Реферат: Реверсная магнитная фокусирующая система мощного многолучевого клистрона

--PAGE_BREAK--


9. Календарный график работы над дипломным проектом

Степень готовности проекта

К какой дате

25%

15.01.2002 г.

50%

28.02.2002 г.

75%

15.04.2002 г.

100%

31.05.2002 г.



Задание принял к исполнению“       ”                               20___ г.

Дипломник
                                            (подпись)

Руководитель                                        
 (подпись)



--PAGE_BREAK--

--PAGE_BREAK--


Применение реверсов магнитного поля позволяет существенно увеличить коэффициент использования магнитного поля. Более эффективное использование магнитного поля в реверсивных системах позволяет, в конечном итоге, существенно, примерно в 1 / (N+ 1)2 раз, уменьшить массу и габариты фокусирующей системы (N– число реверсов).
1.3. Современные методы расчета электронно-оптических систем мощных клистронов.

1.3.1. Расчеты ЭОС методом синтеза
[
2
]
.

Решение задачи формирования электронных потоков можно проводить двумя методами:

1. Заданы форма и потенциалы электродов и магнитное поле системы формирования. Требуется определить траектории электронов с учетом или без учета собственного пространственного заряда пучка.

2. Заданы требуемые траектории электронов. Определяются форма и потенциалы внешних электродов (а также распределение магнитного поля, если оно требуется), обеспечивающие создание заданных траекторий.

Первый метод получил название метода анализа, второй – метода синтеза систем формирования.

Классическим примером метода синтеза является расчет электродов пушек Пирса с прямолинейными траекториями. На этом примере, кстати, хорошо видно, что задача синтеза естественно распадается на две части – так называемые внутреннюю и внешнюю задачу теории формирования. Действительно, мы задаем траектории электронов, находим распределение потенциала внутри пучка (в методе Пирса – внутри соответствующего диода), а затем рассчитываем (или подбираем на ванне) форму фокусирующего электрода и анода вне пучка, обеспечивающие требуемое распределение потенциала.

Однако решение задачи по Пирсу предполагает, что анод не имеет отверстия. Поэтому, как только вводится в рассмотрение отверстие в аноде, положение резко изменяется: вблизи анода распределение потенциала и ход электронных траекторий становятся совсем не теми, которые заложены в расчет. Появляется так называемая анодная линза, которая изменяет распределение потенциала в пушке.

Имеет большой теоретический и практический интерес разработка последовательных методов синтеза систем формирования электронных потоков, на основании которых можно было бы быстро рассчитывать устройства, обеспечивающие пучки с заданным ходом траекторий.

Впервые метод синтеза в достаточно полной и последовательной форме был разработан Г. А. Гринбергом. Он записывает уравнения движения заряженной частицы в натуральной системе координат, т. е. в такой ортогональной системе, оси которой совпадают с направлениями касательной, главной нормали и бинормали к траектории в каждой ее точке. Такая запись позволяет решать как обратную, так и прямую задачу электронной оптики, т. е. либо по заданным электрическому и магнитному потенциалам внешних фокусирующих полей найти траектории пучка, либо по заданным траекториям найти внешние фокусирующие поля.

Уравнения Гринберга обладают большой общностью, обычно употребляемые уравнения параксиальной электронной оптики получаются из них как частный случай. Они позволяют провести подробный теоретический анализ систем фокусировки с криволинейной осью и решить ряд практических задач. В теории Гринберга рассматриваются только узкие пучки заряженных частиц и не учитывается его собственный объемный заряд.

Важный шаг в развитии метода синтеза был сделан В.Т. Овчаровым, который для нахождения решения внутренней и внешней задачи теории формирования предложил использовать криволинейную ортогональную систему координат. Выбор этой системы производится таким образом, чтобы одна из ее координатных линий совпадала с заданными траекториями, либо чтобы электронные траектории лежали на одной из координатных поверхностей. Введение такой надлежащим образом выбранной криволинейной системы координат позволяет свести задачу о нахождении потенциала внутри пучка электронов к решению обыкновенного дифференциального уравнения второго порядка. При таком подходе вся система формирования рассматривается как единое целое.

Как и всякая теория, теория синтеза систем формирования имеет определенные ограничения, связанные с необходимостью введения упрощающих предположений, и имеет свои трудности как в расчетном отношении, так и в отношении решения внешней задачи, то есть форм электродов и магнитных полей.

Основным недостатком ЭОС рассчитанных методом Синтеза является сложность формы вычисленных фокусирующих электродов и их не технологичность. Упростить сложную синтезную форму фокусирующих электродов можно используя расчет ЭОС методом Анализа, который описывается ниже.
1.3.2. Расчеты ЭОС методом анализа.

При расчете ЭОС методом Анализа известными считаются геометрия электродов, образующих электронно-оптическую систему, их потенциалы и распределение плотности объемного заряда в области, ограниченной контуром электродов. Для решения задачи о распределении потенциала в системе, применяются различные методы, основным из которых является метод конечных разностей.

Суть метода состоит в замене дифференциального уравнения соответствующим ему уравнением в конечных разностях, которое получается заменой производных их приближенными выражениями через конечные разности. Пусть рассчитываемое поле удовлетворяет двумерному уравнению Пуассона:


--PAGE_BREAK--


Вторые производные потенциала в некоторой точке О рассматриваемой области могут быть следующим образом представлены через значения первых производных в соседних с ней точках а, b
,с, d:





Входящие сюда первые производные могут быть также выражены через конечные разности:





Здесь U1, U2,
U3,
U4– значения потенциалов в точках 1, 2, 3, 4, окружающих точку О.

Подставляя (2.4) в (2.3), находим:



¶2U

»

1

[(U1–U0) — (U0–U3)],

¶2U

»

1

[(U2 – U0) — (U0– U4)],

¶z2

h2

¶y2

h2



и





¶2U

+

¶2U

»

1

(U1 + U2+ U3+ U4 – 4U0).



