贺元吉[1]2001年在《爆电能源高功率超宽带脉冲发生器研究》文中研究指明高功率超宽带电磁脉冲技术是正在发展中的前沿性研究领域，已在目标识别、 目标探测、医学等民用领域得到广泛应用，在超宽带冲击雷达、电子干扰等军事领 域有着十分重要的应用潜能。目前，各种超宽带脉冲发生器都离不开地面的直流充 电系统，因而使得它在军事领域的应用受到限制，尤其是制约它作为进攻性武器的 使用。因此，研制不依赖地面能源、能独立运行的超宽带脉冲发生器具有十分重要 的军事意义。 人工极化的PZT95／5等铁电陶瓷在冲击波加载下去极化，把极化时储存的极 化能以电能的形式释放出来，可以获得一次性的高功率脉冲电能。本文研究的是以 PZT95／5铁电陶瓷为能源的高功率超宽带脉冲发生器。我们首先从理论上分析了 PZT95／5铁电陶瓷冲击去极化的物理过程，引入了介电松弛概念，考虑了冲击波传 输的影响，建立了PZT95／5铁电陶瓷在冲击波加载下去极化的机制和数学模型。本 模型成功地解释了采用现有其它模型所不能解释的各种负载下的释电规律，尤其是 电感负载。我们还利用爆炸冲击波加载技术对PZT95／5铁电陶瓷进行了实验研究， 在60μH的电感负载上得到1660A的脉冲电流，在电阻和电容负载上获得 100kV、 2．5～4．0μs宽的脉冲电压。本文还根据已有的实验数据，总结了介质击穿的特性，利 用Weibull分布率，用统计的观点分析了铁电陶瓷的击穿场强与体积的关系，成功 地解释了铁电陶瓷样品串联冲击去极化时击穿场强降低的实验现象，即铁电陶瓷击 穿的尺寸效应，并给出了相应的击穿电场计算的解析表达式。 脉冲变压器是脉冲功率技术领域的重要部件。我们用解析分析和数值模拟计算 两种方法分析了脉冲变压器在各种负载下的传输特性，重点探讨了在电容负载下， 储能电容对变压器传输特性的影响。在众多参数相互影响时情况下，根据超宽带脉 冲发生器的实际工作状态，作了合理的近似和简化，设计了原边电感2．578μH、副 边电感167．710μH、耦合系数0．7238、直径20cm、长50cm（外壳）、耐压300kV 的紧凑型空心脉冲变压器，并在此变压器上进行了大量的实验，得到了实验与理论 分析相一致的结果。 脉冲调制器尤其是亚ns开关是形成超宽带电磁脉冲的核心部件。本文对脉冲 国 防科学技术大学研究生院学位论文功率调制中脉冲锐化理论进行了系统分析，讨论了各种因素如开关参数、电路参数、输入脉冲等对脉冲形成的影响，并得到有实际指导意义的解析表达式。我们还全面系统地围绕提高开关稳定运行能力进行了实验研究。最后，我们设计了以同轴脉冲形成线为基本结构的脉冲调制器。调制器由脉冲形成线、传输线、主开关、亚us开关（PC开关）和匹配负载组成，其中的亚us气体开关能稳定运行于45atm。 高压窄脉冲的测量是脉冲功率技术领域里的另一重要课题。本文分析了影响电容分压器响应的因素，探讨了伞式探针的性能，设计了以伞式探针为基本结构的同轴电容分压器，提出了测量不同信号的两种I。《E臂测量回路，并利用实验室的脉冲信号源对分压器的响应性能进行了实验研究。与同类分压器相比，该探针的响应更好。 在上述工作的基础上，我们研制了一台以PZT95／5铁电陶瓷冲击去极化为能源的新型紧凑型脉冲发生器。该发生器由PZT9515爆－电能源、空心脉冲变压器、单同轴脉冲形成线、PC开关、同轴匹配负载和脉冲诊断系统组成，能产生 100kV、上升前沿870ps、后沿670ps、脉宽1．4us的超宽带脉冲。该发生器可以脱离地面能源，自成一体运行，据我们所知，这在国内外都还属首次。
