超高速载流滑动摩擦特性等价试验技术和测量方法研究
批准号：
92166106
项目类别：
重大研究计划
资助金额：
80.0 万元
负责人：
张东东
依托单位：
学科分类：
电气科学与工程
结题年份：
2024
批准年份：
2021
项目状态：
已结题
项目参与者：
张东东
项目摘要
结项摘要
相似基金
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中文摘要
本项目以电磁能装备领域的国家重大战略需求为牵引，针对亟待认识和解决的等价实验机理——“超高速（>2000m/s）载流滑动摩擦特性的等价试验技术和测量方法”进行研究。提出的超高速（>2000m/s）载流滑动摩擦特性等价试验技术，可以在出口速度（或加速度）匹配的条件下，同时满足目标速度（或加速度）下的电流密度的近似，获得与全尺寸目标相匹配的试验数据，并能对其摩擦特性进行量化分析；提出的滑动摩擦系数测量方法，可以获得某一时间范围内动态摩擦系数的平均值——它反映了摩擦副材料、本身结构对摩擦性能的影响，对于理解摩擦副摩擦磨损过程具有重要意义。研究成果将用于电磁能装备领域，摩擦副磨损试验研究，丰富电磁发射系统摩擦磨损机理研究的手段，促进电磁能装备的工程化进程。
英文摘要
Driven by the major national strategic requirements in the field of electromagnetic energy equipment, this project studies the equivalent experimental mechanism - "equivalent test technology and measurement method of current carrying sliding friction characteristics of ultra-high speed (> 2000m / s)". In the proposed equivalent test technology of current carrying sliding friction characteristics of ultra-high speed (> 2000m / s), with the matching condition of the outlet speed (or acceleration) , the current density approximation under the target velocity (or acceleration) can be satisfied at the same time, the test data matching with the full-scale target can be obtained, and its friction characteristics can be analyzed quantitatively. The proposed sliding friction coefficient measurement method can obtain the average value of dynamic friction coefficient in a certain time range, which reflects the influence of friction pair material and structure on friction performance, and it is of great significance for understanding the friction and wear process of friction pair; The research results will be used for the experimental research on friction and wear in the field of electromagnetic energy equipment, enrich the research means of friction and wear mechanism of electromagnetic launch system, and promote the engineering process of electromagnetic energy equipment.
本项目以典型材质的电枢（铝合金材料） -轨道（铜合金材料） 摩擦副为研究对象， 采用试验研究、 理论分析及仿真计算等方法， 针对电流线密度10.0~40.0kA/mm、 初速 0.5~2.5km/s、 发射间隔 10~60s 内的摩擦特性等价试验技术和测量方法开展研究。 将在以下几个方面获得突破性进展：（1） 脉冲大电流超高速滑动摩擦试验技术；加速过程和电流加载分开后， 可以实现速度（或加速度） 匹配条件下的电流密度近似， 在极高的速度下调整电流波形， 获得与全尺寸目标相匹配的试验数据，并能对其摩擦特性进行量化分析。通过计算与试验研究， 建立摩擦副比例单元与目标全尺寸摩擦副在摩擦系数和磨损率两方面的比例关系， 评估其发射相似性， 找出两者之间的共同趋势； 在新型试验装置上对材料的摩擦磨损特性进行分析测试。 探索了验证比例单元发射相似性的试验方案。（2） 滑动摩擦系数的变化规律及其测量技术；结合温度测量、 电枢形态、 材料分析、 压力测量、 应变及振动测量等在内的多种实验研究手段， 以及 Comsol、 Ansys 等计算模拟， 采用物模-数模组合技术获得高重复频率发射条件下摩擦系数和接触电阻与发射次数、 发射时间间隔、 脉冲电流幅值及宽度及滑动速度之间的关系。（3） 高重复发射频率试验条件下脉冲大电流超高速滑动摩擦特性研究典型材质的电枢（铝合金材料） -轨道（铜合金材料） 摩擦副的摩擦磨损特性， 通过测量的滑动摩擦系数、 法向力、 滑动速度及电流密度获得重复发射过程中摩擦副磨损过程曲线。 绘制其单位能量磨损率曲线： Wr = ∆W /(μPν)， 确立单位服役寿命磨损率： Wr = ∆W /∆S。 分析轨道表面沉积物的电导率与厚度等物理特性， 并根据回收的电枢表面形态研究枢-轨界面液化层的演变。对轨道表面， 用带图形采集系统的普通光学显微镜和扫描电镜观察磨损表面的颜色、 表面形貌、 表面纹理的方向性， 表面沉积、 烧蚀或犁沟、 刨削等情况。积累各种典型工况的试验数据， 为摩擦副的长效服役评价提供等价测试解决方案。
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