تحلیل پرتاب کننده الکترمغناطیسی ریلی با استفاده از روش ترکیبی fem-3d و iem

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 اندازه ی این کمیت ها تغییر می کند. در اغلب تحقیقات انجام گرفته برای تحلیل پرتاب کننده های الکترومغناطیسی، جهت محاسبه ی 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 می باشد. 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 تکنیک ها 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 هندسه ی 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 شعاع های داخلی و خارجی و زاویه ی مرکزی محاسبه شده است. براساس مشاهدات و تحلیل های انجام گرفته در آزمایشگاه مجازی و در کنار آن استفاده ازمعادلات حاکم بر مساله فرمول اولیه ی 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 آمده اند. با به دست آمدن این فرمول، از آن برای محاسبه ی 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 ولبه ی ریل های مستطیلی و دایروی به دست آمده است. در ادامه ی 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 شده اند. در این بخش تاثیر ابعاد ریل و جنس آن بر روی دمای متوسط محاسبه شده است. برای محاسبه میدان های دور و نزدیک از روش های 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 ریل ها 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.