Механическое взаимодействие метаемого тела со стенками канала рельсового электромагнитного ускорителя. Параметрические исследования

Рассмотрено колебание рельсов ускорителя под действием электромагнитных сил, правая граница приложения которых движется по каналу ствола от входной части к дульному срезу. Рельсовый ускоритель упрощенно рассматривается как балка Бернулли–Эйлера конечной длины, лежащая на вязкоупругом основании, с консольной поддержкой со стороны казенной части ускорителя. Колебание рельса описывается дифференциальным уравнением в частных производных четвертого порядка по пространству и второго порядка по времени. Уравнение решается численно комбинированным методом: конечных разностей по времени и конечных элементов по пространству. Исследовано влияние начальной скорости якоря и контактной силы между якорем и рельсами на динамику поведения рельса в процессе разгона с учетом силы трения.
Показано, что увеличение начальной скорости якоря сокращает время воздействия области контакта якорь/рельс на поверхность входной части канала ускорителя, смещает в сторону дульного среза положение максимального прогиба рельса при практически неизменной его амплитуде, а при превышении начальной скорости якоря критической скорости–к существенному уменьшению амплитуды колебаний. В этом случае якорь обгоняет передний фронт колебаний все время разгона. Также с ростом начальной скорости якоря снижается амплитуда требуемого тока и сокращается время разгона, что может уменьшить массу и габариты источника электрической энергии и понизить требования к материалам рельса в связи с уменьшением интеграла действия, влияющим на стойкость материалов.
Коэффициент контактной силы $m$ оказывает комплексное влияние на амплитуду колебаний рельса в связи с тем, что от него зависит как сила трения, так и величина расталкивающей силы. Последняя ответственна за существенное увеличение амплитуды колебаний при $m > 1$. Каких-либо особенностей в колебательный процесс рельса, как отмечалось в литературе, учет параметра $m$ не внес. По всей видимости, это связано с тем, что более сложные процессы, отражающие неоднородное распределение тока, анализируемые с помощью трехмерного конечно-элементного метода, невозможно получить в рамках модели балки.