电磁轨道火箭撬试验场

1. 火箭撬


火箭橇(rocket sltd),特指利用火箭发动机推动,在特殊轨道上运行的特制试验橇。在航空航天系统安全测试、超音速空气动力学、制导系统性能评估、高速救生试验及高速碰撞问题、空中碎片研究等方面有广泛的应用。

传统火箭撬采用火箭作为动力推动,安全性与污染存在比较大的问题。我们探索其它解决方案。

2. 技术方案


2.1 功能指标


  • 尽可能提供大的速度
  • 尽可能提供大的启动速度或低成本加速方案
    由于轨道长度限制,提供大的启动速度尽快达到有效速度能够增加实验有效时间;或者提供低成本的加速方案以避开轨道长度的限制;
  • 调速调加速度
    能够对速度和加速度进行有效多级控制是试验项目的需要
  • 刹车与停车
    刹车既是安全的需要,也可能是试验项目的需要

2.2 方案选型


2.2.1 电力牵引方案


由电动机组带动卷杨机牵引缆索运动。

  • 初步估算:

将1吨物体在1千米范围内速度提升至1马赫需要的电动机额定功率
p=fv, f=ma, v2=2ax; m=1000kg, x=1000m, v=1M=340m/s
p= m*v3/2x
额定功率约需20MW
按一个大功率电机功率为1MW算,需要20台电机,明显需要一个庞大的电机组

  • 可优化方案

优化的核心在于加速距离,如可以将利用斜坡或圆周轨道做为加速段,来降低动力系统对加速的性能要求

此方案可用,但适用范围有限

2.2.2 电磁弹射与磁悬浮方案


电磁弹射包括电磁炮与磁悬浮原理基本相同,只是工程细节不同,工程目标也不同。

目前在列车方面上海的磁悬浮列车的最高时速是350km/h;日本的磁悬浮子弹列车最高时速为600km/h;理论上在列车方面可以以接近音速的速度运行。中国的超音速真空磁悬浮列车理论上可以达到2.3M。

  • 电磁弹射几大核心部件:直线电机,储能装置,大功率电力控制系统等

此方案动力性能较电力牵引好,但其成本高昂,技术相对不成熟。

参阅:
http://www.jianshu.com/p/35202c6a417b
http://www.wikiwand.com/zh-tw/%E7%94%B5%E7%A3%81%E5%BC%B9%E5%B0%84%E5%99%A8#/.E7.BC.BA.E7.82.B9
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%94%B5%E7%A3%81%E5%BC%B9%E5%B0%84%E5%99%A8

3. 工程方案


3.1 选址


3.1.1 选址指标

  • 地形地质气候

    • 地形:约1km*5km相对平坦地形
    • 地质:非多发自然灾害;非易沉陷型地质
    • 气候:非多雨,保证年可使用天数;空气质量尽量好,保证图像类监测质量
  • 位置交通

    • 位置:
      非城市交通规划带,减小搬迁风险;
      非洪涝区,易排水;
      非风口;
      远离主要居民区,保证安全与噪声污染;
    • 交通:交通便利,降低基础设施投资
  • 水电配套

    • 水:普通居民自来用水即可
      • 办公楼用电:普通居民电网用电即可
      • 动力电:需靠近高压变电站,减少基础设施投资

3.1.2瓦窑村地形

全景图
局部图1
局部图2
西峰山村附近可能有座变电站

3.2 造价


3.2.1 造价指标

功能,性能,与成本的平衡

3.2.2 基础设施建设

  • 道路,拉电,用水,试验区的平地填土,地下管路及排水设施等建设
  • 人员办公楼,机车等设备的场房,围墙等建设

3.2.3 轨道建设

  • 轨道地基及轨道铺设
  • 动力电网铺设

3.2.4 运载机车设计制造

  • 牵引机头定制购买
  • 模块化机运载车身设计制造

3.2.5 试验配套设施

  • 运载机车控制系统定制购买
  • 各种试验数据采集处理系统设计构建
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