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磁通量压缩发生器关键技术研究

磁通量压缩发生器关键技术研究

作者：石秀丽南京理工大学

学位级别：硕士

目前磁通量压缩发生器是最强的脉冲电源,与其他电源相比,具有更高的能量密度、低廉的成本以及很强的电脉冲输出能力,紧凑的整体结构、轻重量、小体积以及精密控制将会是未来的一大发展趋势。因此本文主要针对小型化、精确控制的磁通量... 详细信息

目前磁通量压缩发生器是最强的脉冲电源,与其他电源相比,具有更高的能量密度、低廉的成本以及很强的电脉冲输出能力,紧凑的整体结构、轻重量、小体积以及精密控制将会是未来的一大发展趋势。因此本文主要针对小型化、精确控制的磁通量压缩发生器整体装置进行理论分析及设计对整体装置各功能模块进行分析介绍,针对小型化要求,最终选择以铁电体向螺旋型磁通量压缩发生器提供初始电流,采用断路开关脉冲调制以及硬件电路控制的设计方案。设计两种平面波加载装置方案：平面波发生器装置以及密闭容器装置,并对前者的平面性进行仿真分析,对后者产生的压强进行分析计算。根据PZT95/5铁电陶瓷的数学模型,对电流输出特性进行模拟,分析其尺寸参数对输出电流的影响规律,从而对铁电陶瓷能源装置的设计提供了一定依据。理论分析螺旋型磁通量压缩发生器的金属套筒的破裂半径,得出不同金属材料下螺线圈内直径与套筒外直径最大比值;对金属套筒膨胀过程进行有限元仿真,分析其内外径对膨胀角的影响。根据发生器等效理论模型,应用MATLAB软件对不同参数下的电流输出进行模拟,为螺旋型磁通量压缩发生器的设计提供了一定依据。根据电爆炸丝断路开关的数学模型,模拟分析其根数、长度、直径对断路电流及时间的影响规律。设计实验控制电路,来实现遥控起爆、数据设定以及精密延时,并对电路板进行了调试,实验证明满足性能要求。

关键词：磁通量压缩发生器铁电陶瓷电爆炸丝控制

螺旋型磁通量压缩发生器作用过程研究及电感计算分析

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螺旋型磁通量压缩发生器作用过程研究及电感计算分析

作者：周振兴南京理工大学

学位级别：硕士

随着战场信息化程度提高,战场电磁权将成敌我双方争夺的焦点,电磁脉冲战斗部正是在这种环境下应运而生。螺旋型磁通量压缩发生器(Helical Magnetic Flux Compression Generator,HMFCG)因其初始电感大及其圆柱型外形轮廓是一种适合于弹... 详细信息

随着战场信息化程度提高,战场电磁权将成敌我双方争夺的焦点,电磁脉冲战斗部正是在这种环境下应运而生。螺旋型磁通量压缩发生器(Helical Magnetic Flux Compression Generator,HMFCG)因其初始电感大及其圆柱型外形轮廓是一种适合于弹载的高功率脉冲源。本文基于磁流体力学理论、爆轰驱动理论分别对HMFCG作用过程进行分析研究,并进行了HMFCG电感计算分析。本文的主要研究内容如下： 1、基于磁流体力学理论,对HMFCG作用过程进行了研究。从Maxwell方程组出发,建立了HMFCG运行过程中磁场强度随时间变化的动力学关系式;分析了HMFCG运行过程磁场冻结与扩散效应对磁场强度变化的影响,得到了磁场压缩临界距离,并计算分析了电枢膨胀角、炸药装药爆速以及电枢材料电导率等参量对磁场压缩临界距离的影响;采用流体力学分析方法,对电枢压缩磁场过程中所遵循的质量守恒、动量守恒以及能量守恒方程进行了分析推导;采用张量形式表示体力的方法对磁场力进行了分析。 2、对炸药爆轰驱动电枢膨胀运动过程进行了分析研究。分析了轴线起爆、单端起爆以及双端起爆方式下,电枢膨胀运动情况;针对弹载HMFCG脱离地面电源的要求,提出了同轴起爆管系统设计思路,并对同轴起爆管系统起爆作用过程进行了分析;基于薄壁圆柱壳体破裂流体动力学理论,得到了电枢极限膨胀半径,并计算分析了炸药装药爆速、电枢材料屈服强度等参量对电枢膨胀半径的影响;基于格尼公式,得到了电枢膨胀角,计算分析了炸药装药爆速、电枢壁厚以及电枢材料密度等参量对电枢膨胀角的影响;采用电探针法,开展了炸药装药爆速测试实验。 3、对HMFCG电感参数进行了计算分析。基于电感计算手册,采用定子线圈与镜像电流线圈的离散化思想,对HMFCG中的定子线圈自感以及定子线圈与电枢的互感计算方法进行了分析;通过模型计算与绕制线圈电感测试,验证了计算模型的可靠性。针对HMFCG小型化设计要求,提出了双层定子线圈设计思路。对双层定子线圈电感进行了建模计算,并与单层定子线圈进行了电感动态变化过程对比分析。

