РАСЧЕТ теплового режима замедляющей структуры ЛАМПы

УДК 621.382.6(06) Физика пучков и ускорительная техника
В.Н. КРЫЛОВ, А.В. НИЦА1, Н.Е. РОЗАНОВ1
1ФГУП
ЗАО НТИП "ЭМИТЕКС", Москва
“Московский радиотехнический институт РАН”
РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ЗАМЕДЛЯЮЩЕЙ
СТРУКТУРЫ ЛАМПЫ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ
Описаны методика и результаты некоторых расчетов тепловых процессов в
замедляющей структуре лампы бегущей волны с воздушным охлаждением.
При разработке и создании мощных компактных широкополосных
ламп бегущей волны (ЛБВ) на электронных пучках (ЭП), работающих в
непрерывном режиме [1], одной из важнейших задач является обеспечение требуемого теплового режима. В данной работе изучены возможности
применения воздушной системы охлаждения замедляющей структуры
(ЗС) конкретной ЛБВ. Ее конструкция представляет собой радиатор в области последних диафрагм, состоящий из прямых ребер, между которыми
с помощью вентилятора продувается воздух, отводящий тепло от ЛБВ.
Охлаждение остальных частей лампы (инжектор, коллектор, окна вводавывода СВЧ энергии и др.) в данной работе не рассматривается.
Перед расчетом тепловых процессов в ЗС проводится цикл расчетов
транспортировки электронного пучка в магнитной периодической фокусирующей системе на постоянных магнитах, совмещенной с замедляющей
структурой лампы, по программе “LBV-2.5D” [2]. Путем вариаций параметров ЛБВ определяются их значения, обеспечивающие эффективную
транспортировку ЭП в рабочем режиме усиления. В таком режиме с
большой СВЧ мощностью на выходе лампы существенное влияние на
динамику пучка оказывают поля СВЧ сигнала. Обеспечить полное прохождение тока электронного пучка до коллектора практически невозможно, в частности, потому что для повышения КПД ЛБВ выбирают такую
систему транспортировки (параметры магнитной периодической фокусирующей системы), которая позволяет электронному пучку расширяться
(для увеличения эффективности усиления в лампе), но при минимальном
токооседании ЭП на диафрагмы ЗС ЛБВ. В рассматриваемом режиме согласно расчетам выделяется 100 Вт тепловой мощности на медных диафрагмах и 200 Вт на стальных диафрагмах в каждой из трех последних
"ячеек", состоящих из одной медной и одной стальной диафрагмы.
Для стабильной работы лампы система охлаждения должна обеспечивать температуру внешней поверхности диафрагм не выше 120 0С во избежание изменения свойств постоянных магнитов системы фокусировки
190
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 7
УДК 621.382.6(06) Физика пучков и ускорительная техника
пучка и температуру не выше 4000С внутри канала для пучка во избежание процесса выделения газов при нагреве деталей конструкции.
Расчет теплового состояния диафрагм начинается с оценочного расчета. Он подтверждает, что без применения системы охлаждения требования по температурным режимам не выполняются. Перепад температур
между внутренней и внешней поверхностями стальной диафрагмы равен
величине порядка 4000С и порядка 1000С - у медной диафрагмы.
Следующий этап заключается в проведении цикла аналитических расчетов, итогом которых становится выбор основных конструктивных и
энерго-мощностных характеристик системы охлаждения. В них варьируется температура входящего в воздушный канал радиатора воздуха, высота ребер радиатора, а также величина скорости (расход) воздуха, обеспечиваемая вентилятором.
Затем в рамках двумерного и трехмерного приближений проводятся
численные расчеты температурных полей в нагреваемых диафрагмах ЗС с
элементами системы охлаждения с выбранными геометрическими характеристиками. Расчеты проводятся с помощью программного комплекса
ANSYS. В результате их было найдено, что максимум значения температуры находится на внутренней поверхности стальной диафрагмы и равен
3270С, минимум - на внешней поверхности радиатора и равен 500С
(см. рисунок). Температура постоянного магнита фокусирующей
системы не превышает 750С.
Таким образом, расчеты показали, что тепловое состояние замедляющей и фокусирующей
структур
ЛБВ
удовлетворяет
установленным требованиям при
использовании выбранной активной воздушной системы охлаждения.
Список литературы
1. В.М.Белугин, А.Е.Васильев, В.В.Ветров, Н.Е.Розанов. Разработка, методы расчета и
создание широкополосных ЛБВ для непрерывного режима работы. Препринт 2005-03. М.,
МРТИ РАН, 2005. 20 с.
2. Н.Е.Розанов. Программа LBV-2.5D для расчета процесса усиления электромагнитных
волн электронным пучком. Научная сессия МИФИ-2002. Сб. научных трудов. М.: МИФИ,
2002. Т.7. С.124-125.
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 7
191