中文摘要：

高能量密度、高加速度电磁推进在国防和航空航天领域有广泛的应用前景，是国内外电机界研究的热点。本项目将高温超导储能、脉冲直线电机、低温等离子体等先进技术结合，提出了一种集成化的新型电磁直线推进系统。重点研究高温超导系统稳定性、瞬变场中等离子体物理行为、脉冲直线电机瞬态特性等科学问题，突破多物理场瞬态耦合分析、特种脉冲直线电机分析与优化、等离子体电枢物理模型与储能线圈电场分布的确定等关键技术，构建新型高能量密度、高加速度直线推进系统的理论体系，实现全系统的分析仿真与设计优化，研发相关实验装置与模型样机，通过系统实验对相关理论成果进行验证与完善。本项目提出的新系统具有结构简单、可靠性与能量密度高、能耗低等优点，其研究将促进超导储能、低温等离子体技术、新型直线电机、计算电磁学等技术的发展与工程应用，具有重要的理论与实用价值。

结论摘要：

项目组在文献检索与调研的基础上，了解了电磁炮的国内外的研究动态，着重分析了轨道型电磁炮国内外研究进展。通过本项目系统、深入的研究，结合高温超导储能与等离子体技术，提出了一种基于高温超导脉冲电源的高功率密度、高加速度与高推进速度的新型电磁直线推进系统，并针对其设计和优化开展相关的分析。采用有限元和Matlab软件设计了相应的轨道型电磁原型发射器，确定了电源、轨道和电枢等关键参数。建立其电磁、动力学的数学模型，搭建仿真分析模型，分析了超导脉冲电源与超导磁场增强装置，实现了系统的设计与优化。搭建了相应的轨道型发射器模型，并进行了相关试验。主要的研究成果包括: (1) 提出了轨道型电磁原型发射器的设计方案，包括发射器本体、控制器，以及电源三部分。平行导轨采用纯铜制成，而电枢采用纯铝制成；支撑辅助部分包括两块上下侧板、两块左右侧板、炮口端盖、炮尾端盖、螺栓、螺母和预加速线圈的两个挡板。 (2) 设计了高温超导感应脉冲电源，并建立了超导感应脉冲电源供电的小型轨道炮的动态模型，对其进行仿真分析。详细分析了次级线圈匝数和非线性电阻额定电压对系统效率、最大电流与退出电流的关系。在此基础上对电源进行了相应的优化设计。 (3) 提出了一种使用反双曲函数在空气电流密度一致的环境下，矩形交叉界面同轴环形线圈的自感和互感的计算方法，该方法具有简单，快速易于使用等优点。 (4) 建立了基于磁流体动力学方法的等离子体的有限元模型，通过施加特定的边界条件，分析了电弧等离子体的静态、动态伏安特性以及在一定背景磁场下的形态分布。