爆磁压缩发生器

摘要： 为了满足某脱离电网的应用需求,研究了一种基于爆磁压缩发生器的紧凑脉冲功率源.该脉冲功率源设计目标是对等效电容为65 pF的电容负载快速充电至数百kV.考虑到爆磁压缩发生器与负载之间的阻抗匹配,该脉冲功率源采用了一种主要由电爆炸断路开关、脉冲变压器和中间储能电容器组成的脉冲调制模块.详细介绍了该脉冲功率源的具体设计和实验研究,并对实验结果进行了分析,在此基础上讨论了下一步可能的改进优化.研究结果表明,利用该脉冲源对电容负载充电电压达到了-352 kV,电压上升时间约10 ns.

摘要： 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1.44μH电感负载上产生脉冲电流峰值达到49 kA,电流上升时间5.2μs,能量放大约7.8倍.

摘要： A compact explosively driven ferromagnetic generator for explosive magnetic flux compression generators was developed. Its working principle and process are analyzed by establishing a magnetoelectric transformation model. The static magnetic field of open magnet in the electrical source is analytically calculated and numerically simulated. The calculation method of magnetic flux of magnet section is presented, and a design method of pulse source is provided. The pulse sources of different magnet materials and detonation method are test. The results show that the N35 explosively driven ferromagnetic electrical source (double-ended detonation) outputs 1 100 A pulse current at 1.2 μH inductive load; higher output current and energy parameters in the load could be obtained by using high-performance magnet material; the energy conversion efficiencies of single-ended detonation and double-ended detonation are ηt ≮ 14.6% and ηt ≮ 24.4% , respectively; the explosively driven ferromagnetic generator is only suitable for driving a lower impedance load, and the indirect feed mode is more reasonable when it is used for HMFCG' initial energy source.%针对爆磁压缩发生器用种子电源,设计了一种紧凑型爆磁换能电脉冲源.通过建立磁体爆磁换能的磁电转化模型,研究了爆磁换能电脉冲源的工作机理和作用过程.对紧凑型爆磁换能脉冲源中开路磁体的静磁场进行了解析计算和数值模拟,得出了磁体截面磁通量的计算方法,为脉中源的设计提供了理论参考.对不同磁体材料和起爆方式的脉冲源进行了实验研究,得到了脉冲源的输出感应电动势、输出电流及负载电压曲线.结果表明:N35爆磁换能电脉冲源(双端起爆)在1.2 μH的电感负载上输出了1100 A的脉冲电流;采用高性能磁体材料可在负载上获得更高的输出电流及能量参数;单端起爆能量转化效率η t≮14.6%,双端起爆能量转化效率η t≮24.4%;爆磁换能电脉冲源仅适合于驱动较低阻抗的负载,作为螺线管型爆磁压缩发生器的种子电流时选择间接馈电方式更加合理.

摘要： 设计了一种爆磁压缩发生器(FCG)初级紧凑型电脉冲源,分析了电脉冲源组成、工作原理及最佳输出时序模型.采用爆炸驱动滑块型放电开关方案,实验测试了开关高压下闭合放电性能.电脉冲源体积Φ132 mm×200 mm,质量12.5 kg,工作电压5 kV,初始储能约750 J,充电时间不大于30 s;静态馈电FCG(42μH,78 mΩ),输出电流峰值不小于5.4 kA,输出能量不小于600 J;动态馈电FCG,时序控制误差不大于5μs,耦合电流值不小于5.2 kA,耦合能量不小于550 J;电脉冲源有效储能密度不小于200 mJ/cm3,能量传递效率不小于75％.

摘要： The dynamic inductance is significant for projectile-borne magnetic flux compression gene-rator (MFCG) design calculation. For the purposes of solving the problem of dynamic inductance calculation, image current model was applied to the circuit parameters calculation of a projectile-borne MFCG. And the dynamic inductance expression was derived in detail. Subsequently, a numerical computation program of projectile-borne MFCG dynamic inductance was written within deriving process. Curve of inductance change was achieved after computing through calculating with the design parameters, with phasic characteristic of inductance variation analyzed during generator operation, which provides grounds for the next-step optimized design and experiments.%动态电感在弹载爆磁压缩发生器的设计计算中具有举足轻重的地位.为了解决动态电感的计算问题,将镜像电流模型运用到了某弹载爆磁压缩发生器的电路参数计算中,并进行了详细的推导,编写了一个弹载爆磁压缩发生器动态电感的数值计算程序.代入设计数据计算后,获得了电感变化曲线,分析得出了发生器运行过程中电感变化的阶段性特点,为下步优化设计及试验提供了依据.