¶y2

¶z2

h2



Отсюда получаем следующий конечно-разностный аналог уравнения Пуассона:
U1+ U2+ U3+ U4 – 4U0= — h2r/ e.


    продолжение
--PAGE_BREAK--Для двумерного уравнения Лапласа соответственно имеем

U1+ U2+ U3+ U4 – 4U0= 0


Аналогично может быть получен конечно-разностный аналог уравнения Пуассона в цилиндрических координатах:







где r– расстояние от оси симметрии до рассматриваемой точки.

Для точек, лежащих на оси симметрии, вместо (2.5) будем иметь:
U1+ U3+ 4U2 – 6U0= — h2r/ e.
Записанные выше разностные уравнения связывают значения потенциала в отдельных дискретных точках, поэтому для расчета поля область, в которой ищется решение, покрывается квадратной сеткой с шагом h. Для каждого узла, лежащего внутри рассматриваемой области, составляется разностное уравнение, связывающее потенциал данного узла и четырех прилежащих к нему других узлов сетки. При этом узлам, совпадающим с границей области, приписываются фиксированные значения потенциала, равные потенциалам соответствующих точек границы.

Конечно — разностные уравнения, написанные для узловых точек сетки, образуют систему линейных алгебраических уравнений, число которых равно числу неизвестных. Таким образом, решение краевой задачи сводится к решению системы алгебраических уравнений. При этом граничные условия участвуют в решении через значения потенциалов граничных узлов и опорных точек.

Для уменьшения погрешности, связанной с заменой дифференциального уравнения разностным, необходимо уменьшать шаг сетки, что означает увеличение числа узлов и, соответственно, увеличение порядка системы уравнений. В расчетах количество узлов может достигать нескольких тысяч, вследствие чего непосредственное решение системы уравнений методом исключения оказывается невозможным и для решения используется метод последовательных приближений, иначе называемый методом итерации. В настоящее время этот метод, имеющий ряд разновидностей, получил широкое применение при расчетах полей на ЭВМ.

При расчете траектории электронов в ЭОС, широкое применение получил метод последовательных приближений, заключающийся в следующем. В качестве полей первого приближения берутся поля без учета собственных полей потока частиц. Эти поля используются для расчета траекторий первого приближения. Поля и траектории второго приближения рассчитываются с учетом (приближенным) собственных полей пучка. Процесс последовательных приближений продолжается до тех пор, пока результаты последующего п – го приближения не будут достаточно близки к результатам предыдущего (n– l) – гoприближения. В качестве критерия сходимости процесса могут, например, служить координаты и углы наклона траекторий частиц в некоторой выбранной плоскости анализируемой системы. В тех случаях, когда процесс последовательных приближений сходится, для получения конечного результата с необходимой для практики точностью обычно требуется 5 – 10 приближений.

При решении самосогласованных задач методом последовательных приближений используется дискретная модель потока частиц в виде траекторий – трубок тока. Для этого на входе в анализируемую систему поток частиц разбивается в поперечном направлении на N элементарных слоев – трубок тока. Парциальный ток каждой трубки DIkрассчитывается исходя из площади поперечного сечения трубки и распределения плотности тока по сечению пучка (последнее предполагается известным). Этот ток приписывается одной «центральной» траектории трубки, ход которой и рассчитывается в дальнейшем. В таком случае решение самосогласованной задачи сводится к совместному решению уравнений поля, движения и непрерывности тока. Последнее применительно к данной модели пучка имеет вид DIk= const. По известному распределению заряда производится расчет поля следующего приближения и т. д.
1.4. Способы измерения реальных магнитных полей в мощных клистронах
[
3
].

В последнее время стали применяться полупроводниковые измерители магнитных полей, так называемые датчики э.д.с. Холла. Датчиками э.д.с. Холла можно измерять как постоянные, так и переменные магнитные поля.

Эффект Холла состоит в том, что на боковых гранях образца. Через который пропускается постоянный ток, при наличии внешнего магнитного поля возникает поперечная разность потенциалов. Для образца, сделанного из полупроводника в форме параллелепипеда, это разность потенциалов определяется уравнением



Uy= R

ix
Н
z

10 – 8 в,

(2.6)

d
    продолжение
--PAGE_BREAK--


Где ix
– сила тока в образце, Нz– напряженность магнитного поля, d– толщина образца, R– константа Холла.

Таким образом, согласно формуле (2.6) при пропускании постоянного тока через образец в нем возникает разность потенциалов, которая будет пропорциональна напряженности магнитного поля. У датчиков э.д.с. Холла пропорциональность между Uи Н соблюдается с точностью до нескольких процентов для полей порядка 2 ´104э.

В настоящее время для изготовления датчиков используются полупроводники, обладающие большими подвижностями носителей тока. К ним относятся элементы Те, Вi, Ge, а также некоторые бинарные соединения со структурой цинковой обманки: НgSe¸ НgТе, InAs¸ InSb¸ Pbse, PbTeи AgTe.

Датчики э.д.с. Холла используются в виде тонких пластинок, которые вырезаются с помощью алмазных дисковых пил из монокристалла или поликристалла. Отрезанные пластинки шлифуются и подвергаются специальной обработке. Пленочные датчики выполнятся из НgSe и НgТе в виде тонких пленок (до 10 мк). Они получаются методом напыления полупроводника на стеклянный или слюдяной базис, через определенные трафареты. Поверхность базиса предварительно тщательно очищается. После чего наносятся металлические электроды нужной формы. Электроды изготовляются путем испарения меди в вакууме или методом вжигания серебряной пасты. Только после этого на базис, нагретый до 1000, наносится слой полупроводника. Полученные пленочные датчики подвергаются отжигу при температуре 100 – 1100, чтобы обеспечить лучшую стабильность их параметров.

