Расчет и оптимизация распределения магнитного поля в системе. Оптимальный вариант построения ЭОС

2.5. Расчет и оптимизация распределения магнитного поля в системе. Оптимальный вариант построения ЭОС.

Анализ результатов расчета представленный на рис.2.5 показывает, что для улучшения фазы влета пучка во второй реверс необходимо либо увеличивать магнитное поле, либо уменьшать. При увеличении амплитуды поля во второй области длина волны пульсаций пучка уменьшится и можно достичь того, что во второй реверс пучок не будет входить расходящимся. Это приведет к уменьшению радиуса пучка в области за вторым реверсом.

Аналогичный результат можно получить, если значительно уменьшить амплитуду магнитного поля во второй области. В этом случае длина волны пульсаций увеличится и можно достичь того, что в область второго реверса электронный пучок будет поступать сходящимся, что приведет к уменьшению радиуса пучка в области за вторым реверсом. Оба эти метода были исследованы практически. На рис.2.6 приводятся результаты расчета пучка от катода до конца пролетного канала в ЭОС, в которой амплитуда магнитного поля везде увеличена на 10 % по сравнению с расчетом, показанным на рис.2.5. В первой области поле увеличено с 803 до 883 Гс., во второй области поле увеличено с 986 до 1084 Гс., в третьей области поле увеличено с 960 до

Результаты расчета ЭОС с увеличенным на 10 % магнитным полем.

Рис.2.6.

Таблица 2.3

Файл исходных данных к рисунку 2.6.

RU I RF I ZU I TTT I FH I H I VQ I U I

 28. 5. 55. 27 33 0.2 0.4 52000.

FK I RK I HK I ZO I Y1 I Z1 I Y2 I Z2 I

 0.4 9. 1.11 9. 0. 0. 0. 0.

FE I GE I RM I NP I IWN I IWP I NPR I NS I

19. 0.001 1. 10. 1.0  7.0 10.0 2.

NPL I TK I NEG I I I I I I

 10. 0. 1.

X15 I I I I I I I I

-0.3 45. 85. 125. 165. 205.  245. 285.

 325. 365.

X4 I  I I I I I I I

 0.0 0.0 1.11 4.34 0.0 9. 0.0 9.

-1.0 4.34 1.11 4.34 0.0

-1.0 4.7  2.2  4.7  0.0

 2.2 4.7  2.4  4.9  0.0

 2.4 4.9  2.4  29.  0.0

 12.7 29.  12.7 3.25 1.0

 12.7 3.25 295. 3.25 1.0

 295. 3.25 295. 0. 1.0

BM I R1 I R2 I TM I HM I NM I I I

 1000. 0.3 0.7 -5.26 1.5 200.

