МАГНИТОКУМУЛЯТИВНЫЙ СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИМПУЛЬСА Российский патент 1998 года по МПК H02N11/00 

Изобретение относится к электротехнике, импульсной технике, к формированию электромагнитного импульса под действием сжатия магнитного потока энергией взрывчатого вещества (ВВ) и может быть использовано для генерации магнитных полей мегагауссного диапазона и мощных импульсных токов.

Известен магнитокумулятивный способ формирования электромагнитного импульса: А. И. Павловский и др. "Исследования динамики схлопывания оболочки магнитокумулятивного генератора сверхсильных магнитных полей". Труды III Международной конференции по генерации мегагауссных полей и родственным экспериментам. - М.: Наука, 1984. Способ заключается в том, что создают начальный магнитный поток путем запитки от конденсаторной установки соленоида, под действием ударной волны проволочки соленоида свариваются и образуют хорошо проводящую оболочку, которая захватывает начальное магнитное поле, а затем она обжимается энергией заряда ВВ. При сохранении постоянным начального магнитного потока резкое уменьшение площади охватываемой проводящей оболочкой приводит к резкому возрастанию напряженности магнитного поля.

Недостатком известного магнитокумулятивного способа формирования электромагнитного импульса является то, что операция создания достаточно сильного начального магнитного потока осуществляется путем запитки соленоида энергией от конденсаторной установки, что не всегда удобно для использования.

Наиболее близким к заявляемому способу является магнитокумулятивный способ формирования электромагнитного импульса: А.И. Павловский, Р.З. Людаев "Магнитная кумуляция" статья в сборнике "Вопросы современной экспериментальной и теоретической физики." - Л.: Наука, 1984, с. 240-241, рис. 17е. Способ состоит в том, что создают начальный магнитный поток, осуществляют его захват проводящей оболочкой и обжатие энергией заряда ВВ. Начальный магнитный поток в этом способе создают системой постоянных магнитов, что позволяет использовать способ формирования электромагнитного импульса в автономном режиме.

Недостатком такого способа является ограничение области использования, связанное с тем, что при его реализации возникают сложности с получением требуемого начального магнитного потока в условиях, накладывающих ограничения либо на доступ к месту осуществления магнитокумулятивного способа формирования электромагнитного импульса, либо на условия осуществления этого способа, что делает практически невозможным использования этого способа для решения задач в различных труднодоступных местах (в верхних слоях атмосферы, в космическом пространстве, при проведении подземных и подводных работ и т. д. ), так как в настоящее время не существует хорошо транспортабельных систем, выполненных на основе постоянных магнитов, способных создавать достаточно сильное магнитное поле.

Поэтому при создании данного изобретения решалась задача создания автономного магнитокумулятивного способа формирования электромагнитного импульса, допускающего его использование в различных труднодоступных местах, накладывающих соответствующие ограничения на условия его осуществления, что позволило бы существенно улучшить его эксплуатационные возможности.

Техническим результатам осуществления заявляемого способа является существенное расширение области его использования за счет изменения операции по созданию начального магнитного потока.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным магнитокумулятивным способом формирования электромагнитного импульса, включающим создание начального магнитного потока, захват его проводящей оболочкой и обжатием энергией основного заряда взрывчатого вещества, новым является то, что начальный магнитный поток создают путем воздействия энергией дополнительного заряда взрывчатого вещества на элемент из магнитострикционного материала.

Преимущество данного способа перед прототипом заключается в том, что данный способ не требует применения системы постоянных магнитов для создания достаточно сильного начального магнитного поля, что является наиболее ограничивающей частью вышеуказанного магнитокумулятивного способа формирования электромагнитного импульса в местах, накладывающих ограничения на доступ к месту осуществления данного способа и к условиям его осуществления из-за сложности получения транспортабельных систем постоянных магнитов, способных обеспечить необходимую величину начального магнитного потока для осуществления магнитокумулятивного способа формирования электромагнитного импульса.