Чувствительность отожженных датчиков в течение одного года изменяется только на 2 – 3%. Для предохранения датчиков от различных механических повреждений пленки полупроводника покрываются тонким слоем клея БФ-2. При изготовлении датчиков э.д.с. Холла большое внимание уделяется получению хорошего электрического контакта с полупроводником.

Контакты выполняются таким образом, чтобы они не вызывали ни ослабления, ни искажения сигнала, а при работе на переменном токе они не должны обладать выпрямительными свойствами. Для этого или шлифуется поверхность полупроводника, или наносится в некоторой ее области слой очень высокой проводимости, сделанный из того же полпроводника, что и основной слой датчика, но с большей концентрацией носителя тока.
1.5. Постановка задачи.

Как следует из проделанного обзора литературы расчет фокусирующей системы мощного клистрона с реверсной магнитной фокусировкой представляет собой решение сложной задачи электронной оптики. Из обзора также следует, что в последние годы разработаны аналитические и численные методы расчета ЭОС, использование которых позволяет сравнительно быстро провести проектирование ЭОС в том числе и с реверсной фокусировкой.

Основной целью данной работы является использование современных компьютерных программ расчета для анализа и оптимизации клистрона КИУ-147, разработанного около 15 лет тому назад. Этот клистрон используется в ускорительной технике и имеет следующие параметры:

Импульсная мощность, мВт – 5;

Средняя мощность, кВт – 25;

Частота, мГц – 2450;

КПД, % — 44;

Коэффициент усиления, дБ – 50.

В клистроне применяется двух реверсная магнитная фокусирующая система на радиально намагниченных магнитах которая формирует сорока лучевой электронный поток с суммарным первеансом 20 ´ 10-6 А/В3/2.

Основной задачей дипломной работы является расчет конфигурации электронных лучей от катода до конца пролетного канала и последующая оптимизация ЭОС на основе современных компьютерных программ расчета.

Исходные данные:

1. Анодное напряжение – 52 кВ;

2. Количество электронных лучей – 40;

3. Расположение электронных лучей:

а) диаметр 84 – 21 луч,

б) диаметр 64 – 19 лучей;

4. Диаметр пролетного канала 6,5 – 8 мм;

5. Суммарный первеанс » 20 ´ 10-6 А/В3/2;

6. Диаметр катода – 8,6 мм.


2. Современные программы проектирования ЭОС и их использование для расчета и оптимизации реверсной магнитной фокусирующей системы мощного клистрона.

2.1. Программа «Синтез», созданная на основе использования теории В.Т. Овчарова
[
4
].

Для расчета ЭОС методом Синтеза изложенном в параграфе 1.3.1 использована теория Овчарова. В этой теории все внутренние траектории вычисляются из крайней с помощью выражения





где j
— функция, описывающая крайнюю траекторию электронного пучка в цилиндрической системе координат; r
-радиальная координата цилиндрической системы координат; Z
-продольная координата цилиндрической системы координат; Ф0 — единица измерения радиальных размеров пучка; l
-единица измерения продольных размеров пучка; q2– криволинейная ортогональная координата.

Для крайней траектории пучка q2 = 1, для осевой q2 = 0, а для остальных 0< q2 <1.

Решение внутренней задачи формирования аксиально-симметричного электронного пучка сводится к решению следующего дифференциального уравнения:





В этом уравнении j
(
x
)
— функция, описывающая крайнюю траекторию электронного пучка и по виду совпадающая cфункцией j
(
Z
/
l
)выражения (2.1); и(x
) -функция, описывающая распределение потенциала на оси пучка; h
(
x
) -функция, описывающая распределение магнитного поля на оси пучка; h
k
=
h
(0) -значение функции h
(
x
)на катоде; j
k
= j
(

)
— значение функции j
(
x
)
 на катоде.

Поскольку на оси пучка криволинейная система координат совпадает с цилиндрической, функции и(х) и h
(
x
)тождественны функциям, описывающим соответственно распределение потенциала и магнитного поля на оси пучка в цилиндрической системе координат.

<img width=«14» height=«19» src=«ref-1_452465381-190.coolpic» v:shapes="_x0000_s1031">Штрихами в уравнении (2.2) обозначено дифференцирование по переменной х. Входящая в (2.2) постоянная       вычисляется по формуле



где Н0- единица измерения магнитного поля, Э; l
-единица измерения продольных размеров пучка, см; V— единица измерения потенциала, В.

Входящая в (2.2) постоянная i
характеризует ток пучка. Она связана с микропервеансом пучка (по потенциалу V
) следующим соотношением:



где m
= (Ф0/
l
); P
m
-микропервеанс пучка, мкА/В3/2.

Внешняя задача в параксиальной теории формирования решается в криволинейной системе координат. При этом используется трансцендентное уравнение







где V = U/U— потенциал иcкомой эквипотенциали.

Уравнение (2.5) решается относительно функции q
2
(
x
)для каждого значения x
.

В результате решения вычисляется функция q
2
*(
x
), определяющая форму искомой эквипотенциали в криволинейной ортогональной системе координат.

Далее делается переход от криволинейной системы координат к цилиндрической с помощью уравнения





которое решается при следующих начальных условиях:





Интегрирование производится до q
2
=
q
2
*, где q
2
* — решение уравнения (2.5) для данного x.

Соответствующее q
2
*значение переменной xесть x*, которая используется дня вычисления цилиндрических координат rи z:





В большинстве практических случаев уравнения (2.5) и (2.6), определяющие внешнюю задачу, могут быть решены лишь численно с помощью электронных вычислительных машин.

Распределение потенциала внутри пучка в первом приближении параксиальной теории формировании в криволинейной системе координат определяется уравнением





где V1 — потенциал искомой эквипотенциали. Распределение плотности тока внутри пучка в криволинейной системе координат является однородным.

