ВЗРЫВОМАГНИТНАЯ МОДУЛЬНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2009 года по МПК H02N11/00 

Изобретение относится к области импульсной техники, в частности к системам на основе взрывомагнитных генераторов (ВМГ), т.е. к преобразователям химической энергии, выделяющейся при детонации взрывчатых веществ (ВВ), в электромагнитную.

Изобретение предназначено для использования в качестве источника мощных электрических импульсов тока и напряжения для питания плазмодинамических нагрузок, СВЧ-устройств и т.п.

Известен «Взрывомагнитный генератор» (Р.З.Людаев, В.Е.Гурин, Е.Н.Смирнов. Авторское свидетельство СССР №298084 с приоритетом от 15.12.69, БИ, №10, 1971), представляющий собой взрывомагнитную модульную систему, содержащую источник питания, несколько (n) параллельно расположенных и электрически соединенных последовательно спиральных взрывомагнитных генераторов (модулей), включающих статоры и лайнеры, заполненные зарядами взрывчатого вещества (ВВ), и нагрузку. Инициирование зарядов ВВ во всех модулях производится одновременно.

В статическом состоянии статор и лайнер первого модуля со стороны инициирования зарядов ВВ подключены к источнику питания, а в остальных модулях замкнуты между собой, тогда как с противоположной стороны лайнер первого модуля и статор n-го модуля соединены с нагрузкой, а в остальных модулях соединены статоры с лайнерами соседних взрывомагнитных генераторов. Таким образом, при включении источника питания ток протекает через последовательно соединенные модули и нагрузку.

Недостатком устройства является то, что к источнику питания подключена цепь из электрически соединенных последовательно n модулей и нагрузки с полной индуктивностью L=(nLg₀+L_Н+L_Σ). Здесь Lg₀ -начальная индуктивность одного модуля, L_Н - индуктивность нагрузки, L_Σ - суммарная индуктивность всех соединительных линий между модулями, источником питания и нагрузкой. При создании взрывомагнитных модульных систем с последовательным соединением спиральных ВМГ величина L может достигать весьма высоких значений (сотни, тысячи и более микрогенри). Следовательно, в таких взрывомагнитных модульных системах их элементы (статоры модулей, соединительные линии и нагрузка) в течение длительного времени (t~) подвержены воздействию тока, вырабатываемого источником питания. Это приводит к ухудшению электротехнических и механических характеристик устройства (увеличение сопротивления, перегрев проводников, повреждение изоляции, нарушение конфигурации ВМГ и даже разрушение электрического контура) и, как следствие, к уменьшению энергии, запасаемой в нагрузке.

Наиболее близкой к заявляемому устройству является взрывомагнитная модульная система для формирования высоковольтного импульса напряжения (J.W.Ahn, J.H.Kuk, J.Lee, J.S.Choi, C.H.Kim, J.H.Ryu. «Output Characteristics of Serially Connected Magneto-Cumulative Generators» // In: MEGAGAUSS-9 / Ed. by V.D.Selemir, L.N.Plyashkevich. - Sarov. VNIIEF. - 2004. - P.223-227), в которой устранен недостаток, присущий аналогу.

Взрывомагнитная модульная система по прототипу содержит источник питания, по меньшей мере, два взрывомагнитных модуля (а в общем случае n модулей), состоящих из взрывомагнитных генераторов (ВМГ), включающих статоры, подключенные параллельно к источнику питания, и лайнеры, заполненные зарядами ВВ, и формирователь импульса.

В статическом состоянии статоры и лайнеры со стороны инициирования зарядов ВВ во всех модулях разомкнуты. С противоположной стороны лайнер первого модуля и статор n-го модуля соединены с формирователем импульса, а в остальных модулях соединены статоры с лайнерами соседних ВМГ. При включении источника питания ток протекает только по статорам всех модулей. В динамическом состоянии (после подрыва зарядов ВВ и соединения статоров с лайнерами во всех модулях) образуется электрическая цепь из последовательно соединенных n модулей. Ток протекает через все модули и поступает в формирователь импульса. За счет последовательного электрического соединения модулей напряжение, вырабатываемое в каждом из них (U_i), складывается. На вход формирователя поступает суммарное напряжение U=ΣU_i. Когда все модули одинаковы и в каждом из них вырабатывается напряжение U₁, величина суммарного напряжения определяется как U=nU₁.

