基于Helmholtz的低感抗电子束偏转扫描线圈仿真

为了提高电子束偏转扫描频率和磁场均匀性,采用Helmholtz空心线圈结构设计了一种低感抗电子枪偏转扫描线圈。采用ANSYS有限元分析软件对偏转扫描线圈的电磁场分布进行仿真,并采用高斯计对线圈内部的电磁场进行了测量,仿真结果与实际测量值基本吻合,线圈内部的磁感应强度大小和电磁场分布的均匀性可以满足电子束高频偏转扫描的要求。实际扫描试验表明,该线圈实现了两点电子束高频偏转扫描,扫描频率可达30 k Hz。     

基于亥姆霍兹线圈的电子束偏转扫描技术研究

针对电子束偏转扫描频率低以及扫描线圈磁场不均匀的问题,研究了电子束在磁场中的运动原理,设计了基于亥姆霍兹线圈的电子束偏转扫描线圈,并研究了相应的驱动电路。由电子枪的结构尺寸及亥姆霍兹线圈的基本原理设计了扫描线圈,由电子枪加速电压、工作距离及所需偏转范围确定了所需磁场强度,并进一步计算了安匝数。设计了基于PID控制的高频扫描驱动电路。结果表明,所设计的电子束偏转扫描线圈的磁场强度均匀性高,其驱动电路性能稳定,流过扫描线圈3A电流高达30kHz。     

控制电子束高频偏转扫描的电磁系统仿真及设计

采用ANSYS模拟软件对多极靴偏转线圈结构及其参数进行了仿真,结果表明:极靴越多,线圈中间的空间磁场越均匀。综合考虑线圈的磁场分布、加工难度、制作成本等因素,设计了以铁氧体为磁芯材料的十二极靴偏转线圈,并检测了该偏转线圈的高频响应特性,试验结果表明,所研制线圈可以在100k Hz以上的高频工作。     

电子束熔丝增材随行退火系统及均匀面热源扫描

在电子束熔丝沉积增材制造过程中,采用电子束对零件成形区域进行扫描并控制热输入,可以改善零件的温度分布,实现随行退火,达到减小应力和控制变形的目的。采用工控机、波形发生卡、扫描线圈及其驱动电路,以及动态聚焦线圈及其驱动电路搭建了电子束高速扫描系统,实现了电子束高速扫描及动态聚焦等功能。基于LabVIEW开发了随行退火扫描控制系统,提出了基于像素点阵定位和动态聚集的控制方法,实现了电子束扫描的精确定位和热输入控制;研究了不同扫描路径对面热源温度均匀性的影响,并采用多点同步测温电路对扫描区域的温度进行了测量。试验结果表明,该电子束随行退火系统可以实现扫描位置和热输入的精确控制,通过扫描路径优化显著提高了面热源温度分布的均匀性。     

基于背散射电子的电子束加工过程在线观测系统研制

为了在高真空、高温、高金属蒸气的电子束加工过程中获得清晰的观测效果,采用四极板背散射电子接收传感器、高频信号放大电路、高频数据采集卡、高频偏转扫描系统等,研制了一套基于背散射电子的在线观测系统。通过试验验证,所研制系统可以有效观测100mm×100mm范围内的工件,图像分辨率为512像素×512像素,图像处理帧数可以达到6帧/s。     

核磁共振陀螺用高均匀磁场线圈设计方法

核磁共振陀螺代表了新一代高精度、微小型陀螺的发展方向之一,随着陀螺体积的降低,磁屏蔽层与磁场线圈随之减小,且二者贴合更加紧密,高导磁性的磁屏蔽层及低导磁性的空气介质交错分布,改变了线圈的磁通路径,导致线圈的磁场均匀性下降,制约了陀螺精度的提高。针对这一问题,提出了磁场等效增益系数,模拟磁屏蔽边界对线圈磁场的影响,据此建立了磁屏蔽边界条件下高均匀磁场线圈模型,优化了线圈参数。对所设计线圈的磁场均匀性进行了测试,表明该设计方法可以得到磁屏蔽边界条件下高均匀磁场线圈,可为发展微小型、高精度的核磁共振陀螺高均匀磁场线圈设计方法提供参考。     

电子束熔覆改性技术扫描波形设计

根据电子束扫描特性,设计电子束熔覆改性试验所用波形,利用该波形进行钛合金表面熔凝和硅化物涂层重熔试验,研究了扫描波形对电子束单道熔覆能量输入均匀性的影响。结果表明,电子束熔覆过程中熔池表面温度场均匀性是扫描波形、电子束束斑品质、扫描频率和工艺参数综合影响的结果,所设计波形可用于电子束熔覆表面改性技术,改性层厚度均匀一致,扫描波形是影响电子束熔覆过程中熔池表面温度场均匀性的关键因素。     

