舰载机磁悬浮电磁弹射技术的研究

论文摘要

电磁弹射(EMAL)起飞技术是蒸汽弹射起飞技术的升级,简单的说是电磁发射式的直线电机取代蒸汽机。虽然蒸汽弹射器可以起飞不同型号的舰载机,并且得到了很好的应用。由于蒸汽弹射器不可以起飞重量更大的预警机而必然将被淘汰。预警机是现代军事必须的,只有拥有预警机才真正实现了信息化战争。美国早在30年代就开始研究电磁弹射器以作为舰载机起飞的工具。由于当时的技术条件和高性能磁性材料的欠缺而一度搁浅。直到80年代由于有了更好的稀土永磁体和完善的电子技术,美国再次研究电磁弹射器来代替蒸汽弹射器。与此同时意大利和英国也相继开始了电磁弹射器(EMALS)的研究。通过对国外舰载机起飞技术、电磁发射技术、蒸汽弹射器和磁悬浮技术的研究,本文根据磁悬浮技术原理,直线电机无接触直接驱动的理论和电磁发射技术,确定了磁悬浮导轨式电磁弹射系统的设计方案。由于本系统的复杂性,本文仅就电磁弹射器的系统组成做了初步的设计。其中主要设计了磁悬浮电磁弹射电动机。通过分析电磁弹射电动机的悬浮特性,磁悬浮系统的刚度和阻尼的分析与研究以及磁路的计算,给出了相应的取值范围以及指出了在设计计算时应注意的方面。分析了悬浮导轨设计各方面的问题,以及还应该注意的细节。本文通过建立磁悬浮导轨结构模型,利用ANSYS对其悬浮力进行仿真分析。运用许可变换,等效磁势并结合数值分析方法,求解了气隙磁密的相对磁导函数。将其与有限元数值分析进行了对比验证,结果吻合。从而验证了该方案的合理性与可行性。同时以E2为例来说明与分析舰载机在使用磁悬浮电磁弹射器下的起飞特征。重点计算了该机起飞所需的电磁力和所需的电机功率。初步验证了前面的理论和仿真分析结论的正确性,进而证明了该方案的和理性和可行性。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 航空母舰舰载机起飞方式的发展现状
• 1.3 电磁弹射平台起飞的技术研究与应用
• 1.3.1 国外电磁弹射系统的技术现状
• 1.3.2 国内电磁弹射系统的技术现状
• 1.4 国内外磁悬浮技术的研究进展
• 1.5 本文的研究内容和研究意义
• 1.6 本章小结
• 第2章 磁悬浮导轨技术和直线电机驱动的基本原理
• 2.1 引言
• 2.2 磁悬浮列车悬浮技术的工作原理
• 2.2.1 磁路与磁吸力的计算
• 2.2.2 磁悬浮系统的磁力特性
• 2.3 磁悬浮列车的结构原理
• 2.4 电磁发射及驱动的工作原理
• 2.4.1 电磁发射技术概述与原理
• 2.4.2 直线电机驱动的工作原理
• 2.5 本章小结
• 第3章 磁悬浮电磁弹射系统结构的设计
• 3.1 引言
• 3.2 磁悬浮电磁弹射平台的结构设计
• 3.3 磁悬浮系统磁路的设计与计算
• 3.3.1 磁路与磁场的关系式
• 3.3.2 电磁铁磁路的设计计算
• 3.4 直线电机的驱动力计算
• 3.5 本章小结
• 第4章 磁悬浮电磁弹射电动机的悬浮仿真
• 4.1 引言
• 4.1.1 电磁场的势函数方程
• 4.1.2 电磁场的边界条件
• 4.2 托架悬浮的ANSYS仿真与分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 弹射实例分析
• 5.1 引言
• 5.2 以E2飞机为例分析其弹射起飞的过程分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 引言
• 6.2 论文的研究成果
• 6.3 论文的创新点
• 6.4 进一步的研究工作与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