عنوان

تحلیل پرتاب کننده الکترومغناطیسی ریلی با روش ترکیبی‮‭۳D - FEM‬و‮‭IEM‬

Number

‭۴۷۹۰پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

تحلیل پرتاب کننده الکترومغناطیسی ریلی با روش ترکیبی‮‭۳D - FEM‬و‮‭IEM‬

First Statement of Responsibility

/محمد سجاد بیاتی حسین آبادی

Name of Publisher, Distributor, etc.

تبریز : دانشگاه تبریز ، دانشکدة مهندسی برق و کامپیوتر ،گروه مخابرات

Specific Material Designation and Extent of Item

‮‭۱۸۰‬ص‬

Text of Note

چاپی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

مهندسی برق - مخابرات - سیستم

Date of degree

‮‭۱۳۸۹/۱۲/۲۵‬

Body granting the degree

تبریز : دانشگاه تبریز ، دانشکدة مهندسی برق و کامپیوتر ،گروه مخابرات

Text of Note

گرادیان اندوکتانس، توزیع جریان، حرارت، نیرو، فشار و مقاوت الکتریکی کمیت های اساسی در پرتاب کننده الکترومغناطیسی ریلی می باشند .کمیت های اشاره شده در پرتاب کننده تابعی از ابعاد دهانه، ضخامت ریل و تلفات اهمی می باشند .از طرفی دیگر با حرکت پرتابه در داخل پرتاب کننده اندازه‌صی این کمیت ها تغییر می کند .در اغلب تحقیقات انجام گرفته برای تحلیل پرتاب کننده‌های الکترومغناطیسی، جهت محاسبه‌ی این کمیت ها و پارامترهای از روش های عددی از جمله روش اجزا محدود استفاده می شود .که نتایج آنها محدود به ساختار و ابعاد مشخصی از پرتاب کننده می‌باشد .در این رساله با کمک گرفتن از روش های عددی یک آزمایشگاه مجازی ساخته شده است .در این آزمایشگاه به مطالعه و بررسی رفتار کمیت های مختلف پرداخته شده تا بتوان مدل دقیقی از پرتاب کننده ارایه داد .سپس با استفاده از روش تخمین هوشمند و حل تحلیلی مدل ارایه شده، فرمول های اولیه استخراج شده است .از طرفی دیگر برای تکمیل این فرمول و ارزیابی آن از نتایج عددی به دست آمده در آزمایشگاه مجازی و سایر مقالات استفاده شده است .در این رساله ابتدا روش تخمین هوشمند فرمول بندی سپس این روش برای سیستم های متغیر با زمان گسترش داده شده است .پس با استفاده از این تکنیک‌صها و تحلیلهای عددی انجام شده، فرمول ها و الگوریتم هایی جهت محاسبه کمیتهای اشاره شده، ارایه شده است .چگونگی انجام محاسبات و نتایج به دست آمده در این رساله به طور کامل در بخش های مختلفی در فصل سوم ارایه شده است .در این رساله ابتدا هندسه‌ی ریل مورد بحث و بررسی قرار گرفت و با محاسبات عددی توسط ‮‭FEM‬ و اثبات تحلیلی، برتری ریل های مستطیلی به دایروی نشان داده شده است .برای پرتاب کننده دایروی گرادیان اندوکتانس بر حسب تغییرات شعاع‌های داخلی و خارجی و زاویه‌ی مرکزی محاسبه شده است.براساس مشاهدات و تحلیل های انجام گرفته در آزمایشگاه مجازی و در کنار آن استفاده ازمعادلات حاکم بر مساله فرمول اولیه‌ی برای گرادیان اندوکتانس برحسب ابعاد ساختمانی و به شکل بسته با تعدادی ضریب و ثابت مجهول ارایه شد .ضرایب و ثابت های مجهول از نتایج عددی به دست آمده‌اند .با به دست آمدن این فرمول، از آن برای محاسبه‌ی نیروی مغناطیسی وارد بر پرتابه و سرعت پرتاب -بر طبق الگوریتم ارایه شده- استفاده شده است .با استفاده از فرمول گرادیان اندوکتانس، توزیع چگالی جریان روی سطح ولبه‌ی ریل-های مستطیلی و دایروی به دست آمده است .در ادامه‌ی با روش تخمین هوشمند یک فرمول بسته برای چگالی جریان بیشینه ارایه شده است .با استفاده از توزیع چگالی جریان تلفات اهمی محاسبه و به عنوان منبع تولید حرارت در نظر گرفته شده و با بکار بردن معادله حرارت کمیت های توزیع حرارت و دماهای متوسط و بیشینه محاسبه شده‌اند .در این بخش تاثیر ابعاد ریل و جنس آن بر روی دمای متوسط محاسبه شده است .برای محاسبه میدان های دور و نزدیک از روش‌های عددی ‮‭FDTD‬ و ‮‭FEM‬ استفاده شده است .در پایان تعدادی از نتایج عددی به دست آمده در آزمایشگاه مجازی از جمله اندوکتانس داخلی ریل، مقاومت الکتریکی ریل و پرتابه، نیروی و فشار وارده بر ریل‌صها سطح داخلی ریل ها، توزیع چگالی جریان، توزیع چگالی شار مغناطیسی، توزیع شدت میدان مغناطیسی، پتانسیل بردار مغناطیسی و پتانسیل الکتریکی ارایه شده است .با دست یافتن به فرمول های کاربردی در این رساله می توان گفت، بستر جدیدی برای محاسبه و تحلیل کمیت های از جمله گرادیان اندوکتانس، نیرو، سرعت، توزیع چگالی جریان و حرارت ساختار ایجاد شده است