摘要： In order to find the best triggering time of charge detonating under specified input seed current,discharging and firing sequential control of MFCG experiment system using capacitors as initial power is researched.Based on designed size,MFCG test coil is made,and discharging current waveforms are measured in these experiments.These waveforms show:the pulse width of current more than 5 kA is greater than 170 μs.On the other hand,3D model of designed MFCG is built and it is calculated by commercial simulation software,and the time (26μs)from firing generator charge to switching on short-circuiting switch is obtained.Finally,according to the data from test coil discharging experiment and 3D simulating calculation,the beat triggering time of HMFCG is studied.%为找出爆磁压缩发生器在规定输入种子电流强度下的最佳起爆时间,对使用电容器作为初始能源的爆磁压缩发生器充电与起爆时序控制进行研究.在理论分析的基础上,制作爆磁压缩发生器测试线圈,实验测量了充电电流波形,结果显示:电流超过5 kA的脉宽大于170μs.同时,建立爆磁压缩发生器的三维模型,借助仿真软件,对此模型的起爆过程进行数值仿真,得到发生器装药起爆后到短路开关接通所需的时间26μs.最后根据测试线圈充电实验及三维仿真获得的数据,研究确定爆磁压缩发生器的最佳启动时间.

摘要： 针对爆磁压缩发生器高精度延时起爆控制的要求，建立了基于电路控制延时方案的最佳起爆时序模型，分析了其时序误差散布。设计了一种爆轰驱动飞片型高功率放电开关，通过数值仿真分析了开关的耐压能力及飞片变形。实验测试了6发开关的闭合放电性能，数据表明：开关两极间电压5 kV时未出现击穿现象，闭合响应时间分布在66±5μs以内、标准差2．7μs，开关导通时间≥900μs，放电效率接近90％。采用小型爆磁压缩发生器与延时控制系统进行了联调实验，结果表明：爆磁压缩发生器运行时刻与电流峰值时刻相差1．8μs，延时误差7．8％，延时控制系统满足高精度起爆控制的要求。%Time-delay control system is very important to magnetic flux compression generator’s operation.Based on circuit delay scheme,an appropriate model was built to analyze the initiation time sequence,and its errors dispersion was analyzed.A switch driven by detonation was proposed,its voltage endurance capability and plate deformation were analyzed by simulation.On this basis,six switches were tested at high voltage.The data shows that,there is no voltage breakdown at 5kV,response-time distributes in 66 ±5μs with standard deviation of 2.7μs, conducting time is equal or greater than 900μs,discharge efficient is approximately equal to 90%.A mini-type magnetic flux compression generator was used to test the time-delay control system and the results show that,the time difference between magnetic flux compression generator’s operation and current peak is only 1.8μs with the error being 7.8%.

摘要： 应用Pspice仿真软件建立了一个爆磁压缩发生器模拟装置的等效电路模型,分析了电路中各元件参数对爆磁压缩发生器模拟装置输出电流波形的影响,并根据电路中高压脉冲电容器充电电压的不同优化了四组回路参数.应用灰色关联度分析方法,分析了爆磁压缩发生器模拟装置分别在这四组参数情况下的输出电流波形与被模拟的爆磁压缩发生器输出电流波形的曲线相似度,并对工程上实现该模拟装置存在的问题进行了分析.另外,还对爆磁压缩发生器模拟装置通过脉冲变压器对脉冲形成线充电进行了仿真.结果表明,此方案在理论上可以实现对爆磁压缩发生器输出电流波形上升阶段的准确模拟.%Some groups of parameters for simulation device of flux compression generator(FCG) were optimized by Pspice.The comparability of the current output property curve of the simulation device and FCG with different groups of parameters were respectively analyzed with the gray relation grade analysis method.An appropriate group of parameters was confirmed at last.The simulated result proved the feasibility of the project for simulation device of FCG.

