【摘要】：行波管是高功率寬頻帶的微波源和微波信號(hào)放大器,被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、電子對(duì)抗、衛(wèi)星通信等諸多領(lǐng)域,具有不可替代的重要地位。隨著行波管性能要求的提高,對(duì)行波管散熱的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出了重大挑戰(zhàn),其熱狀態(tài)分析越來(lái)越引起人們的關(guān)注,成為行波管穩(wěn)定性、可靠性和長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素之一。慢波結(jié)構(gòu)和收集極是行波管運(yùn)行時(shí)發(fā)熱最嚴(yán)重的兩個(gè)主要部件,論文中主要進(jìn)行了慢波結(jié)構(gòu)和收集極的有限元熱狀態(tài)分析,管體多點(diǎn)溫度測(cè)量分析技術(shù),以及基于有限元模型和管體多點(diǎn)溫度的內(nèi)部溫度場(chǎng)反演方法的研究。使用有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行慢波結(jié)構(gòu)和收集極的熱狀態(tài)分析。首先分別建立了慢波結(jié)構(gòu)和收集極的有限元模型,然后針對(duì)其不同發(fā)熱特點(diǎn)和熱力學(xué)環(huán)境,設(shè)置熱分析條件,最后通過(guò)有限元熱分析計(jì)算,得到了它們的溫度場(chǎng)云圖和熱流矢量圖,并分析了影響它們溫度場(chǎng)分布的主要因素。研制了行波管主要部件管體多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng),采用多路熱電偶傳感器,可同時(shí)測(cè)量16個(gè)位置點(diǎn)的溫度值,并通過(guò)USB接口將溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中進(jìn)行分析和存儲(chǔ)。該系統(tǒng)使得行波管研究人員可以直觀地觀察行波管運(yùn)行時(shí)管體的溫度變化,為行波管散熱設(shè)計(jì)提供了重要的數(shù)據(jù)支持,彌補(bǔ)了這方面專用檢測(cè)設(shè)備的空白。使用行波管主要部件管體多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng),對(duì)兩種不同型號(hào)行波管的慢波結(jié)構(gòu)和收集極的管體溫度分布進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量了它們?cè)诓煌l率輸入信號(hào)下的溫度場(chǎng)變化情況。根據(jù)測(cè)得的溫度數(shù)據(jù),基于二維插值算法繪制了慢波結(jié)構(gòu)和收集極的管體溫度云圖,直觀地反映了管體溫度場(chǎng)的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,慢波結(jié)構(gòu)和收集極的溫度分布會(huì)受到輸入信號(hào)頻率的影響,為行波管工作狀態(tài)監(jiān)控與分析提供重要的參考依據(jù)。提出了一種基于有限元模型和管體多點(diǎn)溫度的慢波結(jié)構(gòu)和收集極內(nèi)部溫度場(chǎng)反演方法,通過(guò)建立慢波結(jié)構(gòu)和收集極有限元熱模型,以管體表面多點(diǎn)溫度為輸入?yún)?shù),利用序列二次規(guī)劃(SQP)算法求解模型熱源分布情況,再使用有限元仿真計(jì)算獲得慢波結(jié)構(gòu)和收集極內(nèi)部溫度場(chǎng)反演結(jié)果。該方法以管體表面多點(diǎn)溫度反演內(nèi)部溫度場(chǎng),無(wú)需在行波管內(nèi)部放置溫度傳感器,便可獲得較為完整的內(nèi)部溫度場(chǎng)估算值。數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果初步證明該方法具有較好的可行性,是一種有效的慢波結(jié)構(gòu)和收集極內(nèi)部溫度場(chǎng)反演方法。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN124

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本文編號(hào)：2753023