Расчет электростатических электронных пушек.

Выберем за единицу измерения радиальных размеров системы формирования Ф0начальный радиус пучка, а за единицу продольных размеров пушки l
-расстояние от катода до точки пролетного канала, в которой потенциал на оси пучка достигает своего постоянного значения U
(рис. 2.1). Величину U
0 примем за единицу измерения потенциала.

При решении внутренней задачи для электростатической ЭОС имеются лишь две возможности: либо задаются траектории электронов в системе, а осевое распределение потенциала вычисляется из уравнения (2.2), либо, наоборот, задается распределение потенциала на оси системы, а из уравнения (2.2) вычисляются траектории электронов.

Как распределение потенциала [Функция и(х)],так и траектория электронов [функция f
(
x
)]в электронной пушке должны подчинятьcя определенным условиям. Условия для функции и(х):




Условия (2.10) обеспечивают работу катода в режиме пространственного заряда, а условия (2.11) — отсутствие электрического поля на оси в заданном пространстве пушки.

Условие для функции j
(
x
)при х=0:





Условие (2.12), как показано в теории формирования    продолжение
--PAGE_BREAK--, обеспечивает сферичность эмитирующей поверхности катода.

Рассмотрим расчет пушки по принципу, когда задается функция и(х), а вычисляется функция j
(
x
).В этом случае функцию и(х) можно задать так, чтобы условия (2.10), (2.11) выполнялись, но дополнительно нужно еще отыскать такой способ задания функции и(х) в области малых значений х, при котором функция j
(
x
), вычисленная из уравнения (2.2), отвечала бы условию (2.12).

Если такой способ задания функции и(х) найден, то, проведя расчет нескольких вариантов решения внутренней задачи, можно выработать рекомендации по расчету электронных пушек, формирующих пучки с заданными параметрами.

Для решения уравнения (2.2) необходимо задать начальные условия. Решение внутренней задачи для электронной пушки удобнее проводить от катода, задавая значение функций и(х) и и'(х) при х = 0. Однако в этом случае на катоде и(х) = 0 и правая часть уравнения (2.2) обращается в бесконечность. Эту трудность можно обойти следующим образом. При заданной функции и(х)найдем приближенное аналитическое решение уравнения (2.2), справедливое в области малых х. При решении уравнения (2.2) с помощью полученного таким образом аналитического выражения сделаем первый шаг с катода в точку, в которой функция и(х) уже не равна нулю. Далее можно проводить решение уравнения (2.2) с помощью ЭВМ. Будем при расчете электростатической электронной пушки задавать функцию и(х) следующим выражением:





k, an(n= 1,2,…..5) – некоторые постоянные коэффициенты.


К расчету электронной пушки.
<img width=«471» height=«370» src=«ref-1_452466141-25031.coolpic» v:shapes="_x0000_i1027">
Риc. 2.1.



--PAGE_BREAK--2.2. Программа «Алмаз» по расчету ЭОС методом анализа.

Для расчета ЭОС методом Анализа изложенном в параграфе 1.3.2 использована программа «Алмаз». Эта программа состоит из двух загрузочных модулей: aupr.exe – расчетный модуль, grafl.exe – графический модуль.

Для выполнения расчетов по программе aupr.exe необходимо предварительно подготовить файл исходных данный «fd». Затем выполнить расчеты с помощью программы aupr.exe. При этом по запросу ЭВМ указать файл вывода результатов расчета «frl». В процессе расчета программа сама создает следующие файлы для построения результатов расчета в графической форме:

geom — для построения геометрии,

traek — для построения траекторий электронов,

tok — для построения распределения плотности тока.

Для получения результатов расчета в графической форме необходимо запустить программу grafl.exe, работающей в режиме диалога, и в соответствии с запросами осуществить вывод результатов расчета в виде графиков.

При этом в программе grafl.exe работают пункты меню в соответствии со следующей таблицей:

1.     Геометрия – работает.

2.     Траектории – работает.

3.     Эквипотенциали эл. поля – не работает.

4.     График распределения BZ – не работает.

5.     График распределения JZ – не работает.

6.     График токооседания – не работает.

При повторном выполнении расчетов необходимо предварительно ввести в файл «fd» новые данные и удалить файлы «frl», «geom», «traek», «tok», старого варианта.

При подготовке исходных данных ввод исходных данных осуществляется с дисплея. Данные вводятся в виде последовательности строк, содержащих наименования массивов и переменных и их числовые значения.

Числовые значения вводятся в виде строки чисел действительного типа форматом 8F8.0, причем последовательность ввода массивов и переменных должна строго выполнятся.

При подготовке исходных данных необходимо придерживаться следующих правил:

1. Сначала вводится строка, содержащая наименования переменных или массива и символы – разграничители «I», определяющие начало и конец поля, в котором располагаются числовые значения в соответствии с указанным форматом (8F8.0).

2. В следующей строке записываются под наименованием переменных или массива соответствующие числовые значения. Числовые значения массива могут располагаться в нескольких строках.

3. Числа могут располагаться в любом месте в пределах отведенного для них поля.

4. Количество символов в числе, включая знак и кодовую точку для чисел действительного типа не должно превышать ширины поля.

5. Знак «+» у чисел можно опускать.

Далее приведены наименования переменных, их назначение, последовательность массивов, которые объединяют эти переменные:

Массив 1 описывает общие данные о приборе, данные определяющие точность решения:

RU – максимальные размер области для поля по оси R.

RF – максимальный размер области для пространственного заряда по оси R.

ZU– максимальные размер области для поля по оси Z.

TTT – конец прибора по оси Z и последняя плоскость симметрии.

