电磁发射枢轨界面初始接触状态研究

C型电枢通过尾翼弹性变形为电磁发射提供枢轨壁面初始接触力,初始接触状态对电磁轨道发射全过程的滑动界面状态起决定作用,影响系统效率和轨道寿命。通过建立接触模型进行模拟计算和设计多组对比试验,研究了C型电枢作用下初始接触状态。考虑材料的安全变形控制范围,在电枢头部尺寸的微小变动和尾翼的不同设计尺寸下,分析了接触压强、接触区域(面积)、接触力的变化规律。提出了控制接触状态的关键参量——压入比,接触区域随压入比的增大从电枢尾部向头部移动,最大接触面积约占总接触表面的50%。讨论了良好电接触要求下最佳接触状态及其工程实现方法。     

电磁轨道炮接触热时空分布特性分析

电磁轨道炮接触热时空分布特性是进行电枢熔化抑制、轨道散热设计和热管理的重要依据。在建立电枢与轨道接触压力、接触电阻计算模型的基础上,建立了接触热时空分布的计算模型,对电磁轨道炮的接触热时空分布进行了仿真计算,并对其特性进行了分析。针对接触热在电枢运动初始阶段相对集中的问题,研究了电枢前级加速对接触热时空分布特性的影响。仿真分析结果表明:接触热主要来源于电流焦耳热,焦耳热功率曲线与驱动电流曲线具有较大相似性;大部分接触热在电枢运动初始阶段传导给轨道,这是引起此阶段轨道烧蚀的主要原因;电枢运动初始阶段单位长度轨道传导的接触热和发射过程中电枢的热积累随着电枢初速度的增大而减小。     

管身对中口径电磁轨道炮的影响分析

以脉冲电流作为激励的电磁轨道炮无可避免地在不锈钢管身上感应出巨大涡流,涡流不仅自身损耗能量,而且削弱电枢的推进力,降低发射效率。为深入研究管身对电磁轨道炮的影响,结合场路模型计算了电磁轨道炮系统的发射效率和涡流能耗,讨论了不同管身结构和材料下的发射效率,进一步分析了管身对电磁轨道炮力学特性的影响。结果表明:基于10MJ脉冲电源的中口径电磁轨道炮,其不锈钢管身将大幅削弱系统的发射效率,管身涡流能耗比炮口动能的一半还多;采用层压式结构的高导磁材料作为管身,发射效率的提升尤为明显;管身对电枢轴向力的削弱是导致发射效率下降的根本原因,对电枢径向力的削弱则不利于电枢和轨道的良好接触,从而增加接触电阻,降低发射效率;但是对身管各部件径向力的减小有助于降低身管所需预紧力。     

脉冲大电流电磁轨道发射装置特性

为获得大电动力、低温升、高结构强度的轨道型电磁发射器,分析了脉冲大电流电磁轨道发射装置的工作性能,对电感梯度、通流能力进行了判定,并分析了重力、电枢电动力与螺栓预紧力共同作用下电磁轨道发射装置的力学特性。结果表明:在导轨长度及截面宽度固定的情况下,截面厚度越小,电感梯度越大;截面厚度越大,温升越低。为了获得大电感梯度、低温升并考虑材料成本,应合理设计各个部件的形状及尺寸。     

高速电枢的尾翼结构设计及实验研究

设计了T2LXD1系列电枢,分析了6061-T6铝合金材料的弹塑性特点,利用线性强化理论和接触理论并结合ANSYS软件,建立了T2LXD1系列电枢弹塑性接触模型,研究了电枢尾翼结构对电枢/导轨滑动界面接触状态的影响规律,得到了界面接触力、接触面积和接触压力分布等状态参数的数值模拟结果。利用短导轨电磁驱动系统,进行了T2LXD1系列电枢滑行实验,分析了电枢/导轨界面滑磨状态,比较了滑行性能曲线。实验结果表明:长尾翼电枢并不能带来实际接触面积的增     

枢轨接触面形貌对电枢起动特性的影响

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。     

铝合金刷电枢的电磁发射特性研究

电磁轨道发射过程中,电枢表面由于电流趋肤效应引起的电流集中会降低发射系统枢轨服役寿命。为抑制电流密度集中,实现电流分散,提出了一种新型铝合金刷电枢,并对其发射特性进行了研究。结果表明,在100~350 k A的发射试验中,刷电枢结构均保持完好。接触压力保持不变情况下,刷电枢的质量损失先随电流的增加而增大,到250 k A时达到峰值,随后呈逐渐减小的趋势。刷电枢质量损失与合金纤维直径有关,当其直径由0.1 mm提高到0.2mm时,质量损失减小。选择合适的初始接触压力能够有效降低电枢质量损失,不同纤维直径的刷电枢对应不同的最佳初始压力。微观形貌观察结果表明,铝纤维损伤主要形式为机械磨损和电弧烧蚀。     