XM I I I  I I I I I

 0.014  0.014 0.015  0.015  0.015 0.015  0.015  0.015

 0.015 0.014 0.011 0.002 -0.021 -0.092 -0.247 -0.486

-0.674 -0.754 -0.787 0.798 -0.803 -0.805 -0.805 -0.806

-0.805 -0.804 -0.804 -0.804 -0.803 -0.802 -0.801 -0.801

-0.800 -0.799 -0.799 -0.800 -0.801 -0.801 -0.801 -0.802

-0.804 -0.805 -0.807 -0.808 -0.811 -0.813 -0.814 -0.816

-0.817 -0.819 -0.821 -0.822 -0.823 -0.823 -0.824 -0.823

-0.822 -0.821 -0.820 -0.817 -0.813 -0.802 -0.780 -0.717

-0.578 -0.330 -0.097 0.087 0.320 0.615 0.823 0.906

 0.942 0.956 0.964 0.969 0.972 0.976 0.978 0.980

 0.982 0.984 0.985 0.986 0.986 0.986 0.986 0.986

 0.986 0.986 0.986 0.986 0.986 0.985 0.985 0.985

 0.984 0.985 0.985 0.984 0.984 0.984 0.984 0.983

 0.982 0.981 0.980 0.979 0.977 0.975 0.973 0.970

 0.966 0.962 0.956 0.942 0.914 0.834 0.661 0.368

 0.106 -0.091 -0.333 -0.613 -0.800 -0.873 -0.905 -0.917

-0.925 -0.929 -0.932 -0.935 -0.938 -0.940 -0.943 -0.945

-0.946 -0.948 -0.949 -0.950 -0.950 -0.951 -0.951 -0.952

-0.952 -0.953 -0.953 -0.954 -0.954 -0.955 -0.957 -0.958

-0.958 -0.958 -0.959 -0.960 -0.960 -0.961 -0.962 -0.962

-0.961 0.960 -0.959 -0.958 -0.957 -0.955 -0.951 -0.946

-0.937 -0.917 -0.876 -0.768 -0.578 -0.320 -0.092 0.089

 0.278 0.451 0.557 0.586 0.583 0.557 0.524 0.487

 0.449 0.413 0.379 0.347 0.319 0.293  0.270 0.249

 0.229 0.213 0.199 0.186 0.174 0.164 0.155 0.148

1056 Гс. Соответствующий файл исходных данных приведен в таблице 2.3.

Из рис.2.6 следует, что увеличение магнитного поля на 10 % привело к заметному уменьшению радиуса пучка (приблизительно на 30%). В этом случае электронный поток, входящий во второй реверс не расходится, а практически параллелен оси пролетного канала. Казалось бы, что если еще более увеличить магнитное поле, то в выходную область прибора электронный поток будет входить сходящимся, что приведет к дальнейшему улучшению параметров пучка в этой области.

Однако практически в данном приборе, из-за опасности насыщения перемычек между соседними пролетными каналами в полюсных наконечниках прибора изготовленных из магнитомягкого материала, нельзя переходить на вариант с увеличенной амплитудой магнитного поля (по сравнению с амплитудой указанными на рис.2.5).

Проведем расчет индукции магнитного поля в перемычках полюсных наконечников для варианта ЭОС показанного на рис.2.5. Будем исходить из равенства магнитного потока проходящего через перемычки между отверстиями пролетных каналов полюсных наконечников и магнитного потока между полюсными наконечниками, то есть из равенства:

где В₀ – индукция в перемычках полюсных наконечников;

N – число отверстий в одном ряду;

t – ширина перемычки в полюсном наконечнике;

d – толщина полюсного наконечника;

В₁ – индукция магнитного поля в зазоре полюсного наконечника;

Д_ц – диаметр окружности, на которой расположены центры отверстий для прохождения лучей в полюсном наконечнике.

В данном сорока лучевом приборе центры 21 отверстия располагаются на диаметре 84 мм., а центры 19 отверстий располагаются на диметре 24 мм. Толщина полюсных наконечников составляет – 6 мм., ширина перемычки во внешнем ряду отверстий составляет – 6 мм., а во внутреннем – 4 мм.

Подставляя эти данные в уравнение 2.35 получим следующие два выражения для индукции магнитного поля В₀.

Для внешнего ряда:

В₀ = 13,5 ´ В₁.

Для внутреннего ряда:

В₀ = 13,01 ´ В₁.

При В₁ = 1056 Гс, В₀ составляет 14256 Гс. Если индукцию магнитного поля В₁ увеличить до 1200 Гс (необходимость такого увеличения следует из рис.2.6), то значение В₀ для перемычек первого ряда составит 16200 Гс, что близко к индукции насыщения стального полюсного наконечника составляющей около 20000 Гс. Поэтому путь улучшения формирования пучка в приборе путем увеличения индукции используемого магнитного поля является не приемлемым.

Будем улучшать структуру формируемого пучка за счет уменьшения амплитуды используемого магнитного поля. Вернемся к варианту ЭОС представленной на рис.2.5, но магнитное поле во второй области уменьшим на 100 Гс. Результаты расчета такой ЭОС представлены на рис.2.7, а файл с исходными данными в таблице 2.4.

Сравнивая рис.2.7 с рис.2.5 находим, что уменьшение амплитуды магнитного поля во второй области несколько улучшило фазу влета пучка в область второго реверса и уменьшило радиус пучка в третьей области.

На рис.2.8 показаны результаты расчета пучка для случая, когда индукция магнитного поля во втором реверсе, еще уменьшили на 100 Гс,

Результаты расчета ЭОС с уменьшенным на 100 Гс

магнитным полем во второй области.

Рис.2.7.

