بررسی ترموالاستیک یک پرتابگر الکترومغناطیس به کمک روش حجم محدود

نویسندگان

1 تربیت دبیر شهید رجایی

2 دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی

چکیده

پرتابگر الکترومغناطیسی از انرژی الکتریکی برای تحریک سامانه و اعمال نیروی الکترومغناطیسی به پرتابه ‌استفاده می‌کند. جهت شبیه­سازی حرکت این نوع پرتابگرها نیاز است تا معادلات ماکسول در ریل و آرمیچر حل شوند. با توجه به شتاب بالا و سرعت کم آرمیچر در شروع حرکت، لازم است تا از یک شبکه غیریکنواخت در ابتدای ریل استفاده شود. تغییرات خواص فیزیکی ریل و آرمیچر با دما لحاظ گردیده‌ است. نتایج سرعت محاسبه شده در توافق خوبی با نتایج تجربی ارایه­شده در مقالات می‌باشد. کانتورهای میدان حکایت از آن دارد که سهم بالایی از جریان از لبه داخلی ریل و آرمیچر عبور می‌کند. نتایج توزیع دما نشان می‌دهد که بیشترین حرارت در بال­های آرمیچر و لبه داخلی ریل تولید می‌شود. اثر توزیع دما و نیروی مغناطیسی بر توزیع تنش حرارتی در ریل و آرمیچر مورد بررسی قرار گرفت و نشان داده شد که زمان وقوع بیشترین تنش حرارتی در ریل و آرمیچر متفاوت است.

کلیدواژه‌ها


  1. Long, GC. and Weldon, WF. “Limits to the Velocity of Solid Armatures in Railguns”, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 25, No.1, pp. 347-52, 1989.##
  2. Fair, H. “Advances in electromagnetic Launch Science and Technology and its Applications”, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 45, No. 1, pp. 225-30, 2009.##
  3. Haghmaram, R. and Shoulaie, A. “Literature review of theory and technology of air-core tubular linear induction motors [electromagnetic launcher applications]”, Proc. Int. Conf. Power Eng., Bristol, UK, 2004.##
  4. Lockner, TR., Kaye, RJ., and Turman, BN. “Coilgun Technology, Status, applications and future directions at Sandia National Laboratories”, Proc. Int. Conf. Power Modulator, San Francisco, CA, 2004.##
  5. Skurdal, BD. and Gaigler, RL. “Multimission electromagnetic Launcher”, IEEE Transactions on Magnetics. Vol. 45, No. 1, pp. 458-61, 2009.##
  6. Harry, H. “Electromagnetic Launcher, the Electromagnetic Launcher Technology Revolution”, Magn Business Technol. 2003.##
  7. Fair, HD. “Electromagnetic Launch Science and Technology in the United States Enters a New Era”, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 41, No. 1, pp. 158-64, 2005.##
  8. McNab, IR. “Early Electric Gun Research”, IEEE Transactions on Magnetics. Vol. 35, No. 1, pp. 250-61, 1999.##
  9. Powell, JD. and Batteh, JH. Two-Dimensional Plasma Model for the Arc-Driven Rail Gun. J. Applied Physics, Vol. 54, No. 5, pp. 2242-54, 1983.##

10. Deis, D. and Ross, D. “Experimental launcher Facility-ELF-I: Design and Operation”, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 18, No. 1, pp. 23-8, 1982.##

11. Werst, M., Cook, K., Kitzmiller, J., Liu, H., Price, J., and Yun, H. “Design and Testing of A Rapid Fire, Lightweight, Ultra Stiff Railgun for A Cannon Caliber Electromagnetic Launcher System”, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 31, No. 1, pp. 365-70, 1995.##

12. Schroeder, J., Gully, J., and Driga, M. “Electromagnetic Launchers for Space Applications”, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 25, No. 1, pp. 504-7, 1989.##

13. Kear, M., Oxley, C., and Burden, R. “The Culham Laboratory Hypervelocity Test Facility”, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 25, No. 1, pp. 290-4, 1989.##

14. Daneshjoo, K., Rahimzadeh, M., Ahmadi, R., and Ghassemi, M. “Dynamic Response and Armature Critical Velocity Studies in an Electromagnetic Railgun”, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 43, No. 1, pp. 126-31, 2007.##

15. Krylov, VV., Dawson, A., Heelis, M., and Collop, A. “Rail Movement and Ground Waves Caused by High-Speed Trains Approaching Track-Soil Critical Velocities”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, Vol. 214, No. 2, pp. 107-16, 2000.##

16. Nechitailo, N. and Lewis, K. “Critical Velocity for Rails in Hypervelocity Launchers”, International Journal of Impact Engineering, Vol. 33, Vol. 1, pp. 485-95, 2006.##

17. Li, D., Xu, R., Yan, P., Ren, C., and Lin, L. “Thermal Analysis of Insulators in Electromagnetic Launcher System. Properties and Applications of Dielectric Materials”, Proc. Int. Conf. Roperties and Applications of Dielectric Materials, Sydney, NSW, Australia, 2015.##

18. Tang, B., Lin, Q., and Li, B. “Research on Thermal Stress by Current Skin Effect in a Railgun”, IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 45, No. 7, pp. 1689-94, 2017.##

19. Ghassemi, M. and Varmazyar, M. “Stress Analysis of the Rails of A New High Velocity Armature Design in an Electromagnetic Launcher”, International Journal of Impact Engineering, Vol. 35, No. 12, pp. 1529-33, 2008.##

20. Ghassemi, M., Varmazyar, M. “Thermal Stresses Analysis of the Rails and the Armature of an Electromagnetic Launcher”, Proc. 14th Symposium on Electromagnetic Launch Technology, Victoria, BC, Canada, 2008.##

21. Golmakani, ME., Rahimi, E. “Nonlinear Thermo-Elastic Analysis of Functionally Graded Carbon Nanotube  Reinforced Composite Cylindrical Panel”, Aerospace Mechanics Journal, Vol.14, No. 1, 2017.##

22. Thompson, JF., Soni, BK., Weatherill, NP. “Handbook of grid generation”, CRC press, 1998.##

23. Powell, J., Walbent, D. “2D Model for Current and Heat Transport in Solid Armature Railguns,”. Army Research Laboratory ARL-TR-74, 1993.##

24. Dreizin, YA. “Solid Armature Performance with Resistive Rails [railguns] ”, IEEE transactions on magnetics, Vol. 29, No. 1, pp. 798-803, 1993.##