АВТОНОМНЫЙ МАГНИТОКУМУЛЯТИВНЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 2005 года по МПК H02N11/00 

Изобретение относится к устройствам преобразования химической энергии взрывчатого вещества (ВВ) в электромагнитную, к магнитокумулятивным (МКГ) или взрывомагнитным (ВМГ) генераторам, основанным на сжатии магнитного потока.

Устройство может быть использовано в экспериментальной физике как автономный импульсный источник энергии, а также в области исследования свойств веществ при воздействии сверхсильных магнитных полей, в экспериментах с плазменными камерами, по разгону лайнеров и др.

В известных МКГ средством для создания начального магнитного поля могут быть конденсаторная батарея или система постоянных магнитов. Последние генераторы относятся к так называемым автономным МКГ. Известен автономный МКГ авторов Б.А.Бойко, В.Е.Гурин "Взрывомагнитный источник тока", а.с. № 1551214, кл. МПК Н 02 N 11/00, опубликованный в БИ № 13 (II часть), 2000 г. Устройство содержит цилиндрический проводник с зарядом ВВ и постоянные магниты, в зазоре между которыми размещены токопроводящие шины. Со стороны входа источника шины и проводник соединены между собой. Со стороны выхода источника шины соединены между собой и с одним выводом для нагрузки, а второй вывод соединен с проводником. Число постоянных магнитов равно числу шин, а выполнены магниты в виде призм, попарно совмещенных одними из боковых граней. Разноименные полюса призм обращены друг к другу.

Недостатком устройства-аналога является низкий коэффициент усиления энергии. Ограничения связаны с низкой начальной индуктивностью шинных МКГ.

Наиболее близким к заявляемому является автономный магнитокумулятивный генератор А.Б.Прищепенко "Устройство на основе постоянных магнитов для создания начального тока в спиральных ВМГ", ПТЭ "Приборы и техника эксперимента" № 4, 1995 г., стр.138-145, рис.1. Автономный МКГ включает систему постоянных магнитов, соосно расположенный внутри системы спиральный МКГ, содержащий полость сжатия магнитного потока, ограниченную коаксиальными наружным спиральным проводником и внутренним проводником с зарядом ВВ и системой инициирования, расположенную на одном из торцов. Система постоянных магнитов в прототипе выполнена в виде сегментов колец с радиальной намагниченностью и параллелепипедов с осевой намагниченностью из самарий-кобальтового сплава. Недостатком МКГ по прототипу является малая величина начального магнитного потока (˜1,3 мВб), что соответствует начальной энергии в контуре 0,07 Дж. Ограничения связаны со значительными потоками рассеяния за пределами контура сжатия, возникающими при размещении магнитов с осевой намагниченностью поверх спирального проводника.

При создании данного изобретения решалась задача разработки спирального автономного МКГ с качественно улучшенными параметрами.

Техническим результатом при решении данной задачи явилось снижение потоков рассеяния за пределами контура сжатия и, как следствие, увеличение начальной энергии в контуре сжатия спирального МКГ.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным автономным МКГ, содержащим систему постоянных магнитов, соосно расположенный внутри системы спиральный МКГ, содержащий полость сжатия магнитного потока, ограниченную коаксиальными наружным спиральным проводником и внутренним проводником с зарядом ВВ и системой инициирования, расположенной на одном из торцов, новым является то, что система постоянных магнитов выполнена в виде, по меньшей мере, одного внешнего магнита с радиальной намагниченностью, расположенного на наружной поверхности спирального проводника МКГ, и внутреннего магнита с осевой намагниченностью и осевым отверстием для подрыва заряда ВВ, расположенного у торца спирального проводника со стороны системы инициирования, причем одноименные полюса внешнего и внутреннего магнитов обращены к полости сжатия магнитного потока. С внешней стороны системы постоянных магнитов расположен магнитопровод.

При вышеуказанной ориентации полюсов внешнего и внутреннего магнитов весь магнитный поток проходит через полость сжатия генератора. В прототипе большая часть магнитного потока, примерно 70%, находится за пределами полости сжатия снаружи магнита с продольной намагниченностью.

Размещение в прототипе внешних магнитов в виде параллелепипедов с осевой намагниченностью поверх спирального проводника приводит к распределению магнитного потока частично в полости сжатия и частично вне полости сжатия. Наличие магнитопровода снаружи внешних магнитов приведет к еще большему уменьшению потока в полости сжатия. В заявляемом генераторе внешний магнит имеет радиальную намагниченность, при этом магнитный поток расположен практически полностью в полости сжатия. Внутренний магнит с осевой намагниченностью усиливает продольную составляющую магнитного потока. Наличие магнитопровода с внешней стороны системы постоянных магнитов дополнительно концентрирует поток в полости сжатия и усиливает достижение технического результата.

На фиг.1 изображен заявляемый автономный магнитокумулятивный генератор.

На фиг.2 изображено сечение А-А фиг.1.

Заявляемый автономный МКГ включает систему постоянных магнитов, соосно расположенный внутри системы спиральный МКГ, содержащий полость 1 сжатия магнитного потока, ограниченную коаксиальным наружным спиральным проводником 2 и внутренним проводником 3 с зарядом взрывчатого вещества 4 и системой инициирования 5, расположенной на одном из торцов.

