脈沖同軸輸出裝置雙錐支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析

徐秀棟，李 銳，曾 搏，程 杰，張 瑜，禹偉榮，胡祥剛

(西北核技術(shù)研究所，西安710024)

脈沖同軸輸出裝置應(yīng)用于脈沖功率源中，一般由內(nèi)筒、外筒及支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)成，作用是將納秒脈沖輸出給負(fù)載。內(nèi)、外筒一般由金屬材料制成，外筒直徑約為500～1 000 mm。由于該裝置工作時(shí)，內(nèi)、外筒之間有較高的電位差，因此，內(nèi)、外筒之間需有良好的絕緣性。支撐結(jié)構(gòu)位于內(nèi)、外筒之間，一般由絕緣性能良好的非金屬材料制成，作用是將內(nèi)筒固定于外筒中部，且保證內(nèi)、外筒之間既有良好的絕緣性，又有長(zhǎng)期良好的同軸性。因此，支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須同時(shí)考慮絕緣與同軸穩(wěn)定性2個(gè)因素。

支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先要考慮絕緣問(wèn)題。設(shè)計(jì)足夠大的沿面絕緣距離是保證絕緣性能的有效方式[1-3]，因此，在體積允許的情況下，設(shè)計(jì)中通常采用較大的沿面絕緣距離。由于支撐結(jié)構(gòu)的尺寸較大，結(jié)構(gòu)的同軸穩(wěn)定性較難保證。在支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，追求絕緣性能和同軸穩(wěn)定均最優(yōu)，一般較為困難，往往需要綜合考慮。

在對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的研究中，前人已發(fā)展了較為完善的經(jīng)典穩(wěn)定性理論及多種情況下的臨界載荷計(jì)算模型[4-9]。一些學(xué)者對(duì)類似于脈沖同軸輸出裝置的圓柱殼體結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行了深入分析[10-13]。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究最終歸結(jié)于失穩(wěn)條件的判定，研究者往往針對(duì)研究對(duì)象特點(diǎn)建立穩(wěn)定性模型，并通過(guò)模型歸納影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的相關(guān)參數(shù)，分析各參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響程度[14-15]。

本文在分析脈沖同軸輸出裝置中傳統(tǒng)平板式支撐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一種雙錐支撐結(jié)構(gòu)，建立了雙錐支撐結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定模型，并分析了影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的相關(guān)參數(shù)，通過(guò)數(shù)值仿真，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性。……