许建军[2]2007年在《基于Tesla变压器的高功率电磁脉冲发生器研究》文中指出高功率电磁脉冲在冲击脉冲雷达、探测隐蔽目标、清除地雷、管线检验、电子学效应试验等方面有着广阔的应用前景。相对于传统的脉冲功率技术，高功率电磁脉冲技术的关键在于亚ns电磁脉冲调节和高重复频率运行，本文即是从这两个方面开展高功率电磁脉冲发生器的理论研究、数值分析、工程设计和试验研究。本文从时间尺度脉冲功率压缩角度提出研制高功率电磁脉冲发生器的思路，即分别应用初级脉冲电源技术、Tesla变压器与形成线一体化技术、传输线充电技术实现脉冲宽度从ms量级至μs量级、μs量级至ns量级、ns量级至亚ns量级的转换。针对μs量级脉冲的产生，本文在对比分析国外研究机构初级脉冲电源的基础上，将其改进为叁相全波整流结构，进一步提高市电的利用效率和降低对Tesla变压器变比的要求。详细阐明了这种电源的工作过程和工程设计依据，设计制作了一台输出脉宽30μs、输出电压550V、电流约11.5KA、重复频率100Hz的高功率初级脉冲电源。针对ns量级脉冲的产生，本文应用复频域方法详细研究了Tesla变压器的理论模型。结果表明，初级脉冲电源中快速晶闸管的单向导通性使得理想Tesla变压器的运行状态无法实现。采用瞬态电路数值仿真方法确定了工程上能够实现的非理想Tesla变压器的主要参数。设计制作了原边2.7匝，副边1900匝，耦合系数为0.85，充电电压约300KV，输出脉宽3.6ns的紧凑型Tesla变压器与形成线一体化装置。在传输线充电技术基础上，将它与传统亚ns脉冲功率调节技术进行对比研究，提出了失配传输线充电技术和匹配传输线充电技术的新概念。首次分析了两种亚ns脉冲功率调节技术中的波过程，在理论上将两者统一起来。设计制作了长度为30mm、45mm和60mm的叁种低阻抗传输线开展失配传输线充电技术的试验研究。把FDTD方法引入脉冲形成线放电过程研究，应用该方法研究了低阻抗脉冲形成线通过阻抗变换传输线对高阻抗负载放电的波过程。应用商用电磁仿真软件进一步研究了实际加工阻抗渐变传输线的功率传输和电压传输性能，仿真结果与本文FDTD数值结果基本吻合，理论上为脉冲形成线的放电过程研究提供了一种新的分析方法，工程上为本文装置中低阻抗传输线线上获得的功率增益能够在高阻抗负载上实现提供了理论上的依据。在上述工作的基础上，我们研制了一台高功率电磁脉冲发生器，该发生器以输出阻抗为27Ω的Tesla变压器为脉冲功率驱动源、应用失配传输线充电技术实现高功率亚ns电磁脉冲的调节，阻抗渐变传输线和同轴波导转换双脊喇叭天线实现亚ns电磁脉冲的辐射。装置能够产生重复频率100Hz，最大场强距离积294KV，频谱主要分布在0.4GHz-1.0GHz的高功率电磁脉冲。主要试验结果与前面的理论分析吻合较好。针对国内外广泛关注的高功率多电磁脉冲产生技术，本文提出一种实现猝发式高功率多电磁脉冲的新颖电路结构。该结构仅采用一个Tesla型脉冲功率驱动源对多段传输线并联充电，放电时由于空心电感的隔离作用，实现多个电磁脉冲的顺序输出。试验结果表明：研制完成的高功率多脉冲发生试验装置能够产生脉冲宽度约40ns，频谱分布在300MHz～600MHz，等效辐射功率100MW，重复频率100Hz的猝发式多脉冲。就我们所知，这是国内外首次应用单个脉冲驱动源实现多电磁脉冲辐射输出。针对工程实践中电磁脉冲发射机辐射的随机时间抖动周期性电磁脉冲信号，提出了基于分析随机时间抖动周期δ-函数的功率谱密度求解随机时间抖动周期性电磁脉冲串功率谱密度的新方法。分析结果表明，这类电磁脉冲串的功率谱密度由离散功率谱和连续功率谱组成，它们组成的总功率守恒。数值计算结果表明，随时间抖动范围增大，离散功率谱密度所占比例下降。
周振兴[3]2013年在《螺旋型磁通量压缩发生器作用过程研究及电感计算分析》文中研究说明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。
欧阳佳[4]2007年在《折迭型平板Blumlein线及其应用研究》文中认为高功率微波的军事应用对脉冲功率技术提出新的要求是向小型化和高平均功率发展。折迭型平板Blumlein线作为向该方向发展的脉冲功率源候选者之一目前得到了广泛关注。本文在研究折迭型平板Blumlein传输线的工作机理和运行特性基础上,研制了一台紧凑的折迭型平板Blumlein传输线,并用它驱动高功率微波源产生了百兆瓦级高功率微波。本文的主要研究内容有以下几个方面。在系统深入地调研固体介质和液体介质的电特性和其它参数基础上,确定了使用Kapton膜作为折迭型平板Blumlein线的传输介质;使用优质纯净的变压器油作为传输线的填充介质。