Таблица 2.4.

Файл исходных данных к рисунку 2.7.

RU I RF  I ZU I TTT I FH I H I VQ I U I

 28. 5. 55. 270. 33. 0.2 0.4 52000.

FK I RK I HK I ZO I Y1 I Z1 I Y2 I Z2 I

 0.4 9. 1.11 9. 0. 0. 0. 0.

FE I GE I RM  I NP I IWN I IWP I NPR I NS I

 19. 0.001 1. 10. 1.0 7.0 10.0 2.

NPL I TK I NEG I I I I I I

 10. 0. 1.

X15 I I I I I I I I

-0.3 45. 85. 125. 165. 205. 245. 285.

 325. 365.

X4 I I I I I I I I

 0.0 0.0 1.11 4.34 0.0 9. 0.0 9.

-1.0 4.34 1.11 4.34 0.0

-1.0 4.7 2.2 4.7 0.0

 2.2 4.7 2.4 4.9 0.0

 2.4 4.9 2.4 29. 0.0

 12.7 29. 12.7 3.25 1.0

 12.7 3.25 295. 3.25 1.0

 295. 3.25 295. 0. 1.0

BM I R1 I R2 I TM I HM I NM I  I I

 1000. 0.3 0.7 -5.26 1.5 200.

XM I I I I I I I I

 0.014 0.014 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015

 0.015 0.014 0.011 0.002 -0.021 -0.092 -0.247 -0.486

-0.674 -0.754 -0.787 -0.798 -0.803 -0.805 -0.805 -0.806

-0.805 -0.805 -0.804 -0.804 -0.803 -0.802 -0.801 -0.801

-0.800 -0.799 -0.799 -0.800 -0.801 -0.801 -0.801 -0.802

-0.804 -0.805 -0.807 -0.808 -0.811 -0.813 -0.814 -0.816

-0.817 -0.819 -0.821 -0.822 -0.823 -0.823 -0.824 -0.823

-0.822 -0.821 -0.820 -0.817 -0.813 -0.802 -0.780 -0.717

-0.578 -0.330 -0.097 0.087 0.320 0.615 0.723 0.806

 0.842 0.856 0.864 0.869 0.872 0.876 0.878 0.880

 0.882 0.884  0.885 0.886 0.886 0.886 0.886 0.886

 0.886 0.886 0.886 0.886 0.886 0.885 0.885 0.885

 0.884 0.885 0.885 0.884 0.884 0.884 0.884 0.883

 0.882 0.881 0.880 0.879 0.877 0.875 0.873 0.870

 0.866 0.862 0.856 0.842 0.814 0.734 0.661 0.368

 0.106 -0.091 -0.333 -0.613 -0.800 -0.873 -0.905 -0.917

-0.925 -0.929 -0.932 -0.935 -0.938 -0.940 -0.943 -0.945

-0.946 -0.948 -0.949 -0.950 -0.950 -0.951 -0.951 -0.952

-0.952 -0.953 -0.953 -0.954 -0.954 -0.955 -0.957 -0.958

-0.958 -0.958 -0.959 -0.960 -0.960 -0.961 -0.962 -0.962

-0.961 -0.960 -0.959 -0.958 -0.957 -0.955 -0.951 -0.946

-0.937 -0.917 -0.876 -0.768 -0.578 -0.320 -0.092 0.089

 0.278 0.451 0.557 0.586 0.583 0.557 0.524 0.487

 0.449 0.413 0.379 0.347 0.319 0.293 0.270 0.249

 0.229 0.213 0.199 0.186 0.174 0.164 0.155 0.148

Результаты расчета ЭОС с уменьшенным на 200 Гс

магнитным полем во второй области.

Рис.2.8.

Таблица 2.5.

Файл исходных данных к рисунку 2.8.

RU I RF I ZU I TTT I FH I H I VQ I U I

 28. 5. 55. 270. 33. 0.2 0.4 52000.

FK I RK I HK I ZO I Y1 I Z1 I Y2 I Z2 I

 0.4 9. 1.11 9. 0. 0. 0. 0.

FE I GE I RM I NP I IWN I IWP I NPR I NS I

 19. 0.001 1. 10. 1.0 7.0 10.0 2.

