅(qū)動(dòng)線圈的加固問題。

1 電磁彈射器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作原理

1.1 電磁彈射器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電磁彈射器結(jié)構(gòu)1如圖1(a)所示，主要由一個(gè)圓筒狀驅(qū)動(dòng)線圈和一個(gè)圓形杯狀電樞構(gòu)成。這種結(jié)構(gòu)與感應(yīng)線圈炮結(jié)構(gòu)類似，但其電樞結(jié)構(gòu)不同于感應(yīng)線圈炮中通常采用的圓筒狀電樞。電磁彈射器結(jié)構(gòu)2如圖1(b)所示，主要由三個(gè)同軸嵌套的驅(qū)動(dòng)線圈和與這三個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈布局結(jié)構(gòu)相匹配的齒槽狀電樞構(gòu)成。這兩種結(jié)構(gòu)的電磁彈射器均關(guān)于Z軸軸對(duì)稱。在電磁彈射器結(jié)構(gòu)2中，三個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈沿徑向(即X軸或Y軸方向)由外向內(nèi)依次為驅(qū)動(dòng)線圈1、驅(qū)動(dòng)線圈2和驅(qū)動(dòng)線圈3，電樞具有前端齒和后端齒，電樞尾部具有兩個(gè)圓環(huán)形槽和三個(gè)圓環(huán)形齒，圓環(huán)形槽內(nèi)可容納驅(qū)動(dòng)線圈2和驅(qū)動(dòng)線圈3。被彈射的有效載荷可安裝于電樞前端或前端齒之間。電磁彈射器結(jié)構(gòu)2之所以采用三個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈和電樞齒槽嚙合結(jié)構(gòu)布局，其目的主要是為了改善驅(qū)動(dòng)線圈與電樞之間的磁耦合性能，從而提高電磁彈射器的彈射效率或動(dòng)態(tài)彈射性能。

將電磁彈射器結(jié)構(gòu)1和電磁彈射器結(jié)構(gòu)2分別簡稱為結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)2。結(jié)構(gòu)1中的驅(qū)動(dòng)線圈和結(jié)構(gòu)2中的驅(qū)動(dòng)線圈1結(jié)構(gòu)尺寸完全相同，相應(yīng)的電樞外直徑和軸向長度也完全相同。驅(qū)動(dòng)線圈的徑向厚度均為27 mm。驅(qū)動(dòng)線圈1的軸向長度為150 mm，驅(qū)動(dòng)線圈2和驅(qū)動(dòng)線圈3的軸向長度均為100 mm。電樞與驅(qū)動(dòng)線圈之間的間隙距離均為3 mm。驅(qū)動(dòng)線圈1的內(nèi)直徑為306 mm。電樞前端齒和后端齒的徑向厚度均為30 mm，前端齒和后端齒的軸向長度分別為50 mm和73 mm，前端齒和后端齒之間部分的電樞軸向長度為40 mm。電樞外直徑和軸向長度分別為300 mm和163 mm。

1.2 電磁彈射器的工作原理

這兩種電磁彈射器工作時(shí)均需脈沖功率電源對(duì)驅(qū)動(dòng)線圈放電，放電產(chǎn)生的脈沖電流流過驅(qū)動(dòng)線圈時(shí)會(huì)在驅(qū)動(dòng)線圈周圍產(chǎn)生脈沖強(qiáng)磁場，使鋁質(zhì)電樞上感生渦流。如果電樞內(nèi)感應(yīng)電流密度為J，電樞所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則電樞受到的電磁力F可表示為

(1)

式中，V為電樞的體積。由于結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)2均關(guān)于Z軸軸對(duì)稱，所以電樞受到的徑向電磁力也是關(guān)于Z軸對(duì)稱的、且相互抵消。這樣，電樞僅受到沿Z軸方向上的電磁力作用，致使電樞及載荷沿Z軸方向加速運(yùn)動(dòng)而被彈射出去。由于電樞電流是通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生的，電樞與驅(qū)動(dòng)線圈之間的磁耦合性能越好，則越有利于電樞電流產(chǎn)生，因此改善電樞與驅(qū)動(dòng)線圈之間磁耦合情況有助于提高電磁彈射器的動(dòng)態(tài)彈射性能。

1.3 動(dòng)力學(xué)模型及求解方法

考慮到電樞內(nèi)感應(yīng)渦流分布是不均勻性，可將電樞視為多個(gè)絲狀電樞圓環(huán)，并假定每個(gè)絲狀電樞圓環(huán)內(nèi)的電流是均勻分布的。這樣，基于儲(chǔ)能脈沖電容器放電驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)2系統(tǒng)的等效電路模型分別如圖2(a)和圖2(b)所示。