磁驱动飞片发射实验结构系数初步研究

为了确定磁驱动飞片发射实验结构系数的范围、影响因素、结构系数与影响因素的关系，对聚龙一号装置上的磁驱动飞片发射实验进行了数值模拟和分析。数值模拟表明，磁流体力学程序能正确模拟聚龙一号装置上各个磁驱动飞片发射实验；磁驱动双侧飞片发射实验的结构系数为0.7～0.8；磁驱动单侧飞片发射实验的结构系数为0.80～0.85。磁驱动飞片发射实验的结构系数与实验加载电流无关，仅由磁驱动飞片发射实验的负载结构决定。磁驱动飞片发射实验的结构系数取决于阴阳电极极板的初始宽度、阴阳电极之间的初始间隙以及阴阳电极上飞片厚度之和等三个因素。在磁驱动飞片发射实验中，电极初始宽度、阴阳电极之间的初始间隙不变的情况下，结构系数由阴阳电极上飞片厚度之和确定，阴阳电极上飞片厚度之和越大，结构系数越大。     

分布储能式电磁轨道炮效率分析

分布储能式电磁轨道炮在长导轨发射中具备高发射效率优势,为实现分布储能式电磁轨道炮的恒流特点,建立可供发射器参数、结构设计参考的仿真模型尤为重要。针对口径为60 mm×80 mm的矩形轨道炮,根据电流波形的平稳性要求,沿导轨方向设置电流馈入点,诊断电枢位置并分时序触发各馈入点电源,以测试分布储能式电磁轨道炮的工作性能。在COMSOL三维磁场中建立矩形导轨-电枢模型,基于电流和磁场的多物理场耦合有限元分析得到磁场和电流的分布,并利用电磁场仿真结果实现电流趋肤效应下轨道电阻梯度计算。基于MATLAB SIMULINK平台对电容储能型脉冲功率电源模块建立电气电路;分析分布储能式电磁轨道炮非线性时变的动态特性并建立轨道及电枢阻抗模型,计算正向电磁力、滑动摩擦力构造电枢的运动方程,并使用信号电路建立电枢-导轨模块,通过Simulink测量模块连接两个隔离的网络,仿真计算得到导轨电流及电枢的出膛速度。设计了总储能为4.16 MJ的分布式储能轨道炮,结果显示,电容预充电压为10.8 kV时,导轨长为3 m的分布式电磁轨道炮可将1 kg的弹丸加速至1.4 km/s,与炮尾集中式电磁轨道炮相比,系统发射效率可提升约3%。     

不同轨道结构下电枢电流分布特性

解决轨道和电枢的烧蚀问题是六极轨道电磁发射器走向实际应用的关键环节,引起轨道和电枢烧蚀的原因之一就是轨道和电枢中电流分布不均匀。利用有限元仿真软件Ansoft Maxwell对三种不同轨道进行仿真,得到了电枢表面电流密度分布情况以及电枢受力。结果表明:矩形轨道对应电枢表面电流密度最大值在三种轨道中最小,凸出半圆形轨道枢轨接触面电流分布最均匀,在发射过程中可以有效减少轨道和电枢的烧蚀,凹陷半圆形轨道对应的电枢受力最大,可用于大质量物体的发射。     

脉冲电流作用下枢轨接触面瞬态摩损量计算

基于固体导热原理和多物理场耦合理论,推导出电枢表面瞬态磨损量计算方程,同时提出接触电阻和瞬态接触力的计算方法。在此基础上,总结并提出电枢瞬态磨损量的计算方法,并利用此方法分析了磨损量随着接触长度、宽度的变化规律:枢轨接触面的磨损主要分布在前端边缘以及两侧边缘,沿着接触长度方向,磨损量越来越小,沿着接触宽度方向,磨损量先减小后增大,中间部分磨损较小。电枢表面磨损率计算结果与美国德克萨斯大学高技术研究所的实验结果吻合较好,为建立电枢磨损量与转捩之间的关系奠定理论基础。     

Experimental investigation of heat transfer in a rivulet on the inclined foil

Heat transfer at rivulet water flow over the constantan foil with the length of 80 mm, width of 35 mm, and thickness of 25 mm was studied experimentally. The foil surface temperature was measured by an IR-scanner. Distributions of heat flux density on the surface of the foil, where the liquid flowed, were obtained. To determine the heat flux density from the foil to liquid near the contact line, the Cauchy problem was solved for the stationary heat equation using the thermographic data. Calculation results showed that the maximal heat flux occurs in the area of the contact line and exceeds the average heat flux from the entire foil surface by several times. This is explained by the influx of heat from the periphery of foil to the rivulet due to the relatively high value of heat conductivity coefficient of the foil material and high evaporation rate in the region of the contact line.     

