СПИРАЛЬНЫЙ ВЗРЫВОМАГНИТНЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 2002 года по МПК H02N11/00 

Изобретение относится к области взрывомагнитных источников энергии и предназначено для улучшения потребительских качеств спиральных генераторов.

Известно устройство Shearer J.W. et al. J. Appl. Phys., 1968, vol.39, p. 2102, спирального взрывомагнитного генератора, содержащее подвижный проводник с зарядом взрывчатого вещества внутри него, детонатор, неподвижный проводник, выполненный в виде спирали, соединенной с подвижным проводником через коммутирующий элемент с одной стороны спирали и через нагрузку с ее другой стороны. Коммутирующий элемент выполнен в виде проводника, состоящего из двух частей и изолятора между ними. Одна часть проводника выполнена в форме короткого отрезка трубки 2, диаметр которой равен диаметру витков цилиндрической спирали 1, и соединена со спиралью. Отрезок трубки имеет кольцевой выступ для подключения к источнику питания. Другая часть проводника выполнена в форме плоского кольца 3 и насажена на начальный участок центральной трубы 4 с зарядом взрывчатого вещества 6, выступающий за торец цилиндрической спирали. Это кольцо служит для подключения к другому полюсу источника питания. Изолятор 5 выполнен в форме кольцевого воздушного зазора между отрезком трубки и плоским кольцом.

Электрическая плотность изолятора должна обеспечивать отсутствие пробоя в воздушном зазоре при подключении источника питания к генератору.

Описанное устройство является аналогом заявляемого объекта.

Взрывомагнитный генератор работает следующим образом.

После запитки током от источника в контуре спирального взрывомагнитного генератора создается магнитный поток. После срабатывания капсюля-детонатора и заряда взрывчатого вещества в момент достижения максимума тока стенка участка центральной трубы 4, выступающего за торец цилиндрической спирали 1, под действием продуктов взрыва разлетается в форме конуса и налетает на торец отрезка трубки 2, соединенного со спиралью. С этого момента начинается процесс магнитной кумуляции. К этому моменту начальная индуктивность спирали оказывается меньше, чем в исходном положении, что снижает коэффициент усиления энергии. Недостатком аналога, кроме того, является вытеснение части магнитного потока в контур источника питания до начала кумуляции.

Известно устройство Дж. Чокин, X. Карлотти, М. Жестин, Дж. Кахен, Дж. Бюше, Дж. Ванпоперинж, О. Кадуш, А. Азра, М. Муйе, Г. Вернье, В.В. Авдошин, В. К. Чернышев, В.А. Иванов, С.В. Пак, А.Н. Скобелев, Г.И. Волков, Б.Т. Егорычев "Взрывной генератор высокой импульсной мощности для имплозии твердотельных лайнеров", см. книгу "Мегагауссная и мегаамперная импульсная технология и применения" (Труды седьмой международной конференции по генерации мегагауссных магнитных полей и родственным экспериментам. Саров, 5-10 августа 1996 г.) под редакцией В.К. Чернышева, В.Д. Селемира, Л.Н. Пляшкевича. T.1, стр.267, г. Саров, издательство ВНИИЭФ, 1997 г., спирального взрывомагнитного генератора, содержащее подвижный проводник с зарядом взрывчатого вещества внутри него, детонатор, неподвижный проводник, выполненный в виде спирали, соединенной с подвижным проводником через коммутирующий элемент с одной стороны спирали и через нагрузку с ее другой стороны. Коммутирующий элемент выполнен в виде проводника, состоящего из двух частей и изолятора между ними. Одна часть проводника выполнена в форме конического штыря 2, соединенного прямым проводом 3 с началом цилиндрической спирали 1. Оси штыря и цилиндрической спирали взаимно перпендикулярны.

Прямой провод расположен от оси спирали на расстоянии радиуса ее витков. Выступающая наружу часть штыря имеет резьбовое соединение для подключения к источнику питания. Другая часть проводника выполнена в форме участка центральной трубы 4 с зарядом взрывчатого вещества 6, выступающего за торец цилиндрической спирали 1. Этот участок центральной трубы служит для подключения к другому полюсу источника питания. Изолятор 6 выполнен в форме колпачка из электроизоляционного материала, надетого на штырь. Электрическая прочность колпачка должна обеспечивать отсутствие пробоя в зазоре между штырем и центральной трубой 4.

Описанное устройство является прототипом заявляемого объекта.

В прототипе процесс магнитной кумуляции начинается с того момента, когда разлетающаяся центральная труба 4 разрушает колпачок 5 и замыкается на штырь 2. Коническая форма штыря позволяет обеспечить надежный контакт в процессе расширения трубы до момента подлета трубы к прямому участку проводника и далее к началу спирали.

Прототип уменьшает недостатки аналога, не устраняя их полностью. В течение значительного времени, пока труба скользит по штырю, вывода витков цилиндрической спирали не происходит.

Как в аналоге, так и в прототипе наличие проводящей центральной трубы уменьшает начальную индуктивность генератора, что снижает коэффициент усиления энергии.

Кроме того, заполнение взрывчатым веществом всего объема полости центральной проводящей трубы снижает кпд генератора.

Как в аналоге, так и в прототипе наличие значительного расстояния между подвижным проводником (трубой) и неподвижным проводником (спиралью) увеличивает время работы генератора.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение потребительских качеств генератора.

Техническим результатом является повышение кпд генератора, увеличение коэффициента усиления энергии генератора при одновременном уменьшении времени его работы.

Технический результат достигается тем, что генератор, содержащий подвижный проводник с зарядом взрывчатого вещества внутри него, детонатор, неподвижный проводник, выполненный в виде спирали, соединенной с подвижным проводником через коммутирующий элемент с одной стороны спирали и через нагрузку с ее другой стороны, отличается тем, что подвижный проводник располагают вплотную к неподвижному проводнику и отделяют от него пленочной изоляцией, подвижный проводник выполняют в виде двух труб с продольными разрезами, установленных одна в другой и разделенных слоем пленочной изоляции, продольные разрезы внутренней трубы располагают между продольными разрезами внешней трубы, края продольных разрезов изолированы пленочной изоляцией, заряд взрывчатого вещества выполняют в виде тонкостенной трубки, внутри трубки установлен полый стержень, выполненный из непроводящего материала с плотностью, большей плотности наружной трубы подвижного проводника, на внешней поверхности внутренней трубы подвижного проводника выполнены продольные канавки треугольного сечения, внутренняя труба подвижного проводника выполнена из материала с плотностью меньшей, чем плотность внешней трубы подвижного проводника.

Продольные разрезы внутренней трубы расположены между продольными разрезами внешней трубы, чтобы магнитный поток имел возможность заполнить всю площадь сечения неподвижного проводника. Края продольных разрезов изолированы пленочной изоляцией, чтобы не допустить возникновения электрических пробоев и, как следствие, избежать эффекта вмораживания силовых линий в плазму и превращения трубы с продольными разрезами в замкнутый проводящий контур, что сильно снизило бы индуктивность генератора, а значит, и коэффициент усиления энергии генератора. Заряд взрывчатого вещества выполнен в виде трубки, плотно вставленной во внутреннюю трубу подвижного проводника, что увеличивает кпд генератора, так как снижает количество требуемого взрывчатого вещества. Это сделано потому, что степень расширения труб подвижного проводника мала, их толщины по сравнению с прототипом можно значительно уменьшить, поэтому количество требуемого взрывчатого вещества также можно уменьшить. Полый стержень, выполненный из непроводящего материала с плотностью, большей плотности внешней трубы подвижного проводника, сдерживает разлет продуктов взрыва к оси. Он выполнен из непроводящего материала, поскольку проводник такого диаметра сильно уменьшил бы индуктивность и, как следствие, коэффициент усиления энергии. Стержень сделан полым в целях облегчения конструкции. Витки спирали выполнены вплотную к наружной поверхности внешней трубы подвижного проводника и отделены от него слоем пленочной изоляции, чтобы свести к минимуму время работы генератора, так как сокращается расстояние между подвижным и неподвижным проводниками, а значит, сокращается и время полета подвижного проводника к неподвижному. На внешней поверхности внутренней трубы подвижного проводника выполнены продольные канавки треугольного сечения, формирующие металлические кумулятивные струи. Они улучшают контакт между трубами подвижного проводника. Внутренняя труба подвижного проводника выполнена из материала с меньшей плотностью, чем плотность внешней трубы подвижного проводника, что улучшает динамику полета и приводит к контакту частей подвижного проводника.

На Фиг.1 изображен аналог заявляемого объекта в разрезе.

На Фиг.2 изображен прототип заявляемого объекта в разрезе.

На Фиг.3 изображен заявляемый объект в разрезе.

На Фиг.4 изображено сечение заявляемого объекта по А-А.

Генератор, содержащий подвижный проводник с зарядом взрывчатого вещества внутри него, детонатор, неподвижный проводник 1, выполненный в виде спирали, соединенной с подвижным проводником через коммутирующий элемент с одной стороны спирали и через нагрузку с ее другой стороны, отличается тем, что подвижный проводник располагают вплотную к неподвижному проводнику и отделяют от него пленочной изоляцией 2, подвижный проводник выполняют в виде двух труб 3, 4 с продольными разрезами, установленных одна в другой и разделенных слоем пленочной изоляции 5, продольные разрезы внутренней трубы располагают между продольными разрезами внешней трубы, края продольных разрезов изолированы пленочной изоляцией, заряд взрывчатого вещества 6 выполняют в виде тонкостенной трубки, внутри трубки установлен полый стержень 7, выполненный из непроводящего материала с плотностью, большей плотности наружной трубы подвижного проводника, на внешней поверхности внутренней трубы подвижного проводника выполнены продольные канавки треугольного сечения, внутренняя труба подвижного проводника выполнена из материала с плотностью меньшей, чем плотность внешней трубы подвижного проводника.

