行波管工作在非常惡劣的環(huán)境下, 對結(jié)構(gòu)可靠性具有很高的要求。本文探討了國內(nèi)外學(xué)者及科研機(jī)構(gòu)對行波管結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性分析的研究方法和研究情況, 利用有限元模仿真分析和隨機(jī)振動試驗(yàn)相結(jié)合的方法, 進(jìn)行了某行波管輸能窗兩種結(jié)構(gòu)的力學(xué)機(jī)理分析、動力學(xué)特性分析和隨機(jī)振動試驗(yàn)。結(jié)果表明, 有限元仿真分析的結(jié)論與隨機(jī)振動試驗(yàn)的結(jié)果是吻合的。

　　行波管通常工作在非常惡劣的環(huán)境下, 在使用過程中要承受各種機(jī)械沖擊和振動應(yīng)力的作用, 因此行波管必須滿足各種機(jī)械環(huán)境應(yīng)力的考核, 在交付時必須做規(guī)定的綜合環(huán)境試驗(yàn)條下的抗振可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn), 以驗(yàn)證其設(shè)計(jì)是否符合規(guī)定的抗振可靠性指標(biāo)要求, 保證在規(guī)定的應(yīng)力環(huán)境下正常工作。

　　為了保證微波系統(tǒng)中行波管的可靠性, 國內(nèi)外許多科研機(jī)構(gòu)開展了大量的抗振可靠性、工藝可靠性、可靠性熱設(shè)計(jì)等研究, 真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.lalazzu.cn/)總結(jié)了國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)在行波管結(jié)構(gòu)可靠性方面的研究。

　　A. F. Saleeb 與M. Prabhu采用一種有別于傳統(tǒng)的動力學(xué)模態(tài)分析和振動試驗(yàn)的電子斑紋干涉方法, 研究了基于非接觸法的全場振動測試數(shù)據(jù)對平板進(jìn)行空間輪廓識別, 這為開展隨機(jī)振動試驗(yàn)提供了一條簡易且精確的途徑。S.Raina 與M. Santra對一種耦合腔行波管進(jìn)行了熱和振動性能分析, 通過對行波管進(jìn)行模態(tài)分析和隨機(jī)振動試驗(yàn), 研究了在給定的試驗(yàn)條件下行波管的位移、應(yīng)力和變形情況。

　　廣東工業(yè)大學(xué)和電子五所對行波管結(jié)構(gòu)可靠性的研究主要集中在兩個方面, 其一, 在分析研究國內(nèi)外行波管可靠性研究發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上, 借助于有限元模擬分析方法理論, 在行波管的結(jié)構(gòu)可靠性方面、進(jìn)行了研究。其二, 利用可視化編程語言Visualc+ + 開發(fā)了行波管振動特性分析系統(tǒng), 通過反復(fù)修改系統(tǒng)中設(shè)置的行波管振動特性關(guān)鍵參數(shù),完成行波管的抗振可靠性分析, 以減少分析的工作量, 為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供便利途徑。

　　電子科技大學(xué)的周菥、姚列明等對柵網(wǎng)在高溫狀態(tài)下進(jìn)行了熱分析和動力學(xué)模態(tài)分析, 計(jì)算了柵網(wǎng)的熱變形、振型和固有頻率, 并開發(fā)了專用的熱和動力學(xué)特性仿真環(huán)境軟件。

　　田義宏等從振動試驗(yàn)技術(shù)的角度討論了振動應(yīng)力篩選的方法, 分析了振動試驗(yàn)中夾具、安裝方式、傳感器、振動方向等各種因素和控制策略對環(huán)境應(yīng)力篩選效果的影響。

　　上述研究或偏重于有限元模擬仿真, 如對行波管組件進(jìn)行動力學(xué)模態(tài)分析, 或偏重于實(shí)驗(yàn)研究, 如對行波管進(jìn)行隨機(jī)振動試驗(yàn)。本文采用了將力學(xué)機(jī)理分析、有限元模擬仿真與隨機(jī)振動試驗(yàn)相結(jié)合的方法, 以力學(xué)分析為依據(jù), 有限元模擬仿真為理論指導(dǎo), 最后以試驗(yàn)來驗(yàn)證的方法, 對某行波管輸能窗的兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。

某行波管輸能窗結(jié)構(gòu)力學(xué)機(jī)理分析

　　利用有限元法進(jìn)行行波管隨機(jī)振動分析, 是實(shí)現(xiàn)行波管結(jié)構(gòu)動力學(xué)設(shè)計(jì)的有效途徑, 結(jié)合隨機(jī)振動試驗(yàn)在檢驗(yàn)通過有限元設(shè)計(jì)的動力結(jié)構(gòu)是否可靠的同時, 也大大提高了行波管可靠性設(shè)計(jì)的效率。

　　圖1 為某行波管輸能窗的兩種結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1  輸能窗兩種結(jié)構(gòu)示意圖

　　從力學(xué)角度進(jìn)行機(jī)理分析, 圖1(a) 所示結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)時, 輸能窗下端即窗固定面被固定, 上端處于自由狀態(tài), 實(shí)際上構(gòu)成了懸臂梁結(jié)構(gòu), 受力簡圖如圖2所示。圖1(b) 所示結(jié)構(gòu)對原本是懸臂梁結(jié)構(gòu)的輸能窗進(jìn)行了支撐, 用支撐架支撐后, 輸能窗由懸臂梁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)楹喼Я航Y(jié)構(gòu), 其受力簡圖如圖3 所示。

圖2 懸臂梁結(jié)構(gòu)輸能窗受力簡圖

圖3 簡支梁結(jié)構(gòu)輸能窗受力簡圖

　　以下對輸能窗結(jié)構(gòu)的兩種形式進(jìn)行了有限元動力學(xué)模態(tài)分析和隨機(jī)振動試驗(yàn)仿真分析。

　　采用理論分析與試驗(yàn)相結(jié)合的方法, 對某行波管輸能窗結(jié)構(gòu)進(jìn)行了力學(xué)機(jī)理分析, 基于此分析, 對兩種輸能窗結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動力學(xué)模態(tài)分析與隨機(jī)振動模擬仿真。分析表明, 簡支梁結(jié)構(gòu)的輸能窗相對于懸臂梁結(jié)構(gòu)的輸能窗而言, 固有頻率大幅提高, 輸能窗結(jié)構(gòu)剛度增強(qiáng)。對兩種輸能窗結(jié)構(gòu)的行波管進(jìn)行了隨機(jī)振動試驗(yàn), 試驗(yàn)結(jié)果證明, 簡支梁結(jié)構(gòu)行波管工作正常, 未發(fā)生漏氣現(xiàn)象, 解決了某行波管輸能窗在振動后結(jié)構(gòu)破壞的問題。