Расчет конструкции магнетрона, Постановка задачи, Анализ распределения тепла в анодной замедляющей системе с разной конфигурацией ламелей - Многорезонаторный магнетрон

Постановка задачи

Целью данной работы является создание компактной, частично магнитоэкранированной конструкции магнетрона, предназначенного для работы в перспективной аппаратуре в качестве генератора СВЧ энергии. Необходимо обеспечить эффективную теплоотдачу от анодного блока с помощью специальных теплопроводящих элементов конструкции, припаянных к анодному блоку и к радиатору, представляющему собой ребра, позволяющие осуществлять эффективный съем тепла посредством, например, вентилятора.

Преимуществом воздушного принудительного охлаждения по сравнению с жидкостным является повышение надежности и стабильности в эксплуатации, удешевление стоимости аппаратуры применения, существенное снижение массогабаритных показателей, что очень важно для использования магнетрона в бортовой аппаратуре.

Анализ распределения тепла в анодной замедляющей системе с разной конфигурацией ламелей

Моделирование исходной системы (рис. 3.1) по методу Дугласа - Ганна показало, что приблизительно за 10-15 импульсов с момента включения прибора в ламели устанавливается стационарный режим. При условии, что температура ламели на периферии фиксирована и равна 100 єС, ее температура у анода за время первого импульса достигает 296.5 єС. После установления стационарного режима температура ламели у анода достигла 307.5 єС и 111 єС после охлаждения. При продолжении моделирования температура больше не поднималась.

Глубина прогрева ламели во время импульса составила 3.6% от ее длины (~ 11 мкм). В данном случае глубина прогрева определялась как место ламели, где температура в конце импульса отличается не более чем на 1 єС от температуры в конце релаксации. Число разбиений вдоль оси, по направлению которой распространяется тепло, было взято равным 1200 (при данном числе разбиений достигалась точность в 1 єС).

Моделирование чисто медной системы с измененной ламелью (ламель трапецеидальной формы, рис. 3.2) показало, что приблизительно за 15-20 импульсов с момента включения прибора в ламели устанавливается стационарный режим при условии, что температура ламели на периферии фиксирована и равна 100 єС. Ее же температура у анода за время первого импульса достигает 230 єС. После установления стационарного режима температура ламели у анода достигла 287 єС в центре, 294 єС на углах и 157 єС после охлаждения. При продолжении моделировании температура больше не поднималась.

фрагмент азс исходной конструкции с распределением температуры в стационарном режиме

Рисунок 3.1. Фрагмент АЗС исходной конструкции с распределением температуры в стационарном режиме.

фрагмент азс трапецеидальной формы с распределением температуры в стационарном режиме

Рисунок 3.2. Фрагмент АЗС трапецеидальной формы с распределением температуры в стационарном режиме.

Глубина прогрева ламели во время импульса составила 4.5% от ее длины (~13 мкм).

На рисунках 3.3 и 3.4 показано распределение температуры для медных ламелей исходной конструкции и ламелей трапецеидальной формы.

При расчете распределения тепла результаты для стационарного случая сходятся с моделированием. Порядок импульсной добавки температуры на конце ламели в исходной системе тот же, что и при моделировании. Расчет импульсной добавки для новой системы показал меньшее значение температуры, чем для исходной системы, полученный моделированием. Поэтому следует сделать вывод, что новая система с ламелями трапецеидальной формы испытывает меньший перегрев, чем исходная система, в результате чего меньше подвергается оплавлению, что и было подтверждено на практике.

Мощность обратной бомбардировки распределена неравномерно за время действия импульса. Равномерно распределяется мощность только по 1/3 поверхности сегментов, значит, импульсная добавка по температуре возрастает в 3 раза и может достигать в исходной конструкции 621 єС и в конструкции с ламелями трапецеидальной формы 411 єС. Максимальную температуру анода можно рассчитать согласно формуле:

Та = Та ср + Тимп, (3.1)

Та - температура анода в данный момент времени,

Та ср - температура анода в стационарном режиме,

Тимп - импульсная надбавка температуры.

Таким образом, максимальная температура в исходной конструкции на краях ламелей может достигать 732 єС, а в конструкции с ламелями трапецеидальной формы - 568 єС. Практика показывает, что предельная допустимая рабочая температура меди составляет ~600 єС.

распределение температуры в ламели исходной конструкции, изготовленной из меди, в зависимости от времени и координаты. обозначения

Рисунок 3.3. Распределение температуры в ламели исходной конструкции, изготовленной из меди, в зависимости от времени и координаты. Обозначения: timp - время действия импульса (timp = 0.08 мкс); trel1 - релаксация за время, равное длительности импульса (trel1 = 0.08 мкс); trel2 - релаксация за время до следующего импульса (trel2 = 80мкс).

распределение температуры в ламели трапецеидальной конструкции, изготовленной из меди, в зависимости от времени и координаты. обозначения

Рисунок 3.4. Распределение температуры в ламели трапецеидальной конструкции, изготовленной из меди, в зависимости от времени и координаты. Обозначения: timp - время действия импульса (timp = 0.08 мкс); trel1 - релаксация за время, равное длительности импульса (trel1 = 0.08 мкс); trel2 - релаксация за время до следующего импульса (trel2 = 80мкс).

Ламели АЗС, изготовленные из молибдена имеют максимальную температуру на аноде 534 єС и глубину прогрева ламели во время импульса 8.25_мкм. С учетом неравномерности обратной бомбардировки температура ламели на аноде может достигать значения 1200 єС при предельном значении 1700_єС. Учитывая значение упругости, пара ламелей, выполненных из меди при предельной температуре и молибдена при температуре 1200 єС, предпочтение, конечно, отдается молибденовой конструкции, имеющей существенный запас по температуре.

Похожие статьи




Расчет конструкции магнетрона, Постановка задачи, Анализ распределения тепла в анодной замедляющей системе с разной конфигурацией ламелей - Многорезонаторный магнетрон

Предыдущая | Следующая