电磁轨道炮(Rail Gun)是电磁发射技术在军事领域的一个典型应用。与其它化学能武器相比较,电磁轨道炮采用电力作为发射能源,具有安全性能好、热辐射小、易控制、发射速度高等优异的性能,目前在国内外军事领域受到广泛的关注和研究。本文围绕电磁轨道炮系统中的脉冲成形网络及其负载的电磁特性展开相关研究,主要包括以下内容：　　 ⑴研究了脉冲成形网络负载的静态特性。所谓静态特性,是指电枢静止时轨道和电枢的参数与激励电流频率之间的关系。频率趋肤效应、邻近效应、涡流效应等电磁现象在电磁发射过程中均会出现并影响脉冲成形网络负载的电磁特性。根据Maxwell电磁方程,本文采用有限元法(Finite Element Method,FEM)分析了上述这些电磁现象和负载的电磁参数受频率影响情况,如电感梯度、电阻梯度、磁感应强度、电流密度等。其中电感梯度和是电阻梯度是负载的两个重要参数,电感梯度的大小与电磁发射系统效率紧密相关,电阻梯度的大小直接影响系统能量的损耗。本文分析了电感梯度、电阻梯度与轨道几何尺寸、激励电流频率之间的关系,提出了增加电感梯度及减小电阻梯度的方法。　　 ⑵研究了脉冲成形网络负载的动态特性。电枢高速运动会引起轨道和电枢中电流密度分布不均匀,大部分电流密度集中在电枢与轨道交界处,尤其在电枢尾部最为集中,这是所谓的“速度趋肤效应”。速度趋肤效应会引起电枢和轨道局部温度上升过高,使得轨道和电枢局部出现熔融现象。本文推导出磁感应强度和温度分布的二维抛物型偏微分方程,采用有限差分法(Finite Differential Method,FDM)求出磁感应强度、温度、电流密度等参数的动态分布情况,同时提出了改善电流密度分布的措施。另外本文还分析了动态过程中感生电动势、电磁力、电感梯度、电阻梯度等参数的动态分布情况,构建了电枢与轨道间接触电阻的数学表达式,表达式中体现了速度效应及频率效应,从“场”的微观角度给出了“路”分析所需要的宏观模型,为后续分析脉冲成形网络放电过程建立了负载的动态参数模型。　　 ⑶研究了汇流排的集成设计及电磁特性。汇流排是连接脉冲成形网络和负载的设备,要求具有载流能力强、机械强度大、低电阻和低电感特性。虽然汇流排的分析与设计是电磁发射技术中的重要环节,却一直受到人们的忽视,国内外研究者不多。本文在总结工业配电及电磁兼容等领域应用的汇流排基础上,设计了一种应用于脉冲成形网络领域的大功率、低电感的汇流排,采用有限元法分析了汇流排的自感、互感与频率、几何尺寸的关系,分析结果与经验公式进行了比较。另外文中也对汇流排受到的电磁力分布情况作了分析。　　 ⑷研究了脉冲成形网络时序放电模式对系统效率的影响。本文分析了单模块电容储能型脉冲成形网络中电路器件参数变化对电流波形的影响,以此为基础建立了脉冲成形网络放电过程的数学表达式,并构建了Simulink仿真模型,该模型克服了以往采用Pspice软件仿真中电枢运动速度和位移对电枢质量变化不敏感的问题。仿真结果与多个实例数据比较,验证了该模型的可行性。通过构建的电路模型对短轨道和长轨道电磁发射系统进行了仿真预测,计算出不同的放电时序对发射体的速度、位移和系统效率的影响。文中还分析了长轨道电磁发射系统中分段时序放电方式,此种方式能够有效减少轨道的电阻热损耗,提高电磁发射系统效率。　　 ⑸研究了脉冲成形网络中的浪涌现象与抑制措施。多模块脉冲成形网络时序放电时,会产生浪涌电流和浪涌电压,这将影响电路的稳定和器件的安全,此现象研究者甚少,文献资料涉及不多。本文采用Pspice软件构建脉冲成形网络电路模型,对浪涌现象作仿真分析,首先从半导体内部工作机理出发,分析了二极管导通和截止过程中载流子的再分配过程,模拟出功率二极管的正向和反向恢复特性,修正了Pspice中二极管模型的不足之处,构建了功率二极管的Pspice子电路模型。把构建的二极管模型应用于脉冲成形网络电路,分析了浪涌电流和浪涌电压产生的原因并提出了抑制方法。