Tek bölmeli eksenel simetrik bobinli elektromanyetik fırlatıcının zaman uzayında sonlu farklar yöntemi ile silindirik koordinatlarda modellenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında tek bölmeli bir Bobinli Elektromanyetik Fırlatıcı'nın Zaman Uzayında Sonlu Farklar (ZUSF) yöntemi kullanılarak, silindirik koordinatlarda benzetimi yapılmıştır. İncelenen Bobinli Elektromanyetik Fırlatıcı eksenel (açısal) simetrik olarak ele alınmış olduğundan, ZUSF uygulaması da iki boyutlu (r-z) düzleminde gerçeklenmiştir. Özel olarak r=0'da ortaya çıkan tekillik, Maxwell denklemlerinin integral gösterilimi ile kaldırılmıştır. Problem uzayının sonlandırılması için silindirik koordinatlarda birinci/ikinci mertebeden MUR türü Soğurucu Sınır Koşulu kullanılmıştır. Bu aşamada öncelikle analitik çözümü iyi bilinen silindirik bir rezonatör problemi aracılığı ile önerilen sayısal çözümün doğruluğu kontrol edilmiştir. Bobinli Elektromanyetik Fırlatıcı'da besleme amaçlı kullanılan elektriksel kaynakların pratik uygulamalarda düşük frekanslı olması nedeni ile ZUSF çözümü özel olarak Kuvazi-Statik durum için ele alınmıştır. ZUSF çözümünde merminin hareketli olması problemi Kuvazi-Sürekli Hal tekniği ile değerlendirilmiştir. Böylece elde edilen sayısal çözüm üzerinden, zamana göre kuvvet, yer-değiştirme ve hız değişimleri hesaplanarak, çıkış hızı bakımından deneysel olarak elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılıp, sonuçlar arasındaki uyumluluk gözlenmiştir.In this thesis work, a single-section coil electromagnetic launcher system is modeled by using Finite Difference Time Domain (FDTD) method in cylindrical coordinates. Because the analyzed coil electromagnetic launcher is considered with assumption of axial symmetry, the FDTD application is implemented in two dimensional (r-z) plane. Specially, singularity appeared at r=0 is removed by using the integral form of Maxwell equations. The first/second order MUR type absorbing boundary condition is used in order to terminate the FDTD problem space. At first, the proposed numerical solution?s accuracy is checked through a cylindrical resonator problem which has a well known analytical solution. In practice, due to the electrical power supplies have low frequencies which are used for the purpose of feeding coil electromagnetic launcher, the FDTD solution is considered for the case of Quasi-Static assumption. In the FDTD solution, the problem of moving projectile is evaluated with the method of Quasi-Static steady state. Thus, the numerical results obtained by calculating the force, displacement and speed of change according to the time through, these results with the experimental results in terms of the muzzle velocity by comparing, the good agreement between the results is observed.