Взрывомагнитный генератор

Взрывомагнитный генератор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ВЗРЫВОМАГНИТНЫЙ ГЕНЕРА" ТОР, содержащий осесимметричные токо проводящие пластины для сжатия магнитного потока, соединенные в центре, токопроводящей перемычкой, индуктивную нагрузку, заряды ВВ и систему инициирования, расположенную на оси зарядов, отличающийся тем, что, с целью увеличения коэффи-* циента преобразования энергии ВВ в электрическую и обеспечения возможности работы генератора на вынесеннуюиз зоны действия ударных волн индуктивную нагрузку, пластины для сжатия магнитного потока, соединенные попарно в центре токопроводящими перемычкёши,'Установлены друг[ за другом в металлической трубе с' изолирующим зазором, смежные пластины соседних пар соединены между соо.бой по периметру токопроводящими оболочками, объемы между еяйежньлми пластинами соседних пар заполнены зарядами ВВ, причем оболочка первого заряда соединена с одним концомтрубы, а оболочка последнего заряда через цепь нагрузки' соединена с другим концом трубы.2.Генератор по п. 1, отличающийся тем, что пластины для сжатия магнитного потока содержат конические участки и сближены по периметру в месте расположения токопрЬводящих оболочек.3.Генератор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что' толщина оболочки выбрана в 3-5 раз больше толщины пластины, а сами оболочки выступают по длине за край пластин, образуя кольцевые щели.4.Генератор по п.. 3, отличающийся тем, что оболочка | выполнена в виде полого торойда пря-[ моугольного сечения.5.Генератор по п. 4, отличающийся тем, что на внутрен-]^^" ней поверхности тороида, в зоне щелей, выполнены кольцевые конические буртики.6.Генератор по п-. 2, отличающийся тем, что в заряде ВВ установлена тороидгшьная вставка из пассивного материала, причем ее радиальная толщина уменыиается по мере удаления от плоскости.синвшетрии заряда, а одна из поверхностей тороида примыкает к токопроводящей оболочке .- ^X)о ^ ;о ^ :л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) ЗСЮ Н 02 N 11 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ; :

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЪЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 277 2115/24-25 (22) 31.,05.79 (4б) 23.11.83. Бюл. В 43 (72) М. С. Протасов, В. К. Чернышев и В. А. Шевцов (53) 621. 373(088.8) (54,)(57) 1. ВЗРЫВОИАГНИТНЫЙ ГЕНЕРА

ТОР, содержащий осесимметричные токо проводязже пластины для сжатия магнитного потока, соединенные в центре, токопроводящей перемычкой, индуктивную нагрузку, заряды ВВ и систему инициирования, расположенную на оси зарядов, отличающийся . тем, что, с целью увеличения коэффи циента преобразования энергии ВВ в электрическую и обеспечения возможности работы генератора на вынесенную. из зоны действия ударных волн индуктивную нагрузку, пластины для сжатия магнитного потока, соединенные попарно в центре токопроводящими перемычками, установлены друг( за другом в металлической трубе с изолирующим зазором, смежные пластины соседних пар соединены между лобрй по периметру токопроводящими оболочками, объемы между .смежными пластинами соседних пар заполнены зарядами ВВ, причем оболочка первого заряда соединена с одним концом трубы, а оболочка последнего заряда через цепь нагрузки соединена с другим концом трубы.

2. Генератор по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что пластины для сжатия магнитного потока содержат конические участки и сближены по периметру в месте расположения токопроводящих оболочек.

3. Генератор по пп. 1 и 2, о т-. л и ч а ю шийся тем, что толщина оболочки выбрана в 3-5 раэ больше толщины пластины, а сами оболочки выступают по длине за край пластин, образуя кольцевые щели.

4. Генератор по п, 3, о т л ич а ю шийся тем, что оболочка выполнена в виде полого тороида пря- Е моугольного сечения.

5. Генератор по и. 4, о т л и ч а ю шийся тем, что на внутрен ней поверхности тороида, в зоне щелей, выполнены кольцевые конические буртики. б. Генератор по п; 2, о т л ич а ю шийся тем, что в заряде

ВВ установлена тороидальная вставка из пассивного материала, причем ее . радиальная толщина уменьшается по мере удаления от плоскости.симметрии заряда, а одна из поверхностей тороида приьыкает к токопроводящей оболочке.

807975

Изобретение относится к источникам электрической энергии, а более конкретно, к устройству взрывомагнитных генераторов, предназначенных, например, для нагрева и удержания высокотемпературной плазмы, разгона пластин и оболочек до высоких скоростей и т.п.

Оба указанных примененИя требуют от взрывных источников выполнения двух основных условий.

Во-первых, и для нагрева плазмы, и для разгона разнообразных лайнеров до скорости.100 км/c и более, необходимо освоение нового диапазона им- 15 пульсных токов с амплитудой во много десятков миллионов ампер и более, при малом времени нарастания токов (единицы микросекунд).

Во-вторых, как процессы нагрева и ъ0 удержания плазмы, так и процесс раз гона пластин (или оболочек) требуют определенного времени.

Поэтому потребитель электромагHHT ной энеРгии (индуктивная нагРузка) должен устанавливаться на определенном расстоянии от взрывного источника с тем, чтобы в результате взрыва источника потребитель либо не разрушался вообще, либо сохранялся в течение определенного промежутка времени,з необходимого Для разгона пластин (или нагрева и удержания плазмы), т.е. необходимо, чтобы взрывной источник позволил получать в удаленной нагрузке (вынесенной индуктивности) токи амплитудой 100 млн.А.

Взрывные источники электрической энергии, которые удовлетворяли бы указанным двум требованиям одновременно, до настоящего времени.неизвест 0 ны

Известен взрывомагнитный генератор, позволяющий обеспечить питание внешней нагрузки достаточно большой индуктивности, вынесенной из зоны действия ударных волн, который содержит несколько спиральных взры-. .вомагнитных генераторов (BN1) расположенных .параллельно, соединенных. пОследОВательнО и инициируемых ОднОвременно.

Основным недостатом такого генератора является то, что даже при больших размерах каждого иэ ВМГ (0,35 х 1,5 м ) амплитуда импульса тока достигает лишь .10 млн.A. S5

Для увеличения тока, например до

100 млн.А, необходимо диаметр и длину каждого из применяемых спиральных ВМГ увеличить в п 10 раз (т.е. до диаметра 3 х 15 м) . Многостволь- 60 т ный ВМГ из отдельных генераторов такого большого размера трудно осуществить практически.

Кроме того, при увеличении габаритов генератора значительно возрастает время нарастания тока, что для ряда применений недопустнмо.

Известен другой взрывомагнитный генератор, позволяющий получить в нагрузке импульс тока амплитудой

100 млн.A и более, содержащий деформируемую полость, образованную двумя проводящими пластинами, соединенными в центре токопроводящей перемычкой, два заряда ВВ, расположенных на внешних поверхностях пластин, индуктивную нагрузку, соединяющую пластины между собой по периметру, и систему инициирования, установленную со стороны перемычки.

Основньм недостатком такого генератора, выбранного за прототип, является сравнительно малая величина отношения энергии, доставленной в нагрузку к энергии, запасенной в зарядах ВВ (-2Ъ).

Объясняется это тем, что при выбранном соотношении 1/10 толщины медной пластины (2 мм) и заряда BB (20 мм) в сторону пластины движется лишь 1/3 часть продуктов взрыва, остальная часть продуктов взрыва движется в другую сторону.

Учет противодавления магнитного поля снижает дополнительно толщину слоя продуктов взрыва, движущихся вслед за пластиной.

Другим недостатком такого генератора является то, что он позволяет получить импульс тока 100 млн.A npu работе на индуктивность величиной в доли нГн, т.е. о. работе на вынесенную (из области действия ударных волн) индуктивную нагрузку не может быть и речи.

Целью изобретения явдяется увеличение коэффициента преобразования энергии ВВ в электрическую и обеспечение возможности работы генератора на вынесенную иэ зоны действия ударных волн индуктивную нагрузку.