Kapton材料有非常高的介电强度(200kV/mm)、还有耐热、耐辐射、耐有机溶剂等性能,能够承受电晕放电,可以用比较小的厚度(继而减小装置体积)实现较大的耐高电压强度。变压器油有与Kapton薄膜相近的相对介电常数、很高的电阻率、较高的击穿场强和很小的介质损耗角正切,所以选择变压器油作为折迭线填充介质是非常合适的。对平板Blumlein线的工作机理进行了理论分析和电路模拟。利用无损耗传输线模型得到了平板Blumlein线的相关参数:特征阻抗、延迟时间和脉冲宽度、传输线电容、传输线击穿电场强度以及传输线总储能;在有损耗模型中增加了单位长度的电阻R和通过介质的单位长度电导G等参数。通过调整各种参数,利用有损耗模型模拟计算确定了折迭线介质厚度为5mm,铜板宽度20cm。采用电磁场分布模拟的方法确定了介质边缘宽度的最小值为3cm。对折迭型平板Blumlein线的折迭部分的色散特性进行了理论分析,计算表明在我们感兴趣的频率范围内折迭部分的色散影响可以忽略。采用保角变换等多种方法对折迭部分的特征阻抗进行了系统分析,得出折迭部分的特征阻抗与平板部分的特征阻抗相差不大的结论。采用电路分析和电场分布计算模拟相结合的方法,对折迭型平板Blumlein线的折迭部分的特征阻抗和传输电压波的影响进行了详细分析,综合考虑工程上的实现问题,选取了合适的折迭方式:回转180°,折迭内半径r=10mm。在理论计算基础上,设计制作了一个以Kapton薄膜为介质的折迭型平板Blumlein线(特征阻抗约为5Ω);还设计制作了一个尺寸为120cm×40cm×40cm的外箱盛放传输线主体、液体绝缘填充介质以及其它连接部件;研制了一个适合平板Blumlein线的多通道轨道开关,其具有体积小(φ60×300mm)和电感小(40nH)等优点。利用该折迭型平板Blumlein线装置在匹配负载上形成了电压600kV、脉宽100ns的电压波。设计制作了不同结构的水电阻作为折迭线的匹配负载,实验证明U形电阻最适合作为折迭型平板Blumlein线的匹配负载。利用研制的折迭型平板Blumlein线装置驱动强流电子束二极管产生了500kV、50kA、100ns的电子束;并以此驱动低阻抗的微波源(MILO)产生了高功率微波:实验表明,在二极管电压550kV,电流40kA,电压脉冲半高宽80ns时,利用该折迭型平板Blumlein线装置驱动C波段MILO输出了峰值功率达350MW,脉宽为40ns的高功率微波。所研制的折迭型平板Blumlein线装置与输出相同电功率的传输线相比不仅大大减小了体积和重量,而且它不需要附加液体循环系统和其它辅助设备,这样两个特点使折迭型平板Blumlein线有利于向模块化集成的方向发展,为脉冲功率装置的小型化和集成化提供了一个非常有意义的方法和途径,因此具有较高的应用价值。
李洪涛, 栾崇彪, 赵娟, 马勋[5]2019年在《特种电源技术研究进展概述》文中研究指明特种电源技术是电源技术研究领域中极为活跃的研究方向,与存在广泛市场需求的通用电源技术相比,其与物理、化学、材料科学与工程、环保、生物医学、高新装备、航空航天等科研、军事、工程领域的发展关系更为紧密。近年来,在大科学工程、高新装备等的需求推动下,特种电源技术研究综合应用电工、电子、材料和计算机技术等多个学科的科技成果取得显着技术进步,研发投入和产业规模迅速增长。本文结合流体物理研究所特种电源研究成果,对特种电源近年来的研究进展作简要分析。
参考文献：
[1]. 爆电能源高功率超宽带脉冲发生器研究[D]. 贺元吉. 国防科学技术大学. 2001
[2]. 基于Tesla变压器的高功率电磁脉冲发生器研究[D]. 许建军. 西南交通大学. 2007
[3]. 螺旋型磁通量压缩发生器作用过程研究及电感计算分析[D]. 周振兴. 南京理工大学. 2013
[4]. 折迭型平板Blumlein线及其应用研究[D]. 欧阳佳. 国防科学技术大学. 2007
[5]. 特种电源技术研究进展概述[J]. 李洪涛, 栾崇彪, 赵娟, 马勋. 强激光与粒子束. 2019
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