圖2 電磁彈射器結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)2系統(tǒng)等效電路模型

Rb和Db構(gòu)成續(xù)流支路；Rc、Rc1、Rc2、Rc3、和Lc、Lc1、Lc2、Lc3分別表示各驅(qū)動(dòng)線圈的電阻和自感；C和U分別表示儲(chǔ)能脈沖電容器的容量和電壓；Mca1…Mcan、Mc1a1…Mc1an、Mc2a1…Mc2an和Mc3a1…Mc3an表示相應(yīng)驅(qū)動(dòng)線圈和絲狀電樞圓環(huán)間的互感。圖2中各絲狀電樞圓環(huán)間的互感中未標(biāo)出。結(jié)構(gòu)2系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的等效電路模型中的三個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈順串連接，保證了其工作時(shí)磁極極性相同。依據(jù)圖2所示的等效電路模型，可以建立矩陣形式的電路方程[11]，即

(2)

續(xù)流支路作用后，電壓矩陣變?yōu)榱憔仃?，電阻矩陣中的元素Rc變?yōu)镽c+Rb。

對(duì)于結(jié)構(gòu)2而言，電感矩陣[L]中的元素Lc需修改為Lc1+Lc2+Lc3+ 2Mc1c2+2Mc2c3+2Mc1c3；電阻矩陣[R]中的元素Rc需修改為Rc1+Rc2+Rc3；電流矩陣、電流對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)矩陣和電壓矩陣保持不變?；ジ刑荻染仃嚭突ジ芯仃囆栊薷臑?/p>

彈射過程中儲(chǔ)能脈沖電容器兩端的電壓可表示為

(3)

式中，U0為電容器的初始電壓。由式(2)變形可得

(4)

彈射過程中，從彈射器內(nèi)磁場儲(chǔ)能隨電樞位置變化的角度考慮，則電樞沿Z軸受到的電磁力為[11]

FZ=[I]T[M1][I]

(5)

第j個(gè)時(shí)間步長內(nèi)電樞及載荷運(yùn)動(dòng)的加速度為

aj=(Fzj-G)/m

(6)

式中，G和m分別為彈射的總重量和總質(zhì)量。

第j個(gè)時(shí)間步長結(jié)束時(shí)電樞及載荷的速度和位移分別為

vj=vj-1+aj(Δt)

(7)

sj=sj-1+vj-1(Δt)+0.5aj(Δt)2

(8)

利用式(2)、式(3)、式(5)、式(6)、式(8)，同時(shí)結(jié)合初始條件即可描述電磁彈射器的動(dòng)態(tài)彈射過程。彈射過程中由于電樞位置的不斷變化，致使電樞與驅(qū)動(dòng)線圈之間的互感和系統(tǒng)等效輸入阻抗也在不斷變化，從而影響儲(chǔ)能脈沖電容器的放電情況。驅(qū)動(dòng)電流的變化又會(huì)影響驅(qū)動(dòng)線圈周圍的脈沖強(qiáng)磁場和電樞內(nèi)感應(yīng)渦流，從而對(duì)電樞受力產(chǎn)生影響。因此，動(dòng)態(tài)彈射性能仿真時(shí)需要采用電路與磁場相互耦合的仿真方法，并在每一時(shí)間步長內(nèi)首先依據(jù)電樞位置來計(jì)算電感等參數(shù)，再結(jié)合式(4)計(jì)算驅(qū)動(dòng)電流，進(jìn)而計(jì)算電樞的受力、加速度、速度和位移等參數(shù)。

2 電磁彈射器動(dòng)態(tài)彈射性能仿真

2.1 對(duì)比研究的相關(guān)假定

由于結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)2所采用的驅(qū)動(dòng)線圈個(gè)數(shù)不同，對(duì)應(yīng)的電樞形狀也不同，所以兩者對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)回路參數(shù)也不同。為使結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)2的動(dòng)態(tài)彈射性能具有可比性，現(xiàn)假定如下：(1)被彈射的電樞與載荷的總質(zhì)量相同，均為500 kg；(2)驅(qū)動(dòng)用脈沖功率電源參數(shù)完全相同，即儲(chǔ)能脈沖電容器的容量均為20 mF，初始放電電壓均為10 kV；(3)彈射時(shí)電樞所處的初始位置相同，電樞末端均距離X軸30 mm；(4)均考慮電樞及載荷自重的影響，但均忽略空氣阻力的影響。

