双间隙同轴腔加载波导滤波器输出回路设计

采用高次模同轴输出腔结构和双间隙耦合谐振腔电路结构是提高速调管频率、功率和带宽的两个重要方式。将这两种电路形式相结合,利用等效电路法推导了滤波器加载双间隙耦合输出回路的间隙阻抗实部计算公式。通过等效电路分析和3维电磁场计算软件模拟,研究了降低高次模式双间隙耦合输出回路外观品质因数的方法。最终设计加载滤波器使得输出回路模型带宽达到9.7%。

群时延时间法求解速调管输出腔的特性参数

以微波传输线理论和谐振腔等效电路理论为基础,分别对速调管滤波器加载谐振腔输出回路的间隙阻抗实部和端口群时延公式进行了推导,通过简化两公式的比值因子,得到了利用端口群时延特性来分析输出腔间隙阻抗-频率特性的原理和方法。利用3维电磁计算软件CST分别对X波段和Ku波段两个滤波器加载输出回路进行模拟计算,结果表明:群时延时间法与其他已有方法计算结果一致,验证了此方法的正确性。基于模拟计算软件强大的后处理功能,群时延时间法使速调管输出回路的计算步骤更加简捷直观。

航空发动机叶尖间隙测试微波传感器设计与计算

设计了一种基于微带贴片天线原理的微波传感器,用于航空发动机的叶尖间隙测量与主动叶尖间隙控制。此传感器通过微波相位法行间隙距离的测量,不受发动机中燃油和污染影响,有很高的测量精度和稳定性。在理论分析的基础上,建立了工作在24 GHz左右的微波传感器模型,通过模拟计算得到了0.1~6 mm测试范围内最低灵敏度为0.5°/mm,验证了该设计的正确性。

双间隙谐振腔耦合缝调谐结构的分析与模拟

根据双间隙耦合腔等效电路和电磁场理论,设计了加载在谐振腔耦合缝上的调谐结构。建立了加载此调谐结构的谐振腔等效电路模型,通过理论分析得此结构能够对工作在π模式的双间隙耦合腔进行频率调谐,改变重叠模式耦合腔阻抗特性,同时减小对间隙场形的影响。软件模拟与理论分析结果一致,验证了该调谐结构的有效性,为多间隙耦合腔高频电路的研制和进一步展宽速调管输出带宽具有重要的参考意义。

一种基于谐振腔结构的微波位移传感器

设计了一种基于谐振腔原理的位移传感器，能够通过谐振频率的改变进行位移的测试。此微波传感器能够承受高温、高污染等恶劣的工作环境，适合应用于航空发动机的叶尖间隙测试。在理论分析的基础上，建立了工作在24 GHz 左右的微波传感器模型，通过模拟计算得到了量程在0～6 mm 时大于240 MHz/μm的测试灵敏度，验证了该设计的正确性。

微波叶尖间隙测量传感器的计算分析

介绍了利用微波相位法测量短距离位移的工作原理,建立了一种基于此原理的谐振腔结构微波传感器模型,并完成了模拟计算。分析了微波传感器测量发动机叶尖间隙的能力,和高温环境对传感器性能的影响。结果显示此传感器能够在高温环境下完成0-6 mm范围内的高精度位移测量,可以很好的应用于航空发动机叶尖间隙的测试。

多间隙耦合腔注波互作用计算分析

根据空间电荷波理论,利用微波等效传输线的概念,建立了多间隙耦合腔中注波互作用的小信号计算模型。同时,还基于电子圆盘模型,建立了相应的一维大信号计算模型。依据模型编写了计算机程序进行了计算模拟,结果显示,小信号模型能较好地反映整管的增益频率特性。一维大信号模型能合理地模拟注波互作用的基本物理过程。另外利用电路反馈的理论,分析了多间隙耦合腔的稳定性,并利用奈奎斯特稳定判据给出了耦合腔稳定条件。

多间隙耦合腔电子电导与模式稳定性

根据空间电荷波小信号基础理论,建立了多间隙耦合腔中单个间隙电子电导的计算模型与模式稳定性分析模型。以3间隙耦合腔为例,推导出了各个间隙电子电导的计算公式。通过理论计算与仿真模拟,研究了3间隙耦合腔中各个模式的电子电导特性,并进行了间隙中注波互作用研究与模式稳定性分析。模型计算发现:各个间隙不同模式的电子电导不同,第3间隙内电子电导受注电压及间隙距离影响最大,对整个间隙内的注波互作用及电路稳定性的影响也最大。该模型还可以用于分布作用速调管注波互作用的计算模拟。