Система постоянных магнитов выполнена в виде, по меньшей мере, одного внешнего магнита 6 с радиальной намагниченностью, расположенного на наружной поверхности спирального проводника 2 МКГ и внутреннего магнита 7 с осевым отверстием и осевой намагниченностью, расположенного у торца спирального проводника 2 со стороны системы инициирования 5, причем одноименные полюса внешнего и внутреннего магнитов обращены к полости сжатия магнитного потока. Магнитопровод 8 расположен с внешней стороны системы постоянных магнитов.

Кроме того, автономный МКГ содержит нагрузку 9, подключенную к спиральному проводнику и внутреннему проводнику со стороны, противоположной системе инициирования 5, диэлектрические вставки 10 и 11 для фиксации магнитов и каркас 12 для фиксации и изоляции спирального проводника МКГ.

Система постоянных магнитов может быть выполнена в виде по меньшей мере одного цилиндрического внешнего магнита с радиальной намагниченностью и внутреннего кольцевого магнита с осевой намагниченностью.

В предлагаемом примере конкретного выполнения автономного МКГ система постоянных магнитов выполнена из четырех плоских оксиднобариевых магнитов с размерами 84×64×24 мм и кольцевого магнита наружным диаметром 52 мм, внутренним диаметром 22 мм, толщиной 21 мм. Диаметр спирали многосекционного МКГ - 50 мм, длина - 200 мм. Магнитопровод выполнен из листового магнитомягкого материала, например сталь 10, толщиной 1,5 мм таким образом, что охватывает систему постоянных магнитов с внешних сторон и имеет осевое отверстие для подрыва заряда ВВ.

В обоих вариантах исполнения магнитных систем в полости сжатия создается одинаковое распределение магнитного потока.

Блок постоянных магнитов с магнитопроводом представляет самостоятельное устройство и собирается отдельно от спирального МКГ, при этом имеется возможность контроля начальных параметров до проведения эксперимента.

Работает автономный МКГ следующим образом. В свободную полость блока системы постоянных магнитов устанавливается снаряженный зарядом ВВ спиральный МКГ. После постановки средств инициирования и подрыва заряда ВВ внутренний проводник под действием продуктов взрыва начинает расширяться, принимая форму конуса. Сразу же после начала движения проводника контур генератора замыкается и магнитный поток, охватываемый витками спирали, полностью используется в процессе сжатия. При этом точка контакта конуса проводника движется по виткам спирали, в результате чего индуктивность контура и его эффективная площадь уменьшаются. Магнитное поле при этом усиливается и вытесняется в нагрузку 9. По мере вытеснения и сжатия магнитного потока происходит усиление индукционного тока и энергии магнитного поля.

Изготовлен и испытан опытный образец заявляемого автономного МКГ. Начальная энергия магнитного поля постоянных магнитов 0,3 Дж была увеличена до 35 Дж. Таким образом, по сравнению с прототипом, где начальная энергия магнитного поля составила 0,07 Дж, в заявляемом автономном МКГ начальная энергия составила 0,3 Дж, то есть более чем в четыре раза. В зависимости от выбора типа спирального МКГ коэффициент усиления энергии заявляемого автономного МКГ может быть также увеличен в четыре раза.

Изобретение относится к области преобразования химической энергии взрывчатого вещества в электромагнитную с осуществлением процесса магнитной кумуляции энергии, т.е. к магнитокумулятивным или взрывомагнитным генераторам, основанным на сжатии магнитного потока, и предназначено для использования в экспериментальной физике как автономный импульсный источник энергии, а также в области исследования свойств веществ при воздействии сверхсильных магнитных полей, в экспериментах с плазменными камерами, по разгону лайнеров и др. Автономный магнитокумулятивный генератор содержит систему постоянных магнитов. Внутри системы соосно расположен спиральный магнитокумулятивный генератор. Магнитокумулятивный генератор содержит полость сжатия магнитного потока. Эта полость ограничена коаксиальным наружным спиральным проводником и внутренним проводником с зарядом взрывчатого вещества и системой инициирования. Система инициирования расположена на одном из торцов. Система постоянных магнитов выполнена в виде, по меньшей мере, одного внешнего магнита с радиальной намагниченностью и внутреннего магнита с осевым отверстием и осевой намагниченностью. Внешний магнит расположен на наружной поверхности спирального проводника магнитокумулятивного генератора. Внутренний магнит расположен у торца спирального проводника со стороны системы инициирования, причем одноименные полюса внешнего и внутреннего магнитов обращены к полости сжатия магнитного потока. Изобретение направлено на снижение потоков рассеяния за пределами контура сжатия магнитного потока и увеличение начальной энергии в контуре сжатия спирального магнитокумулятивного генератора. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Автономный магнитокумулятивный генератор, включающий систему постоянных магнитов, соосно расположенный внутри системы спиральный магнитокумулятивный генератор, содержащий полость сжатия магнитного потока, ограниченную коаксиальным наружным спиральным проводником и внутренним проводником с зарядом взрывчатого вещества и системой инициирования, расположенной на одном из торцов, отличающийся тем, что система постоянных магнитов выполнена в виде, по меньшей мере, одного внешнего магнита с радиальной намагниченностью, расположенного на наружной поверхности спирального проводника магнитокумулятивного генератора, и внутреннего магнита с осевым отверстием и осевой намагниченностью, расположенного у торца спирального проводника со стороны системы инициирования, причем одноименные полюса внешнего и внутреннего магнитов обращены к полости сжатия магнитного потока.2. Автономный магнитокумулятивный генератор по п.1, отличающийся тем, что с внешней стороны системы постоянных магнитов расположен магнитопровод.