在上述假定下，通過比較結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)2在彈射過程中電樞及載荷所獲的動(dòng)能與消耗的脈沖功率電源儲(chǔ)能之比的方法，即通過彈射效率分析的方法即可衡量這兩種電磁彈射器動(dòng)態(tài)彈射性能的優(yōu)劣。

2.2 仿真模型的建立

Ansoft電磁場有限元分析軟件中的瞬態(tài)求解器可用于運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體的計(jì)算問題[12]，故采用其進(jìn)行建模。由于結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)2均為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所以建立二維軸對(duì)稱仿真模型，如圖3。整個(gè)外邊框包圍的區(qū)域?yàn)榍蠼鈪^(qū)域，內(nèi)邊框所包圍的區(qū)域?yàn)殡姌羞\(yùn)動(dòng)區(qū)域。

圖3 兩種不同結(jié)構(gòu)的電磁彈射仿真模型

2.3 動(dòng)態(tài)彈射性能仿真及結(jié)果分析

仿真過程中，均采用了外電路加載方式。結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)2對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路分別如圖4(a)和圖4(b)所示。圖4(a)中驅(qū)動(dòng)線圈的匝數(shù)為120匝，設(shè)其直流電阻Rc1為180 mΩ；圖4(b)中驅(qū)動(dòng)線圈1、驅(qū)動(dòng)線圈2和驅(qū)動(dòng)線圈3的匝數(shù)分別為120匝、80匝和80匝，設(shè)其直流電阻Rc1、Rc2和Rc3分別約為180 mΩ、76 mΩ和30 mΩ。這里給出的各驅(qū)動(dòng)線圈的直流電阻是依據(jù)其結(jié)構(gòu)參數(shù)和匝數(shù)計(jì)算得到的，仿真時(shí)需將其與驅(qū)動(dòng)線圈串聯(lián)。本文對(duì)結(jié)構(gòu)2在磁極極性相同驅(qū)動(dòng)方式下的動(dòng)態(tài)彈射性能與結(jié)構(gòu)1的動(dòng)態(tài)彈射性能進(jìn)行對(duì)比研究。

圖4 結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)2的驅(qū)動(dòng)電路

將驅(qū)動(dòng)線圈和電樞的材料分別設(shè)置為銅和鋁。設(shè)電樞的初始速度為0 m/s，電樞及載荷的總質(zhì)量為500 kg。在垂直彈射的情況下，設(shè)置負(fù)載力為電樞及載荷的總重量5 000 N。

圖5中(a)、(b)、(c)、(d)、(e)分別給出了這兩種不同結(jié)構(gòu)電磁彈射器在上述工況下的動(dòng)態(tài)彈射性能，即驅(qū)動(dòng)電流I、儲(chǔ)能脈沖電容器兩端的放電電壓U、電樞受到的電磁力F、電樞的運(yùn)動(dòng)速度v和運(yùn)動(dòng)位移p隨時(shí)間變化的規(guī)律。

由圖5(a)可知，結(jié)構(gòu)1在彈射過程中驅(qū)動(dòng)電流峰值相對(duì)較大，且約于5.8 ms達(dá)最大值17.187 kA；結(jié)構(gòu)2在磁極極性相同的驅(qū)動(dòng)方式下對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流峰值相對(duì)小得多，且于4.68 ms達(dá)到最大值11.038 kA。由圖5(b)可知，結(jié)構(gòu)2在磁極極性相同的驅(qū)動(dòng)方式下儲(chǔ)能脈沖電容器放電比較緩慢，而結(jié)構(gòu)1在彈射過程中儲(chǔ)能脈沖電容器放電相對(duì)更快。

由圖5(c)和圖5(d)可以看出，結(jié)構(gòu)2的動(dòng)態(tài)彈射性能相對(duì)更好，電樞受到的電磁力相對(duì)更大(約于5.8 ms時(shí)達(dá)到最大值2.078 MN)，所獲得的運(yùn)動(dòng)速度也相對(duì)更大(約于12.14 ms時(shí)獲得最大速度24.44 m/s)。結(jié)構(gòu)1的動(dòng)態(tài)彈射性能相對(duì)稍差，彈射過程中電樞約于6.46 ms獲得約1.66 MN的最大電磁力作用，并約于13.22 ms獲得23.56 m/s的最大速度。結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)2中的電樞分別約于13.4 ms和12.1 ms開始受到制動(dòng)性電磁力的作用，對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)位置分別約為158 mm和155 mm。電樞運(yùn)動(dòng)位移如圖5(e)所示。由結(jié)構(gòu)參數(shù)可知：電樞受制動(dòng)力作用時(shí)，結(jié)構(gòu)1中電樞末端已越過了驅(qū)動(dòng)線圈前端面約38 mm；結(jié)構(gòu)2中電樞尾部也已越過了驅(qū)動(dòng)線圈1的前端面約35 mm。