摘要： The explosive magnetic flux compression generator (FCG) is a kind of compact pulsed power source with relatively low characteristic impedance. To match the impedance of the generator and the load in kinds of applications, some special power conditioning circuits are always in need. In this paper, a power conditioning circuit based on the electro-exploding opening switch (EEOS) and pulsed transformer is investigated. By analyzing the equivalent circuit of the system where the generator is replaced by a capacitor, a key factor determining the performance of the power conditioning circuit is discussed, as well as its solution. Based on the analysis, the power conditioning circuit with coaxial structure is designed. In the preliminary experiments, the capacitive load was charged to a peak voltage of —267 kV when the crowbar switch used to remove the additional voltage across the fuse kept open, and it was charged to —374 kV when the crowbar switch closed during the opening process of the EEOS. The analysis conclusions are basically proved by these experimental results. And the power conditioning circuit introduced is proved to be efficient to match the impedance of the FCG and high-impedance load.%通过对以电容器替代爆磁压缩发生器的系统等效电路进行理论分析,对影响这种调制电路性能的关键问题及其解决方法进行了讨论.根据理论分析结果对调制电路进行了设计.在初步实验中,当用于去除电爆炸丝上附加电压的撬断开关保持断开时,变压器原边电流切断不彻底,电容负载上充电电压峰值为一264 kV;保持其他电路参数不变,而使撬断开关在电爆炸断路开关断开过程中闭合时,变压器原边电流切断彻底,在相同负载上充电电压峰值为一374 kV.实验结果验证了理论分析结果,并证明了采用这种调制电路能够实现爆磁压缩发生器与高阻抗负载匹配.

摘要： 运用ANSYS/LS-DYNA3D有限元程序对爆磁压缩发生器电抠膨胀过程进行数值模拟,从数值模拟结果与实验结果的对比来看,结果基本相符,证明选取的模型参数是比较合理的,证明此数值模拟的方法是可行的.

摘要： 本文提出了一种采用LC网络模拟爆磁压缩发生器输出特性的模拟装置研制方案,应用Pspice仿真软件优化了若干组回路参数.通过灰色关联度分析方法,分析了爆磁压缩发生器模拟装置分别在各组参数情况下的输出电流波形与被模拟的爆磁压缩发生器输出电流波形的曲线相似度,确定了一组较合适的参数.搭建了初步的实验平台,进行了验证实验.实验结果表明,此方案可以实现对爆磁压缩发生器输出电流波形上升阶段的准确模拟.

摘要： 以解耦的爆磁压缩发生器运行损耗模型为研究对象，提出了其磁通损耗项和电阻损耗项的耦合损耗因子的解析式，并给出了明确的物理意义，实验结果表明，基于该损耗因子的模型所得的仿真结果与实验结果符合良好。

摘要： 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进一步放大。其级联结构直接关系到整个装置的输出能量。直径约100 mm，长度约500 mm的两级动态级联型螺线管爆磁压缩发生器是目前国内外研究比较多的装置，主要用来在高阻抗负载上(约μH)产生100kA量级的短上升时间(约15 μs)的电流脉冲。本文介绍了三种级联结构形式的两级动态级联型螺线管装置，对每种装置都进行了大量的优化设计和实验验证，负载都为4μH。实验表明进行合理的级联结构设计有利于提高输出能量并控制电流的上升时间。

摘要： 分析了轴线起爆式螺线管型爆磁压缩发生器的运行过程,根据螺线管内空间磁场强度分布模型、爆炸管内爆轰产物压力和爆炸管外面磁压力模型、SF6气体压力模型、剪切应力模型、电枢分块模型和发生器等效电路模型等,建立了轴线起爆式螺线管型爆磁压缩发生器运行过程的2维磁流体计算模型,采用该模型对国内器件进行实例仿真,排除实验中装药厚度低的影响,计算结果与实验结果比较一致,表明所建立的模型具有较好的工程实用价值.

摘要： 本文推导了爆磁压缩发生器的螺线管的磁感应强度的空间分布公式,讨论了轴向分量与总场的关系;应用扩散方程,严格推导了螺线管的场在金属铝套筒内的扩散公式;计算表明,金属套筒的涡流所产生的场比较起螺线管所产生的场来说影响较小,因此在计算磁通损失的过程中,作为初步近似,可以不予考虑.

摘要： 采用等效电路模型程序--BCYSSYS对系统参数进行优化,设计了04型爆磁压缩发生器及用04型发生器驱动的紧凑型爆炸脉冲电源.紧凑型爆炸脉冲电源长度小于1.2 m,直径0.4 m,质量约100 kg.实验结果表明:04型爆磁压缩发生器能够在3 μH电感负载上获得脉宽约10 μs、峰值为100 kA的脉冲大电流输出;当负载电阻为8.7 Ω时,输出电功率大于20 GW.典型实验结果与采用BCYSSYS程序得到的计算结果吻合较好,验证了BCYSSYS程序用于爆炸脉冲电源理论设计的可行性.

摘要： 由于爆磁压缩发生器和其它大电流装置短路运行的需要,研制了一种由单根导爆索驱动的微秒短路开关.两同轴金属圆管在导爆索作用下,内金属圆管大面积切断绝缘薄膜,嵌入外金属圆管构成牢固的接触.开关绝缘强度大于15KV,导通时间大于1ms,动作时间为6±1μs,开关接触电阻小于0.1mΩ.

