[发明专利]一种磁阻电磁发射弹丸磁阻力的计算方法

说明书

本发明公开了一种磁阻电磁发射弹丸磁阻力的计算方法，给出了在磁场对称情况下圆柱体弹丸所受磁阻力的解析表达式，只需获得圆柱体弹丸上下底面的磁场分布即可计算弹丸所受磁阻力，可以节约大量计算资源，并且可用于静磁场、瞬变电磁场下磁阻力计算。区别于利用弹丸动能反推磁阻力的“虚功法”，本发明的计算方法利用磁场计算磁阻力，进而可以用作计算弹丸动能，为建立磁阻电磁发射的数学模型提供了参考。本发明对所有磁场关于圆柱体弹丸呈中心对称的情况都适用，具有很强的普适性。

技术领域

本发明属于电磁推进技术领域，主要用于计算圆柱体弹丸在各时刻所受磁阻力。

背景技术

磁阻电磁发射技术依据磁阻最小原则，当铁质弹丸与发射线圈构成的系统磁阻未达到最小时，通电的发射线圈会对弹丸施加磁阻拉力。磁阻拉力总是趋向于使发射线圈磁阻减小。利用以上理论，磁阻电磁发射系统得以构建。

但是磁阻最小原则未能解释磁阻力的产生的物理本质，也无法直接应用到磁阻力的计算当中。由于磁阻电磁发射过程中包含多个物理场的耦合，给磁阻力的计算带来了许多困难。现有的方法有利用弹丸动能反推磁阻力的“虚功法”以及直接采用有限元分析的数值计算的方法。

“虚功法”的依据是能量守恒原理与虚位移原理。当电磁装置的某一小部分发生微小位移时，如在恒电流或者恒磁链的条件下，整个系统的磁能会发生变化，则该部分就会受到电磁力的作用。电磁力的大小等于单位微增位移时磁共能的增量(电流约束为常量)或单位微增位移时磁能的增量(磁链约束为常量)。该方法的本质仍然是动能对位移求偏导数。该方法的问题在于难以准确获得各时刻弹丸的动能，且求取磁阻力的目的应当是用来建立数学模型，对弹丸的运动状态进行计算。“虚功法”未免本末倒置了。

有限元法虽然能够得到各时刻的磁阻力，进而对弹丸的运动状态进行计算，但是该方法对模型参数很敏感，不同的参数都需要重新计算，不具有普适性。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种磁阻电磁发射弹丸磁阻力的计算方法，利用弹丸上下底面的磁感应强度计算磁阻力，且对满足圆柱体弹丸侧面磁场关于轴心对称的情况都适用，具有普适性。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种磁阻电磁发射弹丸磁阻力的计算方法，利用圆柱体弹丸的上底面以及下底面每一点处的磁感应强度进行运算后，再对上底面与下底面进行面积分，得到该时刻圆柱体弹丸所受磁阻力：

式中B_x、B_y、B_z分别为磁感应强度的x轴分量、y轴分量、z轴分量，S₁、S₂分别为圆柱体弹丸的上底面与下底面，μ₀为真空磁导率。

优选地，圆柱体弹丸的轴心与z轴同方向，当F0时弹丸所受磁阻力由S₂指向S₁，当F0时弹丸所受磁阻力由S₁指向S₂。

优选地，圆柱体弹丸侧面的磁场分布相对于圆柱体弹丸轴心呈中心对称。所述计算方法对所有侧面的磁场分布关于圆柱体弹丸轴心呈中心对称的圆柱体弹丸都适用具有普适性。

优选地，所述上下底面磁感应强度由有限元法计算获得，或者通过其他方式计算获得。

优选地，所述计算方法用于静磁场以及瞬变电磁场下圆柱体弹丸磁阻力的计算。

优选地，所述计算方法通过圆柱体弹丸的磁场计算磁阻力，进而计算弹丸动能，而非动能反推磁阻力。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：