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能量转换效率是衡量螺旋线圈电磁发射器（HEML）性能好坏的一个重要指标,也是其应用方向的一个重要依据。论文围绕与HEML能量转换相关的一些问题进行了研究,主要内容包括以下几个方面:对HEML的能量转换相关问题进行了理论分析。将HEML工作的物理过程分为加速和换向两个部分进行讨论,得到加速过程的能量转换关系,即功率平衡方程。建立前、后换向过程的等效电路模型,得到发射过程的能量转换效率公式;发射器的能量转换效率主要受到互感梯度、焦耳热损耗、换向损耗和管口损耗等因素的影响。对发射器的理论效率及其影响因素进行了研究,结果表明HEML在恒定电流工作模式下的理论效率可以超过50%。导出了恒流工作模式下HEML理论效率大于50%的结构参数条件。当某一典型结构的电枢线圈匝数为109匝、发射器长度为3m时,计算得到该结构发射器的理论效率可以达到82.1%。对HEML的电磁加速力进行了分析与优化。采用网格法和等效圆环法计算发射器的电磁加速力,其中网格法具有较好的普适性和计算精度（<0.1%）,等效圆环法具有更快的计算速度（单次耗时4ms）。得到了加速力大小与电枢线圈位置的关系,从而确定了电枢线圈的最大加速力位置;仿真分析了电枢线圈和驱动线圈的结构对加速力的影响,提出了D形双线圈电枢结构使加速力增大一倍;分析了驱动线圈所承受的应力情况,设计了一种加固的单元型、模块化驱动线圈结构,能够承受更大的加速力;仿真分析了封装材料和封装结构对发射器的加速力等发射性能的影响,并进行了实验验证。结果表明,铁磁质材料封装有利于增强发射器的加速磁场,且封装与驱动线圈间隙越小则效果越好,而导体封装中可能存在的涡流对电枢产生回拉力,且产生焦耳热损耗降低能量转换效率。实验设计的单元身管型HEML的身管长度为1m,口径为120mm,抛体质量为4.5kg;实验得到抛体速度47.5m/s,能量转换效率8.72%。经过多次发射验证,该单元型身管结构能承受峰值35kA的工作电流。对HEML换向和管口磁能损失进行了研究。研究了换向感应电压的影响因素,导出了换向感应电压的计算公式。在工作电流和抛体速度一定的情况下,电枢线圈和驱动线圈匝数越大,引起换向电弧烧蚀的可能性就越大。通过理论分析确定了电枢线圈的匝数使满足完全感应换向条件,避免换向过程中出现大电流的通断。改变电枢线圈匝数进行了实验研究,对比换向电刷的烧蚀情况,验证了理论计算结果。研究了多匝换向的电流转换情况,多匝换向时换向匝内电流变化较缓,且换向感应电压较低。通过公式计算得到典型的换向感应电压值为13.2V;当采用两匝换向策略时,计算得到换向感应电压为5.1V。建立了HEML的瞬态物理模型、控制方程及其数值解法;仿真研究了管口磁能损失的影响因素,提出了非均匀匝密度的驱动线圈结构。该结构使管口电流下降了45%,有效抑制了管口电弧的形成,同时提高了发射器的能量转换效率。最后,对发射器的结构参数进行了整体优化。提出了待优化的数学模型,设计了改进型自适应遗传算法,在温升、发射器长度等约束下,对HEML的结构参数进行发射速度、发射能量效率和发射功率等多目标优化。改进的遗传算法使得变异概率随种群的多样性变化在Pm0/3（25）Pm 0之间自适应改变;另外,改进的遗传算法采用优解保留策略后,使得程序执行早期的优解被保留下来,大大地提高了优化算法的执行效率。计算结果表明,该优化算法能够针对不同的应用需求提供合理的发射器结构参数。