电磁发射脉冲功率源用集成式泄放装置小型化和快速化的研究

发布时间：2020-03-21 13:38

【摘要】：电磁发射装置进入实用化的主要限制因素之一是装置的小型化问题,脉冲功率源作为电磁发射装置的核心组成部分,其对小型化的需求更为迫切,安全泄放装置作为脉冲功率源中不可缺少的组成部分,对其小型化、快速化问题的研究将促进电磁发射装置进入实用化的进程,同时会增强脉冲功率源装置的安全性与稳定性。本文分析了针对多模块而设计的集成式泄放装置具有体积小、泄放速度快、模块化等优点,并以10KV,50KJ的电容型脉冲功率源模块应用工况为例,以泄放装置小型化和快速化为首要设计因素,通过理论分析和仿真对于集成式泄放装置进行了系统性的设计,为以后电磁发射脉冲功率源用集成式泄放装置的设计提供了参考,主要研究成果如下:(1)从能量转换角度,以装置小型化为首要因素,确定了泄放装置通过电阻转化为热能的泄放形式,并对装置的各个组成部分进行了材料的对比选择,之后以装置能够泄放的最大次数为参考,对泄放装置的基本尺寸进行了分析和设计。(2)将单模块泄放过程分为电容放电中和电容放电后两个阶段,并对两阶段进行理论分析,得到在整个泄放过程可以忽略在电容放电过程中电阻与导热油的热交换。(3)提出了针对多模块泄放过程的两种控制时序,分别为等时间间隔控制和最高温度控制,详细分析了在绝热条件和自然对流条件下,两种控制时序对装置各部分温度的影响,确定了在装置体积相同的条件下,最高温度控制时序更有利于装置泄放过程的快速化。(4)在最高温度控制时序下,对于泄放装置外壳的对流换热系数对装置各部分温度的影响进行了详细分析,并以A2区域的对流换热系数取值40W/(m2·K)为例,对辅助散热装置进行了详细的分析和设计。
【图文】：

电磁发射脉冲功率源用集成式泄放装置小型化和快速化的研究逡逑达尔格伦对地作战中心成功进行了电磁炮试射，在试射中，炮弹速度达到５倍音速，射逡逑程超过２００ｋｍ（１１０海里），焦耳热能达３３００万焦耳能量，发射情况如图１．１所示１｜４】。２０１２逡逑年１月，美国波音公司／英国航空航天公司（ＢＡＥ）向达尔格伦的海军水面作战中心提供逡逑了邋３２ＭＪ单发工程化样机，如图１．２所示，２０１４年７月，美国海军研究办公室将ＢＡＥ公逡逑司和通用原子公司提供的两门电磁轨道炮放置在“米利诺基特”号联合高速舰上进行展逡逑示，并宣布计划于２０１６年进行海上演习，这标志着美国舰载电磁轨道炮的发展又前进逡逑了一大步。预期在２０２０？２０２５年间，在舰艇上装备电磁轨道炮，逐步形成现代战场军逡逑事战斗能力｜１５１。逡逑我国对电磁发射技术的研究工作起步比较晚。直到２０世纪８０年代才开始在一些刊逡逑物上发表关于电磁发射介绍的论文［｜６１。现今，国内主要有９家组织机构在进行电磁发射逡逑技术的研究工作，它们分别是：中国工程物理研究院流体研究所，中科院等离子体研究逡逑所，哈尔滨理工大学，解放军国防科技大学，南京理工大学，华中理工大学，解放军军逡逑械工程学院

景［２0１。作为当代高新技术领域的重要组成部分，脉冲功率技术经过不断的发展，将会更逡逑多地从高新技术和国防科研领域转而应用于工业及民用部门。逡逑脉冲功率系统的构成与应用领域如图１．３所示Ｉ１＇主要包含初级能源、储能单元、逡逑开关、波形调制（压缩与成形）单元、负载（应用对象）五个部分。其中，前四部分组逡逑成了脉冲功率电源。逡逑＿＿｜电容储能｜逦＾逦射线福射逡逑低逦丨Ｊ开＊邋｜－邋＾逦ｚ—ｐｉｎｃｈ逦丫射灥射逡逑功逦｜邋＂丨Ｉ逦冲逦电磁发时逦屯磁轨道炮逡逑￥逦ｆ逦—高能射线源一磁约束聚变逡逑电逦形逡逑调邋放电宰逦惯性约束聚变逡逑侃邋逦邋逦！邋制逡逑——电感储能一断路开关＿逦加速器逦脉冲放电逡逑Ｉ司能Ｉ、／，，邋ｒ？灰逡逑图１．３脉冲功率系统的组成与应用领域逡逑脉冲功率电源的主要技术指标有：电磁参数（脉冲峰值功率和脉冲重复频率）、储能逡逑密度、功率密度，以及可靠性等［２１１。其发展趋势可以归纳为：高输出功率、小体积（高逡逑储能密度）、高功率密度、高重复频率和高可靠性。虽然近年来小型化脉冲电源己有了很逡逑大进步，但距离使用要求还有很大差距。逡逑脉冲功率源的工作原理是由初始储能技术（电容器储能、电感储能、超导储能、机械逡逑储能、化学储能、核能储能）产生所需的能量先存储起来，再利用时序控制技术、开关技逡逑术和脉冲形成技术将能量瞬间释放，实现功率的放大，输出给负载。下面以电容储能为逡逑例来介绍脉冲功率源的工作原理?
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN78

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本文编号：2593412