بررسی نیروهای وارد بر ریلها در ریلگان و اثر آن در نگهداری ریلها
چکیده
برای سالهای زیادی پرتابگرهای الکترومغناطیسی مورد علاقه محققین بوده است. ریلگان یک نوع پرتابگر الکترومغناطیسی با منبع الکتریکی است که شامل دو ریل رسانای موازی است که با یک آرمیچر تماس الکتریکی برقرار می کند و آرمیچر توسط نیروی الکترومغناطیسی شتاب می گیرد. زمانی که جریان در مدار جاری می شود،نیروی مغناطیسی در فضای بین ریل ها انتشار میابد.این میدان با جریان اثر متقابلی دارد تا نیروی لورنتز یا j×b را تولید کند که هردو به پرتابه شتاب می دهند تا به دهانه خروجی برسد و نیروی دافعه متقابلی را روی ریلها ایجاد می کنند. در این پایان نامه به بررسی نیروهای وارد بر ریلها در ریلگان و اثر آن در نگهداری ریلها پرداخته می شود. این نیروها در جهت جداسازی ریلها وارد می شوند که دما را درنقطه تماس افزایش می دهد و باعث ذوب شدگی یا جرقه زنی در سطح تماس ریل و آرمیچر و افزایش اصطکاک سطوح، همچنین افزایش پیچیدگی و هزینه طراحی نگهدارنده ها می شود بنابراین دارای اثر مخربی می باشد. در این پایان نامه از روش عددی fem استفاده شده و شبیه سازی های سه بعدی متعددی در این پایان نامه بکار رفته است. نیروی الکترومغناطیسی روی ریلها از پالس جریان ورودیی، شکل، ابعاد و مواد آرمیچر و ریل تاثیر می گیرد. در یک فصل ما چگونگی تاثیر شکل پالس جریان را بر نیروی وارد بر ریل بررسی کردیم. در بخش اول فصل، ما تاثیر بخش یکنواخت پالس جریان ورودی را بر روی نیروی الکترومغناطیسی وارد بر ریل بررسی کرده و در بخش دوم فصل، پالسهای جریان با مساحت زیر نمودار برابر و اندازه پالس متفاوت بررسی شده است. نتایج نشان می دهد با جریانی با ناحیه یکنواخت (flat-top) بیشتر نیروی وارد بر ریل و سرعت نهایی افزایش میابد. در فصل بعد ما آرمیچر لایه لایه را تعریف کردیم که هر لایه دارای مقاومت الکتریکی ثابت است ولی با لایه های دیگر در آرمیچر متفاوت می باشد. با توجه به خصوصیات مواد، ما از آلومینیوم، برلیوم و کربن استیل برای آرمیچر و مس برای ریل استفاده کرده ایم. در نهایت ما تاثیر آن را بر روی نیروی وارد بر ریل محاسبه کرده ایم. در واقع هدف از این محاسبات بدست آوردن ترکیب مناسبی از رساناها برای کاهش نیروی وارد بر ریل و ریلگانی با عملکرد مناسب است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد اگر مقاومت الکتریکی هر لایه از ابتدا تا انتهای ریلگان افزایش یابد، سرعت افزایش میابد و بهترین شرایط را دارد همچنین ما شکل مناسبی از مقاومت الکتریکی را برای کاهش نیروی وارد بر ریل بدست آوردیم. در فصل بعد، ریلهای لایه لایه شده با مقاومت الکتریکی متفاوت با آرمیچری همگن با شکل مکعب مستطیل و جریان ورودی به شکل پالسی در نظر گرفته شد. در این تحقیق ما اشکال مختلفی از مقاومت الکتریکی ریل را در نظر گرفتیم. سرانجام نتایج بیان شد و مزیات و مضرات اشکال مختلف چیدمان مقاومت الکتریک ریل مورد بررسی و تحقیق قرار گرفت. همچنین نشان داده شد که می توان نیروی وارد بر ریل را با تغییر مقاومت الکتریکی در بخش های مختلف ریل کاهش داده و همچنین سرعت نهایی را افزایش داد.