高功率徑向線螺旋陣列天線密封結(jié)構(gòu)的氣體泄漏分析及設(shè)計.pdf

1、高功率微波輻射技術(shù)是高功率微波技術(shù)的重要研究內(nèi)容之一。近年來，國內(nèi)學(xué)者提出了一種新型的高功率微波輻射天線—高功率徑向線螺旋陣列天線，它在保證良好輻射的前提下，實(shí)現(xiàn)了天線的高功率容量、高效率、小型化和圓極化定向輻射。為了達(dá)到高功率徑向線螺旋陣列天線所需要的功率容量要求，通常需要對其內(nèi)部進(jìn)行抽真空或充氣處理。在最近應(yīng)用中，對天線探針耦合區(qū)域采用充氣并進(jìn)行密封處理的方式來提高整個天線的可靠性。實(shí)際上，不管采取任何形式的密封處理都難以實(shí)現(xiàn)絕對密

2、封，或多或少存在一定泄漏，具體泄漏特性與密封結(jié)構(gòu)性能、內(nèi)外壓力差、內(nèi)外濃度差、泄漏面積及氣體性質(zhì)等因素有關(guān)。由于氣體的泄漏特性直接決定著充氣區(qū)域的場強(qiáng)擊穿閾值，從而影響天線的功率容量，因此有必要對高功率徑向線螺旋陣列天線密封結(jié)構(gòu)的氣體泄漏特性進(jìn)行研究。
　　高功率徑向線螺旋陣列天線密封結(jié)構(gòu)的氣體泄漏發(fā)生在泄漏通道未知的條件下，針對這種情況，論文將當(dāng)量思想引入到高功率徑向線螺旋陣列天線密封結(jié)構(gòu)的氣體泄漏特性研究中，獲得了實(shí)際工況下密

3、封結(jié)構(gòu)當(dāng)量面積計算方法，使密封結(jié)構(gòu)氣體泄漏數(shù)值模擬成為可能;在此基礎(chǔ)上，研究了一種基于短時間實(shí)驗數(shù)據(jù)的陣列天線密封結(jié)構(gòu)氣體泄漏數(shù)值模擬方法。具體過程為:先利用相關(guān)理論基礎(chǔ)，根據(jù)陣列天線實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)及工作條件，推導(dǎo)獲得實(shí)際工況下基于已知?dú)怏w狀態(tài)參數(shù)的密封結(jié)構(gòu)當(dāng)量面積計算式，再利用此式并結(jié)合短時間實(shí)驗獲得的氣體狀態(tài)參數(shù)算出陣列天線所有密封結(jié)構(gòu)的總當(dāng)量面積，接下來參考泄漏檢測情況并根據(jù)流導(dǎo)比值將總當(dāng)量面積分配到各密封結(jié)構(gòu)處，以此得到等效各密封

4、結(jié)構(gòu)的當(dāng)量面積泄漏口;然后利用總當(dāng)量面積對實(shí)際工況下的氣體泄漏進(jìn)行理論計算，同時采用獲得的當(dāng)量面積泄漏口取代各密封結(jié)構(gòu)建立仿真模型，通過基于有限體積法的仿真軟件對實(shí)際工況下的氣體泄漏特性進(jìn)行研究;最后將理論分析、數(shù)值仿真和完整的長時間氣體泄漏實(shí)驗進(jìn)行比較。結(jié)果表明:無壓差工況下陣列天線內(nèi)部氧氣濃度隨泄漏時間發(fā)生變化，泄漏口位置及內(nèi)部結(jié)構(gòu)對氧氣濃度分布具有一定影響;有壓差工況下陣列天線內(nèi)部氣體壓力隨泄漏時間發(fā)生變化，初始階段內(nèi)部壓力泄漏較

5、快，隨著泄漏時間增加內(nèi)部壓力泄漏速度變緩;兩種工況下的數(shù)值仿真和實(shí)驗趨勢基本一致，證明仿真具有可行性和可信性，且具有速度更快、更節(jié)約成本及能獲得內(nèi)部氣體參數(shù)分布等特點(diǎn);相對理論計算，數(shù)值仿真更準(zhǔn)確。
　　論文最后參考國標(biāo)及相關(guān)手冊，對高功率徑向線螺旋陣列天線密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)設(shè)計及應(yīng)力分析，并嘗試探索了一種能快速對已設(shè)計的陣列天線密封結(jié)構(gòu)的氣體泄漏特性進(jìn)行分析的方法:以密封結(jié)構(gòu)流導(dǎo)計算式為基礎(chǔ)，結(jié)合前面的研究結(jié)論，獲得無壓差工況下已

6、設(shè)計密封結(jié)構(gòu)的當(dāng)量面積計算方法;以基于流導(dǎo)的漏率公式及泄漏源模型公式為基礎(chǔ)，結(jié)合氣體狀態(tài)方程及前面的研究結(jié)論，獲得有壓差工況下已設(shè)計密封結(jié)構(gòu)的當(dāng)量面積計算方法;采用以上計算方法對前面設(shè)計的陣列天線密封結(jié)構(gòu)在有壓差工況下的當(dāng)量面積進(jìn)行計算，并利用此當(dāng)量面積建立泄漏模型進(jìn)行數(shù)值模擬，獲得已設(shè)計密封結(jié)構(gòu)的泄漏參數(shù);當(dāng)然，若已獲得的泄漏參數(shù)不能滿足要求，可考慮對已設(shè)計的密封結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。反復(fù)迭代上述過程，直到泄漏參數(shù)滿足要求，從而得到設(shè)計合