[發明專利]一種磁阻電磁發射彈丸磁阻力的計算方法

有效

• 申請號: 202010951311.1
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112182856B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 陳息坤;朱國慶
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

本發明公開了一種磁阻電磁發射彈丸磁阻力的計算方法，給出了在磁場對稱情況下圓柱體彈丸所受磁阻力的解析表達式，只需獲得圓柱體彈丸上下底面的磁場分布即可計算彈丸所受磁阻力，可以節約大量計算資源，并且可用于靜磁場、瞬變電磁場下磁阻力計算。區別于利用彈丸動能反推磁阻力的“虛功法”，本發明的計算方法利用磁場計算磁阻力，進而可以用作計算彈丸動能，為建立磁阻電磁發射的數學模型提供了參考。本發明對所有磁場關于圓柱體彈丸呈中心對稱的情況都適用，具有很強的普適性。

技術領域

本發明屬于電磁推進技術領域，主要用于計算圓柱體彈丸在各時刻所受磁阻力。

背景技術

磁阻電磁發射技術依據磁阻最小原則，當鐵質彈丸與發射線圈構成的系統磁阻未達到最小時，通電的發射線圈會對彈丸施加磁阻拉力。磁阻拉力總是趨向于使發射線圈磁阻減小。利用以上理論，磁阻電磁發射系統得以構建。

但是磁阻最小原則未能解釋磁阻力的產生的物理本質，也無法直接應用到磁阻力的計算當中。由于磁阻電磁發射過程中包含多個物理場的耦合，給磁阻力的計算帶來了許多困難。現有的方法有利用彈丸動能反推磁阻力的“虛功法”以及直接采用有限元分析的數值計算的方法。

“虛功法”的依據是能量守恒原理與虛位移原理。當電磁裝置的某一小部分發生微小位移時，如在恒電流或者恒磁鏈的條件下，整個系統的磁能會發生變化，則該部分就會受到電磁力的作用。電磁力的大小等于單位微增位移時磁共能的增量(電流約束為常量)或單位微增位移時磁能的增量(磁鏈約束為常量)。該方法的本質仍然是動能對位移求偏導數。該方法的問題在于難以準確獲得各時刻彈丸的動能，且求取磁阻力的目的應當是用來建立數學模型，對彈丸的運動狀態進行計算。“虛功法”未免本末倒置了。

有限元法雖然能夠得到各時刻的磁阻力，進而對彈丸的運動狀態進行計算，但是該方法對模型參數很敏感，不同的參數都需要重新計算，不具有普適性。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種磁阻電磁發射彈丸磁阻力的計算方法，利用彈丸上下底面的磁感應強度計算磁阻力，且對滿足圓柱體彈丸側面磁場關于軸心對稱的情況都適用，具有普適性。

為達到上述發明創造目的，本發明采用如下技術方案：

一種磁阻電磁發射彈丸磁阻力的計算方法，利用圓柱體彈丸的上底面以及下底面每一點處的磁感應強度進行運算后，再對上底面與下底面進行面積分，得到該時刻圓柱體彈丸所受磁阻力：

式中B_x、B_y、B_z分別為磁感應強度的x軸分量、y軸分量、z軸分量，S₁、S₂分別為圓柱體彈丸的上底面與下底面，μ₀為真空磁導率。

優選地，圓柱體彈丸的軸心與z軸同方向，當F0時彈丸所受磁阻力由S₂指向S₁，當F0時彈丸所受磁阻力由S₁指向S₂。

優選地，圓柱體彈丸側面的磁場分布相對于圓柱體彈丸軸心呈中心對稱。所述計算方法對所有側面的磁場分布關于圓柱體彈丸軸心呈中心對稱的圓柱體彈丸都適用具有普適性。

優選地，所述上下底面磁感應強度由有限元法計算獲得，或者通過其他方式計算獲得。

優選地，所述計算方法用于靜磁場以及瞬變電磁場下圓柱體彈丸磁阻力的計算。

優選地，所述計算方法通過圓柱體彈丸的磁場計算磁阻力，進而計算彈丸動能，而非動能反推磁阻力。

本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點：