Цель достигается тем, что ВО вэрывомагнитном генераторе, содержащем Осесимметричные токопроводящие пластины для сжатия магнитного потока, соединенные в центре токопроводящей перемычкой, индуктивную нагрузку, заряды ВВ и систему инициирования.; расположенную на оси зарядоу, пластины для сжатия магнитного п тока, соединенные попарно в центре токопроводящими переваячками, установлены друг за другом в металлической трубе с изолирующим зазором, смежные пластины соседних пар соединены между собой по периметру токоцроводящими оболочками, объемы между смежными пластинами соседних пар заполнены зарядами ВВ, причем оболочка первого заряда соединена с одним концом трубы а оболочка последнего за1 ряда через цепь нагрузки соединена с другим концом трубы. Кроме того, 807975

30 (2) I:k() 6m)J

Э+к+ (ОЯг) где E — удельная энергия ВВ,, пвв

К вЂ,, — отношение массы ВВ к массе метаемой пластины, 35

à †„„ — отношение массы стенки

IIICt п ю к массе пластины), 40 что в случае разгона пластины открытым зарядом (ч=о)при выбранном отношении толщины пластины и заряда ВВ в сторону пластины движется «1/3 массы

ВВ, а в случае разгона двух пластин 45 в противоположные стороны одним зарядом В — половина массы ВВ.

Если в прототипе для обслуживания одной полости сжатия требовалось два .50 заряда, скажем по 20 мм, то согласно приведенной выше формуле в предлагаемом устройстве полутолщина каждого из зарядов, обеспечивающих ту же скорость движения пластины, что и в. прототипе, должна составить 8,5 мм, т.е. чуть больше 1/3. Значит, для обслуживания одной полости сжатия общая толщина двух зарядов (17 мм),, .в 2,3 раза меньше, чем в прототипе (40 мм), а скорость движения пласти- 60 ны и величина тока такие же, как в прототипе.

Расположение пар пластин, соединенных токопроводящей переьаачкой в трубе друг за другом с образованием пластины для сжатия магнитного потока содержат конические участки и сближены по периметру в месте расположения токопроводящих оболочек.

Предпочтительно толщину оболочки выбирать в 3-5 раэ больше толщины плас- э .тины, а сами оболочки выполнять выступающими по длине за край пластины, с образованием кольцевых щелей.

Целесообразно выполнять оболочку в виде полого тороида прямоугольного . 10 сечения. Дополнительно на внутренней поверхности тороида в зоне щелей выполнены кольцевые конические бурти,ки. И наконец, в заряде ВВ установ-. лена тороидальиая вставка иэ пассив- 15 ного материала, причем ее радиаль ная толщина уменьшается по мере удаления от плоскости симметрии заряда, а одна иэ.поверхностей тороида привыкает к токопроводящей оболочке.

Установка зарядов BB между смежными пластинами соседних пар позволяет при том же соотношении между толщиной пластины и заряда ВВ, что и у прототипа, увеличить долю энергии

ВВ, преобразованную в электрическую.

Нетрудно показать (см., например, формулу между оболочками зарядов и стенкой трубы малоиндуктивных участков передающей линии, и применение переходника кроме увеличения КПД позволяет вынести нагрузку за пределы зоны действия ударных волн, а также увеличить индуктивность самой нагрузки более, чем на порядок по сравнению с прототипом, сохранив при этом амплитуду генерируемого тока на уровне прототипа.

Таким образом, реализация предложения позволяет полностью решить поставленную задачу, т.е. Удовлетворить указанным вьаае двум условиям одновременно, а именно, получить ток

100 млн.A в вынесенной нагрузочной индуктивности значительно большей величины, чем у прототипа, и, что очень важно, повысить коэффициент преобразования энергии ВВ в электрическую более, чем в 3 раза °

На фиг. 1, 2, 3, 4, 5, б, 7 приведены варианты конструкции предлага.емого взрывомагнитного генератора.

Генератор (см. фиг. 1) состоит иэ ряда последовательно соединенных тороидальных полостей 1 сжатия маг-. .нитного потока, подключенных к одной коаксиальной передающей .линии 2, снабженной коаксиальным переходником 3 для присоединения к вынесенной нагрузке 4 каждая из полостей сжа1 тия потока с боковых торцов ограничена проводящими пластинами 5, по оси токопроводящей перемычкой б, каждые две проводящие пластины смежных полостей сжатия соединены по периметру токопроводящей оболочкой 7. Детонаторы 8 соединены проводами 9.

Объем между токопроводящей оболочкой н внешними (по отношению к полости сжатия) поверхностями пластин заполнен взрывчатым веществом 10.

Для ввода магнитного потока от внешнего источника в генераторе имеется радиальная щель 11 между крайней пластиной первой полости сжатия и первой токопроводящей перемычкой.

Токопроводящая оболочка последнегб заряда присоединена к внутренней трубе 12, коаксиального переходника

3, а его наружная труба 13 является .продолжением трубы передающей линии .