圖5 兩種不同結(jié)構(gòu)電磁彈射器動(dòng)態(tài)彈射性能曲線

2.4 效率分析

為評(píng)價(jià)這兩種不同結(jié)構(gòu)電磁彈射器的動(dòng)態(tài)彈射性能，下面從彈射效率的角度進(jìn)行衡量。從圖5(c)和圖5(d)可以看出，盡管電樞在彈射末期均會(huì)受到制動(dòng)電磁力的作用，但制動(dòng)電磁力相對(duì)較小，對(duì)運(yùn)動(dòng)速度影響不大。因此，可依據(jù)獲得的最大動(dòng)能與獲得最大動(dòng)能時(shí)儲(chǔ)能脈沖電容器所釋出來的能量之比來衡量其彈射效率。據(jù)此可將彈射效率表示為

(9)

式中，U0=10 kV，UVmax為獲得最大速度時(shí)儲(chǔ)能脈沖電容器兩端的電壓。對(duì)結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)2而言，獲得最大速度時(shí)UVmax分別約為1.57 kV和5.17 kV。依據(jù)這些數(shù)據(jù)和式(9)，對(duì)結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)2計(jì)算所得的彈射效率分別約為14.23%和20.38%。這意味著在獲得最大速度之后，如果能夠?qū)?chǔ)能脈沖電容中的剩留儲(chǔ)能進(jìn)行回收，則結(jié)構(gòu)2在可獲得相對(duì)高得多的彈射效率。

由于結(jié)構(gòu)2在獲得最大速度時(shí)仍具有大量的系統(tǒng)儲(chǔ)能，包括儲(chǔ)能脈沖電容器中的電場能量和驅(qū)動(dòng)回路電感中的磁場能量，所以對(duì)結(jié)構(gòu)2系統(tǒng)中的剩留儲(chǔ)能進(jìn)行回收是有必要的?；厥障到y(tǒng)剩留儲(chǔ)能的方法是：在電樞及載荷獲得最大速度時(shí)，斷開儲(chǔ)能脈沖電容器使其停止放電，同時(shí)通過換路措施對(duì)驅(qū)動(dòng)線圈中儲(chǔ)存的磁場能量進(jìn)行回收，即讓驅(qū)動(dòng)電流對(duì)另一組儲(chǔ)能脈沖電容器充電。如果能夠?qū)ο到y(tǒng)中的剩留儲(chǔ)能全部予以回收，則結(jié)構(gòu)2的彈射效率將會(huì)高于20.38%。這為高效電磁彈射器的設(shè)計(jì)提供了一種實(shí)現(xiàn)方法和思路。

如果不能對(duì)電樞及載荷獲得最大速度后的系統(tǒng)剩余能量進(jìn)行回收，則需依據(jù)電樞及載荷獲得的最大動(dòng)能與儲(chǔ)能脈沖電容器初始儲(chǔ)能之比來衡量電磁彈射器的彈射效率，即依據(jù)式(10)評(píng)價(jià)彈射效率。

(10)

依據(jù)式(10)計(jì)算的結(jié)果為：結(jié)構(gòu)1的彈射效率約為13.88%；結(jié)構(gòu)2在磁極極性相同的驅(qū)動(dòng)方式下對(duì)應(yīng)的彈射效率約為14.93%。這表明：在不能對(duì)電磁彈射器系統(tǒng)中的剩余儲(chǔ)能進(jìn)行回收時(shí)，結(jié)構(gòu)2在磁極極性相同驅(qū)動(dòng)方式下的彈射效率仍稍好于結(jié)構(gòu)1的彈射效率，但其彈射效率優(yōu)勢已并不明顯。

結(jié)構(gòu)2系統(tǒng)能在儲(chǔ)能脈沖電容器放電相對(duì)較少的情況下獲得最大運(yùn)動(dòng)速度，這使得通過回收系統(tǒng)剩留儲(chǔ)能來提高彈射效率成為可能；而結(jié)構(gòu)1中儲(chǔ)能脈沖電容器只有釋放出約90%的初始儲(chǔ)能才能獲得最大速度，故對(duì)結(jié)構(gòu)1系統(tǒng)中剩留儲(chǔ)能回收意義不大。

