行波管熱及振動模拟研究分析

　　行波管工作在非常惡劣的環境下，對結構可靠性具有很高的要求。工作過程中産生的高溫易導緻各個部件變形，同時承受各種機械沖擊和振動應力的作用，高溫下的振動引起的應力和變形影響更加惡劣，從而影響行波管的各項性能指标和工作壽命，在熱特性分析的基礎上進行振動分析，可以獲得工作狀态下真實的振動特性，爲産品的結構優化設計，提高産品的可靠性提供技術支持。本文調研分析了國内外學者及科研機構對行波管結構熱與動力學特性分析的研究方法和研究情況，并結合電子五所的研究成果提出了行波管可靠性研究的進一步研究重點。

　　行波管作爲唯一能在倍頻程範圍内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、通訊、精确制導等領域有着很好的應用前景。近年來，随着雷達、通訊和電子對抗系統的發展，對行波管的功率、頻帶和帶寬特性的要求越來越高，而影響行波管進一步提高功率等性能的一個重要因素是行波管的熱傳導能力，因此需要對行波管進行熱分析，根據溫度分布結果提出改善措施，優化相關設計參數和材料性能，保證行波管工作在一個合理的溫度範圍。爲了減少相關組件的熱變形對電性能參數的影響需要進行熱力耦合分析。此外行波管在使用過程中要承受各種機械沖擊和振動應力的作用，因此行波管必須進行振動分析以滿足各種機械環境應力的考核，保證在規定的應力環境下正常工作。行波管熱分析在行波管設計階段，對行波管的熱特性進行模拟仿真，獲得其溫度分布圖，以評價其工作可靠性，即在保證行波管電學性能的前提下進行必要的熱設計，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定性。行波管的結構比較複雜，用傳統的熱解析法求解其溫度分布和熱形變很難，早期計算機的數據處理能力有限以及有限元理論方法不完善，因此模拟熱分析工作開展較少。

　　近年來使用熱模拟仿真技術開展行波管熱可靠性評價及優化設計主要體現在幾個方面，材料、結構及接觸熱阻等優化設計以提高熱特性。對電子槍關鍵部件(熱屏筒、支撐筒)的材料、結構的改進可以明顯提高加熱效率及快熱性能，如對熱屏筒材料及厚度的改進，得到采用不同材料(钽、钼铼合金、钼)熱屏筒的陰極組件的溫度分布情況，重點考察了陰極底面和钼筒溫度随厚度變化曲線如圖1所示。由圖1可知在材料方面采用钽材料的熱屏蔽筒優勢最明顯，此時的陰極溫度高，熱屏筒溫度低，溫差也最大，熱量散失最小，能量利用率高。