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爆炸磁频率发生器原理及材料设计研究

吴冬  
【摘要】: 电磁脉冲在军事和科学研究等许多领域中都起着十分重要的作用,可应用于自由电子激光、高功率微波辐射、强脉冲中子源、离子加速、核爆模拟器等方面。尤其在军事方面,电磁脉冲可作为高能微波武器来使用。高功率电磁脉冲可以对敌方雷达系统、无线电系统、计算机系统等通讯设施进行攻击破坏,从而瘫痪地方整个指挥、通讯和情报系统(C3I)。产生高功率电磁脉冲的主要方式主要有两种:一是利用核爆炸,直接产生极高的电磁脉冲;二是通过非核手段产生高功率电磁脉冲,比如将炸药的化学能转换为电磁能,从而向外辐射电磁脉冲。由于核武器手段产生电磁脉冲会带来巨大的灾害,所以非核手段产生电磁脉冲成为人们研究的重点。 爆炸磁频率发生器就是非核手段电磁脉冲源的一种,本文主要研究爆炸磁频率发生器的工作原理及材料对发生器性能的影响。首先,分析了电感的变化形式对发生器工作电流特征的影响,将电感变化形式分为三类:线性减小、先慢后快和先快后慢。与线性减小相比,先慢后快的减小形式只是略微地提升了电流的放大率和中心频率;而先快后慢的变化形式,大幅度的提升了电流的放大率、中心频率和频率覆盖范围。还研究了线圈材料的设计,分析了导线材料的选择对发生器性能的影响。第二,由于电感的变化率对工作电流的特性有显著的影响,在理论研究和实际工作过程中必然会涉及到电感的计算和线圈的缠绕方法,本文推导了爆炸过程中,随时间变化的电感的计算公式和线圈的缠绕公式,可以通过导线的位置或匝间距计算电感,也可以根据给定的电感变化形式设计线圈的缠绕方法。对于线圈结构的设计,研究了线圈的支撑材料和绝缘气体的选择。第三,因为电感的减小是由金属筒的膨胀直接造成的,所以研究金属筒在爆炸过程中的运动变得十分必要,我们研究了金属筒的膨胀速度、膨胀角和金属筒的选材,观察碎片端口,分析了金属筒断裂的方式和机理。


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