为满足某强电磁脉冲辐射系统对轻小型脱离地面脉冲电源的应用需求，研究了一种微型动态级联爆磁压缩发生器。首先介绍了该发生器的结构参数，然后利用基于等效电路的数值计算模型对该发生器电路参数和输入输出电流进行了模拟计算，最后以蓄电池供电的初始能源为发生器提供初始种子电流，对发生器输出特性进行了爆轰实验。实验结果表明，发生器在1.44 μH电感负载上产生脉冲电流峰值达到49 kA，电流上升时间5.2 μs，能量放大约7.8倍。

射频爆磁压缩发生器作为一次性电磁脉冲产生和辐射的小型化装置，其辐射天线的结构和性能是其在实用化层面亟待突破的瓶颈。针对这一问题，深入研究了射频爆磁压缩发生器产生和辐射电磁脉冲的机理，并在此基础上，提出了一种适于实际需求的射频爆磁压缩发生器小型化共形天线。此共形天线设计成爆磁压缩发生器本体的一部分，在结构方面保证了该装置的小型化和实用性。CST仿真和实物测试结果表明，此共形天线在0.5 GHz到10.3 GHz的频带上具有良好的辐射特性，在辐射性能方面同样可以满足射频爆磁压缩发生器实用性的需求。

设计了一种爆磁压缩发生器(FCG)初级紧凑型电脉冲源,分析了电脉冲源组成、工作原理及最佳输出时序模型。采用爆炸驱动滑块型放电开关方案,实验测试了开关高压下闭合放电性能。电脉冲源体积132 mm×200 mm,质量12.5 kg,工作电压5 kV,初始储能约750 J,充电时间不大于30 s; 静态馈电FCG(42 μH,78 mΩ),输出电流峰值不小于5.4 kA,输出能量不小于600 J; 动态馈电FCG,时序控制误差不大于5 μs,耦合电流值不小于5.2 kA,耦合能量不小于550 J; 电脉冲源有效储能密度不小于200 mJ/cm3,能量传递效率不小于75%。

应用Pspice仿真软件建立了一个爆磁压缩发生器模拟装置的等效电路模型，分析了电路中各元件参数对爆磁压缩发生器模拟装置输出电流波形的影响，并根据电路中高压脉冲电容器充电电压的不同优化了四组回路参数。应用灰色关联度分析方法，分析了爆磁压缩发生器模拟装置分别在这四组参数情况下的输出电流波形与被模拟的爆磁压缩发生器输出电流波形的曲线相似度，并对工程上实现该模拟装置存在的问题进行了分析。另外，还对爆磁压缩发生器模拟装置通过脉冲变压器对脉冲形成线充电进行了仿真。结果表明，此方案在理论上可以实现对爆磁压缩发生器输出电流波形上升阶段的准确模拟。

通过对以电容器替代爆磁压缩发生器的系统等效电路进行理论分析, 对影响这种调制电路性能的关键问题及其解决方法进行了讨论。根据理论分析结果对调制电路进行了设计。在初步实验中, 当用于去除电爆炸丝上附加电压的撬断开关保持断开时, 变压器原边电流切断不彻底, 电容负载上充电电压峰值为-264 kV; 保持其他电路参数不变, 而使撬断开关在电爆炸断路开关断开过程中闭合时, 变压器原边电流切断彻底, 在相同负载上充电电压峰值为-374 kV。实验结果验证了理论分析结果, 并证明了采用这种调制电路能够实现爆磁压缩发生器与高阻抗负载匹配。

根据等效电路模型，建立了单级螺线管型爆磁压缩发生器运行期间的电路方程，得到了回路电流表达式。采用0维电路模型计算电路参数，得到了电感和电阻计算公式。根据等效电路方程和电路参数计算公式，编写了一套计算编码，计算发生器充电过程和运行过程中发生器电路参数、内部电压、输出电流和能量、导线电导率和温度等参数的变化。与实验数据对比表明，该计算模型能准确预测单级螺线管型爆磁压缩发生器性能，对发生器的设计具有实际意义。

