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枢轨接触面形貌对电枢起动特性的影响

车英东 赵伟康 王志增 田文 孔佑军 袁伟群 严萍

车英东, 赵伟康, 王志增, 等. 枢轨接触面形貌对电枢起动特性的影响[J]. 强激光与粒子束, 2020, 32: 055003. doi: 10.11884/HPLPB202032.190370
引用本文: 车英东, 赵伟康, 王志增, 等. 枢轨接触面形貌对电枢起动特性的影响[J]. 强激光与粒子束, 2020, 32: 055003. doi: 10.11884/HPLPB202032.190370
Che Yingdong, Zhao Weikang, Wang Zhizeng, et al. Influence of armature-rail contact surface morphology on starting characteristics of armature[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2020, 32: 055003. doi: 10.11884/HPLPB202032.190370
Citation: Che Yingdong, Zhao Weikang, Wang Zhizeng, et al. Influence of armature-rail contact surface morphology on starting characteristics of armature[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2020, 32: 055003. doi: 10.11884/HPLPB202032.190370

枢轨接触面形貌对电枢起动特性的影响

doi: 10.11884/HPLPB202032.190370
基金项目: 国家自然科学基金项目(51875546,51577178)
详细信息
    作者简介:

    车英东(1995—),男,硕士研究生,主要从事脉冲功率大电流的研究;cheyingdong@mail.iee.ac.cn

    通讯作者:

    袁伟群(1976—),男,博士,研究员,主要从事脉冲大电流放电的研究;yuan_wq.iee.ac.cn

  • 中图分类号: TM89

Influence of armature-rail contact surface morphology on starting characteristics of armature

  • 摘要:

    在脉冲大电流直线驱动装置中,电枢和轨道的接触状态会改变电枢起动特性,而电枢起动过程将直接影响整个发射系统的效率和寿命,因此有必要对电枢起始阶段的滑动接触状态进行研究。搭建发射实验平台,通过高速相机观察电枢起动状态,并结合有限元软件 ANSYS,对电枢的预紧力、初始接触状态以及电磁压力、电流密度进行仿真分析,研究电枢表面形貌对电枢起动的影响。结论表明:开槽电枢增加了电枢本身的柔顺性,使得预紧力增大,同时由于电流趋肤效应使得电流密度分布更加均匀,从而电磁压力增大,电枢起动变慢,接触电阻变小。实验和仿真结果对于改善电枢起动过程的接触状态,减轻烧蚀具有重要意义。

  • 图  1  实验平台

    Figure  1.  Experimental platform

    图  2  3种电枢结构

    Figure  2.  Three structures of armature

    图  3  典型的驱动电流和接触电阻

    Figure  3.  Typical driver current and contact resistance

    图  4  电枢起动时刻的确定

    Figure  4.  Judging armature startup

    图  5  实验结束后的轨道起始位置的状态

    Figure  5.  State of the rail after the experiments, the circles represent the starting positions, the arrows represent the directions of motion

    图  6  预紧力计算模型

    Figure  6.  Calculation model of the pre-tightening force

    图  7  仿真模型示意图

    Figure  7.  Schematic diagram of the simulation model

    图  8  t=0.17 ms时电流密度分布图

    Figure  8.  Current density at t=0.17 ms

    图  9  电枢的受力情况

    Figure  9.  Force condition of armature

    表  1  电枢起动时刻

    Table  1.   Startup time of armature

    experiment
    No.
    startup time/μs
    no groovevertical groovehorizontal groove
    1 125 162.5 175
    2 150 175 187
    3 162.5 180 190
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    表  2  仿真模型中的主要参数

    Table  2.   Main parameters of material for simulation

    ρ/(kg·m−3E/Pavδs
    rail 8 830 1.1×1011 0.34 4.0×108
    armature 2 770 7.1×1010 0.33 2.8×108
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    表  3  计算结果

    Table  3.   Calculation results

    armature structurearmature startup time/μsthe pre-tightening force/Nelectromagnetic pressure/NFN/N
    with out groove 125 1 324.4 508 1 832.4
    with vertical grooves 162.5 1 373.1 566 1 939.1
    with horizontal grooves 175 1 403.1 658 2 061.1
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-19
  • 修回日期:  2019-11-25
  • 网络出版日期:  2020-04-23
  • 刊出日期:  2020-02-10

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