脉冲大电流滑动电接触与电绝缘问题研究

The electromagnetic launch has more advantages than the launching technology based on the chemical energy, such as high velocity ,high accuracy, quick response speed and better overload control ability, and now it has been a research focus around the world. Although some research work has been developed in our country, it still remains huge gaps compared with the international advanced level, especially on the basic research..Two problems of electromagnetic rail launch progress are studied in this project. One is the transition of sliding electric contact caused by large pulsed current and high velocity, which may further result in damage of rails. The other is the failure of isulated bracing system during continuous repeative launches. To solve these two problems, the laws of the large-current high-velocity sliding electric contact and the insulation failure under complex circumstances are investigated. By these studies, the mechanisms of transition and insulating failure in launch progress are explained, and the related control theory is proposed. The results provide theoritical basis and experimental data for the further study of repeating rail launch system driven by MA order of current, which could put forward the study and application of electromagnetic launch technologies in China. This project has remarkable theoritical value and social significance.

电能利用可以达到目前化学能发射技术所达不到的优异性能使电磁发射成为发射技术的重要发展方向，其中电磁轨道发射技术具有超高速度、速度精度、响应速度快和过载控制易等性能优势，应用前景明确，是目前国际研究热点。我国相关研究已开始起步，但与国际先进水平还有相当距离，亟待加强其关键基础科学问题的研究。.本项目针对电磁轨道发射过程中出现的高速滑动导电物体电接触转捩引起的轨道烧蚀问题和重复运行下绝缘支撑系统故障频发问题，进行脉冲大电流下高速滑动电接触及复杂环境绝缘材料破坏规律的研究，诠释电磁发射系统工作过程中滑动电接触转捩和电绝缘失效机理，提出控制理论，为MA级重复运行电磁轨道发射系统的研究提供理论依据和实验数据，推动我国电磁发射技术的研究及应用进程，具有重要的理论价值和现实意义。

电磁发射以有效、直接的形式利用电磁力将电磁能转换成动能，该方式可以得到很高的速度，可以突破火药发射的理论极限速度，是继机械能和化学能之后发射能源技术的又一次革命性进步。电磁轨道发射是电磁发射中得到超高速的首选方案，不仅能够得到数马赫至数十马赫的速度，且速度易于精确控制，在国防领域具有令人振奋的应用前景，在高速运动方程和高速碰撞力学等科学研究中也具有不可替代的技术优势。. 本项目顺应我国电磁发射的发展需求，针对滑动电接触在脉冲大电流和超高速条件下出现的刨削和转捩等问题，实验研究了不同接触副、滑动速度、电流密度、放电波形和接触形式对滑动电接触性能影响。揭示了电流熔蚀的约束、扩张和贯通等三种模式，以及电枢表面电流熔蚀机理；建立了金属液化层稳定性模型和转捩模型及转捩预测模型；基于电流下降沿电枢感应涡流引起枢轨电磁接触压力下降的物理机理，提出了快转捩判据，建立了电流下降沿快转捩模型及其预测模型；基于转捩机理、模型和预测成果，提出了减小电流下降沿速率增大转捩速度的措施，实现了在弹重0.804kg、线电流密度大于40kA/mm条件下，出膛速度大于2.3km/s下的全程无转捩发射；建立了高速滑动电接触界面评价标准。针对脉冲大电流传导过程中绝缘支撑系统出现的破坏与失效现象，研究了重复发射条件下绝缘支撑系统性能，发现表面电阻率和金属沉积的形态可以用来表征膛内绝缘性能，为大口径大电流发射器的研制提供依据；发现了高电流线密度情况下枢轨界面熔融铝喷射侵彻绝缘部件的问题；开展了绝缘材料表面烧蚀和金属沉积模拟实验，得出绝缘老化机理，从结构和材料的角度，给出了发射器绝缘结构的优化原则；开发了熔融铝侵彻绝缘部件计算模块，可计算不同粒径、不同初始速度情况下的侵彻响应。. 本项目系统研究了电磁发射过程中的滑动电接触性特性和枢轨界面的动态特性，对电磁发射系统设计提供依据和指导作用；研究了电磁发射中的绝缘失效问题，用于指导电磁发射中的绝缘系统的优化设计。