В устройстве по прототипу применено параллельное подключение статоров к источнику питания, в результате чего в течение всего времени работы источника исключено присущее аналогу воздействие тока на формирователь импульса и проводники, соединяющие модули друг с другом и с формирователем, а время воздействия тока запитки на статоры снижается по сравнению с аналогом, по меньшей мере, в раз.

Недостатками устройства по прототипу являются недостаточный уровень запасаемой энергии и низкая надежность, обусловленные нерациональным соединением модулей с источником питания, друг с другом и с формирователем импульса, а также неоптимальным исполнением конструкции формирователя.

Одной из причин низкого уровня запасаемой энергии является то, что после замыкания лайнеров со статорами образуется короткозамкнутая цепь источника питания, подключенная параллельно электрическому контуру, в котором происходит магнитная кумуляция. В эту цепь ответвляется часть тока, вырабатываемого в модулях. Такие потери тока приводят к уменьшению запасаемой энергии во взрывомагнитной модульной системе.

Для эффективной работы взрывомагнитной модульной системы требуется иметь минимальную индуктивность всех соединительных линий, которая определяется как L_Σ=ΣL_i-j, где L_i-j - индуктивность проводников, соединяющих статоры и лайнеры соседних модулей, а также проводников, соединяющих лайнер первого и статор n-го модуля с формирователем. Чем больше величина L_Σ, тем выше эффективное сопротивление контура (R) и быстрее нарушается условие магнитной кумуляции, определяемое соотношением dL/dt>>R, где dL/dt - скорость изменения индуктивности контура. Это приводит к снижению усилительных способностей устройства по току и энергии, возрастанию тепловых потерь энергии и увеличению характерного времени нарастания генерируемого импульса тока. В конечном итоге ограничиваются электрическая мощность и энергия, вырабатываемые взрывомагнитной модульной системой. Таким образом, задача повышения мощности взрывомагнитной модульной системы может быть решена при уменьшении эффективного сопротивления контура за счет снижения L_Σ.

С этой точки зрения в устройстве по прототипу последовательное электрическое включение модулей за счет соединения статоров с лайнерами соседних ВМГ и передача суммарного напряжения U=ΣU_i к формирователю импульса являются нерациональными. В устройстве по прототипу для последовательного соединения модулей при минимальных значениях L_i-j электрические соединения выполнены токопроводящими шинами, облицованными электропрочной изоляцией. Толщина изоляции на проводниках выбирается такой, чтобы исключить возможность образования электрических пробоев между статорами, лайнерами и соединительными проводниками в условиях, когда каждый из них имеет свой электрический потенциал. Результаты расчетов и измерений на модели четырехмодульного устройства по прототипу показывают, что при рабочих напряжениях в модулях ~8,5 кВ, полном напряжении 34 кВ, шинном соединении модулей с облицовкой шин фторопластовой пленкой и соединении лайнера первого и статора n-го модулей с формирователем шестью параллельно включенными кабелями КВИС-50 (ТУ 16-705.111-79), длиной ~300 мм величина L_Σ может составлять ~90нГн. Это означает, что при индуктивности формирователя ~400 нГн каждый модуль работает на нагрузку, индуктивность которой в ~1,3 раза больше той, на которую он рассчитан. К тому же выполнение соединительных проводников в виде шин ведет к несимметричному растеканию тока по модулям и дополнительным тепловым потерям энергии за счет повышенной плотности тока в местах подключения шин к модулям. Этими факторами объясняется то, что коэффициент усиления энергии (K_E) многомодульных систем по прототипу с увеличением числа модулей уменьшается пропорционально по отношению к K_E отдельного модуля. Так, в проведенных экспериментах с устройством по прототипу K_E одного модуля составляет ~30, в двухмодульной системе K_E=21, а в эксперименте с четырехмодульной системой получен коэффициент усиления энергии K_E=15, т.е. в 2 раза меньше, чем в опытах с отдельным модулем.