关键词：磁通量压缩发生器磁流体力学爆炸力学电路理论电感

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电感变化率对爆炸磁频率发生器性能的影响

电波科学学报 2007年第6期22卷 924-927页

作者：姜泽辉吴冬韩杰才赵海发张宇民曲伟哈尔滨工业大学物理系黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所黑龙江哈尔滨150001

基于等效电路原理,分析了电感变化率对爆炸磁频率发生器中工作电流的影响。计算表明容性负载导致电流以振荡方式存在。如果电感以比线性更快的方式减小,振荡电流的包络呈"鱼形",而且更有利于电流频率的提高。

关键词：爆炸磁频率发生器磁通量压缩发生器电磁脉冲

高电感和高能量放大系数的MFCG的理论分析

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强激光与粒子束 2000年第4期12卷 487-490页

作者：林其文谢卫平中国工程物理研究院流体物理研究所

根据爆炸磁通量压缩发生器（ＭＦＣＧ）的基本理论，计算了ＭＦＣＧ中非对称多分支螺线管的电感、电阻和电流，并讨论了大电感螺线管和小电感负载的运行性能。通过增加ＭＦＣＧ的初始电感以增加其对负载电感的比值，是获得高能量放... 详细信息

根据爆炸磁通量压缩发生器（ＭＦＣＧ）的基本理论，计算了ＭＦＣＧ中非对称多分支螺线管的电感、电阻和电流，并讨论了大电感螺线管和小电感负载的运行性能。通过增加ＭＦＣＧ的初始电感以增加其对负载电感的比值，是获得高能量放大系数的一个有效方法。增加螺线管段数和导线并联分支数，可得到一个比较好的电压平台。

关键词：磁通量压缩发生器高电感高能量放大系数

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大电流电磁脉冲发生器研究

大电流电磁脉冲发生器研究

作者：宫守伟哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

强电流脉冲的产生对很多科学和工程都是关键性的,包括激励强激光器,驱动微波源等。目前广泛使用的大电流电磁脉冲发生器有电容器组型、储能电感、蓄电池、旋转电机等,但是这些大电流发生器的能量密度普遍比较低,发生器的体积过于庞大。... 详细信息

