MFCG:一、MFCG概念和物理原理概述,二、MFCG的技術特徵,三、典型MFCG

MFCG

MFCG(Magnetic Flux Compression Generator)是一種已初步用於軍事並逐步拓展套用領域的脈衝功率電源。正在研究的新概念武器主要有定向能( 強雷射、高功率電磁脈衝、粒子束) 武器和電發射動能武器兩大類等。除了使用有毒氣體的化學雷射武器之外, 上述新概念武器都需要脈衝功率電源(Pulsed Power Supply,PPS) 激勵或驅動。而MFCG就是PPS的一種。

基本介紹

中文名：磁通壓縮發電機
外文名：Magnetic Flux Com􀀁pression Generator,MFCG
類別：脈衝功率電源
用途：軍用、民間科技研發

一、MFCG概念和物理原理概述,二、MFCG的技術特徵,三、典型MFCG與軍事套用,1.爆炸式MFCG,2.旋轉式MFCG,3.活塞式MFCG,四、總結,

一、MFCG概念和物理原理概述

MFCG按照結構不同可以分為三類。第一類為一次性使用的爆炸式磁通壓縮發電機, 英文名稱為Magnetic Flux Compression Generator (MFCG) 或Flux Compression Generator (FCG) ,相應的漢語名稱為磁通壓縮發電機或磁壓縮發生器。第二類為旋轉式磁通壓縮發電機, 名稱為旋轉磁壓縮發生器(Magnetic Flux Generator)、補償脈衝交流發電機(Compensatory Pulse Alternator或Compulsator,縮寫為CPA) 等。第三類為活塞式磁通壓縮發電機,名稱有脈衝直線發電機(Pulsed Linear Generator)、直線通量壓縮器(Linear Flux Compressor)、磁通壓縮功率器(Flux Compression Power Unit)。上述三種脈衝發電機都稱為MFCG, 原因是其工作過程遵循同樣的物理原理􀀁 總磁通(或磁通匝鏈數)守恆原理。

一個可變電感L ( t ) 和可變電阻R ( t ) 串聯為迴路,迴路電流為I ( t ), 則有基爾霍夫迴路電壓方程( d/dt ) [ L ( t ) I ( t ) ] + R ( t ) I ( t ) = 0。當迴路電阻R ( t ) 小到可以忽略時, 上述方程的解為L( t ) I( t ) = L (0) I (0) , 即任何時刻的總磁通都等於初始時刻的總磁通, 這就是總磁通(或磁通匝鏈數)守恆原理。磁通壓縮發電機就是根據總磁通守恆原理, 在外力作用下實現電感減少、電流放大、總磁能0.5L ( t )

( t ) 也相應變大等功能的裝置或設備。MFCG 是伴隨電感減少過程的電流放大器,也是磁能放大器,因此有人提議,磁能累積器(Magnetic Energy Accumula􀀁tor)最能說明MFCG的物理本質。MFCG在小體積內積累起來的磁場強度遠遠高於超導體提供的磁場強度, 強磁場的世界紀錄就是由爆炸式磁通壓縮發生器產生的。

MFCG概念也可以空間電磁場模型表述: 在外力作用下, 如果導體快速壓縮磁場所占的空間, 由於導體的瞬間抗磁性, 則空間磁力線密度(即磁感應強度)變大, 磁能也相應增加。

從上述兩種模型可很快歸納出MFCG的基本特徵: 在阻性負載較小及快壓縮過程(相應的脈寬毫秒級或更窄)時, 磁場能量隨磁場所占空間體積的減少而增大。

二、MFCG的技術特徵

MFCG 的技術特徵為能量高、功率大、結構簡單、技術複雜、體積小、重量輕, 適合軍事使用。

發電功率高、能量大􀀂 三類典型的MFCG分別採用炸藥驅動、柴油機帶動旋轉儲能飛輪驅動、活塞式直線驅動, 典型脈寬為毫秒和亞毫秒級,功率在GW(1GW=1000KW)級以上。典型的電樞速度如下: 炸藥驅動金屬電樞形變速度約2km/s,坦克發動機帶動的儲能飛輪輪緣線速度可超過500m/s,而直線式活塞推進速度一般為200~ 600m/s。炸藥的儲能密度約為5MJ/kg,柴油的儲能密度約為43MJ/kg (不計所需氧氣質量)。MFCG採用普通線圈繞組的近於零負載的正反饋電流勵磁, 脈衝電流可達

A以上, 磁感應強度可達10T以上, 超過了超導體提供的磁感應強度數值。基於電樞速度快、磁感應強度大等特點,MFCG的發電功率高、能量大。

適合軍事套用􀀂 MFCG具有隱蔽性好, 準備性好、回響快, 機動性好, 符合作戰模式要求, 經濟節約的特點, 因而適合軍事套用。

隱蔽性好。MFCG處於待髮狀態時, 無明顯的特徵信號( 如紅外、電磁波信號) 輻射,在戰場上易於偽裝和隱蔽, 提高了武器裝備的生存能力和對敵人打擊的突發性, 形成對敵威懾力。

準備性好、回響快。MFCG帶動負載時, 可隨時處於待髮狀態, 無須提前準備, 也無須啟動預電、預熱等部件。

機動性好。MFCG體積小、重量輕, 可機動部署並脫離民用電網獨立工作。對於現有實驗室以電容器組為主體的脈衝功率電源, 電容器儲能密度約為1kJ/ kg, 若儲電能50MJ, 重量則為50 噸, 坦克不能承載。而爆炸式MFCG 要發電50MJ, 系統重量不足1 噸; 可重複使用的MFCG 要發電50MJ, 系統重量也不足10 噸, 因此坦克或裝甲車輛都能承載。

符合作戰模式要求。一次性爆炸式MFCG可裝配飛彈、航空炸彈或炮彈進行飽和攻擊; 可重複使用的MFCG 支持的電炮, 具有高射速和持續打擊的作戰能力。

經濟節約。現代戰爭越來越重視經濟成本。一次性爆炸式MFCG使用炸藥、銅材、蓄電池、電容器等普通器材; 可重複使用的MFCG 則採用柴油, 燃燒熱高, 且無須專門開發推進劑。

三、典型MFCG與軍事套用

MFCG可分為爆炸式、旋轉式、活塞式三類,下面分別介紹其結構和軍事套用情況。

1.爆炸式MFCG

圖1 爆炸式MFCG

圖1為螺旋繞組爆炸式MFCG結構示意圖

裝配完好的MFCG(左側) 和工作過程中的MFCG(右側)

爆炸式MFCG可以有許多種不同結構,但最常用的是同軸式螺旋繞組結構。圖1所示的是一種經典的單端起爆同軸式螺旋繞組MFCG結構。螺旋繞組內同軸放置一個高電導率、高延展性的圓筒形銅電樞, 電樞兩端絕緣固定, 電樞內盛炸藥。當已經充電的電容器組為繞組充電並形成種子電流後, 由雷管從電樞一端引爆炸藥柱, 爆轟波速度約為8km/s, 炸藥爆炸推動電樞擴張的速度約為2km/s,這樣就形成了約

的錐角。在炸藥逐步的爆炸過程中, 電樞連續接觸繞組使繞組長度逐步變短, 在負載上測出逐步放大的電流。