摘要： 本文介绍了电感储能型爆炸脉冲功率源技术研究。该脉冲功率源主要由电容器组初级能源、爆磁压缩发生器(MFCG)、含电爆炸丝断路开关（EEOS）的电感储能功率调节组件组成。实验结果表明：爆磁压缩发生器输出的脉冲前沿小于10μs 的100kA 电流，经过电感储能功率调节组件的脉冲压缩、功率放大和脉冲整形，可在8～10Ω电阻模拟负载上输出脉冲电压大于400kV、峰值功率大于20GW的高功率脉冲，脉宽大于200ns、前沿小于50ns。

摘要： 为了对电枢装药及膨胀特性进行研究，利用高速摄影记录了4组铝电枢在B炸药驱动下的膨胀实验照片，同时利用非线性动力工程软件Ls-dyna进行，数值模拟分析：1)分节装药方式产生的“早期周向破裂”是由于节间空隙的存在导致管壁径向膨胀产生速度差，于是反应在轴向分量上的速度差使得分节处管壁受到了上部电枢挤压而向内凹陷，所以较早破裂；2)3mm壁厚铝电枢膨胀过程中的“早期随机破点”现象则是由于材料本身不均或加工问题造成，但厚度因素也很重要。最后得到了5mm壁厚铝电枢膨胀过程的实验结果和数值模拟结果随时间变化的比较曲线。发生器设计的相关结论：1)分节装药不可取，尽量整体注药；2)大壁厚电枢可以得到更大的膨胀比且不易受材料和加工因素影响，只是膨胀速度和角度会有一定影响。

摘要： 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.

摘要： 射频爆磁压缩发生器小型化共形天线，涉及一种射频爆磁压缩发生器小型化共形天线。本发明是为了解决现有的发生器和天线直接相连组成的装置，该装置大型化，并且不具有宽带特性同时与射频爆磁压缩发生器不匹配的问题。所述它包括天线地板、天线椎体部分和天线锥底延长部分，天线椎体部分为圆锥形结构，且位于天线地板的上表面1mm处，介质支架位于天线地板的上表面且用于支撑天线椎体部分，天线锥底延长部分从下至上为逐渐渐宽的环形结构，耦合线圈环绕在射频爆磁压缩发生器的外部，耦合线圈的两端分别连接两个导线的一端,两个导线的另一端分别连接天线锥体部分的下端和天线地板。

摘要： 本发明涉及一种螺旋型爆磁压缩发生器绕线系统，其特征在于包括绕线装置、顶线装置和拉线装置；顶线装置置于绕线装置的底座上，位于绕线装置的中心轴下端，顶线装置的金属顶针贴合中心轴；拉线装置放置于绕线装置一侧，使中心轴与橡胶垫平行，保证漆包线会通过橡胶圈拉直，在中心轴从左到右绕制。本发明提出的一种螺旋型爆磁压缩发生器绕线系统，使用绕线系统（图1），可以高度紧密的使线圈排列在一起。在绕线时采用分段连接的方式，使线圈由细变粗，在发生器工作过程中产生更大的电流。在线圈缠绕好后，采用特殊的工艺方法使线圈紧固在一起。

摘要： 定子线圈分段工作的电容负载爆磁压缩发生器，属于高功率脉冲电源和磁压缩领域。它解决了现有电容负载螺线管型爆磁压缩发生器产生的信号频谱范围的频段较低的问题。它包括定子线圈、电枢和电容负载，所述电枢为圆柱体，定子线圈分为n段线圈，定子线圈的n段线圈均呈螺旋线式，电枢设置于所述的n段线圈所形成的内部空腔内，并每段线圈均与电枢同轴线，从电枢的始端起每相邻前一段线圈的末端与后一段线圈的首端位于电枢的同一横截面上，每段线圈的末端均与所述电容负载的一端相连，电枢的末端与所述电容负载的另一端相连。本发明适用于爆磁压缩发生器。

摘要： 本发明提供了一种爆轰产物导电式螺线管型爆磁压缩发生器，属于高功率脉冲电源和磁压缩领域。所述爆磁压缩发生器还包括定子线圈，金属导电棒和负载；所述爆磁压缩发生器内部设置填充有爆轰物；所述金属导电棒固定埋设在所述爆轰物中间；所述爆磁压缩发生器通过引爆爆轰物，因爆轰产物具有导电性，在所述定子线圈-负载-金属导电棒-爆轰产物形成新电流回路，从而俘获磁通；由于磁场冻结效应，随着爆轰的进行，电感减小，新回路电流增大，在负载端形成高电流脉冲。

