شبیه سازی سه بعدی حرکت آرمیچر در پرتاب کننده های الکترومغناطیسی ریلی به روش اجزاء محدود

در اکثر قریب به اتفاق تحقیقات پیشین انجام شده برروی پرتاب کننده های الکترومغناطیسی ریلی، یا مطالعه ی دو بعدی از طریق شبیه سازی به روش اجزاء محدود صورت گرفته است؛ و یا در صورت مطالعه ی سه بعدی، حرکت آرمیچر و پرتابه به طور همزمان در نظر گرفته نشده است. با توجه به اهمیت موضوع و لزوم مطالعه دقیق رفتار این نوع از پرتاب کننده های الکترومغناطیسی، در این مقاله شبیه سازی ها و مطالعات به صورت کاملا سه بعدی و همراه با درنظرگیری حرکت آرمیچر انجام شده است. در این مقاله، دو پرتابگر الکترومغناطیسی ریلی با آرمیچر جامد، که دارای هندسه و ابعاد مختلف می باشند، به صورت کاملا سه بعدی و همراه با حرکت آرمیچر، شبیه سازی و تحلیل شده و از منظر کمیت های فیزیکی مختلف با یکدیگر مقایسه می گردند. کمیت های اساسی در پرتابگرهای الکترومغناطیسی ریلی شامل توزیع چگالی جریان الکتریکی، توزیع چگالی شار مغناطیسی، گرادیان اندوکتانس، نیرو و فشار وارد بر آرمیچر و ریل ها، سرعت دهانه و توزیع حرارت می باشند که با تغییر هندسه و ابعاد ریلگان این کمیت ها نیز دستخوش تغییر می شوند. در شبیه سازی ها از نرم افزار قدرتمند comsol multiphysics استفاده شده است که دارای توانایی حل مسائل درگیر با چند پدیده فیزیکی مختلف، به روش تحلیل اجزای محدود (fem) می‌باشد. درنهایت، با توجه به نتایج حاصل از شبیه سازی ها، تحلیل و مقایسه های لازم صورت گرفته و برتری نسبی هریک از ساختارهای تحت مطالعه، از منظر کمیت های یاد شده در بالا ارائه شده است.

3d simulation of armature motion in electromagnetic rail launchers using finite element method

in the vast majority of previous research on electromagnetic rail launchers, either the twodimensional analysis have been performed by finite element simulation, or in the case of threedimensional study, armature and projectile motion have not been considered simultaneously. due to the importance of the subject and the need to carefully study the behavior of this type of electromagnetic launchers, in this paper, simulations and analysis are performed in a completely threedimensional manner, taking into account the armature motion. in this paper, two solid armature electromagnetic rail launchers, which have different geometry and dimensions, are simulated and analyzed in a completely threedimensional manner, taking into account the armature motion, and compared in terms of different physical quantities. the main quantities in electromagnetic rail launchers include electric current density distribution, magnetic flux density distribution, inductance gradient, force and pressure on armature and rails, muzzle velocity and heat distribution, which are also changed by changing the geometry of the armature. in simulations, the powerful comsol multiphysics software is utilized, which has the ability to solve the problems involved with several different physical phenomena, using the finite element analysis (fem) method. finally, according to the results of the simulations, the necessary analysis and comparisons have been made and the relative superiority of each of the structures under study in terms of the above quantities is presented.