FH – число узлов, приходящихся на область перекрытия. FH = S /H, где S – протяженность участка прибора, общего для соседних областей (область перекрытия) S = 1.5dk, где dk – диаметр канала.

H – шаг разностной сетки, выбираемой из условий:

          H>=RU/147,

          H>=RF/147,

          H>=ZU/297.

VQ – шаг интегрирования. VQ = (2-3)*H.

U – анодное напряжение в вольтах.

FK – расстояние от катода до плоскости. В которой определяется ток и первеанс прибора. FK = (2-3)*H.

RK – радиус кривизны катода.

HK – высота катода.

ZO – координата по оси Z центра окружности катода.

Y1, Z1 Y2, Z2 – координаты конического катода (временно не используются) и полагаются равными Y1 = Z1 = Y2 = Z2 0.

FE – число слоев электронного потока FE<=30.

GE – критерий сходимости потенциала при расчете поля. GE = 0.001 – 0.0001.

RM– критерий неоднородности магнитного поля.

NP – число плоскостей симметрии, которыми прибора разбивается на отдельные области NP<=30.

IWN – число линий второго порядка, описывающих контур прибора.

IWP – число линий первого порядка, описывающих контур прибора.

NPR – максимальное число последовательных приближений при расчете каждой области.

NS – параметр, задающий частоту вывода цифровой информации на печать. При NS = 0 информация выводится на каждом шаге интегрирования.

NPL – число вводимых в массив Х15 плоскостей.

TK – температура катода в градусах Кельвина. Для расчета без учета влияния тепловых скоростей положить TK = 0.

NEG – число энергетических групп для многоскоростного потока NEG = 1-3.

Массив 2 описывает плоскости, в которых определяется токопрохождение.

Х15 (1) – Z1

Х15 (2) – Z2

Х15 (30) – Z30

Примечание:

1. Первые плоскости должны находиться в местах геометрической симметрии прибора. Число их не должно превышать 30.

2. Х15 (1) равно начальной границе прибора.

3. Х15 (NP) = TTT.

4. При расстановке плоскостей симметрии, на которые разбивается прибор, должно выполняться условие:

          max (Х15 (i + 1) — Х15 (i)) <= ZU – FH*H

Массив 3 описывает контур прибора и потенциалы на электродах. Геометрические размеры прибора должны быть заданы в (мм).

Х4

(1)

ZH–

ü

ïý

ïþ

координаты начала (ZH, RH) и конца (ZK, RK) линии второго порядка



(2)

RH –



(3)

ZK –



(4)

RK –



(5)

UH –

нормированный потенциал электрода



(6)

ZO–

ü

ý

þ

координаты центра окружности



(7)

RO –



(8)

R –

радиус окружности



(К)

ZH–

ü

ïý

ïþ

координаты начала (ZH, RH) и конца (ZK, RK) линии первого порядка



(К+1)

RH –



(К+2)

ZK –



(К+3)

RK –



(К+4)

UH –

нормированный потенциал электрода

Примечание:

1. Все числа, описывающие данную линию набираются в одной строке.

2. Все линии второго порядка должны быть описаны в начале массива восемью числами (ZH, RH, ZK, RK, UH, ZO, RO, R). Линии первого порядка описываются после линий второго порядка пятью числами (ZH, RH, ZK, RK, UH).

3. Конец прибора должен быть замкнут.

4. Максимальный размер массива Х4 (500).

Массив 4 описывает данные о магнитном поле.

B – максимальное значение продольной магнитной индукции в гауссах.

R1, R2– значения радиусов, на которых задается распределение магнитной индукции по оси Z, причем R1 = 0.5* RO (RO – радиус канала), R2 = 2*R1.

TM – начальная граница магнитного поля, ТМ <= (ZO – RK) – HM.

HM – расстояние между соседними точками по оси Z для значений магнитной индукции.

NM – число табличных значений магнитной индукции по оси вдоль всего прибора при R = 0. NM <= 200.

Массив 5 описывает распределение магнитной индукции по оси Z.

XM

(1)

BZH1 –

ü

ý

þ

табличные нормированные значения магнитной индукции по оси Z.



(2)

BZH2 –

Примечание:

1. Распределение магнитной индукции задается при R = 0, R = R1, R = R2.

2. Если магнитное поле однородно по оси R (RM = 1), то распределение магнитной индукции задается только для R = 0 (осевое распределение BZN).

3. Массивы 4, 5 не вводятся при RM = 0, т.е. когда магнитное поле отсутствует.

4. Данные о магнитном поле должны быть по всей длине прибора.
2.3. Расчет существующего варианта ЭОС прибора КИУ-147.

Расчет производился методом анализа по программе «Алмаз» описанной в параграфе 2.2. Для этого создавался файл исходных данных «fd». Расчет проводился при анодном напряжении 52 кВ и при максимальном значении амплитуды магнитного поля 926 Гс. Результат расчета показан на рис.2.2, а соответствующий файл исходных данных представлен в таблице 2.1.

На этом рисунке показано распределение реверсного магнитного поля на оси одного из пролетных каналов наружного ряда отверстий. Здесь же показана траектория электронов формируемого электронного потока. Расчетное значение первеанса одного луча составило Рm= 0,57 мкА/В3/2, а ток одного луча 6,7 А. Учитывая, что в приборе образовано 40 пролетных каналов суммарный расчетный первеанс используемой ЭОС составил Рm= 22,8 мкА/В3/2.

