行波管熱及振動(dòng)模擬研究分析

　　行波管工作在非常惡劣的環(huán)境下，對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性具有很高的要求。工作過(guò)程中產(chǎn)生的高溫易導(dǎo)致各個(gè)部件變形，同時(shí)承受各種機(jī)械沖擊和振動(dòng)應(yīng)力的作用，高溫下的振動(dòng)引起的應(yīng)力和變形影響更加惡劣，從而影響行波管的各項(xiàng)性能指標(biāo)和工作壽命，在熱特性分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行振動(dòng)分析，可以獲得工作狀態(tài)下真實(shí)的振動(dòng)特性，為產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品的可靠性提供技術(shù)支持。本文調(diào)研分析了國(guó)內(nèi)外學(xué)者及科研機(jī)構(gòu)對(duì)行波管結(jié)構(gòu)熱與動(dòng)力學(xué)特性分析的研究方法和研究情況，并結(jié)合電子五所的研究成果提出了行波管可靠性研究的進(jìn)一步研究重點(diǎn)。

　　行波管作為唯一能在倍頻程范圍內(nèi)提高功率輸出的微波電真空器件，具有功率大、頻帶寬、效率高和可多種模式工作等良好特性，在雷達(dá)、通訊、精確制導(dǎo)等領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用前景。近年來(lái)，隨著雷達(dá)、通訊和電子對(duì)抗系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)行波管的功率、頻帶和帶寬特性的要求越來(lái)越高，而影響行波管進(jìn)一步提高功率等性能的一個(gè)重要因素是行波管的熱傳導(dǎo)能力，因此需要對(duì)行波管進(jìn)行熱分析，根據(jù)溫度分布結(jié)果提出改善措施，優(yōu)化相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)和材料性能，保證行波管工作在一個(gè)合理的溫度范圍。為了減少相關(guān)組件的熱變形對(duì)電性能參數(shù)的影響需要進(jìn)行熱力耦合分析。此外行波管在使用過(guò)程中要承受各種機(jī)械沖擊和振動(dòng)應(yīng)力的作用，因此行波管必須進(jìn)行振動(dòng)分析以滿(mǎn)足各種機(jī)械環(huán)境應(yīng)力的考核，保證在規(guī)定的應(yīng)力環(huán)境下正常工作。行波管熱分析在行波管設(shè)計(jì)階段，對(duì)行波管的熱特性進(jìn)行模擬仿真，獲得其溫度分布圖，以評(píng)價(jià)其工作可靠性，即在保證行波管電學(xué)性能的前提下進(jìn)行必要的熱設(shè)計(jì)，可使得行波管具有更好的熱特性和散熱性能，提高行波管的可靠性與穩(wěn)定性。行波管的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，用傳統(tǒng)的熱解析法求解其溫度分布和熱形變很難，早期計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力有限以及有限元理論方法不完善，因此模擬熱分析工作開(kāi)展較少。

　　近年來(lái)使用熱模擬仿真技術(shù)開(kāi)展行波管熱可靠性評(píng)價(jià)及優(yōu)化設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在幾個(gè)方面，材料、結(jié)構(gòu)及接觸熱阻等優(yōu)化設(shè)計(jì)以提高熱特性。對(duì)電子槍關(guān)鍵部件(熱屏筒、支撐筒)的材料、結(jié)構(gòu)的改進(jìn)可以明顯提高加熱效率及快熱性能，如對(duì)熱屏筒材料及厚度的改進(jìn)，得到采用不同材料(鉭、鉬錸合金、鉬)熱屏筒的陰極組件的溫度分布情況，重點(diǎn)考察了陰極底面和鉬筒溫度隨厚度變化曲線如圖1所示。由圖1可知在材料方面采用鉭材料的熱屏蔽筒優(yōu)勢(shì)最明顯，此時(shí)的陰極溫度高，熱屏筒溫度低，溫差也最大，熱量散失最小，能量利用率高。