螺线型爆磁压缩发生器的初始瞬态磁场分布

研究了螺线管型爆磁压缩发生器中金属套筒的一维磁扩散模型,分别导出了不同边界条件下的近似解析表达式,分析了瞬态磁场分布的特点,指出了经典趋肤深度计算公式的高频局限性,得出了能够同时反映高频与低频特性的磁场分布与相应趋肤深度的近似解析结果.     

对不同结构螺线管型爆磁压缩发生器跳匝问题的分析及跳匝比的计算

 电枢与定子线圈轴线的偏差会导致膨胀电枢与线圈的接触点出现跳变,从而造成磁通损失;这也是影响爆磁压缩发生器输出性能的重要因素。根据发生器的结构以及电枢与线圈的轴向偏心率,推导出了确断发生器是否发生跳匝的函数表达式。根据这个表达式,可以很方便地在Matlab计算平台上确定任意线圈结构的发生器的跳匝情形,并可以精确计算发生跳匝的比例,从而指导螺旋形爆磁压缩发生器线圈和电枢的设计和安装。     

被动补偿脉冲发电机气隙绕组电感的解析计算

利用电磁计算的直观图解法，考虑到导电筒中涡流产生的磁通压缩效应，通过分析气隙磁场分布导出了被动补偿脉冲发电机无槽电枢绕组电感的解析表达式。对２５ＭＷ样机进行计算，电感的测量结果验证了解析表达式的有效性。     

Electrical behavior of a simple helical flux compression generatorfor code benchmarking

A variety of basic magnetic flux compression (MFC) generator geometries have been tested during the last three decades. Though size and operating regimes differ widely, it is apparent that the helical flux compression generator is the most promising concept with respect to current amplification and compactness. Though the geometry of the helical generator (dynamically expanding armature in the center of a current carrying helix) seems to be basic, it turns out that the understanding of all involved processes is rather difficult. This fact is apparent from the present lack of a computer model that is solely based on physical principles and manages without heuristic factors. A simple generator was designed to address flux and current losses of the helical generator. The generator's maximum current amplitude is given as a function of the seed current and the resulting “seed-current” spread is compared to the output of state-of-the-art computer models. Temporally resolved current and current time derivative signals are compared as well. The detailed generator geometry is introduced in order to facilitate future computer code bench marking or development. The impact of this research on the present understanding of magnetic flux losses in helical MFC generators is briefly discussed     

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。     

螺旋形爆磁压缩发生器跳匝现象分析

 分析了螺旋形爆磁压缩发生器的跳匝现象,考虑了膨胀电枢与定子线圈的交线,采用更加精确的计算模型,得出了更为精确的发生器装配公差表达式,通过计算验证了简化模型的结论可以满足设计要求,并对电枢表面和电枢壁厚等的不规则因素,以及圆管爆轰的边缘效应导致跳匝作了深入的分析计算。结果表明：如果电枢的装配公差合适,则可消除由于电枢和定子之间的轴线偏差导致的跳匝现象;圆管爆轰的边缘效应会导致起爆端部分线匝的磁通损失,因而发生器设计时电枢要比定子线圈长一部分;电枢厚度的径向不均匀分布会引起电枢的不对称膨胀,从而导致跳匝发生。     

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。     

螺旋型爆炸磁压缩发生器的性能分析

 在无损条件下, 利用五段模型法详细地研究了间接馈电、螺旋型爆磁发生器的工作原理,分析了系统的能量放大系数和磁通量放大系数对装置结构参数的依赖关系,讨论了锥角、套筒与螺旋线圈的偏心率等对回路电流放大的影响。这些结论对间接馈电、螺旋型爆磁发生器的设计和实验结果的理解会有一定参考意义。     

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。     

磁压对级联爆磁压缩脉冲发生器性能的影响

 为了研究负载为mH量级的间接馈电两级级联柱-锥构型的爆磁压缩产生器的基本物理过程和能量转换机理，利用描述爆磁压缩物理过程的2维爆轰磁流体力学程序MFCG(Ⅴ)，以实验模型结构参数为基础模拟计算了一系列模型，分析了磁压对金属套筒径向膨胀速度及膨胀过程的影响。计算结果表明：套筒的径向膨胀速度取决于爆轰压与磁压的共同作用，在爆磁压缩过程的绝大部分时间里，向外膨胀的爆轰压都远大于向内压缩的磁压，因而套筒的径向膨胀速度主要是由爆轰压决定;但是在功率放大级的后半段，也就是发生器电流增长最快阶段，磁压也迅速增长，它的增长大大降低了套筒的径向膨胀速度；在功率放大级的后期，磁压已经超过爆轰压，它对系统设计的影响已经不能完全忽略。     

