活塞式磁通压缩发电机的研究

详述了一种活塞式磁通压缩发电机“减少电感以放大电流”的工作原理、实验室样机的基本结构和参数 (直径82mm、长约 1 5m)。现场实验结果和理论计算结果相当一致 ,均表明这种磁通压缩方式可实现化学能到电能的转换。分析并给出了电流放大的临界条件即 -dL/dt>R ,指出了试验样机设计和工艺中存在的问题 ,提出了新型磁通压缩发电机的结构模型 ,它将磁通压缩发电机的动力段和压缩段分离 ,增加了压缩段的直径 ,这样可得到较大的电流放大倍数 。

爆炸式螺旋绕组磁通压缩发电机的理论和技术(续)

设计了一种三层螺旋绕组结构的爆炸式磁通压缩发电机(MFCG),经过与单层螺旋绕组MFCG进行对比分析,发现三层螺旋绕组结构的爆炸式MFCG能够带动9倍大的电感负载和3倍大的电阻负载并实现高效率发电。这种“高电压低电流”的MFCG设计思路将改变“MFCG只适合带动较小负载”的观念。

活塞式螺旋绕组磁通压缩发电机的原理实验

为了验证活塞式螺旋绕组磁通压缩发电机(MFCG“)减小电感以放大电流”的工作原理,设计制作了活塞式螺旋绕组MFCG原理样机,并完成了原理实验。借用传统火炮作动力系统,活塞组件采用短路毛刷、锥形电枢等复合结构,600μF电容器组为42μH螺旋绕组提供种子电流,活塞组件以约200m/s的速度完成磁通压缩发电的过程。测量结果显示:在电感逐步减小的2.5ms时间间隔内,回路电流逐步放大。分析了电流波形的三个问题:充电段与发电段的模糊过渡、独特的电流放大波形、发电结束时的噪声问题等。根据测量结果推测了运动电接触的阻值范围。原理实验为进一步MFCG研究提供了重要参考。

电炮用磁通压缩脉冲直线发电机的数学模型

电炮用磁通压缩脉冲直线发电机是一种理想的电炮电源 ,但它的研究尚不成熟。该文首次建立了描述该发电机工作过程的系统的数学模型 ,为它的成功研制提供了理论依据。该数学模型由电磁学模型和力学模型组成。电磁学模型由电路方程组、一维电磁场和温度场扩散方程组、动态电感方程、动态电阻方程和磁通损耗方程构成 。

磁通压缩发电机的基本问题(I)

讨论了磁通压缩发电机(MFCG)的定义、工作原理、特征及其系统分类。虽然发电本身是通过外力做功获得电磁能的过程,但具体地,从空间电磁场角度,MFCG是通过压缩磁场所占空间以增大磁场密度的过程;按照电路模型,MFCG是通过减少电感以增大电流的过程。针对理想螺线管两种典型的工作模式,讨论了磁通守恒原理并论述了两种定义的一致性。总结了MFCG区别于普通发电机的根本特征,鉴于MFCG种类繁多,依据绕组结构和形状、电枢运动方式、适用的物理原理、应用领域等特性对19类MFCG进行了系统分类,并分别讨论了各类别的技术特征。这些基础性工作对MFCG概念研究和技术革新有重要参考意义。

活塞式螺旋绕组磁通压缩发电机技术及进展

为了引起对活塞式螺旋绕组磁通压缩发电机(P-MFCG-HW)的足够重视,按照技术储备、系统概念、典型设计、原理实验4阶段介绍了P-MFCG-HW的研究历史;讨论了P-MFCG-HW概念分析、理论模拟、实验研究的现状;与单级发电机、逆轨道炮、补偿脉冲交流发电机、爆炸式磁通压缩发电机等对比,从驱动机、发电方式、军事应用等方面分析了P-MFCG-HW的技术特征和优势;指出了P-MFCG-HW是一种技术集成度高、结构紧凑、可供机动部署、并有广泛军事应用前景、值得关注的一种脉冲功率电源。

25兆瓦旋转磁通压缩脉冲发电机的实验研究

给出 2 5兆瓦被动旋转磁通压缩脉冲发电机的电磁设计 ,对电枢绕组的工艺实现、发电机的静态和空载特性进行了实验 ,还解释了实验中出现的励磁减速现象 ,并给出了解决问题的方法 .

爆炸式螺旋绕组磁通压缩发电机的理论与技术

为研制高性能爆炸式螺旋绕组MFCG,用法拉第电磁感应定律和基尔霍夫回路定律分析了爆炸式螺旋绕 组MFCG各部件,绘制了工作过程的流程图。讨论了爆炸式螺旋绕组MFCG关键的技术问题如种子磁通、电枢与 螺旋绕组的材料与结构、绕组局部高压放电等。

旋转磁通压缩脉冲发电机驱动电磁轨道炮实验

介绍了被动式旋转磁通压缩发电机和电磁轨道炮的基本原理。给出了 2 5MW被动式旋转磁通压缩发电机的短路实验和驱动电磁轨道炮的连发实验 ,连续将 4发 7.8g弹丸驱动到2 50m·s- 1。

螺旋绕组磁通压缩发电机理论的适配性

介绍了磁通压缩发电机 (MFCG)作为高功率脉冲电源的特性 ,对比分析了 4种关键结构不同参数螺旋绕组MFCG的理论和实验结果 ,评论了它们与现有理论的适配性。指出了活塞式螺旋绕组 MFCG实验失败的原因。最后给出了螺旋绕组

