国庆献礼丨鲁军勇、马伟明著《电磁发射用直线电机理论与技术》

写作背景

Background

从发射能量来源的演进看，人类社会迄今主要依赖机械能发射、化学能发射和电磁能发射三类技术。

机械能发射

化学能发射

电磁能发射

图1 发射能量的演进

电磁发射技术是一种利用电磁能来高速加速载荷的新技术，是继机械能、化学能发射之后的又一次发射技术革命，具有发射初速高、发射载荷种类多、发射效率高、发射成本低、响应速度快、能量可控易调节等显著优势，在国防重大装备、高速轨道交通、航空航天等领域呈现出巨大的应用潜力，具有重要的战略意义。

图2 电磁发射系统的基本组成

电磁发射用直线电机是电磁发射系统的“心脏”，瞬时功率和推力高达数百兆瓦和数百吨，受极高功率、极大电流、极高速度以及上述物理量的极高变化率等极端条件的共同耦合作用，传统周期稳态或准稳态工况建立的电机设计理论和数学模型不再适用，极端条件直线电机技术是电磁发射领域面临的重要技术挑战之一。

图3 电磁发射系统直线电机的工作原理

相较于传统直线电机，电磁发射用直线电机呈现三大显著特征：其一，大电流非周期瞬态工况电磁参数呈时空交变特性，导致多变量强耦合的高阶系统数学建模难；其二，基于长初级—短次级拓扑的分段供电设计有效降低了电源容量需求，但动静态、纵向横向边端效应显著，强非线性特征难以准确刻画，控制精度提升难；其三，多相绕组瞬态切换过程中，行波磁场相位同步性与电流冲击抑制问题，使系统动态稳定性分析面临挑战。

本书亮点

Highlights

《电磁发射用直线电机理论与技术》一书作者团队是国内系统研究并最早把电磁发射技术推到大范围应用的科研团队，在不断实践中发现了电磁发射直线电机的多个独特现象，并深入研究了其背后的机理，提出了非周期瞬态直线电机设计方法；系统探讨了电磁发射用电机纵向和横向、动态和静态边端效应，建立了高阶非线性数学模型，揭示了电磁屏蔽层结构的耦合机理，构建了高速串联分段供电技术和电磁发射直线电机运动控制技术。这些理论创新经过作者团队多年总结提炼，不仅通过了严谨的工程实践验证，更在重大装备研制中展现出卓越的工程价值。

经过20多年的不断总结和完善，在国家科学技术学术著作出版基金和国家自然科学基金青年科学基金项目A类延续资助的支持下，《电磁发射用直线电机理论与技术》在2025年终于与大众见面，作者在该书中系统总结了以“大质量、高速”为特征的电磁发射技术。《电磁发射用直线电机理论与技术》聚焦极端条件直线电机这一多学科交叉的前沿领域，书中内容既包含对直线电机基础理论的深度挖掘，也涵盖对工程实践难题的创新解法。

该书的出版是作者对电磁发射技术用直线电机已有研究的系统总结，为当前和未来技术发展提供了重要的理论基础和技术参考，其方法还可延伸到高速磁浮交通、航天电磁发射等领域。

专家推荐

Expert Recommendation

本书特色

Features

本书聚焦电磁发射用直线电机研究，具有以下五大特色：

一、理论创新性强

提出了极端条件下非周期瞬态直线电机的近限设计方法，建立了电磁发射用直线电机的非线性数学模型，揭示了该类电机不同于传统电机的独特现象，阐明了纵向和横向、静态和动态边端效应的产生机理及影响。

二、立足科学前沿

直面“极端条件”与“非周期瞬态”两大挑战，融合多学科交叉方法，将传统周期稳态分析理论延伸至非周期瞬态分析理论，拓展了传统电机设计的理论边界，为电磁能装备的研制提供了理论和技术基础。

三、系统架构完整

全书贯穿“基础理论—关键技术—集成验证”三个维度，对非线性设计、边端效应和分段供电等关键技术开展了深入剖析，形成了从“本体设计—控制模型—故障诊断”的全方位研究体系。

四、注重实践应用

聚焦工程实现难题，为电机式、轨道式和线圈式等多种类型电磁发射装置的研制提供了技术方案和设计思路，为相关研究提供直接参考并助力突破技术瓶颈。

五、提供有益启发

通过介绍军用和民用领域的典型应用，本书揭示了电磁发射直线电机技术的巨大潜力，通过探讨未来发展趋势，对未来技术路线的发展做出了判断，能够启发投身该领域的科研人员在现有技术基础上进行探索和创新。

它不仅是一部优秀的学术著作，更可以成为从事电磁发射技术研究的科技工作者不可或缺的参考资料，对该技术的发展与进步具有重要的推动意义。

内容简介

Synopsis

电磁发射技术是一种将电磁能变换为发射载荷所需瞬时能量的新型能量运用技术，直线电机是电磁发射系统的核心执行机构，为电磁发射提供瞬时磁场和加速力。传统周期稳态运行直线电机理论无法满足电磁发射用直线电机非周期瞬态分析需求。本书共七章，系统介绍电磁发射用直线电机的研究成果。第1章介绍电磁发射用直线电机的概念和近限设计方法，阐述了其特点、难点和核心技术；第2章介绍电磁发射用直线电机的非线性数学模型、屏蔽效应和饱和效应，分析故障模式及诊断算法；第3章和第4章深入介绍电磁发射用直线电机的静态和动态、纵向和横向边端效应、模型及其对电机性能的影响；第5章研究电磁发射用直线电机控制技术和分段供电方法；第6章介绍轨道发射、线圈发射等其他类型电磁发射用直线电机；第7章指出电磁发射用直线电机的典型应用场景和发展趋势。

本书可以作为电气工程、电磁发射等专业的高等院校教材和参考书，也可作为从事相关基础研究的科研人员及工程技术人员的参考资料。

本书目录

Contents

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作者团队编著的《电磁轨道发射理论与技术》与《电磁发射用直线电机理论与技术》是对我国电磁发射领域相关技术的整理、归纳和总结，呈现了我国相关领域基础研究和技术的创新发展。《电磁轨道发射理论与技术》一书介绍了以“小质量、超高速”为特征的电磁发射技术，于2020年正式出版，《电磁发射用直线电机理论与技术》一书总结了以“高速、大质量”为特征的电磁发射技术。这两部著作相互衔接，构成较为完整的电磁发射理论体系，为促进我国电磁发射领域的技术研究、人才培养和队伍建设提供了有益参考。

（本文编辑：刘四旦）

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