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。     

含铝炸药爆轰产物导电式爆磁压缩发生器

根据爆磁压缩发生器中导电体工作条件,对比了电枢和含铝炸药爆轰产物作为导电体的异同,得出几种高电导率含铝炸药爆轰产物对应的磁雷诺数,分析了含铝炸药爆轰产物代替电枢压缩磁场的可能性。设计了一种含铝炸药爆轰产物导电式螺线型爆磁压缩发生器,分析其运行过程,得出等效电路模型。数值模拟结果表明:相比于电枢作为导电体的传统螺线型爆磁压缩发生器,同体积条件下高电导率含铝炸药爆轰产物导电式爆磁压缩发生器具有更好的输出性能;该设计可以有效地抑制跳匝、电枢与定子线圈短路点接触不良等容易引起磁通损失的问题。     

螺线管型爆磁压缩发生器快速计算模型

 根据等效电路模型,建立了单级螺线管型爆磁压缩发生器运行期间的电路方程,得到了回路电流表达式。采用0维电路模型计算电路参数,得到了电感和电阻计算公式。根据等效电路方程和电路参数计算公式,编写了一套计算编码,计算发生器充电过程和运行过程中发生器电路参数、内部电压、输出电流和能量、导线电导率和温度等参数的变化。与实验数据对比表明,该计算模型能准确预测单级螺线管型爆磁压缩发生器性能,对发生器的设计具有实际意义。     

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。     

静止条件下轨道炮膛内磁场分布特性分析

为了分析轨道炮静止条件下膛内磁场分布特性, 建立了轨道炮二维计算模型, 基于磁扩散方程与安培定律, 得到导轨和电枢各区域电流密度值, 并通过毕奥-萨伐尔定律对轨道炮电枢前端各考察点磁通密度进行理论计算, 基于电磁感应法进行了膛内磁场测量实验, 实验测量值与理论计算值基本一致, 结果表明, 膛内磁场大小主要由流经电枢和导轨的的电流决定, 电枢前端中心轴线上各考察点, 随着与电枢前端面距离的增大, 磁通密度峰值呈衰减趋势, 但衰减速度逐渐变小。研究结果有助于轨道炮膛内强磁场屏蔽与智能弹药设计。     

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。     

输出能量70 kJ脉宽20 μs的爆磁压缩发生器

 利用等效电路模型下的螺线圈型爆磁压缩脉冲功率源计算程序BCYSSYS,通过参数选择,设计了一种两级螺线圈型爆磁压缩发生器（08型）,并进行了电感性负载实验。该发生器在输入2 kJ的初始能量条件下,能在3 μH电感性负载上输出220 kA的电流,输出能量72 kJ,有效脉宽约21 μs,并将实验与计算结果进行了比较,验证了等效电路模型程序用于该类型发生器参数设计的实用性。     

间接馈电的磁通量压缩发生器的参数选择

 从电路方程出发较详细地分析了间接馈电的磁通量压缩发生器的工作原理。分析表明：在设计间接馈电的磁通量压缩发生器时，只有馈电回路的电感L₁和电容C₀满足(L₁C₀)^1/2>>T时，MFCG才有效运行；耦合形式的MFCG能使初始磁通量放大；馈电回路电容大小的选择将影响MFCG输出的电流脉冲形状。这些结论对于设计磁通量压缩发生器具有指导意义。     

Optical diagnostics on helical flux compression generators

Explosively driven magnetic flux compression (MFC) has been object of research for more than three decades. Actual interest in the basic physical picture of flux compression has been heightened by a newly started Department of Defense (DoD) Multi-University Research Initiative. The emphasis is on helical flux compression generators comprising a hollow cylindrical metal liner filled with high explosives and at least one helical coil surrounding the liner. After the application of a seed current, magnetic flux is trapped and high current is generated by moving, i.e., expanding, the liner explosively along the winding of the helical coil. Several key factors involved in the temporal development can be addresses by optical diagnostics. 1) The uniformity of liner expansion is captured by framing camera photography and supplemented by laser illuminated high spatial and temporal resolution imaging. Also, X-ray flash photography is insensitive to possible image blur by shockwaves coming from the exploding liner. 2) The thermodynamic state of the shocked gas is assessed by spatially and temporally resolved emission spectroscopy. 3) The moving liner-coil contact point is a possible source of high electric losses and is preferentially monitored also by emission spectroscopy. Since optical access to the region between liner and coil is not always guaranteed, optical fibers can he used to extract light from the generator. The information so gained will give, together with detailed electrical diagnostics, more insight in the physical loss mechanisms involved in MFC