电磁炮发射弹丸时，膛口磁场有着怎样的分布特性？

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电磁发射弹丸出膛瞬间导轨电流从电枢转移到引弧器或消弧器，导致膛口磁场发生快速变化。舰船综合电力技术国防科技重点实验室（海军工程大学）的研究人员李湘平、鲁军勇、张晓、冯军红、蔡喜元，在2021年第3期《电工技术学报》上撰文，分析弹丸出膛过程中弹体内部的磁场分布情况，研究结果可为电磁发射制导弹弹载器件的布局和设计提供依据。

电磁轨道发射一体化弹丸的膛内磁场主要取决于放电电流波形和速度趋肤效应，其幅值与电流大小以及弹丸速度有关，而其变化率则主要受电流变化率的影响。弹丸出膛瞬间，膛口电流小于膛内峰值电流，因此膛口磁场幅值小于膛内磁场幅值。

受引弧结构的影响，枢轨之间的电流快速转移到引弧器上，虽然流经导轨的总电流未发生大的变化，但此时主电流位置发生了变化，所感应的磁场也发生变化，由于引弧时间极短，导致膛口磁场变化率极大，引弧过程如图1所示。

图1 膛口拉弧过程示意图

强磁场环境是制约电磁发射制弹丸研制的重要因素。强磁场会带来制导弹丸内部引信安全性、制导控制系统中的磁敏感器件失灵、舵机失效等问题。目前国内外对电磁发射过程中，弹丸内膛的磁场分布特性做了大量研究，对制导弹丸内部器件的布局提供了一定的依据。但上述文献均未考虑弹丸出膛后的弹丸内部的磁场分布特性。

针对电磁轨道发射弹丸出膛时出现的特有拉弧现象，海军工程大学的研究人员首先基于柯西电弧模型建立电磁发射弹丸的电流转移模型，获得引弧器上的电流变化；其次将引弧等效为一具有一定长度和半径的导体，构建了由导轨和电枢以及导轨与引弧器两个回路组成的三维瞬态场磁场仿真模型；最后创新性地引入了膛口磁场速度修正项，得到考虑引弧运动的膛口磁场仿真模型。

图2 基于双目视觉的引弧运动测量示意图

采用该模型，仿真分析了弹丸在出膛瞬间弹丸中轴线上的磁场分布特性。仿真结果表明，弹丸膛口磁场幅值低于膛内磁场幅值，但磁场变化率远大于膛内磁场变化率，峰值达到8518T/s。

分析结果表明，电磁轨道发射弹丸在出膛瞬间受到膛口拉弧的影响，弹上磁场将经历极大的变化，从而对弹载器件的磁场环境适应性提出了更为严酷的考核，与膛内磁场特性不同的是，膛口磁场的磁场强度并不大，但磁场变化率远远大于膛内磁场变化率。该研究成果可为电磁发射制导弹弹载器件的布局设计以及屏蔽设计提供依据。

以上研究成果发表在2021年第3期《电工技术学报》，论文标题为“电磁发射弹丸膛口磁场分布特性分析”，作者为李湘平、鲁军勇 等。

下载论文PDF版，请点击左下角“阅读原文”，访问期刊网站。

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