根据爆磁压缩发生器中导电体工作条件, 对比了电枢和含铝炸药爆轰产物作为导电体的异同, 得出几种高电导率含铝炸药爆轰产物对应的磁雷诺数, 分析了含铝炸药爆轰产物代替电枢压缩磁场的可能性。设计了一种含铝炸药爆轰产物导电式螺线型爆磁压缩发生器, 分析其运行过程, 得出等效电路模型。数值模拟结果表明:相比于电枢作为导电体的传统螺线型爆磁压缩发生器, 同体积条件下高电导率含铝炸药爆轰产物导电式爆磁压缩发生器具有更好的输出性能;该设计可以有效地抑制跳匝、电枢与定子线圈短路点接触不良等容易引起磁通损失的问题。

通过等效电路方法计算了MA量级小型螺线管爆磁压缩发生器(HEMCG)各参数, 得到发生器的损耗主要来自非欧姆损耗。设计的HEMCG整体外径约140 mm, 长度小于550 mm, 初始电感128.7 μH。实验表明, 在初始电流3.6 kA条件下, 在100 nH负载上输出前沿75.2 μs、峰值1.87 MA的电流脉冲, 电流放大约519.4倍, 能量放大约209.5倍, 炸药化学能到电磁能的转换效率为6%。两发HEMCG分别经原边电感约440 nH、副边电感约4 μH、耦合系数约0.85的电缆变压器调制, 在4 μH负载上得到了上升时间约80 μs、峰值72 kA的脉冲电流, 变压器能量传输效率约为26.8%。关键词: 爆磁压缩发生器; 强流脉冲电源; 脉冲功率技术; 电缆变压器; 调制xingmaer@163.comＭiniature MA-level helical explosively-driven magnetic flux compression generatorLi Xiaolin1, Chen Dongqun2, Li Da2, Cao Shengguang2, Wang Yuwei2, Li Shu2 (1. The Fifth Air Force Flight Academy, Wuwei 733003, China; 2. College of Opto-Ｅlectronic Science and Engineering, National Universityof Defense Technology, Changsha 410073, China)Abstract: The parameters of miniature MA-level helical explosively-driven magnetic flux compression generator(HEMCG) are caculated by method of equivalent circuit, and the result indicates that the main loss of HEMCG is non-ohmic loss．The entire outer diameter of HEMCG with initial inductance of 128.7 μH is about 140 mm, and the length is less than 550 mm．When the initial current injected is 3.6 kA in the experiment, a pulse current with 75.2 μs risetime and 1.87 MA peak value is obtained on the 100 nH load while the seed current is amplified by 519.4 times, which means that the energy amplification coefficient is 209.6, and the conversion efficiency from chemical energy of explosive to electromagnetic energy is 6%．The HEMCG is modulated by cable transformer with about 440 nH primary inductance, 4 μH second inductance and 0.85 coupling coefficient, a pulse current with 80 μs risetime and 72 kA peak value is gained on the 4 μH load, the energy transmission efficiency of the cable transformer is 26.8%．Key words: explosively-driven magnetic flux compression generator; high-current pulse power source; pulse power technology; cable transformer; modulation

基于电流和磁扩散方程,讨论了螺旋型爆磁压缩脉冲发生器(MFCG) 中的电阻与磁通损耗问题,将相关的接触电阻模型、欧姆电阻的趋肤效应与邻近效应模型具体应用到2维爆轰磁流体力学程序MFCG-Ⅳ中,进一步完善了程序的物理功能。并选用美国德克萨斯理工大学简单绕制的螺旋型爆磁压缩脉冲发生器的实验结果对新增模块进行了考证,计算结果符合物理规律,且与实验测量吻合较好。

采用等效电路模型程序--BCYSSYS对系统参数进行优化,设计了04型爆磁压缩发生器及用04型发生器驱动的紧凑型爆炸脉冲电源。紧凑型爆炸脉冲电源长度小于1.2 m,直径0.4 m,质量约100 kg。实验结果表明:04型爆磁压缩发生器能够在3 μH电感负载上获得脉宽约10 μs、峰值为100 kA的脉冲大电流输出;当负载电阻为8.7 Ω时,输出电功率大于20 GW。典型实验结果与采用BCYSSYS程序得到的计算结果吻合较好,验证了BCYSSYS程序用于爆炸脉冲电源理论设计的可行性。