射频爆磁压缩发生器的电磁脉冲产生机理研究

论文摘要

高功率电磁脉冲武器由于其能产生功率高、频谱宽的强电磁脉冲,所以它对电子设备的破坏性使其具有广泛的军事应用前景。射频爆磁压缩发生器(RF FCG)就是这样一种能产生强电磁脉冲的发生器,它具有小型方便、制作成本相对较低、脉宽窄、辐射能量高等优点。其结构是在传统的FCG基础上串联一个电容值较小的电容器,使发生器回路中产生高频振荡电流,通过辐射装置在极短时间内辐射出高能量电磁脉冲。本文首先从螺旋型FCG的基本原理入手,利用等效电路理论分析了螺旋型FCG的工作原理,分析了发生器的各个参数对电感压缩系数、磁通系数、电流放大系数、能量放大系数等的影响,利用数值方法模拟了发生器的电流和能量的变化情况。其次,通过合理的简化等效,即将定子螺线圈视作由单匝圆环电感串联而成,在此基础上我们建立了动态电感的计算模型,并对相关计算公式进行了修正。分析了各种磁通损耗因素,并给出了欧姆电阻和非欧姆等效电阻的计算模型。接着,在前面的讨论基础上,利用数值方法对射频FCG的等效电路方程进行了研究。通过对比分析几种不同电感变化形式以及求解相应情况下的电流和功率谱,指出了在理论研究中最接近实际情况的电感变化形式,并在此基础上讨论了提升振荡电流频率的方法。最后,讨论了部分射频FCG发生器的设计准则,重点讨论了馈电方式的选择判据,并通过对动态电感、动态电阻变化曲线的数学拟合并结合等效电路方程仿真了发生器的电流变化情况,验证了动态电感模型和动态电阻模型的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要内容
• 第2章 螺旋型FCG 理论分析
• 2.1 引言
• 2.2 电磁脉冲的产生原理
• 2.3 磁通量压缩原理
• 2.4 螺旋型FCG 的理论模型
• 2.5 螺旋型FCG 接感性负载的分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 射频FCG 的动态电感与动态电阻分析
• 3.1 引言
• 3.2 射频FCG 的等效电路
• 3.3 动态电感的计算模型
• 3.3.1 线圈自感的计算
• 3.3.2 线圈互感的计算
• 3.3.3 电感计算的修正
• 3.4 动态电阻的计算模型
• 3.4.1 欧姆电阻的计算模型
• 3.4.2 其他损耗现象引起的欧姆等效电阻
• 3.5 本章小结
• 第4章 射频FCG 等效电路的数值方法求解
• 4.1 引言
• 4.2 电感按线性规律减少时的电流求解
• 4.3 电感呈非线性规律减少时的电流求解
• 4.4 电流振荡频率的提升
• 4.5 本章小结
• 第5章 射频FCG 发生器的设计分析
• 5.1 定子螺线圈的绕制
• 5.2 初始放电电路分析
• 5.3 馈电方式的选择
• 5.3.1 两种馈电方式的定义
• 5.3.2 两种馈电方式的分析
• 5.3.3 两种馈电方式对比
• 5.4 金属电枢的尺寸选择
• 5.5 射频FCG 的仿真计算
• 5.5.1 动态电感计算
• 5.5.2 动态电阻计算
• 5.5.3 爆轰过程仿真
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