Надежность устройства по прототипу ограничена тем, что вырабатываемое в модулях суммарное напряжения U=ΣU_i действует сразу на несколько элементов: на выходы первого и n-го модулей, на проводники, соединяющие модули с формирователем, и на вход формирователя импульса. Для обеспечения надежной работы взрывомагнитной модульной системы необходимо увеличивать толщину и длину поверхности изоляционных материалов на этих элементах, что также приводит к увеличению суммарной индуктивности L_Σ, об отрицательном влиянии которой сказано выше.

При создании настоящего изобретения решалась задача разработки источника энергии для питания мощными высоковольтными импульсами широкого класса нагрузок, применяемых в физике высоких плотностей энергии: плазмодинамических генераторов, высокоэнергетичных лайнеров, СВЧ устройств и др.

Технический результат, достигаемый при решении данной задачи, заключается в повышении мощности и надежности устройства путем увеличения амплитуды импульса тока и запасаемой энергии, а также за счет оптимизации электрической схемы и конструкции взрывомагнитной модульной системы.

По сравнению с известным устройством, содержащим источник питания, по меньшей мере, два взрывомагнитных модуля, состоящих из взрывомагнитных генераторов, включающих статоры, подключенные параллельно к источнику питания, и лайнеры, заполненные зарядами ВВ, и формирователь импульса, в заявляемом устройстве указанный технический результат достигается тем, что:

- формирователь импульса разделен на секции;

- секции формирователя изолированы между собой;

- число секций равно числу модулей;

- в каждом модуле со стороны формирователя статор и лайнер последовательно соединены со смежными секциями формирователя;

- электрические соединения между модулями и секциями формирователя выполнены группами из параллельно соединенных кабелей;

- секции формирователя могут быть выполнены в виде размыкателей тока с проводником, разрушаемым зарядом взрывчатого вещества, или в виде размыкателей тока с проводником, разрушаемым электровзрывом, или в виде конденсаторов;

- формирователь также может быть выполнен в виде повышающего трансформатора с секционированной первичной обмоткой;

- модули могут содержать несколько взрывомагнитных генераторов с электрически последовательно соединенными статорами и лайнерами соседних генераторов;

- число источников питания может быть равно числу модулей или числу взрывомагнитных генераторов;

- статоры взрывомагнитных генераторов могут соединяться с источником питания через катушки с индуктивностью, много большей индуктивности формирователя.

Разделение формирователя на секции позволяет подводить к формирователю вырабатываемое напряжение по частям, а не полную его величину, как в устройстве по прототипу. Так как в местах подключения модулей к секциям действующее напряжение U_i меньше максимального, вырабатываемого всеми модулями (U=ΣU_i), в устройстве с секционированным формирователем проще обеспечивается электрическая прочность, а значит, повышается надежность взрывомагнитной модульной системы. На проводники, соединяющие модули с секциями, также действует только часть вырабатываемого напряжения. Проводники, рассчитанные на пониженное рабочее напряжение, имеют меньшую индуктивность L_i-j. За счет снижения индуктивности L_Σ уменьшается эффективное сопротивление контура, а величина тока и запасаемой магнитной энергии возрастает.

Выполнение секций формирователя изолированными друг от друга исключает возможность отключения взрывомагнитных модулей из последовательной электрической цепи при шунтировании межсекционных промежутков. Величина напряжения U_i, действующего в местах подключения модулей к секциям, соответствует рабочему напряжению в одном модуле и составляет лишь часть полного напряжения, вырабатываемого всей многомодульной системой (U=ΣU_i). Для обеспечения электропрочности межсекционных промежутков при напряжении U_i можно использовать тонкие пленочные изоляционные материалы (лавсан, фторопласт), применять заливку или запрессовку электропрочными компаундами, размещать секции в жидкой или газовой среде с высокой дугогасящей способностью (трансформаторное масло, азот, элегаз). Поэтому выводы смежных секций могут располагаться настолько близко друг к другу, что индуктивность этих участков электрической цепи будет существенно меньше, чем в устройстве по прототипу, и настолько мала, что не окажет влияния на эффективность работы модулей. Таким образом, обеспечиваются заданные выходные энергетические характеристики взрывомагнитной модульной системы.