Как следует из результатов расчета, максимальное значение радиуса электронного потока достигается в выходной части прибора R= 2,7 мм. Радиус пролетной трубы клистрона составляет 3,25 мм. Поэтому


--PAGE_BREAK--Результаты расчета электронной пушки методом синтеза.
<img width=«133» height=«80» src=«ref-1_452520638-726.coolpic» alt=«Выноска 3 (с границей): Анод» v:shapes="_x0000_s1046"><img width=«123» height=«62» src=«ref-1_452521364-607.coolpic» alt=«Выноска 3 (с границей): Катод» v:shapes="_x0000_s1044"><img width=«138» height=«38» src=«ref-1_452521971-554.coolpic» alt=«Выноска 3 (с границей): Траектории» v:shapes="_x0000_s1045"><img width=«155» height=«51» src=«ref-1_452522525-777.coolpic» alt=«Выноска 3 (с границей): Фокусирующийэлектрод» v:shapes="_x0000_s1047"><img width=«586» height=«424» src=«ref-1_452523302-49299.coolpic» v:shapes="_x0000_i1029">
Рис.2.3.




Результаты расчета электронной пушки методом анализа.
<img width=«143» height=«37» src=«ref-1_452572601-548.coolpic» alt=«Выноска 3 (с границей): Траектории» v:shapes="_x0000_s1051"><img width=«153» height=«60» src=«ref-1_452573149-599.coolpic» alt=«Выноска 3 (с границей): Катод» v:shapes="_x0000_s1050"><img width=«129» height=«51» src=«ref-1_452573748-559.coolpic» alt=«Выноска 3 (с границей): Анод» v:shapes="_x0000_s1049"><img width=«168» height=«52» src=«ref-1_452574307-846.coolpic» alt=«Выноска 3 (с границей): Фокусирующийэлектрод» v:shapes="_x0000_s1048"><img width=«586» height=«379» src=«ref-1_452575153-25192.coolpic» v:shapes="_x0000_i1030">
Рис.2.4.




Результаты расчета ЭОС с оптимизированной электронной пушкой.
<img width=«586» height=«376» src=«ref-1_452600345-25970.coolpic» v:shapes="_x0000_i1031">

Рис.2.5.


Таблица 2.2.

Файл исходных данных к рисунку 2.5.
  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   0.823   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


траектория электронного потока не пересекает остальные траектории пучка). Однако радиус электронного потока в выходной части прибора уменьшился не значительно (приблизительно на 7%).

Как следует из рис.2.5 основной причиной увеличения радиуса пучка в выходной части клистрона является не оптимальность фазы влета пучка во второй реверс. Для улучшения указанной фазы влета необходимо провести расчет и оптимизацию распределения магнитного поля в системе с новой электронной пушкой.

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

--PAGE_BREAK--Результаты расчета ЭОС с уменьшенным на 100 Гс

магнитным полем во второй области.
<img width=«572» height=«378» src=«ref-1_452651730-32803.coolpic» v:shapes="_x0000_i1033">
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.
<img width=«593» height=«378» src=«ref-1_452684533-36367.coolpic» v:shapes="_x0000_i1034">

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.
<img width=«551» height=«378» src=«ref-1_452720900-31753.coolpic» v:shapes="_x0000_i1035">

Рис.2.9.


Таблица2.6.

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.
<img width=«586» height=«382» src=«ref-1_452752653-32880.coolpic» v:shapes="_x0000_i1036">

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.
3.1. Блок-схема работы по теме.

План проведения работы по теме составляется с помощью алгоритма — блок-схемы порядка производимых расчетов, испытаний и измерений. С помощью блок-схемы картина работы над темой представляется наглядно.

Таким образом, учитывая последовательность, с которой необходимо производить выбор конструкции, расчеты и эксперименты, данная блок-схема является логично построенной и закономерной.

Все данные о перечне всех необходимых работ показаны на рис.3.1.

Блок-схема разработки реверсной магнитной фокусирующей системы мощного многолучевого клистрона.





Получение задания













Обзор литературы













Изучение и анализ

прибора-аналога













Расчетно-теоретическая часть













Монтаж установки













Экспериментальная часть (измерение)













Обсуждение полученных результатов













Оформление пояснительной записки













Сдача темы





Рис.3.1.


3.2. Организация процесса разработки.

Планирование позволят решать различные задачи, возникающие на производстве и при научных исследованиях.

Построение план-графика должно обеспечить возможность непрерывного контроля над ходом работ. Планирование подготовки проведения работы можно обеспечить, если процесс представить в виде модели, отражающей весь ход предстоящей работы.

Наиболее широкое применение получили графические методы. В данной работе мы применяем в качестве модели ленточный график. Ленточный график составляем на основе оценок времени на проведение отдельных работ.

Перечень работ и сроки их выполнения приведены в таблице 3.1.

Ленточный график выполнения работ по данной теме приведен на рис.3.2.


Таблица 3.1.

Перечень работ проекта и сроки их выполнения.

№ п/п

Этапы

Длительность

Трудоемкость, чел / дни

Рабочие дни

Календарные дни

1.

Подбор и обзор литературы

10

14

1.02 – 14.02

10

2.

Изучение и анализ прибора-прототипа

8

12

15.02 – 26.02

8

3.

Выбор конструкции

10

15

27.02 – 13.03

10

4.

Монтаж установки

12

18

14.03 – 31.03

12

5.

Расчет и определение параметров

15

21

1.04 – 21.04

15

6.

Обсуждение и обобщение результатов

7

8

22.04 – 29.04

7

7.

Оформление пояснительной записки

15

27

30.04 –26.05

15

8.

Сдача темы

5

5

27.05 –31.05

5



Всего:         рабочих дней – 80;

                   Календарных дней – 120


--PAGE_BREAK--Основные группы материалов и полуфабрикатов.
№ п/п

Наименование материала

Единица измерения

Цена за единицу, руб.

Кол-во материала

Сумма,

руб.

1.

Медь

кг

130

76,5

9945.00

3.

Сталь (12Х18Н10Т)

кг

58,5

2,9

169.65

4.

Ковар (29НК)

кг

598

0,5

299.00

5.

Мельхиор

кг

215

2

430.00

6.

Нихром

кг

590

2

1180.00

7.