同步感应线圈发射器电磁场研究

同步感应线圈发射器(Synchronous Induction Coil launcher,SICL)具有驱动线圈与发射载荷无机械接触、推力大,适合发射大质量物体等特点,具有良好的军事应用前景。在电磁发射过程中,SICL的驱动线圈将产生脉冲强电磁场,当磁场强度超过某一阈值时,会干扰发射载荷及周围的电子设备的正常工作,甚至使其损坏。文章分析了 SICL的工作原理,建立了其电磁场的数学模型;编制仿真程序分析了 SICL的电磁发射过程,得到了放电回路的电流波形、SICL电磁场的强度及分布规律;利用搭建的电磁发射系统,进行了电磁发射实验,测量了 SICL的磁场分布,对比仿真结果与实验数据,结果表明:仿真结果正确可信,研究结论对 SICL的结构设计和工程发展具有一定的理论指导意义和参考使用价值。     

TC4钛合金薄板多束流电子束焊接变形控制研究

采用电子束高频偏转扫描技术实现了多束流电子束焊接,在焊接的同时增加两个辅助电子束热源进行TC4钛合金薄板的焊后缓冷,利用辅助热源在焊缝两侧产生的热应力来改变焊件的应力分布,达到减小焊后应力、控制焊接变形的目的。重点研究了辅助热源位置和能量分配等工艺参数对焊接变形的影响。实验结果表明,采用辅助热源进行焊后缓冷可以有效减小焊接变形,当D=5mm,H=10mm,电子束束流为9.3m A,能量分配为16.25%时,1mm厚的TC4钛合金薄板焊接变形最小。     

TC4钛合金薄板多束流电子束焊接变形控制研究

采用电子束高频偏转扫描技术实现了多束流电子束焊接,在焊接的同时增加两个辅助电子束热源进行TC4钛合金薄板的焊后缓冷,利用辅助热源在焊缝两侧产生的热应力来改变焊件的应力分布,达到减小焊后应力、控制焊接变形的目的。重点研究了辅助热源位置和能量分配等工艺参数对焊接变形的影响。试验结果表明,采用辅助热源进行焊后缓冷可以有效减小焊接变形,当D=5mm,H=10mm,电子束束流为9.3m A,能量分配为16.25%时,1mm厚的TC4钛合金薄板焊接变形最小。     

一种应用于空间氢钟的C场组件设计

基于零磁环境下,以空间主动氢脉泽对C场组件实际功能要求为设计依据,首先借助电磁理论,同时兼顾工程设计确定中心场及补偿场线圈的绕制方法及圈数;其次通过通电螺线圈的经验公式计算获得目标均匀静磁场所需要的稳恒电流;最后借助仿真优化及实验验证,确定中心场及补偿场线圈电流分别为0.378mA和0.259mA时可实现小于1％的场不均匀度,由此引起的氢钟磁场不均匀频移可以忽略.     

基于Comsol的磁场辅助磨料水射流流场分布数值模拟

借助Comsol软件数值模拟螺线管线圈的磁场强度分布和聚焦管内流场的分布状态,分析螺线管线圈磁场强度的分布规律及辅助磁场对磨料水射流的作用机理,获得使磨料水射流达到最佳聚焦效果的磁场强度。结果表明当励磁电流I=2.2A时,磨料射流束在喷嘴出口处获得最佳聚焦效果。观察比较施加磁场辅助前后喷嘴外部流场的分布状态,并利用振动及动态信号采集分析系统测量射流实际冲击力。测量试验表明,施加磁场辅助后,磨料水射流的有效直径变小,聚焦效果显著增强,原有的薄水雾层消失,射流冲击力随电流强度的增大而增大。     

空间电子束电聚焦系统的设计

根据国内外空间焊接技术的研究状况,提出了我国空间电子束焊枪用等径三圆简单透镜为主透镜的电聚焦系统设计方案和计算机辅助设计方法,利用计算机编程完成了聚焦系统的参数概算并取得了满意的结果。研究结果表明：电子束电流散焦小,在偏转磁场中束截面较小,工件上的束斑半径最小可达0．65615mm,可满足空间焊接和切割的需要,并证实了空间电聚焦系统的计算和设计方法是正确的。     

射频自体辉光放电辅助电子束沉积的放电特性与离子分布研究

为了克服电子束蒸镀技术的不足,提高蒸镀薄膜与基体的膜基结合力,通过增加射频线圈的方法,在电子束蒸镀沉积过程中实现了射频自体辉光放电。研究了放电参数对射频辉光放电反射功率的影响规律,结果表明采用3匝直径82mm的射频线圈条件下,最佳放电距离为100cm。电子束流在160mA以上时,起辉较容易,但是电子束流大于200mA后,蒸镀的膜层容易脱落。通过静电探针分析发现,放电产生的等离子体中离子密度高于1.0×1010atom/cm3,射频功率的增大提高了真空室中各个位置处的离子密度,尤其是线圈中心位置,导致了真空室中离子密度径向位置的不均匀性。当射频功率为170W时,各位置的离子密度急剧增加。     