NPL I TK I NEG I I I I I I

 10. 0. 1.

X15 I I I I I I I I

-0.3 45. 85. 125. 165. 205. 245. 285.

 325. 365.

X4 I I I I I I I I

 0.0 0.0 1.11 4.34 0.0 9. 0.0 9.

-1.0 4.34 1.11 4.34 0.0

-1.0 4.7 2.2 4.7 0.0

 2.2 4.7 2.4 4.9 0.0

 2.4 4.9 2.4 29. 0.0

 12.7 29. 12.7 3.25 1.0

 12.7 3.25 295. 3.25 1.0

 295. 3.25 295. 0. 1.0

BM I R1 I R2 I TM I HM I NM I I I

 1000. 0.3 0.7 -5.26 1.5 200.

XM I I I I I I I I

 0.014 0.014 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015

 0.015 0.014 0.011 0.002 -0.021 -0.092 -0.247 -0.486

-0.674 -0.754 -0.787 -0.798 -0.803 -0.805 -0.805 -0.806

-0.805 -0.805 -0.804 -0.804 -0.803 -0.802 -0.801 -0.801

-0.800 -0.799 -0.799 -0.800 -0.801 -0.801 -0.801 -0.802

-0.804 -0.805 -0.807 -0.808 -0.811 -0.813 -0.814 -0.816

-0.817 -0.819 -0.821 -0.822 -0.823 -0.823 -0.824 -0.823

-0.822 -0.821 -0.820 -0.817 -0.813 -0.802 -0.780 -0.717

-0.578 -0.330 -0.097 0.087 0.320 0.515 0.623 0.706

 0.742 0.756 0.764 0.769 0.772 0.776 0.778 0.780

 0.782 0.784 0.785 0.786 0.786 0.786 0.786 0.786

 0.786 0.786 0.786 0.786 0.786 0.785 0.785 0.785

 0.784 0.785 0.785 0.784 0.784 0.784 0.784 0.783

 0.782 0.781 0.780 0.779 0.777 0.775 0.773 0.770

 0.766 0.762 0.756 0.742 0.714 0.634 0.561 0.368

 0.106 -0.091 -0.333 -0.613 -0.800 -0.873 -0.905 -0.917

-0.925 -0.929 -0.932 -0.935 -0.938 -0.940 -0.943 -0.945

-0.946 -0.948 -0.949 -0.950 -0.950 -0.951 -0.951 -0.952

-0.952 -0.953 -0.953 -0.954 -0.954 -0.955 -0.957 -0.958

-0.958 -0.958 -0.959 -0.960 -0.960 -0.961 -0.962 -0.962

-0.961 -0.960 -0.959 -0.958 -0.957 -0.955 -0.951 -0.946

-0.937 -0.917 -0.876 -0.768 -0.578 -0.320 -0.092 0.089

 0.278 0.451 0.557 0.586 0.583 0.557 0.524 0.487

 0.449 0.413 0.379 0.347 0.319 0.293 0.270 0.249

 0.229 0.213 0.199 0.186 0.174 0.164 0.155 0.148

по сравнению с вариантом расчета показанным на рис.2.7. Соответствующий файл исходных данных приведен в таблице 2.5. Сравнивая рис.2.8 с рис.2.5 можно сделать вывод о том, что уменьшение индукции магнитного поля во втором реверсе на 200 Гс существенно улучшило фазу влета пучка во второй реверс и конфигурацию пучка в третьей области.

На рис.2.9 показаны результаты расчета пучка для случая, когда индукция магнитного поля в третьей области увеличили на 100 Гс по сравнению с вариантом расчета, показанным на рис.2.8. Соответствующий файл исходных данных приведен в таблице 2.6.

На рис.2.10 показаны результаты расчета пучка для случая, когда индукция магнитного поля во всех реверсах уменьшена на 5 %, по сравнению с вариантом расчета, показанным на рис.2.9. Соответствующий файл исходных данных приведен в таблице 2.7.

Сравнивая рис.2.10, полученный в результате оптимизации ЭОС с исходным вариантом ЭОС показанным на рис.2.5 следует сделать вывод о том, что радиус формируемого пучка в третьей области удалось уменьшить в 1,4 раза. При этом амплитуды магнитного поля в оптимизированной ЭОС составили в первой области 760 Гс, во второй области 746 Гс и в третьей области 1007 Гс.