Молибден

кг

960

5,5

5280.00

8.

Вольфрам

кг

980

1

980.00

9.

Припой (ПСр72)

кг

171

0,4

68.40

Итого:

18352.05 руб.



Таким образом, затраты по первой статье составят 18352.05 рублей.

2. Транспортные расходы составляют 10 % от затрат на материалы и составят 1835.21 рублей.

3. Основная заработная плата производственного персонала. Расчет заработной платы приведен в Таблице 3.3.
Таблица 3.3

Расчет заработной платы.

№ п/п

Вид работы

Персонал

Занятость,

чел / час

Часовая тарифная ставка, руб./час.

Сумма, руб.

1.

Токарная

Токарь

ср. р. 5-6

14

16.25

227.50

2.

Фрезерная

Фрезеровщик

ср. р. 5-6

11

16.25

178.75

3.

Слесарная

Слесарь

ср. р. 4

17

12.71

216.07

4.

Сборочная

Инженер-технолог

8

14.00

112.00



5.

Пайка

Паяльщик

р. 5

6

12.71

76.26

6.

Откачка

Отк. – Вак.

ср. р. 5-6

10

16.25

162.50

7.

Сварочная

Сварщик

р. 4-6

4

12.71

50.84

Итого:

1023.93 руб.



Из Таблицы видно, что общие затраты по этой статье составили 1023.93 рубля.

4. Дополнительная заработная плата.

Она составляет 15 % от основной заработной платы или 153.59 рубля.

5. ЕСН берется в размере 35.6% от суммы основной и дополнительной заработной платы и составляет 419.20 рублей.

6. Накладные расходы. Состоят из:

1. Цеховых расходов – они составляют 350% от основной заработной платы, то есть 3583.75 рубля.

2. Общезаводских расходов – они составляют 300% от основной заработной платы, то есть 3071.79 рубля.

Калькуляция статей стоимости разработки представлена в Таблице 3.4.

Таблица 3.4

Калькуляция статей стоимости разработки.

№ п/п

Наименование статей расхода

Затраты, руб.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Материалы, покупные изделия

Транспортные расходы

Основная заработная плата

Дополнительная заработная плата

Отчисления на социальное страхование

Накладные расходы:

Цеховые

Общезаводские

18352.05

1835.21

1023.93

153.59

419.20

8092.85

3583.75

3071.79

Итого:

28439.52



Нормативные данные представлены планово-экономическим отделом ФГУП НПП «Торий». Калькуляция себестоимости изделия представлена в Таблице 3.4.

Прибыль производственного предприятия составляет 25 % от себестоимости изделия, что составит 7109.88 рублей.

Налогом на добавленную стоимость (НДС) не облагается, так как источником финансирования является госбюджет (статья 149 пункт 3 подпункт 16 Налогового Кодекса РФ).

Таким образом, цена реверсной магнитной фокусирующей системы мощного многолучевого клистрона составит 35549.40 рубля.
3.4. Экономические результаты проведенной оптимизации.

Целью настоящей работы является оптимизация реверсной магнитной фокусирующей системы клистрона, что позволит улучшить выходные характеристики прибора и повысить его технико-экономические показатели по сравнению с ранее имевшейся технологией, увеличить процент выхода годных изделий, сократить время проведения технологического процесса.

Годовая экономия Эг ожидается за счет:

1. Повышения процента выхода годных изделий.

Эг1 = С (Вн – Вст) N / 100,

где:   С – себестоимость обрабатываемого изделия С = 28439.52.

          Вн и Вст – новый и старый процент выхода годных изделий (90, 85).

N – программа выпуска изделий (18 шт. в год).

Подставляя величины в формулу, получим: Эг1 = 25595.57

2. Снижения себестоимости образца.

Эг2 = N (Сст – Сн),

где:   Сст и Сн – старая и новая цена изделия (Сст = 32254.70, Сн = 28439.52).

N – программа выпуска изделий (18 шт. в год)

Тогда: Эг2 = 68673.24 руб. и тогда

Эг = Эг1 + Эг2 = 94268.81 рублей.

Капитальные затраты складываются из: цены изделия, затраты на его доставку, затраты не его монтаж и сопряженные капитальные вложения, необходимые для использования новой техники. Следовательно К = 40881.81 рублей.

Годовой экономический эффект составит:

Эф = Эг – (К / Тн),

где:   Тн – срок окупаемости затрат (5,7 лет).

Суммируя полученные результаты, найдем Эф = 87096.56 рублей.

Таким образом, проведение данной работы позволит снизить себестоимость системы за счет более совершенной технологии обработки, что позволяет ожидать годовой экономический эффект 87096.56 рублей.
В данном разделе осуществлен расчет себестоимости, составлена смета на работы по теме, спланированы и учтены возможные затраты, организованы работы по теме.

С учетом разработки данной системы правильное определение ее себестоимости изготовления, позволяет определить продажную стоимость и прибыль, при которых производство будет рентабельным и конкурентоспособным по отношению к прибору-аналогу, используемому ранее.

Затраты по этой теме целесообразны, так как результаты этой работы могут быть использованы как для дальнейших научно-технических работ исследовательского характера, так и для разработки и конструирования устройств рассмотренного типа, обладающих более совершенными точностными и технико-эксплуатационными характеристиками. Использование таких устройств позволит в будущем снизить их себестоимость за счёт совершенствования элементной базы, а при массовом производстве за счёт постепенного вытеснения более дорогостоящих приборов этого типа.


4. Технические мероприятия, обеспечивающие безопасность труда при настройке устройства.

В настоящее время в связи с научно-техническим развитием, формы труда все более изменяются в направлении, характеризующемся увеличением доли умственного труда и в следствии все более возрастающим режимом жизни и увеличением нагрузки на центральную нервную систему.