双耦合同轴腔TM_(310)模加载空波导输出回路

设计了速调管的单间隙和双间隙圆柱同轴腔高阶TM310模式输出回路。为降低外输出腔的外观品质因数和增加腔内工作模式电磁场的均匀性,采用了在输出孔处腔内侧位置设置轴向短路金属线的措施。由等效电路理论分别计算了它们加载空矩形波导TE10基模时,腔内漂移管中心位置处的等效间隙阻抗及对应的输出带宽。计算模拟发现,与单间隙腔相比,双间隙腔具有较大的间隙阻抗及带宽。

分布作用速调管大信号计算模型的研究

该文建立了分布作用速调管(EIK)注波互作用模拟的大信号计算模型。该模型基于1维电子圆盘模型,考虑了电子圆盘间的空间电荷力。在电子与高频场互作用计算中采用双间隙耦合腔等效电路方法,并在间隙阻抗矩阵的计算中考虑了耦合腔中每个间隙电子电导的影响。依据该模型编写了计算程序,并与MAGIC3D仿真结果进行了比较验证,结果相符合。该计算模型可以扩展到三间隙乃至更多间隙谐振腔的分布作用速调管注波互作用的大信号计算模拟中。

微波间隙测量系统研究

针对航空发动机恶劣的现场测试环境,分析了基于微波法进行间隙测量的优点,并描述了微波间隙测试系统的组成和采用微波相位法进行间隙测量的原理,最后,通过对微波叶尖间隙测量系统进行的实验验证,证实了测量系统的有效性,同时分析了测量中的主要影响因素,有助于航空发动机实际测试的应用。

考虑空间电荷效应时速调管射频间隙耦合系数的理论与模拟

在大功率速调管中,由于电子注电流较大,间隙距离较长,在间隙中由电子群聚产生的交流空间电荷效应不可忽略。根据传统的运动学理论来计算速调管间隙耦合系数,并没有考虑这个效应,计算的结果高于实际值。该文利用Webster去聚理论,建立了在任意间隙场分布情况下,考虑空间电荷效应的间隙耦合系数计算模型。利用粒子模拟工具,进行了仿真模拟,理论计算与仿真结果一致。

双间隙耦合输入腔的计算与仿真研究

根据微波电路及谐振腔电磁场基础理论,建立了双间隙耦合输入腔的等效电路模型,模型考虑了频率偏谐,外观品质因数失配以及电子注电导的影响。推导出间隙电压计算公式和输入端口匹配时腔体外观品质因数与腔体品质因数的关系。分别利用高频软件(HFSS)及粒子模拟软件(MAGIC3D)建立了仿真模型,进行了冷腔及电子注模拟,分析了电子注的电子负载效应对腔体参数的影响。理论计算与仿真与结果一致,证明了等效电路模型的准确性。

带引压管腔的压力测量系统动态校准技术研究

在动态压力测量领域中,带引压管腔的压力测量系统常被用于空间狭小、工况恶劣等情况下的压力测量,压力信号经过引压管腔传递会发生畸变,引压管腔是降低压力测量系统频响的首要因素。本文首先介绍了带引压管腔的压力测量系统物理结构模型,阐述管腔动态特性影响动态测量机理。其次,介绍了现有引压管腔主要校准方法和装置,开展新型校准装置和方法研究,研制了一种静态压力及温度可调的校准装置。最后,利用该校准装置对带引压管腔的压力测量系统进行实验,对带引压管腔的压力测量系统的动态计量与补偿技术发展具有借鉴作用。

基于Campbell理论的航空发动机涡轮叶片共振裕度分析

针对航空发动机涡轮叶片的共振特性会导致叶片发生疲劳断裂、振动失效等问题,本文以某型号航空发动机涡轮叶片为研究对象,开展共振裕度分析研究。首先基于试验自锤击法和有限元物理仿真计算两种方法同步分析叶片的振动特性,通过提取叶片在两种工作状态下前6阶的模态分析结果,验证了该模型的正确性与实用性。其次在已有模型基础上,通过绘制不同工作转速下的Campbell共振曲线图,结合该型号发动机的实际工况参数,进行了转速共振裕度的校核分析,对叶片上可能发生共振的工作转速进行了解析并提出优化及改进方案。本方法主要是为叶片的前期设计制造及共振安全性检验问题提供了充足的科学依据和方法。

