蓄电池供电的级联型爆磁压缩发生器实验研究

一种由蓄电池作为初始能源的紧凑型螺线管爆磁压缩发生器由两级构成,其中第一级作为能量放大器,第二级通过磁通耦合对第一级输出的脉冲进行陡化以驱动较大的电感负载。初始能源由蓄电池、高压逆变器及储能电容器（220μF, 6 kV）构成。在爆磁压缩发生器运行以前,用5 min给储能电容器充上6 kV的电压。实验证明4 Ah的铅酸蓄电池可以通过高压逆变系统给220 μF的电容器充电超过五次以上,此时电池的电压仍然高于11 V。由此可见,以蓄电池加高压逆变器和储能电容器作为其初始能源,能够满足体积小、稳定提供较大的初始能量的能力。同时利用级联型爆磁压缩发生器,能够在较小的体积和重量的情况下驱动较大的电感负载(4μH),实现输出电流120kA,电流的上升时间为15 μs的预期目标。     

微型动态级联爆磁压缩发生器研究

为满足某强电磁脉冲辐射系统对轻小型脱离地面脉冲电源的应用需求,研究了一种微型动态级联爆磁压缩发生器。首先介绍了该发生器的结构参数,然后利用基于等效电路的数值计算模型对该发生器电路参数和输入输出电流进行了模拟计算,最后以蓄电池供电的初始能源为发生器提供初始种子电流,对发生器输出特性进行了爆轰实验。实验结果表明,发生器在1.44 μH电感负载上产生脉冲电流峰值达到49 kA,电流上升时间5.2 μs,能量放大约7.8倍。     

级联型爆磁压缩发生器的等效电路计算

 动态级联型爆磁压缩发生器由多级构成,后一级俘获前一级的磁通进而将能量放大。用镜像电流法计算装置等效电感和电阻,用磁通俘获模型计算两级间磁通耦合,并假设损耗电阻正比于直流电阻。用该等效电路方法计算了一种两级动态级联型爆磁压缩发生器的静态和动态电路参数,并对其输出电流波形进行了模拟,同实际测量和实验结果进行了比较,同时对该装置通过脉冲变压器对脉冲形成线的充电过程进行了简单的模拟计算。结果表明,该计算方法对级联型爆磁压缩发生器的优化设计和应用研究具有较好的指导作用。另外两级磁通俘获模型对于间接馈电（线圈或永磁体）装置模拟计算也有一定的参考价值。     

级联型爆磁压缩发生器的等效电路计算

动态级联型爆磁压缩发生器由多级构成,后一级俘获前一级的磁通进而将能量放大。用镜像电流法计算装置等效电感和电阻,用磁通俘获模型计算两级间磁通耦合,并假设损耗电阻正比于直流电阻。用该等效电路方法计算了一种两级动态级联型爆磁压缩发生器的静态和动态电路参数,并对其输出电流波形进行了模拟,同实际测量和实验结果进行了比较,同时对该装置通过脉冲变压器对脉冲形成线的充电过程进行了简单的模拟计算。结果表明,该计算方法对级联型爆磁压缩发生器的优化设计和应用研究具有较好的指导作用。另外两级磁通俘获模型对于间接馈电（线圈或永磁体）装置模拟计算也有一定的参考价值。     

轴线起爆式螺线管型爆磁压缩发生器理论模型

 对轴线起爆式螺线管型爆磁压缩发生器进行了理论模型研究，建立了爆炸管的一维爆轰驱动模型、螺线管内空间磁场强度分布模型、爆炸管外表面磁压力模型和发生器系统的等效电路模型等，对此类发生器的物理过程进行系统描述。在此基础上，编制了相应的零维数值模拟程序CEMG 1.0，利用该程序分别对四种不同模型参数的发生器进行了理论计算和参数优化，并对其中一模型发生器爆炸管外表面的磁压力及其引起的剩余电感进行了计算，给出了剩余电感与初始输入条件及负载电感的关系，从而得到该模型的输出性能极限。对理论模型的正确性进行了实例验算证明。     

轴线起爆式螺线管型爆磁压缩发生器理论模型

对轴线起爆式螺线管型爆磁压缩发生器进行了理论模型研究,建立了爆炸管的一维爆轰驱动模型、螺线管内空间磁场强度分布模型、爆炸管外表面磁压力模型和发生器系统的等效电路模型等,对此类发生器的物理过程进行系统描述。在此基础上,编制了相应的零维数值模拟程序CEMG 1.0,利用该程序分别对四种不同模型参数的发生器进行了理论计算和参数优化,并对其中一模型发生器爆炸管外表面的磁压力及其引起的剩余电感进行了计算,给出了剩余电感与初始输入条件及负载电感的关系,从而得到该模型的输出性能极限。对理论模型的正确性进行了实例验算证明。     

