脉冲大电流高速滑动电接触界面电流熔蚀特性研究

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。其接触面上最大电流密度接近材料的承受极限，可达40kA/mm,电流作用时间为几个毫秒。电接触受到电流自身产生的几十特斯拉的强磁场作用，电枢在导轨上的最高滑动速度可达2km/s。本项目旨在研究这种极限条件下的电接触界面材料的电流熔蚀特性。考察电流、速度等因素对熔蚀模式、熔蚀量等电流熔蚀特性的关系规律，分析电流熔蚀的发生机理和传播规律；建立电流熔蚀理论模型，研究液态熔蚀材料的电动力学特性及其对电接触性能的影响规律；研究电流下降对熔蚀模式以及液态熔蚀材料行为方式的影响，尝试进行电流下降沿转捩的物理机制研究。本项目的研究结果一方面将促进电磁轨道发射技术的进步，另一方面，还将有助于深化人们对脉冲大电流作用下的高速滑动电接触现象的认识，具有很好的学术和应用价值。

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极不均匀，导致的电枢材料熔化现象。该效应是电接触性能劣化和导致转捩的重要原因，也会在枢轨接触面上形成金属液化层，影响接触面润滑特性，是本领域的重要研究方向。本课题深入研究了电流熔蚀模式、影响因素和机理、发生发展过程及熔蚀产生的金属液化层特性，为极限滑动电接触装置设计和理论研究提供支撑。.根据电流熔蚀形貌及其润滑特征，总结出三种熔蚀模式：压力约束熔蚀、扩张性熔蚀和贯通性熔蚀。电流熔蚀呈现出不同的模式是由于磁扩散现象发展的程度不同以及液态铝的流动所导致。随着电流增长，在压力约束熔蚀下润滑效应不断增强，但进入扩张性熔蚀模式后，润滑效应随之进入饱和状态，直到进入贯通性熔蚀后润滑效应才继续增强。.基于磁扩散方程的枢轨电磁场分布仿真表明，电流倾向于集中在压力集中区域的边缘而不是内部，这是由于压力集中区域内部接触电阻较小导致磁扩散系数较小，使得高频电流脉冲难以扩散进入。仿真还分析了材料和压力分布对磁扩散的影响，并根据实验结果讨论了仿真分析的正确性。.结合实验和理论分析确定了电流熔蚀的起始位置和扩展规律，并讨论了产生的机理。结果表明，熔蚀的起始位置是初始过盈压力集中区域的边缘，随着电流增大和界面液态铝的累积，电磁力使液态铝向电枢头部运动，从而使电流集中位置向电枢头部移动，使得熔蚀范围沿电枢侧边沿向头部扩展。.基于流体方程开展了金属液化层流体动压润滑理论研究，结果表明电枢速度达到1300m/s以上金属液化层会出现不稳定，从而导致膜厚减小。金属液化层的膜厚和压强都随枢轨相对速度的增加而增大，最大膜厚位于电枢尾翼端部。.