Применение новой оптимизированной ЭОС должно существенно улучшить параметры клистрона КИУ-147.

Результаты расчета ЭОС с увеличенным на 100 Гс

магнитным полем в третьей области.

Рис.2.9.

Таблица 2.6.

Файл исходных данных к рисунку 2.9.

RU I RF I ZU I TTT I FH I H I VQ I U I

 28. 5. 55. 270. 33. 0.2 0.4 52000.

FK I RK I HK I ZO I Y1 I Z1 I Y2 I Z2 I

 0.4 9. 1.11 9. 0. 0. 0. 0.

FE I GE I RM I NP I IWN I IWP I NPR I NS I

 19. 0.001 1. 10. 1.0 7.0 10.0 2.

NPL I TK I NEG I I I I I I

 10. 0. 1.

X15 I I I I I I I I

-0.3 45. 85. 125. 165. 205. 245. 285.

 325. 365.

X4 I I I I I I I I

 0.0 0.0 1.11 4.34 0.0 9. 0.0 9.

-1.0 4.34 1.11 4.34 0.0

-1.0 4.7 2.2 4.7 0.0

 2.2 4.7 2.4 4.9 0.0

 2.4  4.9 2.4 29. 0.0

 12.7 29. 12.7 3.25 1.0

 12.7 3.25 295. 3.25 1.0

 295. 3.25 295. 0. 1.0

BM I R1 I R2 I TM I HM I NM I I I

 950. 0.3 0 -5.26 1.5 200.

XM I  I I I I I I I

 0.014 0.014 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015

 0.015 0.014 0.011 0.002 -0.021 -0.092 -0.247 -0.486

-0.674 -0.754 -0.787 -0.798 -0.803 -0.805 -0.805 -0.806

-0.805 -0.805 -0.804 -0.804 -0.803 -0.802 -0.801 -0.801

-0.800 -0.799 -0.799 -0.800 -0.801 -0.801 -0.801 -0.802

-0.804 -0.805 -0.807 -0.808 -0.811 -0.813 -0.814 -0.816

-0.817 -0.819 -0.821 -0.822 -0.823 -0.823 -0.824 -0.823

-0.822 -0.821 -0.820 -0.817 -0.813 -0.802 -0.780 -0.717

-0.578 -0.330 -0.097 0.087 0.320 0.515 0.623 0.706

 0.742 0.756 0.764 0.769 0.772 0.776 0.778 0.780

 0.782 0.784 0.785 0.786 0.786 0.786 0.786 0.786

 0.786 0.786 0.786 0.786 0.786 0.785 0.785 0.785

 0.784 0.785 0.785 0.784 0.784 0.784 0.784 0.783

 0.782 0.781 0.780 0.779 0.777 0.775 0.773 0.770

 0.766 0.762 0.756 0.742 0.714 0.634 0.561 0.368

 0.106 -0.091 -0.333 -0.613 -0.800 -0.973 -1.005 -1.017

-1.025 -1.029 -1.032 -1.035 -1.038 -1.040 -1.043 -1.045

-1.046 -1.048 -1.049 -1.050 -1.050 -1.051 -1.051 -1.052

-1.052 -1.053 -1.053 -1.054 -1.054 -1.055 -1.057 -1.058

-1.058 -1.058 -1.059 -1.060 -1.060 -1.061 -1.062 -1.062

-1.061 -1.060 -1.059 -1.058 -1.057 -1.055 -1.051 -1.046

-1.037 -1.017 -0.976 -0.868 -0.578 -0.320 -0.092 0.089

 0.278 0.451 0.557 0.586 0.583 0.557 0.524 0.487

 0.449 0.413 0.379 0.347 0.319 0.293 0.270 0.249

 0.229 0.213 0.199 0.186 0.174 0.164 0.155 0.148

Результаты расчета оптимизированной ЭОС.

Рис.2.10.

Таблица 2.7.

Файл исходных данных к рисунку 2.10.

RU I RF I ZU I TTT I FH I  H I VQ I U I

 28. 5. 55. 270. 33. 0.2 0.4 52000.

