電磁驅(qū)動器驅(qū)動線圈內(nèi)部溫度測量試驗研究
韓偉，雷彬，李治源，關(guān)曉存
(軍械工程學(xué)院三系新概念武器研究所，石家莊050003)
摘要：高壓帶電環(huán)境下測量溫度是一項既園難又危險的試驗。本文介紹了使用熱電偶對電磁發(fā)射囂驅(qū)動線圈內(nèi)部溫度的測量過程，并利用應(yīng)變片及壓力表對線圈的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測，以防止發(fā)生爆裂現(xiàn)象。本文還簡述了線圈內(nèi)部平均溫度的計算過程，將測量結(jié)果與計算結(jié)果相比對并進(jìn)行了誤差析。
關(guān)鍵詞：驅(qū)動線圈；溫度；熱電偶；電磁驅(qū)動囂；測量；試驗；直線電機(jī)
O引 言
電磁發(fā)射器本質(zhì)上是一臺直線電動機(jī)，它由若干個驅(qū)動線圈(一般固定不動，相當(dāng)于電動機(jī)中的定子)和一個或多個發(fā)射線圈(相當(dāng)于電動機(jī)中的轉(zhuǎn)子)組成。電磁發(fā)射器由一系列國定的電流激勵線圈組成。電樞置于線圈的內(nèi)部并與有效載荷固連。當(dāng)激勵線圈饋入強(qiáng)脈沖電流時，形成變化的磁場；激勵線圈和電樞之間將產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁力，以此加速電樞超高速飛出。電磁場變化過程中的熱損耗主要由驅(qū)動線圈、電樞及彈丸和炮管之間的摩擦所引起。其后果不僅對初始能量的消耗、更重要的是對電磁發(fā)射器本身帶來影響。長期工作中，導(dǎo)線內(nèi)電阻損耗均轉(zhuǎn)換成熱能，引起自身和其他部分的溫升。嚴(yán)重時會使線圈燒壞，甚至造成重大事故。所以分析驅(qū)動線圈內(nèi)的溫度場及建立冷卻系統(tǒng)是非常必要的，而關(guān)鍵是要了解驅(qū)動線圈內(nèi)溫度場分布、平均溫升、各點(diǎn)溫升，以便進(jìn)行下一步計算和試驗。
1熱電偶及測量原理
常用的測量溫度儀器有玻璃管液體溫度計、電阻型溫度計、熱電偶溫度計。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，熱電偶已成為溫度測量領(lǐng)域中應(yīng)用****泛的感溫元件之一，可以在一270℃～2 800℃的溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行測量。它性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確可靠、熱質(zhì)性小、動態(tài)響應(yīng)快，且結(jié)構(gòu)簡單、維修方便。
熱電偶的測量原理基于熱電效應(yīng)。將兩種不同的導(dǎo)體，一端焊接，另一端連成閉合回路，當(dāng)兩端有溫差時，回路就產(chǎn)生熱電勢。由溫差產(chǎn)生熱電勢的現(xiàn)象稱為“熱電效應(yīng)”，而這兩種不同導(dǎo)體的組合稱為熱電偶。根據(jù)以上敘述原理，熱電偶產(chǎn)生熱電勢必須具備以下條件：①必須由兩種性質(zhì)不同但符合一定要求的導(dǎo)體材料構(gòu)成；②工作端和參考端之間必須有溫差。
2驅(qū)動線圈結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
我國當(dāng)前驅(qū)動線圈的外形為兩層的平面螺旋形狀，線圈材質(zhì)為紫銅。由于在工作中磁發(fā)射器系統(tǒng)是在高功率脈沖電源的作用下進(jìn)行，
所以瞬間形成的電流強(qiáng)度很大，導(dǎo)致瞬間放出的熱量也很多，溫升很高，而且散熱能力的大小與線圈結(jié)構(gòu)及材料有很大關(guān)系。圖1為線圈結(jié)構(gòu)模型。
感應(yīng)線圈發(fā)射器一般由儲能電源(多為電容器組)、開關(guān)、驅(qū)動線圈和電樞組成。為了保證磁耦合緊密，驅(qū)動線圈和電樞通常是同軸等直徑的。當(dāng)脈沖電流加到驅(qū)動線圈時，電樞交鏈磁通感應(yīng)出一方向相反的環(huán)形電流。該環(huán)形電流與驅(qū)動電流反向產(chǎn)生相互排斥的安培力推動電樞向前運(yùn)動。若設(shè)驅(qū)動線圈中電流為i1，自感為L1，電樞電流為I2，自感為L2，兩者互感為M，則驅(qū)動線圈和電樞總的磁能為：
作用于單位線圈上的驅(qū)動力為：
式中M1(x)為電感梯度。
當(dāng)兩線圈從相互接近到遠(yuǎn)離時，電感梯度正負(fù)變化，力的方向也發(fā)生變化。當(dāng)環(huán)形電流i1，i2反向，彈丸位于驅(qū)動線圈1中心右邊時，驅(qū)動線圈
2先不通電，當(dāng)彈丸剛向右越過驅(qū)動線圈2中心后，再讓驅(qū)動線圈2通以和i1反向的電流，以此類推彈丸被一系列驅(qū)動線圈加速。
驅(qū)動線圈的發(fā)射特性和結(jié)構(gòu)特性使得溫度測量更加困難，厚厚的尼龍外殼使探針無法深入高脈沖電流使測量的危險系數(shù)增加，饋電時周圍的強(qiáng)電磁場嚴(yán)重影響了測量結(jié)果。
3驅(qū)動線圈平均溫度計算
任何發(fā)熱體在其溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之前，它將以其中部分熱量用來升高本身的溫度，而另一部分熱量散到周圍介質(zhì)中去。這兩個部分的比值由許多因 |