Text of Note

The Inductance Gradient, current density, Force, Pressure, and Electrical Resistance are essential quantities in Rail Gun. The Inductance Gradient in the Rail Gun is a function of bore dimension, Rails thickness and Ohmic losses. On the other hand, moving Projectile inside the Rails or in other words Time-Changing has directly effects on the Inductance Gradient. In this here, first the IEM technique in time domain with introduced calculation algorithm is proposed then using the IEM-TD, a model for Rail Gun in time domain is presented. Using this model and its analytical solution, a basic formula for Inductance Gradient is derived with unknown coefficients versus Rail Gun parameters in time domain. For completing this closed formula and calculating its unknown coefficients, the samples from Rail Gun based on the FEM, were analyzed. From outcomes and using the smallest Square of error method, unknown coefficients are calculated. Using achievement L' formula the applied force of Projectile is calculated and compared with other results that achievement from numerical methods in the some papers. One algorithm for calculating the output velocity of Projectile is proposed and using this algorithm, velocity of Projectile is calculated for different sizes of Rails. Effects of Rails dimension on the Inductance Gradient and current distribution at this formula are calculated and are shown in the different Figures. In another section of this article, the current distribution on the surface of the Rails and side Rails edges by the formula L' in two-dimensional has been calculated. A detailed IEM technique to compute a current distribution over the surface of rail, current profile around of the rail and maximum current density (Jmax) formula will be presented in this work. Current distribution is computed for rectangular and circular rail that are shown in color figures. Finally, this paper considers the effect of rail dimensions and material on these parameters that are shown in several figures. The results of this paper are compared to the other published studies and FEM simulation. Ohmic losses are the source heat and utilized Heat equation to compute thermal distribution and temperature that are compared with other results in the some papers. This thesis choose the copper for the Rail material and compute the Thermal distribution on the surface of the Rail and side Rail edges. Effects of Rail dimensions on the temperature in time domain are calculated and shown in the Figures. Rail materials are investigated with kind of copper and aluminum. Near and far field are computed by FEM and FDTD in HFSS and CST software. In the virtual laboratory that has been made based on FEM, the vertical force and vertical Pressure on the Rails, internal Inductance and electrical resistance of Rails in the time domain are calculated and have been shown in the some Figures

Railgun

IEM-TD

FEM

Inductance Gradient

Velocity

Current Distribution

Thermal Distribution

Virtual Laboratory

Electrical Resistance

Pressure

بیاتی حسین آبادی، محمد سجاد

کشتکار، اصغر، استادراهنما

قاسمی، مجید، استاد مشاور

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی