20、螺旋磁通压缩发电机：原理、设计与性能评估

螺旋磁通压缩发电机：原理、设计与性能评估

1. 螺旋磁通压缩发电机概述

螺旋磁通压缩发电机（Helical Flux Compression Generator，HFCG）是所有爆炸脉冲功率装置中研究和应用最多的一种。与其他发电机相比，它具有潜在的高电流和高能量增益，且爆炸启动系统相对简单，传统的HFCG只需要单点启动。不过，从物理角度来看，它也是最复杂的发电机设计之一。

HFCG的基本组件包括外部固定负载线圈（电感为L1）、外部螺旋绕组（定子）以及装有炸药的金属圆柱体（电枢）。初始磁通可由电容器组提供给发电机及其串联负载线圈。当炸药引爆时，电枢膨胀形成一个以爆炸速度移动的锥形金属前沿，该前沿会在发电机电流或磁通达到峰值时短路发电机输入，从而将电容器组与发电机系统有效隔离。之后，锥形前沿沿着电枢移动并与定子的螺旋绕组进行点接触，接触点会随着定子的螺距沿发电机长度方向进行圆周传播。

以下是自20世纪50年代以来建造和测试过的一些螺旋发电机的示例：
| 名称 | 年份 | 国家 | 峰值电流 (MA) | 峰值电压 (kV) | dI/dt (TA/s) | 电枢长度 (m) | 直径 (cm) |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| Potok | 1953 | 俄罗斯 | 40 | 540 | 0.18 | - | - |
| Mark IX | 1989 | 美国 | 30 | 0.63 | 17.3 | 1.12 | - |
| Mark 101 | 1986 | 美国 | 2.11 | 470 | 0.00255 | 10 | 60 |