Предполагаемые конструкционные материалы. Внутренняя труба подвижного проводника длиной 300 мм может быть сделана из алюминия (плотность 2,7 г/см³), а внешняя - из меди (плотность 8,9 г/см³), их толщины составляют примерно 1-2 мм. Заряд взрывчатого вещества (ТГ(тротил-гексоген 50%-50%) с плотностью 1,645 г/см³) выполнен в виде тонкостенной трубки длиной 300 мм, толщина которой примерно 4-5 мм. Полый стержень 7 выполнен из высокопрочной керамики (плотность >8,9 г/см³) или синтетического волокна кевлара, толщина его составляет примерно 5-7 мм. Пленочная изоляция толщиной 0,5-1 мм должна обеспечить отсутствие электрических пробоев. Диаметр неподвижного проводника 90 мм.

Заявленный генератор работает следующим образом.

После запитки током от источника в контуре спирального взрывомагнитного генератора создается магнитный поток. Силовые линии магнитного поля проникают через продольные разрезы подвижного проводника и заполняют весь внутренний объем. Поскольку доля сечения подвижного проводника мала в сравнении с сечением полости неподвижного проводника (спирали) 2, то уменьшение индуктивности будет незначительным. Инициирование трубки взрывчатого вещества производят от дискового заряда 8, установленного на торце трубки, с помощью капсюля-детонатора, расположенного на оси. После срабатывания капсюля-детонатора детонационная волна идет по трубке взрывчатого вещества, замыкая между собой внутреннюю 3 и наружную 4 трубы подвижного проводника. Разлетающийся подвижный проводник разрушает пленочную изоляцию 2 между ним и неподвижным проводником. Это замыкание происходит в момент достижения максимума тока и начинается процесс магнитной кумуляции.

По сравнению с прототипом кпд увеличился на 20%, коэффициент усиления энергии увеличился на 25%, время работы сократилось на 1,5•10^-5 с.

Изобретение относится к области взрывомагнитных источников энергии и предназначено для улучшения потребительских качеств спиральных генераторов. Техническим результатом является повышение кпд и увеличение коэффициента усиления энергии при одновременном уменьшении времени работы спирального взрывомагнитного генератора. Генератор содержит подвижный проводник с зарядом взрывчатого вещества (ВВ) внутри него, детонатор, неподвижный проводник, выполненный в виде спирали, соединенной с подвижным проводником через коммутирующий элемент с одной стороны спирали и через нагрузку с другой ее стороны. Подвижный проводник расположен вплотную к неподвижному проводнику и отделен от него пленочной изоляцией, при этом подвижный проводник выполнен в виде двух труб с продольными разрезами, установленных одна в другой и разделенных слоем пленочной изоляции. Продольные разрезы внутренней трубы расположены между продольными разрезами внешней трубы, а края продольных разрезов изолированы пленочной изоляцией. Заряд ВВ выполнен в виде тонкостенной трубки, внутри трубки установлен полый стержень, выполненный из непроводящего материала с плотностью, большей плотности наружной трубы подвижного проводника, на внешней поверхности внутренней трубы подвижного проводника выполнены продольные канавки треугольного сечения, а внутренняя труба подвижного проводника выполнена из материала с плотностью, меньшей, чем плотность внешней трубы подвижного проводника. 5 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Спиральный взрывомагнитный генератор, содержащий подвижный проводник с зарядом взрывчатого вещества внутри него, детонатор, неподвижный проводник, выполненный в виде спирали, соединенной с подвижным проводником через коммутирующий элемент с одной стороны спирали и через нагрузку с другой ее стороны, отличающийся тем, что подвижный проводник выполнен в виде двух труб с продольными разрезами, установленных одна в другой и разделенных слоем пленочной изоляции, продольные разрезы внутренней трубы расположены между продольными разрезами внешней трубы. 2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что края продольных разрезов изолированы пленочной изоляцией. 3. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что заряд взрывчатого вещества выполнен в виде трубки, плотно вставленной во внутреннюю трубу подвижного проводника, внутри трубки заряда взрывчатого вещества установлен полый стержень, выполненный из непроводящего материала с плотностью, большей плотности наружной трубы подвижного проводника. 4. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что витки спирали расположены вплотную к наружной поверхности внешней трубы подвижного проводника и отделены от него слоем пленочной изоляции. 5. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что на внешней поверхности внутренней трубы подвижного проводника выполнены продольные канавки треугольного сечения. 6. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя труба подвижного проводника выполнена из материала с плотностью, меньшей, чем плотность внешней трубы подвижного проводника.