同轴型爆磁压缩发生器1维磁扩散模型

 基于１维爆轰驱动模型、爆炸管与金属固壁的１维磁扩散模型及回路等效电路模型,编制了关于轴线起爆大电流同轴型爆磁压缩发生器的数值模拟程序CEMG2.0。应用该程序对洛斯·阿拉莫斯实验室设计试验的43 cm长Ranchero发生器进行了对比模拟,结果证明CEMG2.0程序所采用的模型是合理的,可以应用于今后同类发生器的优化设计。     

螺旋型爆磁压缩脉冲发生器2维磁流体力学数值模拟

基于任意拉氏- 欧拉方法的2维磁流体力学程序APMFCG被用于简单绕制的螺旋型爆磁压缩脉冲发生器动力学过程的模拟,给出了德克萨斯技术大学简单绕制的爆磁压缩发生器数值计算结果,输出电流和线圈电感的模拟结果与实验测量基本吻合。该程序也用于研究由于种子电流的不同所导致的欧姆电阻非线性效应对爆磁压缩过程的影响,实验结果证明了该程序计算的可靠性。     

螺旋型爆磁压缩脉冲发生器2维磁流体力学数值模拟

 基于任意拉氏- 欧拉方法的2维磁流体力学程序APMFCG被用于简单绕制的螺旋型爆磁压缩脉冲发生器动力学过程的模拟,给出了德克萨斯技术大学简单绕制的爆磁压缩发生器数值计算结果,输出电流和线圈电感的模拟结果与实验测量基本吻合。该程序也用于研究由于种子电流的不同所导致的欧姆电阻非线性效应对爆磁压缩过程的影响,实验结果证明了该程序计算的可靠性。     

提高级联爆磁压缩发生器功率放大能力的新途径

通过采用适当措施在爆磁压缩放大器的功率放大级充电回路完成间接馈电,即提供次级回路初始电流(即种子源)之后切断充电回路,从而减少不必要的磁压,以提高装置的功率放大能力.利用二维爆轰磁流体力学程序对此进行模拟计算,计算结果表明,采用这种方法可以有效地提高装置的功率放大能力.     

螺旋型爆磁压缩发生器初始电性能的高频分析

 从电流扩散方程和磁扩散方程出发，研究了在瞬态过程中螺旋型爆磁压缩发生器(HMFCG)的电流密度在螺线管导线中的分布以及感应电流密度在金属套筒中的分布情况，分析计算了爆磁回路初始充电过程中频率对HMFCG电感和电阻的影响，计算结果与实验测量吻合；这为进一步完善校正程序，更好地描述爆磁压缩过程奠定了基础。     

轴线起爆螺旋型爆磁压缩发生器2维简化模型

 应用Maxwell 方程，建立了轴线起爆螺旋型爆磁压缩发生器(AMFCG)的2维简化理论计算模型。利用此模型，得出了AMFCG中简易磁通表达式,并将等效电路方程与磁通表示结合起来。选用3组不同的几何参数，模拟计算了金属爆炸管在爆轰驱动下的径向膨胀过程，给出AMFCG初始电感、输出电流随时间的变化过程，AMFCG内部磁压、爆轰压及磁场随时间的变化情况。     

Initial transient process in a simple helical flux compression generator

An analytical scheme on the initial transient process in a simple helical flux compression generator, which includes the distributions of both the magnetic field in the hollow of an armature and the conducting current density in the stator, is developed by means of a diffusion equation. A relationship between frequency of the conducting current, root of the characteristic function of Bessel equation and decay time in the armature is given. The skin depth in the helical stator is calculated and is compared with the approximate one which is widely used in the calculation of magnetic diffusion. Our analytical results are helpful to understanding the mechanism of the loss of magnetic flux in both the armature and stator and to suggesting an optimal design for improving performance of the helical flux compression generator.     

螺旋型爆磁压缩脉冲发生器电阻及磁通损失的数值计算

基于电流和磁扩散方程,讨论了螺旋型爆磁压缩脉冲发生器(MFCG)中的电阻与磁通损耗问题,将相关的接触电阻模型、欧姆电阻的趋肤效应与邻近效应模型具体应用到2维爆轰磁流体力学程序MF-CG-Ⅳ中,进一步完善了程序的物理功能。并选用美国德克萨斯理工大学简单绕制的螺旋型爆磁压缩脉冲发生器的实验结果对新增模块进行了考证,计算结果符合物理规律,且与实验测量吻合较好。     

螺旋型爆磁压缩脉冲发生器电阻及磁通损失的数值计算

基于电流和磁扩散方程,讨论了螺旋型爆磁压缩脉冲发生器(MFCG) 中的电阻与磁通损耗问题,将相关的接触电阻模型、欧姆电阻的趋肤效应与邻近效应模型具体应用到2维爆轰磁流体力学程序MFCG-Ⅳ中,进一步完善了程序的物理功能。并选用美国德克萨斯理工大学简单绕制的螺旋型爆磁压缩脉冲发生器的实验结果对新增模块进行了考证,计算结果符合物理规律,且与实验测量吻合较好。