电磁弹射原理和前景探讨

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1、实用文案电磁弹射原理和前景探讨sugarly@mail.ustc.edu.cn摘要：本文介绍了电磁弹射技术的原理和特点，尤其深入阐述了电磁学原理在该技术里的应用。本文还展望了电磁弹射技术在军事，民用，工业领域应用的光明前景Abstract：Thepaperintroducedthebasicprincipleandfeaturesofthenewtechnique（EMALS）,especiallytheuseoftheknowledgeofelectromagnetism.Inthispaper,thebrightfutureoftheapplicationofthi

2、snewtechnologyinmilitary、civil、industrialareasisalsobeintroduced.电磁弹射技术是一种新兴的直线推进技术，适宜于短行程发射大载荷，在军事、民用和工业领域具有广泛应用前景。电磁弹射系统(EMALS)是世界发达国家竞相研究的一种高新技术。它是一种航空母舰舰载机起飞技术，是对传统舰载机起飞技术的重大突破。电磁弹射系统可以弹射不同型号的飞机，能够弹射蒸汽弹射器所不能弹射的预警机，方便控制与维护。（一）电磁弹射系统组成与基本原理电磁弹射器主要包括储能系统、电力电子系统、直线电机、控制系统，另外还要有冷却系统、预加动力装

3、置、减速缓冲与刹车装置等。这些分系统、装置组合在一起，形成一个高性能的弹射系统。储能系统在特定的时间周期内从航空母舰的配电系统获得电能，并将储存的能量在2-3S的弹射期内以脉冲形式转换为电能。电力电子系统控制储能系统脉冲放电，调节直线电机动子速度，使飞机达到起飞速度。控制系统保证弹射过程按规定的参数完成弹射。电磁弹射器实质是能量型直线电机。直线电机的动子滑块在电磁力作用下，通过拖钩拖动飞机，使其达到起飞速度。（1）运动学、动力学分析通过运动学分析，明确机构的位置、速度、加速度和时间的关系。通过动力学分析，明确直线电机的驱动力与动子不同运动状态的关系，确定驱动力和定子及动

4、子在运动过程中的力的关系。这是确定伺服电机规格的基础，也是控制系统设计的重要依据。（2）飞机起飞受力分析飞机从航母上起飞本身是一个复杂的问题。舰面是一个海上六自由度运动的平台，它不仅在海平面上作平面运动，而且在海浪的作用下还会产生纵向和横向的摇动以及升降运动。航母上的大气紊流情况也比较复杂，除了陆地机场通常存在的大气紊流以外，由于航母庞大的舰体以及自身的运动，还会在舰首产生上升气流，并在舰尾处形成较强的公鸡尾状的尾流。气候、浪涌、风力、风向、航母行进速度、航母纵摇、横摇都直接影响飞机起飞效果。飞机本身要设置为一个最佳起飞状态，如起飞迎角、加力大小等。作为初步研究，可只进

5、行纵向运动分析，其运动方程形式与陆基飞机是一样的。弹射起飞时，舰载飞机达到起飞速度、脱离拖动装置即认为弹射过程结束。飞机在舰面弹射滑跑时，将飞机视为质点，设甲板坡度为零，飞机可用推力始终与甲板平行。在不计飞机弹性变形、不计轮胎压缩量及起落架液压支柱的压缩量的刚性假设下飞机起飞受力分析在以OXZ为质心的航迹坐标系上，飞机在铅垂面内的弹射起飞运动方程为标准文档实用文案（1）式中：--------飞机质量----------飞机推力--------弹射器在飞机上的作用力--------飞机与甲板之间的摩擦力------飞机前进方向的动阻力，是飞机速度的函数---------飞

6、机升力-------飞机起飞预置迎角--------发动机推力安装角---------飞机重力-------甲板对飞机的支持力其中飞机升力和飞机动阻力可以由下式计算：（2）（3）--------飞机风阻系数--------升力系数---------空气密度-----飞机迎风面积飞机和甲板的阻力可以这么算（4）是飞机起飞时轮子和甲板的滚动摩擦系数标准文档实用文案（3）动子滑块的运动学、动力学分析在电磁力推动下，动子滑块在拖动飞机前进过程中，将受到飞机的反作用力、风阻力、运动摩擦力和自身惯性力作用电磁弹射器结构简图动子滑块加速段简化受力分析（a）动子滑块在加速阶段的电磁力作

7、用方程：（5）-------推动动子滑块所需的电磁力；-------加速运动的动子滑块的惯性力，方向与运动方向相反；-------动子质量；--------动子的加速度；------动子滑块在定子上运动时，滚轮与导轨的摩擦力；-----接触面之间的正压力；-------接触面之间的摩擦系数；-------动子滑块运动时所受的风的阻力。其中，是风阻系数，是动子滑块的迎风面积。设动子运动位移为X，时间为t,整理（1）~(5)式，得(b)制动时，动子将受到制动电磁力、风阻力、摩擦阻力、机械制动力作用。动子滑块减速段简化受力分析标准文档实用文案动