基于磁通压缩技术的爆炸磁频率发生器的参数选择

爆炸磁频率发生器是一种结构简单、小型化的电磁脉冲产生和辐射装置。为了优化其性能,从数学模型入手进行研究,得出输出信号所满足的Bessel函数,分析了在不同电参数下输出信号的模式及电路中的能量分配。研究结果表明,当电感变化到初始值的1/e所需时间与初始载波频率的乘积较大时,发生器的输出信号为振荡模式,且二者乘积越大,载波频率越高,对其辐射越有利。

磁通压缩发生器数值模拟研究

该文建立了磁通压缩发生器的等效电路模型,利用LS-DYNA中的分区算法结合任意拉格朗日-欧拉法(ALE)数值模拟了螺旋形磁通压缩发生器的电枢膨胀过程,得出了不同电枢材料、不同电枢几何尺寸和线圈尺寸下的电枢膨胀角。研究表明,在相同的炸药参数和电枢几何尺寸下,铝电枢膨胀角大于铜电枢,且负载电感上产生的电压也大于铜电枢;铝电枢材料可提高装置的输出电压,而铜电枢材料则能增大脉冲宽度。该文研究可为非核爆磁通压缩发生器输出性能的理论计算提供必要参数,为电枢几何外形设计提供依据。

电流切换型等离子体套筒驱动磁通压缩电流放大实验0维模型数值模拟

为利用雷电驱动Z箍缩产生聚变,调查了相关脉冲压缩技术,尤其是新型的磁通压缩电流放大技术。本文提出一个0维模型,用于描述文献中的电流切换型等离子体套筒驱动磁通压缩电流放大实验,模型计算的结果与实验符合很好。模型成功的关键是其中包含一个定性先升后降的开关电感模型。推测开关断路过程中等离子体壳层的长度先增后减对应于电感的先升后降,这需进一步通过1维和2维建模模拟来确认。

活塞式磁通压缩发电机电枢涡流的有限元分析

为了研究活塞式磁通压缩发电机（P-MFCG）电枢内部涡流及周围的磁场分布，在Maxwell方程组的基础上，对电枢附近区域的磁场模型进行理论推导，得出电枢附近区域涡流场的控制方程。采用Ansoft有限元分析软件对应用于P-MFCG的柱状电枢上感应涡流、磁感应强度以及电枢所受电磁力的分布进行仿真分析，其结果对电枢的优化设计有重要参考意义。

一种新的活塞式磁通压缩发电机设计方案

介绍了磁通压缩发电机(MFCG)作为高功率脉冲电源的特性,针对国外MFCG方案中遇到的烧蚀问题,提出了一种活塞式双螺旋绕组MFCG的新设计方案,给出了该方案的设计结构,分析了该种方案的原理、工作过程及特点.

磁通压缩发生器初级馈电回路暂态分析

为提高螺线圈型磁通压缩发生器初级馈电系统的能量传递效率,将其馈电回路分为撬断开关闭合前、后两阶段进行暂态分析,根据不同阶段特点建立了直接和间接馈电方式的等效电路模型,引入参考算例进行了数值求解。讨论了电路参数对馈电电流、初始耦合磁通、电容反充电压及输出电流的影响,并提出了初始馈电回路实际装置的设计要求。结果表明,该文研究对提高中小型螺线圈型磁通压缩发生器的输出性能有助。

电磁炸弹中磁通压缩发生器的动态电感分析

对电磁炸弹的核心-磁通压缩发生器进行分析,建立了其等效电路模型,并着重对工作过程中等效定子线圈的匝数及电枢半径变化情况进行分析,得出了明晰实用的动态电感随时间变化的表达式。

磁通压缩发生器研究进展综述

在介绍磁通压缩发生器的基本结构的基础上,通过发生器的等效电路模型,对装置的电流放大机理进行了系统的分析,论述了提高输出电流的几个途径。对磁通压缩发生器的历史和发展进行了简要叙述,分析了国内各研究机构在磁通压缩发生器的发展中所做的工作,以2010年为界,将国内磁通压缩发生器的发展大致分为两个阶段,总结了国内各单位的主要研究动态。分析了最近5年的研究热点后总结出磁通压缩发生器现有难题和今后磁通压缩发生器的发展趋势。

多级柱面炸药内爆磁通量压缩技术研究

柱面内爆磁通量压缩发生器是利用炸药内爆压缩其内部磁通量至轴线附近小体积内从而实现超高磁场,传统的单级装置因受到金属套筒内爆失稳等影响性能指标受限。开展了多级内爆磁压缩技术研究,突破多项关键技术,包括研制特殊结构的密绕螺线管、脉冲功率源及大电流放电开关等,具备在直径135 mm套筒空间内实现20 T以上初始磁场产生能力,并建立了动态磁光测量系统。利用磁流体力学编码SSS-MHD开展多级装置设计,计算显示,设计的多级装置能够将约42%的初始磁通量压缩至轴线附近直径7 mm的空间内。最终研制成功多级内爆磁压缩装置CJ-150,在亚立方厘米以上空间实现轴向峰值磁场强度906 T,数据不确定度5.35%。10余发动态考核实验显示,CJ-150装置工作稳定,能够满足物理实验需要。利用经实验验证的磁流体模型计算显示,CJ-150具备1000 T以上超强磁场产生能力,能够对大尺寸样品实现500 GPa以上的准等熵加载。