2.5 電樞與驅(qū)動(dòng)線圈間的磁耦合情況分析

電樞與驅(qū)動(dòng)線圈之間磁耦合情況會(huì)直接影響電樞內(nèi)感應(yīng)電流和電磁力分布，進(jìn)而影響彈射性能。為比較結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)2中電樞與驅(qū)動(dòng)線圈之間的磁耦合情況，取電樞運(yùn)動(dòng)位移均約為20 mm時(shí)情況進(jìn)行說明。結(jié)構(gòu)1中的運(yùn)動(dòng)位移約為20 mm時(shí)對(duì)應(yīng)于時(shí)間t=6.24 ms，相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流約為17.08 kA，對(duì)應(yīng)的電流分布情況圖6(a)。結(jié)構(gòu)2中的運(yùn)動(dòng)位移約為20 mm時(shí)對(duì)應(yīng)于時(shí)間t=5.6 ms，相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流約為10.73 kA，對(duì)應(yīng)的電流分布情況如圖6(b)。

從圖6(a)可以看出：電樞內(nèi)感應(yīng)渦流的分布是很不均勻的，主要集中在電樞尾部外邊緣處，并依次由徑向向內(nèi)和沿Z軸正向逐漸變?。欢鴱膱D5(b)可知，電樞內(nèi)的感應(yīng)電流分布雖然仍集中在尾部齒區(qū)域，但是從整體上來看，電樞內(nèi)感應(yīng)電流的分布相對(duì)均勻得多。這說明結(jié)構(gòu)2與結(jié)構(gòu)1相比，能更好地實(shí)現(xiàn)電樞與驅(qū)動(dòng)線圈之間的磁耦合。這也正是結(jié)構(gòu)2在儲(chǔ)能脈沖電容器放電相對(duì)較少條件下就能獲得最大運(yùn)動(dòng)速度的原因，從而為回收系統(tǒng)剩留儲(chǔ)能、提高彈射效率提供了可能。

圖6 驅(qū)動(dòng)線圈和電樞內(nèi)的電流分布

2.6 驅(qū)動(dòng)線圈加固問題探討

結(jié)構(gòu)2中三個(gè)同軸安裝的驅(qū)動(dòng)線圈在彈射過程中會(huì)受到很大電磁力的作用，因此必須采用高強(qiáng)度、非磁性復(fù)合絕緣材料對(duì)其可靠加固。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，可采用玻璃纖維、凱夫拉、柴龍等[9]高強(qiáng)度復(fù)合材料分層、分角度纏繞，并對(duì)纏繞后的驅(qū)動(dòng)線圈利用環(huán)氧樹脂真空灌注一體化封裝等措施。當(dāng)然，還需要反復(fù)計(jì)算驅(qū)動(dòng)線圈受力及加固結(jié)構(gòu)在受電磁力作用下的應(yīng)力應(yīng)變情況。當(dāng)不能獲得高強(qiáng)度加固材料或加固強(qiáng)度不夠時(shí)，應(yīng)通過適當(dāng)增大電樞與驅(qū)動(dòng)線圈間的間隙距離，增加加固結(jié)構(gòu)厚度來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)線圈的可靠加固，當(dāng)然這會(huì)犧牲彈射效率。

3 結(jié)論

與結(jié)構(gòu)1相比，結(jié)構(gòu) 2能更好地實(shí)現(xiàn)電樞與驅(qū)動(dòng)線圈之間的磁耦合，使電樞內(nèi)感應(yīng)電流分布相對(duì)更均勻、電樞受到電磁力不僅更大而且相對(duì)更均勻、動(dòng)態(tài)彈射性能相對(duì)更好。在電樞及載荷獲得最大運(yùn)動(dòng)速度之后，如果不能對(duì)整個(gè)電磁彈射器系統(tǒng)中的剩留儲(chǔ)能進(jìn)行回收，則結(jié)構(gòu)2的動(dòng)態(tài)彈射性能稍好于結(jié)構(gòu)1的動(dòng)態(tài)彈射性能，如果能夠?qū)?chǔ)能脈沖電容器中剩留的儲(chǔ)能進(jìn)行回收，則結(jié)構(gòu)2顯著提高彈射效率至20.38%。結(jié)構(gòu)2與剩留儲(chǔ)能回收相結(jié)合的方法將成為提高彈射效率的重要實(shí)現(xiàn)途徑。