劉曉輝 張建革 趙彥森

（1.第七一三研究所，鄭州 450015；2.海軍駐鄭州地區(qū)軍事代表室，鄭州 450015）

1 引言

電樞是電磁炮的關(guān)鍵部件之一，它將電磁能轉(zhuǎn)換為彈丸的動能。C型結(jié)構(gòu)固體電樞有許多優(yōu)越的特性，是目前固體電樞電磁軌道炮研究中常用的電樞類型。該型電樞在發(fā)射過程中需要考慮的一個重要因素是電樞與導(dǎo)軌的接觸壓力保持問題，合適范圍內(nèi)的接觸壓力能保證電流的順利傳遞，在一定程度上避免轉(zhuǎn)捩的發(fā)生。

2 接觸壓力計算

經(jīng)典文獻[1]中關(guān)于電樞和導(dǎo)軌接觸壓力的表述為：通過電流1A接觸壓力為1g，即1A/1g。從中可以看出所需接觸壓力和電流之間的關(guān)系

另，由“軌道炮作用力定律”知

其中L′是電感梯度，常用值0.40μH。所以，理論接觸壓力平衡點處的電流值，可通過（1）、（2）式算出，即

不難求出，此時I=50kA。結(jié)合下圖1所示脈沖電流放電波形，如以橫線代表。

圖1 脈沖電流放電波形及接觸壓力平衡點

I=50kA，可見橫線以上電磁力足以保證電樞臂和導(dǎo)軌接觸，不需要外施力；相反，橫線以下，必須施加外力才能保證所需接觸力。此時，橫線與脈沖電流放電波形相交的點就是理論接觸壓力平衡點，該平衡點即是接觸壓力的最小值。

從接觸安全考慮，接觸壓力可取1200N。

3 電樞過盈量確定

固體電樞與導(dǎo)軌的起始接觸壓力主要有二者配合的過盈量提供。C型結(jié)構(gòu)電樞材料選用鋁材7A09，結(jié)構(gòu)如圖2所示。電磁軌道炮口徑定為30mm方口徑，單側(cè)接觸面積可按 600mm2計算。仿真分析結(jié)果如下圖3所示。圖中，在 F=1200N 壓力下，電樞的最大變形為0.1mm。

圖2 C型電樞結(jié)構(gòu)

圖3 電樞過盈量仿真分析

該電樞的最大變形值在實際試驗中得到了驗證，采取的方法是通過材料性能試驗機測出壓力和形變（位移）之間的關(guān)系，見圖 4～5。試驗機使用的壓力分別為3000N和5000N。電樞在2m導(dǎo)軌上發(fā)射，電流脈沖最大為800kA時，單邊磨損量約為0.2～0.7mm 之間[2]。試驗電樞通過的電流最大為500kA，其過盈量單邊可確定為0.5mm。

圖4 電樞變形和壓力的對應(yīng)關(guān)系

圖5 電樞變形和壓力的對應(yīng)關(guān)系

4 結(jié)論

通過以上分析，電樞和導(dǎo)軌間要保持1200N的壓力，電樞相對于電磁軌道炮的口徑需單邊過盈量為0.1mm，考慮到電樞在發(fā)射過程中產(chǎn)生的磨損量，確定電樞單邊過盈量為0.5mm，但從圖4～5的曲線趨勢來看，電樞變形量為0.5mm所受到的壓力高達數(shù)萬牛頓，此時電磁炮產(chǎn)生的電磁推力無法克服該壓力所產(chǎn)生的阻力，電樞無法移動，導(dǎo)致發(fā)射失敗。解決這一問題的途徑是把電磁炮的口徑做成“喇叭”口徑，假設(shè)電樞在整個發(fā)射過程中磨損量是線性的（電樞磨損的具體情況可通過相應(yīng)試驗獲?。?，此時炮尾的口徑可定為 30.8mm，炮口的口徑做成30mm，即要求電樞通過炮尾和炮口始終相對于軌道炮口徑0.1mm的單邊過盈量。

[1]Richard A.Marshall, Wang Ying. RAILGUNS∶ their SCIENCE and TECHNOLOGY[M]. Beijing∶ China Machine Press ,2004.

[2]Trevor Watt and Francis Stefani, “The Effect of Current and Speed on Perimeter Erosion in Recovered Armatures,”12thElectromagnetic Launch Symposium,May 25-28,2004.