强电流脉冲的产生对很多科学和工程都是关键性的,包括激励强激光器,驱动微波源等。目前广泛使用的大电流电磁脉冲发生器有电容器组型、储能电感、蓄电池、旋转电机等,但是这些大电流发生器的能量密度普遍比较低,发生器的体积过于庞大。而本文研究的螺线圈型磁通量压缩发生器具有结构造价低廉、体积小、重量轻、脉冲上升时间短等优点。经过几十年的发展,这种发生器基本理论已趋成熟,但对于实用的系统来说,仍然存在着许多挑战。首先是必须建立准确的模型,只有建立了螺线圈型磁通量压缩发生器的准确模型,才有可能对其性能做出估计。第二,螺线圈型磁通量压缩发生器一般不是单独使用的,在具体应用中必须考虑其与负载的连接。本文从等效电路模型入手对其特性进行研究。本文首先讨论了磁通量压缩发生器的基本工作原理。通过电磁场理论和电路理论揭示了磁场冻结原理,讨论了磁通量压缩发生器的等效电路方程,并就其电流放大倍数、能量放大倍数与电感压缩倍数、电感变化规律以及损耗电阻的关系进行了讨论。其次,本文研究了动态电感和动态电阻的变化规律。通过将螺线圈等效为单匝线圈串联的方法得到了动态电感的变化规律,并讨论了电枢对电感的影响,讨论了欧姆电阻和非欧姆损耗的等效欧姆电阻,建立了动态电阻模型。然后,本文研究了磁通量压缩发生器在各种负载上的电特性。研究了与感性负载、容性、阻性负载的连接方法,并就其电流、频谱特性,以及能量累计情况进行了分析。最后研究了发生器的设计规则。讨论了电感线圈、电枢、炸药、初始能源等的设计原则,并设计了一个分股加股的发生器,根据已建立的发生器动态电阻和动态电感模型研究了其性能。

关键词：大电流磁通量压缩发生器等效电路电特性

磁流体动力爆炸弹药种子能源及引信安全和解除保险机构方案研究

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磁流体动力爆炸弹药种子能源及引信安全和解除保险机构方案研究

作者：张晓晶南京理工大学

学位级别：硕士

弹药毁伤元加载技术是实现高效毁伤的重要途径。相比传统的爆炸成型弹药,磁流体动力爆炸弹药效能更高、可控性更好,能够利用一种炸药产生多头射流和破片,能够形成可定向的、射流速度更高的多个战斗部,增强杀伤力和毁伤精度。为实现其小... 详细信息

弹药毁伤元加载技术是实现高效毁伤的重要途径。相比传统的爆炸成型弹药,磁流体动力爆炸弹药效能更高、可控性更好,能够利用一种炸药产生多头射流和破片,能够形成可定向的、射流速度更高的多个战斗部,增强杀伤力和毁伤精度。为实现其小型化常规弹载,针对核心装置磁通量压缩发生器的初始磁通量种子能源与引信安全保险机构进行了理论分析、设计计算与相关实验。蓄电池供电的电容脉冲发生器作为种子能源第一种方案,介绍了方案原理并进行了数值仿真,搭建了实验系统,实验中采用多种测量方法,保证测量结果的准确可靠,通过实验结果与数值仿真的比对,验证了方案的可行性与实验系统的正确性。种子能源第二种方案采用爆轰驱动飞片撞击式爆电能源,建立了物理模型,给出了方案关键设计参数的理论算法,并且利用LS-DYNA进行了动力学数值仿真。通过数值仿真与理论算法结果比对,验证这一方法不仅可以满足条件要求,同时还实现了对冲击加载条件的定量控制,对实际工程化设计提供了可靠的理论指导。针对第二种方案,设计了引信的安全和解除保险机构方案,通过ADAMS软件对方案进行运动学仿真,并完成了控制电路的软硬件设计与调试。

关键词：磁流体动力爆炸弹药磁通量压缩发生器种子能源安全和解除保险机构

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螺旋型爆磁压缩发生器电流仿真

四川兵工学报 2010年第5期31卷 84-85,106页

作者：石秀丽张合南京理工大学机械工程学院南京210094

在对爆磁压缩发生器工作原理及等效电路进行分析的基础上,对以电容器为初始能源的螺旋型爆磁压缩发生器的电路参数进行分析计算。结合具体实例,运用Matlab软件对电容器放电过程进行仿真,得到其初始电流;并用Matlab对其运行过程中的动态... 详细信息

在对爆磁压缩发生器工作原理及等效电路进行分析的基础上,对以电容器为初始能源的螺旋型爆磁压缩发生器的电路参数进行分析计算。结合具体实例,运用Matlab软件对电容器放电过程进行仿真,得到其初始电流;并用Matlab对其运行过程中的动态电感及动态电阻电流进行编程计算和电流仿真。

关键词：磁通量压缩发生器动态电感动态电阻