ВЗРЫВОМАГНИТНЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 2003 года по МПК H02N11/00 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к импульсным устройствам, преобразующим химическую энергию взрывчатого вещества (BB) в электромагнитную энергию, к так называемым взрывомагнитным ВМГ или магнитокумулятивным генераторам.

Известен ВMГ J.C. Granford and R.A. Demerow. Explosiveli driven high-energy generator. I. Appl Physikl. Vol.39, 11, 1968 г., содержащий внутренний цилиндрический проводник, заполненный ВВ, и наружный спиральный проводник. Система инициирования заряда расположена на торцах заряда и этим обеспечивается создание двух детонационных встречных (ДВ) волн и получение максимального уровня магнитного поля в срединной части генератора.

Недостатком данного генератора является ограничение скорости разлета внутреннего проводника на конечной стадии работы генератора из-за того, что после столкновения ДВ два конуса продолжают двигаться навстречу друг другу со скоростью Д_ВВ, фиг.2. Такое ограничение скорости снижает выходную мощность генератора.

Наиболее близким к заявляемому устройству является взрывомагнитный генератор В.А. Демидова, С.А. Казакова и В.И. Скокова, а.с. 1493059, МПК H 02 N 11/00, опубл. в БИ 44, 1991 г., который содержит коаксиальные наружный и внутренний проводники, заряд ВВ, расположенный во внутреннем проводнике, и систему инициирования, расположенную на его торцах. Кроме того, на внутреннем проводнике установлен с возможностью перемещения вдоль оси кольцевой токопроводящий элемент с определенной формой поверхности, который создает иной профиль внутреннего проводника на конечных стадиях работы генератора.

Недостатком прототипа является также ограничение скорости полета внутреннего проводника и снижение мощности генератора из-за того, что хотя и с помощью введения дополнительного токопроводящего элемента удалось получить поверхность внутреннего проводника, близкую к цилиндрической, на конечной стадии работы генератора, однако само наличие такого элемента снижает скорость разлета внутреннего проводника.

При создании данного изобретения решалась задача создания такого ВМГ, в котором за счет профилирования стенки внутреннего проводника удалось бы получить максимальный технический результат - повышение выходной мощности генератора за счет увеличения скорости разлета внутреннего проводника.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным ВМГ, содержащим коаксиальные наружный и внутренний проводники, заряд ВВ, расположенный на внутреннем проводнике и систему инициирования заряда, установленную на его торцах, новым является то, что часть наружной поверхности внутреннего проводника выполнена профилированной в соответствии с выражением:

где μ - отношение массы ВВ к массе внутреннего проводника на единицу его длины;
y_o - база полета внутреннего проводника, равная разности радиусов R₁ внутренней поверхности наружного проводника и наружной поверхности внутреннего проводника R₂, на его непрофилированном участке. Кроме того, профилированный участок выполнен симметричным относительно плоскости столкновения детонационных волн и составляет 4-6 часть от всей длины внутреннего проводника.

При профилированной стенке внутреннего проводника встречное движение конусов (фиг. 3) трансформируется в радиальное расширение внутреннего проводника. Оценки показывают, что движение его обеспечивает более высокие значения скорости деформирования контура dL/dt и как следствие приводит к увеличению его производной тока dI/dt: dI/dt~I(dL/dt)L и мощности P=LI dI/dt.

Требуется, чтобы участок внутреннего проводника на определенной длине, составляющей четвертую - шестую часть (4-6) всей его длины и симметричный относительно плоскости столкновения ДВ, в режиме скользящей детонации на базе трансформировался при движении из конусной формы в цилиндрическую. Увеличением скорости стенок внутреннего проводника в плоскости столкновения ДВ за счет более высокого давления продуктов взрыва пренебрегали. Считалось также, что в каждом сечении стенки приобретают мгновенно максимальную скорость v в соответствии со своим значением μ. Пусть начальное значение μ непрофилированного участка равно μ₀. Тогда, оценивая радиальную скорость внутреннего проводника по формуле Гарки, получим условие ее профилирования:

По мере продвижение фронта ДВ к плоскости столкновения в каждом сечении стенка внутреннего проводника приобретает радиальную скорость в соответствии с увеличивающимся параметром μ. Поэтому после столкновения ДВ коническая форма стремится перейти в цилиндрическую. При указанном законе μ (х) это произойдет на базе y_o. В результате будет достигнут технический результат увеличения мощности спирального ВМГ.