外加磁场对脉冲等离子体推力器性能的影响

为了研究外加磁场对PPT性能的影响,建立了PPT带外加磁场的机电模型,并用三种不同放电能量水平的PPT验证了该模型的可靠性。利用该模型研究了外加磁场强度、模式、位置以及长度对PPT性能的影响。结果表明,对于尾部馈送型PPT,当外加磁场增加时,PPT性能先增加后减小,存在最优的外加磁场强度。对于LES-6 PPT和LES-8/9 PPT,外加磁场从极板的最左端开始施加效果最好;当外加磁场强度分别为0.25T,0.50T,0.75T,1.00T时,这两种PPT对应的最适合施加磁场长度分别是1.3mm,1.8mm,2.1mm,2.3mm和1.6mm,2.8mm,3.4mm,3.7mm。对于TMU PPT,外加磁场从极板的最右端开始施加效果最好,但是施加磁场长度应该根据具体实验结果并结合仿真计算来决定。     

随行辅助预热电子束薄板焊接的数值模拟

电子束焊接薄板过程中,由于局部加热过快,易产生焊接变形。因此,在电子束焊接的主热源两侧引入基于高频扫描技术的电子束辅助热源,进行焊前预热,以达到减小焊接变形的目的。建立了矩形均匀加热辅助热源模型,采用热弹塑性有限元分析方法对1.5mm厚不锈钢薄板随行辅助预热电子束焊接进行数值模拟,并且进行了试验验证。结果表明,焊后残余应力和变形的模拟结果与试验所得结论一致。电子束焊接随行辅助预热方法不仅可以改变熔池前方材料的应力状态,而且当熔池形成瞬间熔池时,还可以减小前方材料的压应力峰值,有利于减小薄板结构的焊接变形。     

LHT100推力器磁场工程设计的关键参数研究

为了实现理想磁场,对LHT100推力器磁场工程设计的关键参数进行了系统研究。基于经典磁场理论,采用有限元分析方法,分别从线圈安匝数、磁极间距和磁屏三个关键参数开展仿真研究,得到各关键参数与LHT100推力器磁场形貌及强度的相互关系。研究结果表明:当内外线圈安匝数分别为800A和400A;磁极间距为27mm,采用磁屏设计时可获得理想磁场,对该理想磁场进行测试验证,最大误差小于5%。     

高精度光纤IMU的磁屏蔽方法及实验研究

惯性测量单元(IMU)是位置姿态系统(POS)的核心部分,IMU的精度很大程度上决定着POS精度.由于高精度光纤陀螺(FOG)的光纤线圈对磁场敏感,基于高精度FOG的IMU精度会受磁场影响而降低.本文研究了FOG磁敏感性机理,通过实验得出高精度光纤IMU对磁场敏感的结论.采用电磁场有限元分析软件Ansoft Maxwe...     

基于电磁铁励磁的圆孔磁流变抛光头研究

根据圆孔光学元件的抛光特点，采用有限元仿真分析磁极头厚度、气隙宽度及铁芯宽度等因素对磁场强度的影响规律，设计优化了一种新型高效抛光头，获得磁场强度最大值为H=144520A/m且覆盖宽度l=1.37mm，并对K9光学玻璃进行了抛光试验。试验结果表明：采用电磁铁励磁的磁流变抛光头可以实现光学元件表面的高精度面型加工。     

基于响应曲面法的成型CBN砂轮高频感应钎焊温度均匀性研究

成型砂轮在高频感应钎焊过程中存在温度分布不均匀导致钎焊质量无法满足使用要求，这是长期困扰超硬磨料砂轮高频感应钎焊技术的难题。针对该问题，提出温度均匀性的表征方法，以温度均匀度和平均温度为响应值，基于有限元仿真数据获得了响应曲面法模型。基于该模型，采用方差分析成型砂轮感应钎焊温度均匀性的影响因素显著程度由大到小依次为加热间隙、感应电流、导磁体长度。以平均温度值和温度均匀度为优化目标，基于响应曲面法优化线圈结构和工艺参数，开展了感应加热试验，证明响应曲面法模型优化结果的误差在6.94%以内。高频感应钎焊的成型立方氮化硼（cubic boron nitride，CBN）砂轮宏观形貌显示，钎料在成型面各处铺展的一致性好，表明钎焊过程中在成型面的温度分布具有较好的均匀性。