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《重復(fù)推進(jìn)滑動(dòng)電接觸的試驗(yàn)研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第22卷第4期強(qiáng)激光與粒子束Vol.22,No.42010年4月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSApr.,2010文章編號(hào):100124322(2010)04209232043重復(fù)推進(jìn)滑動(dòng)電接觸的試驗(yàn)研究1,21111,2劉傳譜,袁偉群,嚴(yán)萍,孫鷂鴻,孫連華(1.中國科學(xué)院電工研究所,北京100190;2.中國科學(xué)院研究生院,北京100190)摘要:重點(diǎn)研究了低速條件下重復(fù)推進(jìn)對(duì)電樞與導(dǎo)軌的接觸狀態(tài)、初速等的影響。試驗(yàn)采用6路時(shí)序脈沖功率電源、10mm方口徑裝置和U型單體鋁電樞,利用建立的試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行重復(fù)推進(jìn)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:隨著重
2、復(fù)次數(shù)增加,電樞和導(dǎo)軌的接觸狀態(tài)趨于良好,電樞啟動(dòng)時(shí)間提前,初速增大。說明在電樞低速運(yùn)動(dòng)條件下,重復(fù)試驗(yàn)中導(dǎo)軌表面遺留富含鋁的堆積物對(duì)下一次試驗(yàn)的滑動(dòng)電接觸有積極作用。關(guān)鍵詞:電磁推進(jìn)系統(tǒng);滑動(dòng)電接觸;重復(fù)試驗(yàn);堆積物薄層;電樞中圖分類號(hào):TM910文獻(xiàn)標(biāo)志碼:Adoi:10.3788/HPLPB20102204.0923電磁軌道推進(jìn)試驗(yàn)中固體電樞和導(dǎo)軌之間是一種極端摩擦狀態(tài),接觸表面在滑動(dòng)過程中不但存在相互運(yùn)動(dòng)、材料軟化、張力變形等力學(xué)現(xiàn)象,還存在電阻熱、電弧等一系列電學(xué)行為,且其相互之間存在復(fù)雜的交互作[122]用。目前電樞和導(dǎo)軌的滑動(dòng)電接觸問題還沒有形成比
3、較成熟的理論,但已知接觸狀態(tài)是否良好將直接影響推進(jìn)裝置的初速及系統(tǒng)效率,因而研究滑動(dòng)電接觸問題對(duì)電磁推進(jìn)技術(shù)的提高具有重要意義。在電磁軌道推[3]進(jìn)試驗(yàn)過后,導(dǎo)軌表面會(huì)留下富含鋁的金屬混合物薄層,而在重復(fù)試驗(yàn)中,該混合物薄層將會(huì)對(duì)下一次試驗(yàn)的接觸情況產(chǎn)生影響。針對(duì)該薄層的研究主要集中于3個(gè)方面:是否起到潤(rùn)滑作用;是否影響電樞和導(dǎo)軌之間[1]的電流傳輸效率;是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng),影響本體壽命。其中關(guān)于潤(rùn)滑作用的研究居多。目前國外對(duì)該問題的研究以美國德克薩斯大學(xué)的高技術(shù)研究所(IAT)為主,該中心研究人員通過大量重復(fù)試驗(yàn)及物理分析,提出液[4]態(tài)金屬效應(yīng)等重要觀點(diǎn),而在
4、國內(nèi)還未見到相關(guān)的學(xué)術(shù)論文發(fā)表。本文利用自行設(shè)計(jì)的軌道型電磁推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行了一系列試驗(yàn),針對(duì)低速條件下重復(fù)試驗(yàn)中的滑動(dòng)電接觸進(jìn)行研究。1試驗(yàn)系統(tǒng)1.1電源系統(tǒng)試驗(yàn)的電源系統(tǒng)由6個(gè)脈沖形成網(wǎng)絡(luò)(PFN)模塊組成,每個(gè)模塊包括脈沖電容器組、空氣開關(guān)、續(xù)流硅堆及調(diào)波電感。單模塊的工作原理如圖1所示。其中,C為電容器組,K為三電極電火花開關(guān),D為續(xù)流二極管,L1為調(diào)波電感,L0和R0分別為推進(jìn)裝置的負(fù)載等效電感與等效電阻。單模塊電容器組由15臺(tái)180μF的脈沖電容器并聯(lián)組成,額定充電電壓為5kV。6個(gè)PFN模塊電容器組的總能量約為0.2MJ。PFN模塊既可以獨(dú)立放電,也可
5、以通過程序控制實(shí)現(xiàn)多模塊同步或時(shí)序放電。在Fig.1CircuitdiagramofaPFN圖1PFN模塊工作原理圖開關(guān)觸發(fā)控制系統(tǒng)中,輸入時(shí)序參數(shù)可以控制相應(yīng)模塊的導(dǎo)通時(shí)間,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出波形的幅值和脈寬的調(diào)整,得到符合試驗(yàn)條件的電流波形。本電源系統(tǒng)的時(shí)序調(diào)節(jié)范圍為0～10ms。1.2電磁推進(jìn)裝置與電樞試驗(yàn)采用玻璃纖維環(huán)氧材料護(hù)套的軌道型電磁推進(jìn)裝置,身管口徑為10mm×10mm,長(zhǎng)度為460mm,采-8用上下壓緊式結(jié)構(gòu)。導(dǎo)軌為矩形紫銅材料導(dǎo)軌(20℃時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電阻率為1.8×10Ω·m),如圖2所示。其中,導(dǎo)軌寬w=18mm,厚h=6mm,導(dǎo)軌間距s=10mm。
6、計(jì)算得到該結(jié)構(gòu)的電感梯度L′=0.36μH/m。電樞為單體U型結(jié)構(gòu),質(zhì)量為1.8g,如圖3所示。電樞材料為6061鋁材,具有一定的拉伸強(qiáng)度和延展3收稿日期:2009211211;修訂日期:2009212209基金項(xiàng)目:中國科學(xué)院電工研究所所長(zhǎng)基金項(xiàng)目作者簡(jiǎn)介:劉傳譜(1984—),男,碩士研究生,主要從事脈沖功率技術(shù)研究;liuchuanpu@mail.iee.ac.cn。924強(qiáng)激光與粒子束第22卷性。電樞尾翼寬10.58mm,比本體口徑略大,壓緊導(dǎo)軌時(shí)尾翼發(fā)生形變,在起始處提供約1.8kN的預(yù)緊力。電樞肩部加載圓頂尼龍帽,以減小氣動(dòng)阻力。1.3測(cè)量系統(tǒng)試驗(yàn)放
7、電電流采用外積分Rogowski線圈進(jìn)行測(cè)量,其中采樣電阻為50Ω(與傳輸電纜波阻抗相匹配),外積分電阻為10kΩ,積分電容為0.2μF。試驗(yàn)線圈靈敏度為682kA/V。電樞速度采用B2dot磁探針測(cè)量。根據(jù)電磁場(chǎng)原理,電樞滑動(dòng)至B探針正下方位置時(shí),感應(yīng)信號(hào)有一個(gè)正負(fù)變換過程,通過確定感應(yīng)信號(hào)的過零點(diǎn)時(shí)間,可以得到電樞的位移2時(shí)間曲線,從而計(jì)算得到速度曲線。B探針線圈由<0.25mm漆包線繞制,橫截面2積38.5mm,測(cè)得探頭內(nèi)阻約為1.3Ω。本文中試驗(yàn)電流為幾十kA,輸出電壓信號(hào)幅值范圍為1～10V。2試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)中6路PFN電源模塊電源時(shí)序參數(shù)設(shè)置為(0,0
8、,0,0,750,900