На фиг.1 изображен заявляемый ВМГ.

На фиг. 2 изображена схема движения непрофилированного внутреннего проводника:
а) на начальной стадии работы генератора;
б) на конечной стадии работы генератора.

На фиг. 3 изображена схема движения профилированного внутреннего проводника:
а) на начальной стадии работы генератора;
б) на конечной стадии работы генератора.

Заявляемый взрывомагнитный генератор содержит коаксиальные наружный 1 и внутренний 2 проводники, заряд ВВ 3, расположенный во внутреннем проводнике 2. Система инициирования 4 в виде двух капсюль-детонаторов установлена на торцах заряда ВВ 3. Наружная поверхность внутреннего проводника, обращенная к наружному проводнику, выполнена профилированной в соответствии с выражением:

где μ - отношение массы ВB к массе внутреннего проводника на единицу его длины;
y_o - база полета внутреннего проводника, равная разности R₁-R₂ радиусов внутренней поверхности R₁ наружного проводника и наружной поверхности R₂, внутреннего проводника на его непрофилированном участке. Профилированный участок 2с составляет 6÷4 часть от всей длины внутреннего проводника.

Работает заявляемый генератор следующим образом. При подрыве заряда ВВ 3 от системы инициирования 4 внутренний цилиндрический проводник 2 под действием продуктов детонации разлетается в радиальном направлении в виде двух конусов, движущихся навстречу друг другу со скоростью детонации (фиг.3, а). По мере продвижения фронта ДВ к плоскости столкновения в каждом сечении профилированная стенка внутреннего проводника 2 приобретает радиальную скорость в соответствии с увеличивающимся параметром μ. После столкновения ДВ коническая форма внутреннего проводника приобретает форму цилиндрической. Движение внутреннего проводника в этом случае обеспечивает более высокие значения скорости деформации контура dL/dt, производной тока dI/dt и мощности генератора Р.

В примере реализации заявляемого генератора наружный проводник выполнен спиральным ⊘ 100 мм коаксиально ему расположен внутренний проводник с внутренним ⊘ 40 мм и наружным непрофилированный участком ⊘ 55 мм. Длина внутреннего проводника и заряда ВB 600 мм. На участке 2с=140 мм (т.е. на 4,3 части от всей длины) стенки внутреннего проводника выполнены профилированными в виде двух сопряженных дважды усеченных конусов. База полета y_о равна разности R₁-R₂, т. е. 50-27,5=22,5. Непрофилированный участок внутреннего проводника имеет R₂= 27,5 мм, минимальный радиус стенки 24 мм, в плоскости столкновения ДВ-26 мм. В соответствии с заявленной зависимостью обеспечивается оптимальная скорость полета внутреннего проводника на конечной стадии работы генератора.

Таким образом, в заявляемом генераторе по сравнению с прототипом увеличена скорость полета внутреннего проводника в 1,5 раза по сравнению с прототипом, а мощность генератора удалось увеличить в 1,8 раз за счет выполнения оптимального профиля наружной поверхности внутреннего проводника ВMГ.

Изобретение относится к преобразованию химической энергии взрывчатого вещества в электромагнитную энергию. Технический результат: повышение мощности генератора. Сущность: генератор содержит коаксиальные наружный и внутренний проводники, заряд ВВ, расположенный во внутреннем проводнике, и систему инициирования заряда, установленную на его торцах. Часть наружной поверхности внутреннего проводника выполнена профилированной симметрично относительно плоскости столкновения детонационных волн в соответствии с выражением

где μ - отношение массы ВВ к массе внутреннего проводника на единицу его длины; у_о - база полета внутреннего проводника, равная разности радиусов внутренней поверхности наружного проводника и наружной поверхности внутреннего проводника на его непрофилированном участке. 3 ил.

Взрывомагнитный генератор, содержащий коаксиальные наружный и внутренний проводники, заряд взрывчатого вещества, расположенный во внутреннем проводнике, и систему инициирования заряда, установленную на его торцах, отличающийся тем, что часть наружной поверхности внутреннего проводника выполнена профилированной в соответствии с выражением

где μ - отношение массы взрывчатого вещества к массе внутреннего проводника на единицу его длины;
у_о - база полета внутреннего проводника, равная разности радиусов внутренней поверхности наружного проводника и наружной поверхности внутреннего проводника на его непрофилированном участке.