摘要： 本发明涉及一种螺旋型爆磁压缩发生器绕线系统，其特征在于包括绕线装置、顶线装置和拉线装置；顶线装置置于绕线装置的底座上，位于绕线装置的中心轴下端，顶线装置的金属顶针贴合中心轴；拉线装置放置于绕线装置一侧，使中心轴与橡胶垫平行，保证漆包线会通过橡胶圈拉直，在中心轴从左到右绕制。本发明提出的一种螺旋型爆磁压缩发生器绕线系统，使用绕线系统（图1），可以高度紧密的使线圈排列在一起。在绕线时采用分段连接的方式，使线圈由细变粗，在发生器工作过程中产生更大的电流。在线圈缠绕好后，采用特殊的工艺方法使线圈紧固在一起。

摘要： 射频爆磁压缩发生器小型化共形天线，涉及一种射频爆磁压缩发生器小型化共形天线。本发明是为了解决现有的发生器和天线直接相连组成的装置，该装置大型化，并且不具有宽带特性同时与射频爆磁压缩发生器不匹配的问题。所述它包括天线地板、天线椎体部分和天线锥底延长部分，天线椎体部分为圆锥形结构，且位于天线地板的上表面1mm处，介质支架位于天线地板的上表面且用于支撑天线椎体部分，天线锥底延长部分从下至上为逐渐渐宽的环形结构，耦合线圈环绕在射频爆磁压缩发生器的外部，耦合线圈的两端分别连接两个导线的一端,两个导线的另一端分别连接天线锥体部分的下端和天线地板。

摘要： 定子线圈分段工作的电容负载爆磁压缩发生器，属于高功率脉冲电源和磁压缩领域。它解决了现有电容负载螺线管型爆磁压缩发生器产生的信号频谱范围的频段较低的问题。它包括定子线圈、电枢和电容负载，所述电枢为圆柱体，定子线圈分为n段线圈，定子线圈的n段线圈均呈螺旋线式，电枢设置于所述的n段线圈所形成的内部空腔内，并每段线圈均与电枢同轴线，从电枢的始端起每相邻前一段线圈的末端与后一段线圈的首端位于电枢的同一横截面上，每段线圈的末端均与所述电容负载的一端相连，电枢的末端与所述电容负载的另一端相连。本发明适用于爆磁压缩发生器。

摘要： 本发明提供了一种爆轰产物导电式螺线管型爆磁压缩发生器，属于高功率脉冲电源和磁压缩领域。所述爆磁压缩发生器还包括定子线圈，金属导电棒和负载；所述爆磁压缩发生器内部设置填充有爆轰物；所述金属导电棒固定埋设在所述爆轰物中间；所述爆磁压缩发生器通过引爆爆轰物，因爆轰产物具有导电性，在所述定子线圈-负载-金属导电棒-爆轰产物形成新电流回路，从而俘获磁通；由于磁场冻结效应，随着爆轰的进行，电感减小，新回路电流增大，在负载端形成高电流脉冲。

摘要： 本实用新型涉及一种螺旋型爆磁压缩发生器绕线系统的顶线装置，其特征在于包括底盘、圆柱桶、金属顶针和两个手臂；圆柱桶固定在底盘上，圆柱桶内的下端设有弹簧，弹簧的上端固定金属顶针，圆柱桶的两侧设有可上下行的凹槽，两个手臂穿过凹槽连接在弹簧上端。本实用新型提出的一种螺旋型爆磁压缩发生器绕线系统的顶线装置，用于绕线系统，可以高度紧密的使线圈排列在一起。在绕线时采用分段连接的方式，使线圈由细变粗，在发生器工作过程中产生更大的电流。在线圈缠绕好后，采用特殊的工艺方法使线圈紧固在一起。

摘要： 本实用新型涉及一种螺旋型爆磁压缩发生器绕线系统，其特征在于包括绕线装置、顶线装置和拉线装置；顶线装置置于绕线装置的底座上，位于绕线装置的中心轴下端，顶线装置的金属顶针贴合中心轴；拉线装置放置于绕线装置一侧，使中心轴与橡胶垫平行，保证漆包线会通过橡胶圈拉直，在中心轴从左到右绕制。本实用新型提出的一种螺旋型爆磁压缩发生器绕线系统，使用绕线系统（图一），可以高度紧密的使线圈排列在一起。在绕线时采用分段连接的方式，使线圈由细变粗，在发生器工作过程中产生更大的电流。在线圈缠绕好后，采用特殊的工艺方法使线圈紧固在一起。