Разделение формирователя на секции, число которых равно числу модулей, обеспечивает равномерное распределение напряжения, вырабатываемого модулями, по формирователю. В случае, когда все модули тождественны, максимальная величина напряжения, действующего в местах подключения модулей к секциям, в n раз меньше, чем в устройстве по прототипу, и всегда не превышает напряжения, вырабатываемого одним модулем. Сокращение амплитуды напряжения, действующего на соединительные проводники, позволяет уменьшить толщину изоляции на проводниках, соединяющих модули с формирователем, а значит, индуктивность ΣL_i-j, от которой зависит эффективное сопротивление электрического контура модульной системы, уменьшается. При снижении эффективного сопротивления увеличиваются амплитуда тока и запасаемая магнитная энергия.

Последовательное соединение статора и лайнера в каждом модуле со смежными секциями формирователя обеспечивает создание последовательной электрической цепи в динамическом режиме работы устройства, когда после инициирования зарядов ВВ лайнеры замкнутся со статорами. При такой электрической схеме обеспечивается наилучшее согласование спиральных взрывомагнитных генераторов, применяемых в модулях, с формирователем импульса. Если каждый модуль рассчитан для работы на оптимальную нагрузку Z_i, а импеданс формирователя очень велик (Z>>Z_i), то в общем случае, когда модули отличаются друг от друга по конструкции, выходным параметрам и предназначены для работы на разные нагрузки, условием эффективного согласования модулей и формирователя является выполнение соотношения Z=ΣZ_i. В частном случае, при тождественности применяемых модулей выполняется соотношение Z=nZ_i.

Выполнение электрических соединений между модулями и секциями формирователя группами из параллельно соединенных кабелей позволяет до минимума снизить индуктивность соединительных проводников (L_i-j), так как при параллельном соединении кабелей индуктивность кабельной линии обратно пропорциональна количеству кабелей. Следовательно, уменьшается величина L_Σ, от которой зависит эффективное сопротивление электрического контура модульной системы. При снижении эффективного сопротивления увеличиваются амплитуда тока и запасаемая магнитная энергия.

Предложенные варианты выполнения секций формирователя (в виде размыкателей тока с проводником, разрушаемым зарядом взрывчатого вещества, в виде размыкателей тока с проводником, разрушаемым электровзрывом, в виде конденсаторов или в виде секционированной первичной обмотки повышающего трансформатора) направлены на расширение области применения изобретения. Взрывомагнитные модульные системы с формирователями на основе размыкателей тока с проводником, разрушаемым зарядом взрывчатого вещества и размыкателей тока с проводником, разрушаемым электровзрывом, могут эффективно использоваться с плазмодинамическими нагрузками, высокоэнергетичными лайнерами и СВЧ генераторами. Системы с формирователями на основе конденсаторов и трансформаторов можно применять при создании импульсных генераторов электромагнитных колебаний и СВЧ устройств. Для управления формой и амплитудой импульса секции формирователя могут содержать как активные (резистивные), так и реактивные (индуктивные и емкостные) элементы. В связи с этим в электрической схеме устройства формирователь рассматривается как элемент с импедансом Z.

Объединение в одном модуле нескольких взрывомагнитных генераторов целесообразно, когда для получения высоких уровней энергии в устройстве используется большое количество ВМГ, а значения рабочих напряжений, вырабатываемых в каждом из них, невелики. В таких случаях конструкция устройства упрощается без существенного изменения выходных характеристик. Последовательное соединение статоров с лайнерами соседних генераторов в модулях необходимо для образования электрической цепи с последовательным соединением модулей и секций формирователя в динамическом режиме работы устройства.

Выбор числа источников питания связан с оптимизацией конструкций разрабатываемых взрывомагнитных модульных систем. Этот выбор зависит от энергоемкости используемых источников питания, энергопотребления ВМГ и от требований к системе по компоновке и массогабаритным параметрам. В общем случае достаточно одного источника питания с энергоемкостью, равной суммарному энергопотреблению всех применяемых взрывомагнитных генераторов. Если в модулях применяются взрывомагнитные генераторы с очень низким энергопотреблением (единицы или десятки джоулей), первичное питание можно осуществлять от компактных маломощных источников по числу ВМГ. Та же ситуация реализуется, когда используются ВМГ с очень высоким энергопотреблением, например, мегаджоулевого диапазона. Здесь, вне зависимости от числа модулей, для запитки каждого генератора также необходим отдельный источник энергии, но уже с очень высокой мощностью. В ряде случаев, например, когда модули состоят из одного или нескольких ВМГ со средним энергопотреблением (до нескольких десятков килоджоулей), наиболее рациональна система с питанием каждого модуля от отдельного источника энергии.

Соединение статоров взрывомагнитных генераторов с источником питания через катушки с индуктивностью, много большей индуктивности формирователя, предназначено для увеличения реактивной составляющей импеданса разрядной цепи источника питания. Если импеданс цепи источника питания, параллельной электрическому контуру, в котором происходит магнитная кумуляция, больше импеданса формирователя Z, то при работе модулей потери тока за счет его ответвления в эту цепь снижаются. Уменьшение потерь тока, вырабатываемого в модулях, приводит к увеличению энергии, запасаемой во взрывомагнитной модульной системе.

На фиг.1 схематически изображено устройство по прототипу.

На фиг.2 схематически изображена заявляемая взрывомагнитная модульная система (для сравнения с прототипом устройство состоит из четырех модулей).

На фиг.3 схематически изображен формирователь, секции которого выполнены в виде размыкателей тока с проводником, разрушаемым зарядом взрывчатого вещества или электровзрывом.

На фиг.4 схематически изображен формирователь, секции которого выполнены в виде конденсаторов.

На фиг.5 схематически изображен формирователь, каждая секция которого представляет собой часть первичной обмотки повышающего трансформатора.

На фиг.6 схематически изображено заявляемое устройство, состоящее из двух модулей, каждый из которых содержит по два взрывомагнитных генератора, у которых статор одного генератора электрически соединен последовательно с лайнером соседнего генератора, а число источников питания равно числу модулей.

На фиг.7 схематически изображен пример реализации заявляемого устройства с числом источников питания, равным числу взрывомагнитных генераторов.

На фиг.1-7 обозначено:

1 - источник питания;

2 - взрывомагнитный модуль;

3 - статор;

4 - лайнер;

5 - формирователь;

6 - соединительные проводники между модулем и формирователем;

7 - соединительные проводники между модулями;

8 - секция формирователя;

9 - межсекционный изолятор;

10 - группа кабелей;

11 - катушка.

Другие обозначения на фиг.1-7:

Lg₁-Lg₆ - индуктивность модулей;

L_1-Ф, L_4-Ф - индуктивность соединительных проводников (6);

L_1-2,L_2-3, L_3-4 - индуктивность соединительных проводников (7);

L_K1-L_K4 - индуктивность групп кабелей (10);

L₁-L₈ - индуктивность катушек (11);

Z - импеданс формирователя (5);

R_Ф - активное сопротивление формирователя (5);

С_Ф - емкость формирователя (5);

L_Ф - индуктивность первичной обмотки формирователя (5);

К - ключи, обозначающие, что при работе устройства лайнеры (4) замыкаются со статорами (3).

Заявляемая взрывомагнитная модульная система (фиг.2) содержит источник питания (1), по меньшей мере, два взрывомагнитных модуля (2), состоящих из взрывомагнитных генераторов, включающих статоры (3), подключенные параллельно к источнику питания (1), и лайнеры (4), заполненные зарядами взрывчатого вещества, и формирователь импульса (5). Формирователь импульса (5) разделен на секции (8). Секции (8) изолированы друг от друга изоляторами (9). Число секций (8) равно числу модулей (2). В каждом модуле (2) со стороны формирователя (5) статор (3) и лайнер (4) последовательно соединены со смежными секциями (8) формирователя (5). Электрические соединения между модулями (2) и секциями (8) формирователя (5) выполнены группами из параллельно соединенных кабелей (10). Секции (8) формирователя (5) могут быть выполнены в виде размыкателей тока, в которых проводник разрушается зарядом взрывчатого вещества или электровзрывом (фиг.3). Секции (8) формирователя (5) могут быть выполнены в виде конденсаторов (фиг.4). Формирователь (5) также может быть выполнен в виде повышающего трансформатора с секционированной первичной обмоткой (фиг.5). Модули (2) могут содержать несколько взрывомагнитных генераторов с электрически последовательно соединенными статорами (3) и лайнерами (4) соседних генераторов (фиг.6). В заявляемом устройстве число источников питания (1) может быть равно числу модулей (2), как на фиг.6, или числу взрывомагнитных генераторов (фиг.7). Статоры (3) взрывомагнитных генераторов могут соединяться с источником питания (1) через катушки (11), индуктивность которых много больше индуктивности формирователя (5) - см. фиг.2, 6, 7.

