脉冲大电流高速滑动电接触界面沉积层重熔特性研究

The electrical sliding contact of armature and rails in rail launchers is characterized by pulsed high-current and high sliding velocity. This project will study the behavior of the aluminum deposited layer on the surface of rails and its effects on rails and armatures, then try to figure out the mechanism of the remelting of deposited layer and its effects on the performance of the extreme sliding electrical contact. The primary forms of rail damage including edge grooving, central wear are also studied. The methods to prevent the rails from damages by edge grooving and central wear will be proposed. It is expected that the results of this project is very valuable to the theory of sliding electrical contact.

电磁轨道发射技术中电枢导轨之间是一种脉冲大电流高速滑动电接触。本项目拟研究沉积层在重复发射的电枢轨道之间的行为方式及其电接触特性即对后续发射的影响，尝试揭示沉积层重熔机理及其对枢轨极限滑动电接触性能的影响规律，为轨道边缘槽蚀和中心磨损等轨道损伤机制的抑制技术研究提供支持。同时，在电磁轨道发射的极限工作条件下获得的沉积层电接触机理的研究成果，也是对传统滑动电接触理论的有益补充，具有十分重要的学术价值。

沉积层重熔是指脉冲大电流高速滑动电接触中由于枢轨接触面上电流极高且分布极不均匀，同时存在大量摩擦热的条件下，轨道沉积层再次发生熔化的现象。沉积层重熔对枢轨界面电磁、力学、热力学特性有重要影响。本课题深入研究了沉积层累积效应及其对电枢熔蚀的影响，并从理论方面分析了沉积层存在下界面热分配系数变化规律及沉积层重熔分布特性，最后讨论了延缓沉积层增厚的技术手段，为极限滑动电接触装置设计和理论研究提供支撑。.电流熔蚀效应是指脉冲大电流高速滑动电接触中由于枢轨接触面上电流极高且分布.基于小口径发射装置，在在20kA/mm电流线密度发射条件下，开展了8次重复发射实验一次发射过程中，电枢起始位置附近沉积层厚度最大，随着电枢速度提高，轨道中后部沉积层厚度迅速减小。沉积层起始在轨道上呈两侧厚中间薄的分布，后期沉积层有向中部汇聚的趋势。随着发射次数积累，沉积层厚度在前2-3次快速增长，后期会呈现线性增长趋势。 .基于最小二乘法，推导出界面热分配函数的求解方程。计算分析了匀速常热流、匀速非常热流、非匀速常热流、非匀速非常热流情况下热分配函数变化特性，对结果进行分析总结，获得热分配函数随电枢速度、界面热源、沉积层材料参数变化情况下的大致变化规律。.建立了考虑液化层加速度的雷诺方程，分析了液化层压强的磁压控制特性，讨论了液化层加速度对液化层压强特性的影响，提出了液化层稳定性条件，对发散间隙的液化层稳定性进行分析，发现液化层在高速阶段不易维持，低速阶段有可能会出现稳定液化层，但是液化层能否稳定存在并不确定；获得了考虑沉积层熔化速度影响的液化层膜厚和沉积层重熔厚度计算模型；.建立了沉积层厚度对枢轨发射初始接触特性的计算模型，发现随着沉积层厚度增加，有效接触区域面积先增大后减小，枢轨偏离距离越来越大。增加电枢尾翼刚度有利于增大枢轨接触面积，减小枢轨偏离程度。同时发现沉积层对枢轨界面电流分布的影响规律，并提出了两种延缓沉积层增厚的技术手段。