Из-за внедрения новых технологических процессов и усложнения существующих, наблюдается усиление влияний вибраций, шума, вредного излучения, пыли и так далее на работающего и на окружающую среду. В связи с этим все более значимым становится вопросы обеспечения безопасности жизнедеятельности и охраны окружающей среды. Особое внимание обратим на обеспечение безопасности инженера-настройщика проводящего работу по настройке мощного многолучевого клистрона. Так как, при выполнении своей работы он может столкнуться с опасными и вредными факторами.

Нормальная работа во многом зависит от того, в какой мере условия работы соответствуют оптимальным. При этом под условиями работы подразумевается комплекс различных факторов, установленных стандартами по безопасности труда.
4.1. Анализ условий труда на рабочем месте.

Организация рабочего места заключается в выполнении ряда мероприятий, обеспечивающих рациональный и безопасный трудовой процесс. При создании рабочего места необходимо обеспечивать максимально возможные удобства условий труда, так как ежедневные перегрузки приводят к преждевременной усталости и как следствие невнимательности, что значительно повышает травматизм на рабочем месте. Анализ условий труда заключается в определении вредных и опасных факторов.

Во время работы, согласно ГОСТ 12.0.003.-74 [8], инженер-настройщик подвергается воздействию психофизиологических и физических факторов. Факторы – воздействия, которые в определенных условиях приводят к травме или другому внезапному резкому ухудшению здоровья. Если же производственные факторы приводят к заболеваниям или снижению работоспособности, то они считаются вредными.

В ГОСТ 12.003-74*ССБТ “Опасные и вредные факторы. Классификация.” элементы условий труда выступающих в роли опасных и вредных факторов делятся на: физические, химические, биологические, психофизические.

К физическим факторам относятся:

– недостаточная освещенность рабочего места;

– возможность поражения электрическим током;

– повышенный уровень шума на рабочем месте;

– не оптимальные микроклиматические условия на рабочем месте;

– повышенный уровень электромагнитных полей.
4.2. Освещение рабочего места
[
9
]
.

Правильно спроектированное и выполненное освещение улучшает условия зрительной работы, снижает утомляемость, способствует повышению производительности труда, благотворно влияет на производственную среду, оказывая положительное психологическое воздействие на работающего, повышает безопасность труда и снижает травматизм.

В процессе работы над настройкой мощного клистрона инженеру-настройщику приходится иметь дело с показаниями приборов. Данная работа относится к IV разряду. Контраст большой, фон средний, следовательно, подразряд «Г». Освещение должно быть общее и составлять не менее 150 лк. Кроме того, возможно комбинированное освещение с минимальной освещенностью 300 лк.

Рассчитаем освещенность на рабочем месте. Плоскости столов расположены на расстоянии 0,75 м от уровня пола. Инженер-настройщик работает в комнате с окном, следовательно, на рабочее место проникает дневной свет. Однако, дневного освещения недостаточно, поэтому используется искусственное освещение.

Для общего освещения помещения применяют люминесцентные лампы. При расчете общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей при отсутствии крупных затемняющих предметов пользуются методом коэффициента использования.

При расчете по этому методу потребный поток от лампы находится по формуле:



Ф=

Еk S z

.

Nh



Из данной формулы можно определить Е при известном Ф.



Е =

Ф Nh



k S z



Где    Ф – поток излучения от каждого светильника,

k – коэффициент запаса,

S – освещаемая поверхность,

z – неравномерность освещения,

N – число светильников,

h – коэффициент использования в долях единиц.

В комнате освещение создается шестью двухламповыми светильниками ЛПП01 с лампами ЛБ-40.

Нормальный световой поток каждой лампы составляет 3000 лм.

Суммарный световой поток:

Ф = 6 ´2 ´3000 = 36000 лм.

Для определения коэффициента использования необходимо найти индекс помещения i:



i =

A ´B

,

h (A + B)



где    А – длина помещения,

В – ширина помещения,

h – высота помещения.

Имеем: А = 9 м, В = 5 м, h = 3,2 м, откуда i = 1,0.

Для определения коэффициента использования необходимо также предположительно оценить коэффициенты отражения поверхностей помещения, которые составляют соответственно для потолка, стен и расчетной поверхности 70%, 30% и 10%.

Светильники ЛПП01 относятся ко второй группе, поэтому потоки нижней и верхней полусфер будут равны соответственно 0,66 и 0,16. Коэффициент использования светового потока, излучаемого в нижнюю полусферу, равен – 0,50 и в верхнюю полусферу – 0,35. Тогда коэффициент использования равен: 0,50 ´0,66 + 0,35 ´0,16 = 0,38.

В помещении с нормальной сферой при газоразрядных лампах коэффициент запаса k = 1,5.

Коэффициент z, характеризующий неравномерность освещения, является функцией многих переменных и в наибольшей степени зависит от отношения расстояния между светильниками к расчетной высоте. При этом отношении, не превышающем рекомендуемых значений, можно принимать z = 1,1 для люминесцентных ламп при расположении светильников в виде светящихся линий. В нашем случае это отношение равно: 2,5/3,2 = 0,8, что не превышает рекомендуемого значения. Следовательно, примем z = 1,1. В помещениях, где положение работающего создает частичное затемнение, следует ввести коэффициент затемнения. Этот коэффициент равен 0,8.

Зная все необходимые данные, подсчитаем освещенность:



Е =

6000 ´6 ´0,38 ´0,8

= 147 лк.

1,5 ´45 ´1,1



Полученное значение меньше 150 лк, значит, освещение ниже санитарных норм.

Таким образом, в результате данного расчета выявилась необходимость улучшения освещенности рабочего места инженера-настройщика. Для этой цели было проведено следующее мероприятие: установка настольных ламп на рабочих местах. После установки ламп освещенность стала соответствовать уровню санитарных норм.
    продолжение
--PAGE_BREAK--