白光干涉偏振模耦合分布式光纤传感器分析

分布式光纤传感器能够测量沿光纤长度上连续分布的外界量。用保偏光纤作为传感光纤的分布式光纤传感器,被测外界量引起保偏光纤中传播的两正交偏振模的相互耦合。用迈克尔逊干涉仪两臂光程差来补偿两个偏振模的光程差的方法探测传感信号。为了设计白光干涉偏振模耦合分布式传感器,根据统计光学原理分析了传感器的互相干特性。在此基础上分析了传感器的空间分辨力、光纤耦合点分辨力、最大传感光纤长度。波长1310nm、谱宽36nm的超辐射发光二极管(SLD)作光源．用色散参量为600ps／km,拍长3mm的保偏光纤的分布传感器空间分辨力和光纤耦合点分辨力分别为6cm和3mm。     

Effects of non-flat contact and interference on self-assembled monolayers under sliding friction

The nanotribology mechanism of alkanethiol self-assembled monolayers (SAM) chemisorbed on a gold surface under a non-flat contact by a tilt plane was studied using molecular dynamics (MD) simulations. The molecular trajectories, tilt angles, normal forces, shear forces, and frictional coefficient of the SAM were evaluated during the friction and relaxation processes for various parameters, including the tilt angle of the slider, interference magnitude, and SAM length. At the nanoscale, the magnitude of interface interactional forces is strongly dependent on the magnitude of the contact area, not on the surface geometry. The contact area and the exerted normal force of the SAM increase with decreasing the tilt angle of the slider at the same contact interference. In contrast, the periods in both normal force and shear force are gradually delayed as the tilt angle of the slider increases. Once the contact interference increases, the normal force and shear force increase together. During the sliding friction process with a smaller tilt slider angle, SAM molecules can maintain a better collective ordered structure. Short SAM molecules are more sensitive to a compressive loading and react to a larger normal force under the same contact interference due to the deformation of a larger tilt angle and decrease in chain length. The friction coefficient of SAM is significantly more dependent on the tilt angle of the slider than the contact interference.     

螺纹边界法对圆柱超声缓冲杆尾随脉冲干扰的抑制*

对于高温管道壁厚的超声波在线监测,需要超声波探头与缓冲杆搭配使用,以降低探头的接触温度。超声波在圆柱形缓冲杆的边界会发生波型转换,在缓冲杆的第一次和第二次底面回波之间产生等间隔的尾随脉冲干扰,影响管道内壁回波的识别与提取。该文创新性地采用螺纹边界法改变缓冲杆的边界特征以抑制尾随脉冲干扰,经实验验证螺纹边界法对尾随脉冲干扰有较好的抑制效果;不同螺纹螺距的实验对比表明,对于直径为20 mm的钢材料圆柱缓冲杆,在1 mm、2 mm和3 mm三种螺距中,螺距为2 mm的螺纹边界对5 MHz超声波的尾随脉冲干扰的抑制效果最强。     

螺旋形爆磁压缩发生器跳匝现象分析

 分析了螺旋形爆磁压缩发生器的跳匝现象，考虑了膨胀电枢与定子线圈的交线，采用更加精确的计算模型，得出了更为精确的发生器装配公差表达式，通过计算验证了简化模型的结论可以满足设计要求，并对电枢表面和电枢壁厚等的不规则因素，以及圆管爆轰的边缘效应导致跳匝作了深入的分析计算。结果表明：如果电枢的装配公差合适，则可消除由于电枢和定子之间的轴线偏差导致的跳匝现象；圆管爆轰的边缘效应会导致起爆端部分线匝的磁通损失，因而发生器设计时电枢要比定子线圈长一部分；电枢厚度的径向不均匀分布会引起电枢的不对称膨胀，从而导致跳匝发生。     

Graded-index ridge surface plasmon polaritons waveguide

We propose and analyze a long-range dielectric-loaded surface plasmon polariton （SPP） waveguide based on graded-index ridge over server millimeter distances. Then the influence of the dielectric thickness and the ridge refractive index on propagation length and mode width is discussed and simulated with the finite ele- ment raethod. The result shows that the SPP can propagate as long as 3.42 mm, as well as the mode width keeping as 1.64μm, a better one compared with the fixed refractive index. Considering its nanoscale dimension and outstanding performance, the structure is easily realized when connected with electrodes.     

Tunable properties of graphene oxide reduced by laser irradiation

The authors present a nano-plasmonic disk resonator with a gap structure using the multi-mode interference effect coupling. The coupling intensity of the multi-mode interference effect coupling is 1.5 times greater than that of the conventional side coupling. The multi-mode interference effect is adopted as the coupling between the input bus waveguide and the nano-plasmonic disk resonator. The thickness of the dielectric layer, the width of the bus waveguide, and the length of the coupling portion are designed by theoretical calculations.