【电磁】基于matlab模拟定向电磁发射的微热残余

最新推荐文章于 2025-12-02 19:45:00 发布

原创最新推荐文章于 2025-12-02 19:45:00 发布 · 809 阅读

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🔥 内容介绍

在定向电磁发射技术领域，微热残余是一个备受关注的关键问题，它与系统的性能、稳定性及寿命紧密相关。理解微热残余现象及其背后的物理机制，对于优化定向电磁发射系统的设计与运行具有重要意义。

定向电磁发射是利用电磁力将物体以高速发射出去的技术，在军事（如电磁轨道炮发射炮弹）、航天（电磁弹射助力航天器发射）等领域展现出巨大潜力。在发射过程中，强大的电流通过发射装置的导体，产生焦耳热。虽然发射时间极短，但瞬间的高能量释放仍会在导体及周边材料中留下微热残余。

从物理原理来看，电流通过导体时，电子与晶格原子相互碰撞，将电能转化为热能。在定向电磁发射中，大电流密度使得这种能量转化极为剧烈。以电磁轨道炮为例，轨道与电枢间的电流密度可达每平方厘米数千安培甚至更高。如此高的电流密度会导致轨道表面迅速升温，即使发射结束后，轨道内部及附近区域仍会残留一定热量，这就是微热残余的来源。

微热残余对定向电磁发射系统有着多方面影响。其一，它会影响发射装置的材料性能。持续的微热积累可能导致材料的金相组织发生变化，例如金属材料的晶粒长大、位错密度增加等，进而降低材料的强度和硬度，缩短发射装置的使用寿命。其二，微热残余会对后续发射的精度产生影响。由于热胀冷缩效应，残余热量会使发射装置的结构尺寸发生微小变化，这种变化在多次发射后可能逐渐累积，导致炮弹或其他发射物体的初始发射条件出现偏差，从而降低发射精度。

在实际应用中，为了减少微热残余的负面影响，科研人员采取了多种措施。一种常见方法是优化发射装置的散热设计。通过采用高导热率的材料制作发射轨道和相关部件，如铜合金或碳纤维复合材料，能够加快热量的传导与散发。同时，设计高效的冷却系统，例如强制风冷、水冷或液冷，在发射间隙迅速带走残余热量，防止热量过度积累。另一种策略是改进发射脉冲的波形和参数。通过合理调整电流的上升时间、峰值电流以及脉冲宽度等，在保证发射性能的前提下，降低发射过程中的总发热量，从而减少微热残余。

此外，先进的材料涂层技术也被应用于定向电磁发射系统。在发射轨道表面涂覆具有良好热稳定性和低摩擦系数的涂层，不仅可以减少电流通过时的电阻热，还能降低轨道与电枢之间的摩擦热，从多个角度抑制微热残余的产生。

微热残余是定向电磁发射技术中不可忽视的问题，深入研究其形成机制并采取有效的应对措施，是推动定向电磁发射技术从实验室走向实际应用、提升系统性能与可靠性的关键环节。随着材料科学、热管理技术以及电磁学理论的不断发展，相信在未来，微热残余问题将得到更有效的解决，为定向电磁发射技术的广泛应用奠定坚实基础。

⛳️ 运行结果

📣 部分代码

% Beam divergence after passing near a star, with reference divergence lines

clear; clc; close all % Clear environment and prepare workspace

% Physical constants

G = 6.6743e-11; % [m^3/kg/s^2]

M = 0.35*1.989e30; % solar mass [kg]

c = 2.99792458e8; % [m/s]

AU = 1.496e11; % [m]

R_sun = 6.96e8; % [m]

%% Simulation parameters:

b_vals = linspace(1, 5, 5) * R_sun; % Impact parameters: multiples of the solar radius

L_pc = linspace(1, 30000, 2000); % X axis: distance in [pc]

L_m = L_pc * 3.086e16; % [m]

theta_vals = [1e-7, 1e-8, 1e-9, 1e-10]; % Fixed beam divergences [rad]

baseline_theta = 1e-7; % for comparison purposes [rad]

regions = [153, 307, 1534, 30000];

%% Simulation

% Initialization

W = NaN(length(b_vals), length(L_m)); % NaN to hide pre-focus zone

% CASE 1: Calculates the post-focal beam envelope for rays grazing a lensing star

% at various impact parameters (b = 1? R_sun). Each ray experiences a

% deflection Theta = 4GM/(c瞓), resulting in a focal distance f = b/Theta.

🔗 参考文献

[1]冯冲.微纳器件中近场热辐射现象及其测试技术研究[D].大连理工大学,2013.

Microthermal Residuals from Directed Electromagnetic Emissions as a New Class of Technosignature" by Sergio Bonaque-Gonz醠ez (2025), submitted to publication on April 2025