В примере реализации заявляемого устройства по фиг.7 взрывомагнитная модульная система состоит из шести модулей. Каждый модуль выполнен в виде спирального взрывомагнитного генератора со статором внутренним диаметром 60 мм, длиной 105 мм и цилиндрически-коническим лайнером из алюминиевого сплава АМц, заполненным изнутри пластическим ВВ. Начальная индуктивность ВМГ 160 мкГн. ВМГ рассчитан для работы на нагрузку индуктивностью ~40 нГн с коэффициентом усиления энергии K_E=37. Каждый статор подключен к отдельному источнику питания. Соединение статоров с источниками питания осуществляется через пары катушек индуктивностью по 5 мкГн. Формирователь представляет собой импульсный трансформатор с первичной обмоткой, разделенной по числу модулей на шесть секций. Каждая секция выполнена из медной фольги толщиной 0,4 мм и представляет собой часть цилиндрической петли диаметром 260 мм, длиной 150 мм, разрезанной по образующим цилиндра на шесть частей. Ширина разрезов составляет 3 мм. В качестве изолятора между секциями формирователя применяется трансформаторное масло. В примере реализации заявляемого устройства импеданс формирователя определяется индуктивностью первичной обмотки импульсного трансформатора. Индуктивность секционированной первичной обмотки составляет 250 нГн, а индуктивность каждой секции ~40 нГн. В каждом модуле статор и лайнер последовательно соединены со смежными секциями первичной обмотки формирователя проводниками, выполненными в виде групп из десяти параллельно соединенных кабелей типа МПИЭ/0,15-К (ТУ16-505.123-76) длиной по 300 мм. Подключение проводников к модулям осуществляется через коаксиальные разъемы, а подключение к секциям первичной обмотки формирователя - через клеммы, расположенные равномерно по длине секции. Индуктивность каждой группы соединительных проводников с учетом индуктивности разъемов в местах подключения кабелей к модулям и к секциям составляет ~8 нГн, а величина L_Σ=48 нГн. Таким образом, в примере реализации заявляемого устройства полная индуктивность конечного контура составляет ~300 нГн, а каждый модуль работает на индуктивность ~50 нГн. Для сравнения можно отметить, что в аналогичном шестимодульном устройстве по прототипу значение L_Σ будет в 2,8 раза больше и составит 135 нГн. Габаритные размеры устройства, изображенного на фиг.7, по длине и диаметру составляют ~400 мм.

Работа устройства, изображенного на фиг.7, начинается с момента включения источников питания (1). Ток, вырабатываемый каждым источником питания (1), протекает только через последовательно соединенные статор (3) и две катушки (11). После инициирования зарядов ВВ лайнеры (4) разлетаются и замыкаются со статорами (3) при величине магнитной энергии в разрядной цепи каждого источника питания (1) E₀=130 Дж. На фиг.1-2 и фиг.6-7 момент замыкания обозначен срабатыванием ключей К. Усиление магнитной энергии происходит в шести модулях (2), последовательно соединенных шестью группами кабелей (10) через шесть секций (8) формирователя (5). В процессе работы модулей (2) в каждом из них вырабатывается и подается на смежные секции (8) формирователя (5) напряжение U₁=7,5 кВ. Величина напряжения, действующего на выходы модулей (2), на группы кабелей (10) и входы секций (8) формирователя (5), в шесть раз меньше полного напряжения, вырабатываемого шестимодульной системой. Это способствует повышению надежности устройства и позволяет обеспечить минимальную индуктивность L_Σ, т.е. снизить потери магнитного потока на эффективном сопротивлении. Так как индуктивность катушек (11) существенно больше индуктивности формирователя (5), потери тока за счет ответвления в цепи источников питания (1) не превышают 5% от полного тока, вырабатываемого модулями. При уменьшении потерь магнитного потока на эффективном сопротивлении и величины ответвляющегося тока возрастает амплитуда тока, протекающего через первичную обмотку формирователя (5). По окончании работы устройства величина запасенной энергии составляет Е=23 кДж. Устройство, изображенное на фиг.7, работает с коэффициентом усиления энергии K_E=29, что лишь в ~1,3 раза меньше, чем коэффициент усиления энергии одного модуля. Приведенные характеристики для примера реализации заявляемого устройства обоснованы результатами расчетов и экспериментальных исследований на моделях.