FK I RK I HK I ZO I Y1 I Z1 I Y2 I Z2 I

 0.4 9. 1.11 9. 0. 0. 0. 0.

FE I GE I RM I NP I IWN I IWP I NPR I NS I

 19. 0.001 1. 10. 1.0 7.0 10.0 2.

NPL I TK I NEG I I I I I I

 10. 0. 1.

X15 I I I I I I I I

-0.3 45. 85. 125. 165. 205. 245. 285.

 325. 365.

X4 I I I I I I I I

 0.0 0.0 1.11 4.34 0.0 9. 0.0 9.

-1.0 4.34 1.11 4.34 0.0

-1.0 4.7 2.2 4.7 0.0

 2.2 4.7 2.4 4.9 0.0

 2.4 4.9 2.4 29. 0.0

 12.7 29. 12.7 3.25 1.0

 12.7 3.25 295. 3.25 1.0

 295. 3.25 295. 0. 1.0

BM I R1 I R2 I TM I HM I NM I I I

 950. 0.3 0 -5.26 1.5 200.

XM I I I I I I I I

 0.014 0.014 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015

 0.015 0.014 0.011 0.002 -0.021 -0.092 -0.247 -0.486

-0.674 -0.754 -0.787 -0.798 -0.803 -0.805 -0.805 -0.806

-0.805 -0.805 -0.804 -0.804 -0.803 -0.802 -0.801 -0.801

-0.800 -0.799 -0.799 -0.800 -0.801 -0.801 -0.801 -0.802

-0.804 -0.805 -0.807 -0.808 -0.811 -0.813 -0.814 -0.816

-0.817 -0.819 -0.821 -0.822 -0.823 -0.823 -0.824 -0.823

-0.822 -0.821 -0.820 -0.817 -0.813 -0.802 -0.780 -0.717

-0.578 -0.330 -0.097 0.087 0.320 0.515 0.623 0.706

 0.742 0.756 0.764 0.769 0.772 0.776 0.778 0.780

 0.782 0.784 0.785 0.786  0.786 0.786 0.786 0.786

 0.786 0.786 0.786 0.786 0.786 0.785 0.785 0.785

 0.784 0.785 0.785 0.784 0.784 0.784 0.784 0.783

 0.782 0.781 0.780 0.779 0.777 0.775 0.773 0.770

 0.766 0.762 0.756 0.742 0.714 0.634 0.561 0.368

 0.106 -0.091 -0.333 -0.613 -0.800 -0.973 -1.005 -1.017

-1.025 -1.029 -1.032 -1.035 -1.038 -1.040 -1.043 -1.045

-1.046 -1.048 -1.049 -1.050 -1.050 -1.051 -1.051 -1.052

-1.052 -1.053 -1.053 -1.054 -1.054 -1.055 -1.057 -1.058

-1.058 -1.058 -1.059 -1.060 -1.060 -1.061 -1.062 -1.062

-1.061 -1.060 -1.059 -1.058 -1.057 -1.055 -1.051 -1.046

-1.037 -1.017 -0.976 -0.868 -0.578 -0.320 -0.092 0.089

 0.278 0.451 0.557 0.586 0.583 0.557 0.524 0.487

 0.449 0.413 0.379 0.347 0.319 0.293 0.270 0.249

 0.229 0.213 0.199 0.186 0.174 0.164 0.155 0.148

3. Организационно – экономическая часть проекта.

На всех стадиях проектирования возникает необходимость экономической оценки и обоснования экономической целесообразности проекта. Это обусловлено сильной взаимосвязанностью технического прогресса и экономики. Только при условии наиболее эффективного в экономическом отношении использования производственных ресурсов, научно-технический прогресс будет основой экономического прогресса. В этой части работы рассматриваются основные моменты по планированию и организации производственного процесса.

В данном дипломном проекте проведена опытно-конструкторская разработка реверсной магнитной фокусирующей системы мощного многолучевого клистрона на ФГУП НПП «Торий» по заказу на оптимизацию и изготовление прибора, поступившему от Минздрава РФ. Финансирование данной работы осуществляется из госбюджета.

В результате чего мы получаем оптимизированный прибор. Проведение всех расчетно-теоретических исследований выполняет дипломник.