В настоящем способе для создания начального магнитного потока предлагается использовать эффект обратной магнитострикции, который заключается в следующем. Элемент из магнитострикционного материала при обжатии становится источником магнитного поля. Причем некоторые магнитострикционные элементы, например терфенол TbFe₂ (также возможно применение соединений ряда TbFe₂, DyFe₂, HoFe₂, ErFe₂, TmFe₂ и ряда YCo₅, CeCo₅, PrCo₅ NdCo₅, SmCo₅), обладают величиной магнитострикции > 0,001 и достаточно большой величиной магнитного поля насыщения > 100 кГс [3] (Белов К.П. Редкоземельные магнитики и их применение. - М.: Наука, 1980), что позволяет использовать их в качестве источника начального магнитного потока для магнитокумулятивного формирования электромагнитного импульса. Очевидно, что объем и масса системы для создания достаточного начального магнитного потока, выполненной на основе постоянных магнитов, даже обладающих рекордными значениями магнитного поля типа Nd-Fe-B и аналогичных, обладающих остаточной индукцией порядка 10 - 12 кГс, будут несравнимо выше, чем объем и масса элемента, выполненного из магнитострикционного материала, и дополнительного заряда ВВ, создающих такой же магнитный поток в том же объеме, что существенно уменьшит возможность реализации этого способа в различных труднодоступных местах, а также в условиях, накладывающих ограничения, связанные с массой и объемом систем для реализации данного способа, на возможность реализации магнитокумулятивного способа формирования электромагнитного импульса. Этим достигается решение поставленной задачи.

На фиг. 1 изображена одна из возможных схем для реализации магнитокумулятивного способа формирования электромагнитного импульса.

На схеме представлено: объем сжатия магнитного поля 1, ограниченный проводящей оболочкой 2 для захвата магнитного потока, вокруг которой расположен основной заряд ВВ 3 для сжатия оболочки. Внутри объема 1 располагается по меньшей мере один элемент из магнитострикционного материала 4 с дополнительным зарядом ВВ 5 для создания начального магнитного потока.

Магнитокумулятивный способ формирования электромагнитного импульса реализуется следующим образом. С помощью системы инициирования детонируют дополнительные заряды ВВ 5, образовавшаяся в результате ударная волна воздействует на элемент из магнитострикционного материала 4, который в результате обратного магнитострикционного эффекта становится источником магнитного потока в объеме сжатия магнитного потока 1. В основном заряде ВВ с помощью системы инициирования возбуждают сходящуюся цилиндрическую волну детонации так, чтобы она вышла на поверхность проводящей оболочки 2 к моменту максимума начального магнитного поля. Под давлением продуктов детонации ВВ 3 проводящая оболочка 2, схлопываясь к центру, усиливает начальное магнитное поле.

Данный способ может быть реализован следующим образом. В качестве средства создания начального магнитного поля используется дискообразный элемент из магнитострикционного материала, обладающий достаточным коэффициентом магнитострикции и полем насыщения. В частности, для возможности генерации полей мегагауссного диапазона можно использовать элемент, выполненный из материала типа терфенола TbFe₂ или аналогичного из ряда TbFe₂, DyFe₂, HoFe₂, ErFe₂, TmFe₂, YCo₅, CeCo₅, PrCo₅, NdCo₅, SmCo₅, обладающих полем насыщения более 100 кГс. Данный элемент имеет форму диска диаметром от 5 до 10 см и располагается у одного из торцов проводящей оболочки для захвата начального магнитного поля, имеющей форму полого цилиндра длиной 30 - 50 см и диаметром 5 - 15 см, выполненной из хорошо проводящего материала типа меди или сплава, обладающего необходимыми свойствами. Дополнительный заряд ВВ типа ТЭН массой от 100 до 300 г, используемый для ударного обжатия элемента и магнитострикционного материала, располагается в непосредственной близости за магнитострикционным элементом. В качестве основного заряда ВВ, для обжатия начального магнитного потока используется 5 - 10 кг цилиндрический заряд ТЭНа или аналогичного взрывчатого вещества, расположенный вокруг проводящей оболочки для захвата начального магнитного потока.

Таким образом, данный пример демонтирует возможность реализации заявляемого магнитокумулятивного способа формирования электромагнитного импульса в автономном режиме и его преимущества перед существовавшими ранее способами, для осуществления его в труднодоступных местах.

Использование: в электротехнике, импульсной технике, в частности к способу формирования электромагнитного импульса на основе кумуляции магнитной энергии под действием энергии заряда взрывчатого вещества (ВВ). Способ формирования электромагнитного импульса включает создание начального магнитного потока, захват его проводящей оболочкой и обжатия энергией основного заряда взрывчатого вещества. Начальный магнитный поток создают путем воздействия энергией дополнительного заряда взрывчатого вещества на элемент из магнитострикционного материала. Техническим результатом является расширение области использования. 1 ил.

Магнитокумулятивный способ формирования электромагнитного импульса, включающий создание начального магнитного потока, захват его проводящей оболочкой и обжатие энергией основного заряда взрывчатого вещества, отличающийся тем, что начальный магнитный поток создают путем воздействия энергии дополнительного заряда взрывчатого вещества на элемент из магнитострикционного материала.