Оптический космос

На главную Об авторе Публикации Единая теория
Мироздания
Достижения Продукция Контакты
>> Публикации >> Оптимизация магнитных фокусирующих систем методом синтеза.

Капитонов В.Е.: «Оптимизация магнитных фокусирующих систем методом синтеза»

Необходимость создания качественно нового уровня технических разработок электровакуумных приборов (ЭВП) СВЧ и постоянного его повышения должны требовать определения и применения единого подхода к решению конструкций этих приборов, т.е. проектирование каждого прибора таким образом, чтобы один его разработанный узел закономерно обуславливал разработку конструкции другого. При этом в основе критерия правильности ориентации в ведении проектирования указанным подходом, безусловно, должна лежать объективно существующая закономерность. С этой целью при разработке ЭВП СВЧ милли- и субмиллиметрового диапазонов длин волн, в частности при разработке оптимальных конструкций их фокусирующих систем, в качестве исходной объективной закономерности предлагается использовать метод синтеза оптимальных магнитных систем [1]. Указанный метод является решением обратной задачи получения синтеза оптимальных по массе и габаритам магнитных систем (МС) по заданной величине напряженности магнитного поля в выбранной точке пространства, т.е. в физическом представлении – решением задачи по определению относительно точки распределения поля рассеивания магнитного диполя и синтеза МС в среде с магнитной проницаемостью, равной единице, представляющей собой блочную структуру с единственным «разрешенным» направлением вектора поля в каждом из блоков. Под «разрешенными» направлениями векторов понимаются направления результирующих векторов поля рассеивания магнитного диполя в каждом из блоков, являющиеся для этих блоков в случае ферромагнитной среды, направлениями векторов оптимального намагничивания. Метод основан на многолучевом разбиении пространства совместно с принципами геометрического подобия для расчета магнитов и суперпозиции создаваемых ими полей, т.е. принцип подобия для постоянных магнитов применяется в среде самого ферромагнитного материала, из которого проектируется МС. При этом область пространства заполняемая ферромагнитным материалом с постоянной намагниченностью, разбивается на совокупность сколь угодно малых геометрически подобных фигур (магнитных элементов), разделенных лучами, выходящими из заданной (произвольной) точки пространства. Продольно-осевое сечение указанной области в качестве магнитодиаграммвы, подробно описанной в [1], приведена на рис. 1. Следует отметить, что любое применение при проектировании МС магнитного материала с магнитной проницаемостью, неравной единице (элементов из магнитомягкого материала, магнитопроводов), будет являться отступлением от теоретического предела оптимальности конфигурации намагничивания объема магнитного материала. Последнее объясняется отличием конфигурации намагниченности магнитомягких элементов или магнитопроводов от всегда достижимой, более оптимальной относительно рабочего зазора МС конфигурации намагниченности, которую можно реализовать в той же части пространства путем применения блоков из магнитотвердого материала с постоянной намагниченностью. Существенное отличие конфигурации намагниченности магнитомягких элементов от оптимальной следует из их результирующей намагниченности, ориентированной по полю рассеивания источников поля МС и собственных полей рассеивания, а не по оптимальному полю для рабочего зазора МС. Далее, если говорить о классе МС с оптимальной массой и габаритами, то, учитывая современный уровень технологии производства, системы, выполненные из блоков, имющих неоптимальное результирующее направление вектора намагниченности, не могут быть отнесены к данному классу. Более того, названное условие, будучи необходимым, не является достаточным для создания МС с максимальной эффективностью при заданном поле. Последнее возможно только при закономерной комплексной оптимизации МС, а именно: определении такого сочетания оптимальных направлений векторов намагниченности для всех блоков МС, при котором ее эффективность для заданного поля и типа зазора будет максимальной. Произвольное изменение границ магнитного блока при заданном оптимальном направлении его вектора намагниченности ведет к изменению самого оптимального вектора, и наоборот. Следовательно, только при оптимальном сочетании оптимальных направлений векторов намагниченности всех блоков МС (рис. 1, 1) внутренние границы раздела ее блоков (2) и ее внешней границы (3) становятся оптимальными для самой МС в качестве единого целого. Последнее определяет указанный метод синтеза оптимальных магнитных систем как закономерность построения МС в качестве единого целого с минимальными массой и габаритами и является главным отличием этого метода от известных [2-7]. Но синтез несомненно должен обладать общностью, которая должна определенным образом связывать его с пространственными представлениями. С последних начинается построение МС, т.е. пространство определенным образом детерминирует синтез МС. Одновременно с этим, говоря о едином подходе в проектировании пакетированного прибора СВЧ, мы должны стремиться определить общий (единый) критерий оптимальности для такого прибора, если он должен существовать как единое целое. Очевидно, такой критерий оптимальности должен иметь сторону, которая обладала бы общностью для всех конкретных узлов прибора и, конечно, пространства. Однако для бесчисленного множества относительных критериев оптимальности, существующих во времени и пространстве, для наличия единого подхода должна, предположительно, существовать общая (абсолютная) сторона оптимальности, которая связывала бы определенным образом все относительные критерии оптимальности. Поэтому, исходя из такой необходимости существования общности, можно предположить, что синтез в качестве закономерности должен являться формой оптимизации, связанной общностью с пространством, и, если предлагаемый синтез МС с минимальной массой и габаритами является таковой закономерностью, то она непременно должна быть отражена в движении материи в форме пространства. Данное предположение оказалось возможным, а такая связь – существующей. Как выяснилось, в случае классического магнитного диполя m (рис. 2), направленного, например, вдоль оси Oz, угол α между результирующим вектором поля рассеивания диполя β и осью Oz для области A в плоскости yOz, ограниченной геометрически подобными относительно начала координат границами, осью Oz и произвольным лучом из начала координат (и, следовательно, для любой линии диполя, в виде сколь угодно малой области dA с геометрически подобными границами, между осью Oz и произвольным лучом), всегда равен пространственному углу θ между этим лучом и осью Oz. Указанное свойство может быть записано следующим образом:

Где By и Bz – проекции вектора β поля рассеивания диполя в любой точке области A на координатной оси;






Данный результирующий вектор β является направлением оптимального намагничивания аксиально-симметричного относительно оси магнитного блока, частью осевого сечения которого является показания на рис. 2 область A:





Таким образом, можно допустить, что поле магнита в качестве диполя детерминируется пространством, а синтез магнитного поля диполя отражает детерминирующую это поле форму пространства. При этом пространство понимается криволинейным, блочным с отсутствием абсолютной пустоты. Далее можно предположить, что указанная закономерность отражает фундаментальное движение материи в форме пространства, описываемое геометрией распределения поля рассеивания магнитного диполя, и что такая геометрическая форма движения должна иметь минимальное рассеивание (минимум его энтропии), быть геометрией всего пространства и, следовательно, называться оптимальной геометрией. В таком случае следует отметить, что оптимальное движение материи, рассматриваемое, например, в форме обширного пространства и описываемое геометрическим распределением в форме поля рассеивании магнитного диполя, является движением синтеза и распада пространственных масс, каждая из которых синтезируется в рамках пространства по тому же закону, что и само пространство, и является в нем подпространством. В свою очередь, обширное пространство является одним из подпространств еще более обширного пространства и т.д. Следовательно, любое пространство есть пространство-масса (поле), полученное и существующее путем синтеза, т.е. все движения материи – это его оптимизация посредством бесконечномерного синтеза масс в рамках единого мира (закон квантовой гравитации). Таким образом, любая масса (объект) определенной мерности, взятая в виде относительной точки пространства, связанна с остальным пространством движением оптимизации в рамках более многомерного (глобального) синтеза. Говоря образно, любая совокупность масс (пространств). Различных по своей мерности, объединенных оптимизацией путем синтеза на точку, являющуюся для этой совокупности фокусом, представляет собой пространство-массу, которая в качестве объединения как целое является в свою очередь относительной точкой, участвующей в более обширном объединении путем синтеза тоже на точку (на фокус более обширного объединения). Описанное предположение может являться фундаментальным законом движения материи путем его оптимизации и быть основным законом дифракционной картины мира. Итак, если исходить из того, что любая масса есть результат фокусирования движения материи под действием всегда существующей фокусирующей (детерминирующей) силы более обширного пространства-массы, то при таком подходе становится понятным значение оптимизации на точку, которая может иметь всеобщий смысл и раскрывать всю диалектическую природу связи и единства макромира с микромиром как всеобщую форму движения материи. Поэтому метод синтеза оптимальных магнитных систем [1] путем пространственной оптимизации магнитного материала на точку может являться по своей n-мерности составной частью всего синтеза, но тем не менее частью закономерного. Очевидно, по этой причине указанный метод объединяет МС в единое целое (определенной n-мерности) и придает ей новое качество, уменьшая при этом ее поля рассеивания и размагничивания (энтропию) и может являться, в данном случае, исходным началом для проектирования пакетированного прибора СВЧ. Исход из сделанных предположений, оптимальная МС должна разрабатываться в качестве оптимальной магнитной фокусирующей системы (МФС), при этом максимально возможно отображать в формируемом ею поле всеобщность движения, т.е. максимально возможно правильно формировать подпространство взаимодействия. В свою очередь оптика, формирующая электронный пучок, и конструкция прибора также должны разрабатываться в данном случае объединенно с МФС исходя из конфигурации поля рассеивания магнитного диполя и, таким образом, тоже должны быть оптимальными и т.д. На рис. 3. и 4. Показаны примеры оптимальных конструкций МФС с осевыми распределениями напряженностями магнитного поля вдоль длин их рабочих зазоров. При этом из двух указанных МФС система с оптимальной геометрией рабочего зазора (рис. 3) имеет более высокое значение величины напряженности магнитного поля и его градиента в области зазора и меньшие массу – 2,2 кг и габариты 80 x 96 mm. МФС с прямоугольной формой зазора имеет соответственно массу 3,3 кг при габаритах 95 х 110 mm. Системы предназначены для фокусировки электронных потоков с высокой плотностью тока в электровакуумных приборах СВЧ милли- и субмиллиметрового диапазонов длин волн типа генераторов дифракционного излучения, ламп обратной волны и т.д. Приведенные оптимальные МФС выполнены из редкоземельных магнитов и не имеют известных аналогов.

1. Капитонов В.Е. Метод синтеза оптимальных магнитных систем. – Харьков, 1984. – 26 с. – (Препринт/АНУССР. Ин-тут радиофизики и электроники; № 256).

2. Карасик В.Р. Физика и техника сильных магнитных полей. – М.: Наука, 1964. – 347 с.

3. Рабинович Я.Д., Герберг А.Н. О блочных конструкциях постоянных магнитов // Электромеханика. – 1982. – № 1. – С. 86-91.

4. Коген-Далин В.В. Расчет и испытание систем с постоянными магнитами. – М.: Энергия, 1977. – 247 с.

5. Кошарев Б.Г., Молоковский С.И. Расчет аксиально-симметричных магнитных фокусирующих систем с постоянными магнитами // Электрон. техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. – 1975. – Вып. 7. – С. 51-63.

6. Брехна Г. Сверхпроводящие магнитные системы. – М.: Мир, 1976. – 704 с.

7. Шимони К. Теоретическая электротехника. М.: Мир 1964. – 774 с.

2009-2013, ОПТИКОС. Все права защищены