Исходя из того, что в устройстве по прототипу с увеличением числа модулей коэффициент усиления энергии уменьшается пропорционально по отношению к K_E отдельного модуля, можно рассчитать, что в устройстве по прототипу, содержащем шесть таких же модулей, как в примере реализации по фиг.7, коэффициент усиления энергии составит Таким образом, эффективность усиления энергии в заявляемом устройстве в ~2 раза больше, чем в устройстве по прототипу. Электрическая мощность пропорциональна величине запасаемой энергии, следовательно, заявляемая взрывомагнитная система по сравнению с прототипом, позволяет повысить мощность в ~2 раза. Повышение мощности обеспечивается уменьшением потерь магнитного потока на эффективном сопротивлении контура и снижением потерь тока, ответвляющегося в цепь источника питания, до уровня ~5%. Повышение надежности обеспечивается путем оптимизации электрической схемы и конструкции, при которых по сравнению с устройством по прототипу величина рабочего напряжения, действующего на составные элементы взрывомагнитной модульной системы, уменьшена пропорционально числу применяемых модулей. Отсюда следует, что при решении задачи повышения мощности и надежности устройства заявляемая взрывомагнитная модульная система обеспечивает получение нужного технического результата.

Система может быть использована как источник мощных электрических импульсов тока и напряжения. Система содержит источник питания, по меньшей мере, два модуля в виде взрывомагнитных генераторов, включающих статоры, подключенные параллельно к источнику питания, и лайнеры, заполненные зарядами взрывчатого вещества, и формирователь импульса, разделенный на изолированные секции по числу модулей, в каждом модуле статор и лайнер последовательно соединены со смежными секциями формирователя, которые могут выполняться в виде размыкателей тока с проводником, разрушаемым зарядом взрывчатого вещества или электровзрывом, в виде конденсаторов или в виде секционированной первичной обмотки повышающего трансформатора. Модули могут содержать несколько генераторов с последовательно соединенными статорами и лайнерами соседних генераторов. Статоры генераторов могут соединяться с источником питания через катушки с индуктивностью, много большей индуктивности формирователя. Изобретение обеспечивает повышение мощности и надежности путем увеличения амплитуды импульса тока и запасаемой энергии. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Взрывомагнитная модульная система, содержащая источник питания, по меньшей мере, два взрывомагнитных модуля, состоящих из взрывомагнитных генераторов, включающих статоры, подключенные параллельно к источнику питания, и лайнеры, заполненные зарядами взрывчатого вещества, и формирователь импульса, отличающаяся тем, что формирователь разделен на изолированные между собой секции, число которых равно числу модулей, в каждом модуле со стороны формирователя статор и лайнер последовательно соединены со смежными секциями формирователя, а электрические соединения между модулями и секциями выполнены группами из параллельно соединенных кабелей.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что секции формирователя выполнены в виде размыкателей тока с проводником, разрушаемым зарядом взрывчатого вещества.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что секции формирователя выполнены в виде размыкателей тока с проводником, разрушаемым электровзрывом.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что секции формирователя выполнены в виде конденсаторов.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что формирователь выполнен в виде повышающего трансформатора с секционированной первичной обмоткой.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что модули содержат несколько взрывомагнитных генераторов с электрически последовательно соединенными статорами и лайнерами соседних генераторов.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что число источников питания равно числу модулей или числу взрывомагнитных генераторов.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что статоры взрывомагнитных генераторов соединены с источником питания через катушки с индуктивностью, много большей индуктивности формирователя.