После окончания ввода магнитного потока в полости 1 под .действием продуктов взрыва радиальная щель 11 замыкается и начинается .сжатие магнитного потока (во всех полостях одновременно) токопроводящнми пластинами 5, которые движутся навстречу друг другу, вытесняя магнитный поток через коаксиальную передающую линию и переходник в вынесенную индуктивную нагрузку 4.

В описанной конструкции ВМГ (см. иг. 1) коэффициент преобразования нергии ВВ в электрическую ограничи807975 вается преждевременным прекращением кумуляции из-за разрыва между пластиной и оболочкой в момент, когда полость сжатия выведена не полностью.

Этот эффект- играет малую роль

1 для таких ВМГ, у которых отношение аксиальной длины полости сжатия к толщине заряда ВВ заметно меньше единицы. По мере увеличения этого отношения указанный эффект приводит- 10 ко все большему недовыводу полости сжатия. Для увеличения коэффициента преобразования энергии ВВ в электрическую путем задержки момента разрыва между пластиной 5 и оболочкой 7 )5 пластина 5 содержит конические участки. У периметра пластины 5 (соединенные токопроводящей перемычкой) сближены, а на остальной части расстояния между ними задаются по закону, обеспечивающему непрерывный вывод полости без отсеканий (см. фиг. 2). В генераторе (см. фиг. 2) решить задачу полного вывода полости сжатия не удается. Прекращение кумуляции наступает- не вследствие разрыва между пластиной и оболочкой, а в результате выхода ударной волны на наружную поверхность оболочки и перемыкания ее с трубой, т.е. позднее, чем в генераторе (см. фиг,- 1).30

Для задержки момента перемыкания (оболочки с трубой), дающего дополнительное увеличение коэффициента преобразования энергии ВВ в электрическую, толщину оболочки 7 выбира-З5 ют в 3-5 раз больше толщины пластины 5, а сами оболочки продолжают по длине в обе стороны с образованием между оболочками кольцевых щелей в плоскости соударения пластин {см. 4Q фиг. 3).

Генераторы (см. фиг. 2 и фиг. 3) позволяют решить задачу вывода полости 1 лишь для таких ВМГ, у которых отношение ахсиальной длины полости сжатия к толщине заряда ВВ составляет 1-1,5.

Для класса ВМГ, у которых это от.— ношение заметно больше 2, применение технических решений, показанных на фиг. 2 и фиг. 3, не позволяет вывес-. ти полости сжатия до конца даже путем дальнейшего утолщения оболочки

7 из-за возникновения откола на ее наружной поверхности, вызывающего перемыкание с трубой 13.

В таких ВМГ для обеспечения полного,вывода полости сжатия 1, приводя-щего к увеличению коэффициента преобразования энергии BB в электрическую, оболочку 7 выполняют в виде полого тороида прямоугольного сечения (см. фиг. 4), а при еще большей величине указанного выше отношения длины полости к толщине заряда внутреннюю поверхность тороида в зоне щелей снабжают кольцевыми коническими буртиками 14 (см. фиг. 5). В генераторе (см. фиг. 2) при сильном сближении пластин часть положительного эффекта, обусловленного задержкой момента разрыва, позволяющего достичь больших электрических энергий, "съедается" из-за утолщения заряда. на переферийном коническом участке. Для ликвидации "съедания" части положительного эффекта в .генераторе

{см. фиг. б) s заряд ВВ вводят тороидальную вставку 15 из пассивного материала, располагая ее под оболочкой, радиальную толщину вставки уменьшают по мере удаления от плоскости симметрии заряда.

Применение вставки 15 из пористого материала, например, пенопласта, облицованного металлом 16 (железо, медь) (см. фиг. 7) позволяет не только уменьшить массу ВВ, но и задержать момент выхода ударной волны на наружную поверхность оболочки 7, что дает возможнбсть осуществить полный вывод полости 1 сжатия при большом отношении длины полости к толщине заряда. ВВ.

Результаты испытаний показывают, что по сравнению с прототипом коэффициент преобразования энергии ВВ в магнитную энергию даже в первых опытах, где параметры устройства не подвергались тщательной оптимизации, удалось повысить в три раза, а с учетом использования технических ре шений, показанных на фиг. 2-7, поднять в пять раз по сравнению с прототипом.

807975 фиа 7

Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,- Москва„„й-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 10846/3

Филиал ППП "Патент"s г. Ултород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Кирсанов

Редактор П. Горькова Техред:A.pu . Корректор О. Билак