基于吸收光谱和激光干涉技术的气体压力测量方法研究

气体压力光学非接触测量是目前激光技术重要应用领域之一,其中气压测量过程中温度耦合问题是现在面临的研究难点。故而提出一种光谱测量技术与激光干涉技术组合测量方法,通过积分吸光度和折射率融合的方式实现气体压力、温度解耦的目的。分析可调谐半导体激光光谱技术(TDLAS)的直接吸收法测量原理和基于折射率的激光干涉测量原理,建立基于吸收光谱的气压测量模型和基于折射率的激光干涉气压测量模型,通过利用三次多项式拟合吸收谱线强度函数的方式,建立了基于积分吸光度和折射率的气体压力、温度解耦的数学模型。实验搭建了基于TDLAS技术和激光干涉技术的气体压力检测系统,采用中心波长为2004 nm的可调谐半导体激光器和波长为632.8 nm的激光干涉仪,气室长度为24.8 cm,将CO_(2)作为研究对象,并以高精度压力控制器和温度传感器的测量结果分别作为压力温度参考值,以真空为背景信号,在室温环境中测量并计算出气体压力变化后积分吸光度值和折射率值,进而解算得到气体压力和温度值。实验结果显示:压力测量结果最大相对误差为3.61%,最小相对误差为0.5%,测量平均相对误差为1.99%;在以开尔文温度为前提下,温度解算结果最大绝对误差为7.66 K,最小绝对误差为0.78 K,测量平均绝对误差为3.29 K,测量结果与参考结果具有较高的吻合度,该研究可为以后光学法测量气体压力温度影响分析提供参考。

基于吸收光谱法的CO_(2)正压测量技术分析

为了研究可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术在气体检测过程中,正压条件下的相邻谱线影响问题,建立基于积分吸光度的压力测量模型。以CO_(2)为研究对象,在室温、高纯度条件下进行了范围为(1~2)atm的压力测量仿真和实验。实验结果显示:随着压力的增大,相邻吸收谱线相互影响程度加剧,吸光度曲线偏离零基线的程度加大;实验测量结果在1.25 atm处最大相对偏差为4.94%,在2.00 atm处最小相对偏差为0.73%,平均相对偏差为3%。

基于TDLAS直接吸收法的气体压力测量技术研究

针对气体压力无接触测量需求,开展了基于TDLAS直接吸收法的气压测量技术分析。以CO_(2)为研究对象,通过开展以朗伯-比尔定律为基础的吸收光谱理论研究,建立压力测量模型,并利用MATLAB软件对气压测量过程进行仿真,将仿真结果与SpectraPlot结果进行对比,同时搭建实验系统进行验证。结果显示在1~2 atm的气压范围内,吸光度曲线仿真结果与SpectraPlot的结果高度重合,积分吸光度值最大偏差小于8%;压力测量实验结果相对误差呈现随压力增大而增大的趋势,该结果为以后进一步开展吸收光谱法测量中压气体研究提供了参考。

旋转状态下微波叶尖间隙传感器校准影响因素分析

主要针对应用于发动机叶尖间隙测量的微波叶尖间隙传感器的校准需求,对测量原理、传感器的校准原理等进行了详细阐述,并分析了转速和回缩值等对校准结果的影响。为微波叶尖间隙传感器的进一步优化设计及应用提供了数据依据。

拖锥系统管路延迟时间分析研究

延迟时间是拖锥系统的重要技术指标,为实现拖锥系统管路延迟时间的精准预测,本文基于连续性方程和动量守恒方程对拖锥系统进行理论建模,同时考虑不同流动状态管路中粘性阻力的影响,模型的适用性得到改善,同时通过试验验证了模型的准确性,使模型更具备实际工程应用性。在此基础上,研究了管路自身结构参数和环境参数对拖锥系统延迟时间的影响,随着管路长度和环境背压的增大管路延迟时间增大,随着管路直径、阶跃压力和环境温度的增大管路延迟时间降低。