СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСА ТОКА ДЛЯ РАЗГОНА ЛАЙНЕРА МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ ИМПУЛЬСНОГО ИСТОЧНИКА Российский патент 2010 года по МПК H03K5/12 

Изобретение относится к физике высоких плотностей энергии, к импульсной технике и может быть использовано при проведении экспериментов по изучению откольных явлений в сходящейся геометрии с использованием импульсного взрывомагнитного источника энергии.

Известен способ формирования импульса тока Павловский А.И. и др. Исследование накопления и коммутации высоких плотностей энергии. Сверхсильные магнитные поля. Труды III Международной конференции по генерации мегагауссных магнитных полей и родственным экспериментам. Новосибирск, 1983, под редакцией Титова В.М., Швецова Г.А., М.: Наука, 1984, стр.410-415. Формирование импульса тока в нагрузке производилось с помощью разрыва контура виткового ВМГ плазменным взрывным коммутатором. Недостатками данного способа являются ограничения по типам используемых ВМГ, связанные с большим начальным сопротивлением коммутатора и несформированным задним фронтом импульса тока в нагрузке.

Наиболее близким является способ формирования импульса тока для разгона лайнера с помощью магнитного поля импульсного источника. V.K. Chernyshev at al. Explosive magnetic energy source operation peculiarities on a liner drive by a 15 MA current. Proceeding Ninth International Conference on Megagauss Magnetic Fields Generation and Relative Topics, Moscow-St-Petersburg, 2002; MG-9, 2004, pp.314-315. Способ по прототипу заключается в том, что передний фронт импульса тока, воздействующего на лайнер, формируют размыканием контура СВМГ с помощью диэлектрических кумулятивных струй. Недостатком способа по прототипу является несформированная длительность и задний фронт импульса.

При создании данного изобретения решалась задача создания короткого импульса давления, воздействующего на лайнер для изучения откольных явлений в мишенях.

Техническим результатом при решении данной задачи является формирование заданной длительности всего импульса и формы и длительности заднего фронта квазитрапецеидального импульса.

Указанный результат достигается тем, что по сравнению с известным способом формирования импульса тока для разгона лайнера магнитным полем импульсного источника, который заключается в формировании переднего фронта импульса тока, воздействующего на лайнер размыкателем тока, в заявляемом способе длительность и задний фронт импульса квазитрапецеидальной формы дополнительно формируют при максимальном значении тока импульсного источника прерывателем тока, последовательно включенным в электрический контур лайнера или замыкателем тока, включенным параллельно в контур лайнера. Прерыватель или замыкатель тока срабатывает с задержкой во времени, обеспечивающей требуемую длительность импульса тока в лайнере при фронте спада той же длительности, что и передний фронт.

Для исследования отколов в образцах с помощью ударного нагружения при торможении ускоренного током СВМГ лайнера очень важна форма импульса тока в лайнере. При ускорении лайнера импульсом тока традиционной формы (с использованием только одного обострителя тока) не обеспечиваются условия торможения лайнера, при котором сохраняются зарождающиеся в мишени откольные полости, т.к. продолжающий протекать по лайнеру ток сжимает мишень, что приводит к схлопыванию образовавшихся полостей и невозможности их обнаружения.

Использование прерывателя тока, включенного последовательно в контур лайнерной нагрузки, позволяет прекратить действие сжимающих лайнер пондеромоторных сил и сохранить мишень для изучения на предмет присутствия откольных полостей.

Длительность и амплитуда импульса тока в лайнере определяются расчетно, исходя из требуемой скорости соударения лайнера с мишенью, и задаются током СВМГ и моментом срабатывания прерывателя тока.

Исходя из конкретных условий эксперимента (при больших токах ≈10 МА), возможно применение замыкателя тока, включенного параллельно лайнерной нагрузке. В этом случае задний фронт формируется после замыкания за счет расширения контура нагрузки под действием пондеромоторных сил и увеличения сопротивления лайнера из-за нагрева.

На фиг.1 изображено устройство для реализации заявляемого способа.

На фиг.2 изображено устройство для реализации заявляемого способа формирования с помощью прерывателя тока.

На фиг.3 изображено устройство для реализации заявляемого способа формирования с помощью замыкателя тока.

На фиг.4 изображена электрическая схема для реализации заявляемого способа с прерывателем тока.

На фиг.5 изображена электрическая схема для реализации заявляемого способа с замыкателем тока.

На фиг.6 изображена форма импульса тока.

На чертежах обозначено:

1 - спиральный взрывомагнитный генератор (СВМГ);

2 - размыкатель тока (РТ);

3 - прерыватель тока (ПТ);

4 - передающая линия (ПЛ);

5 - лайнерный узел;

6 - струеформирователь;

7 - струегаситель;

8 - фольга;

9 - замыкатель тока;

10 - конечная индуктивность СВМГ;

11 - сопротивление размыкателя тока;

12 - сопротивление прерывателя тока;

13 - индуктивность лайнерного узла;

14 - замыкающий ключ

15 - передний фронт импульса тока;

16 - задний фронт импульса тока;

17 - мишень;

18 - лайнер;

В примере реализации заявляемого способа формирования импульса тока по фиг.1 в качестве импульсного источника использовалась взрывомагнитная система, состоящая из спирального взрывомагнитного генератора диаметром 200 мм (Чернышев В.К., Авдошин В.В., Волков Г.И., Иванов В.А. Корчагин В.П., Пак С.В., Скобелев А.Н. «Спиральные взрывомагнитные источники с запасаемой энергией 0.5-25 МДж для исследования работы газового пондеромоторного узла с МГД-соплом и динамики разгона твердотельного лайнера», «Труды Седьмой Международной конференции по генерации мегагауссных магнитных полей и родственным экспериментам» под ред. Чернышева В.К., Селемира В.Д., с.279-281, Саров, 1997).

Лайнер и мишень были выполнены из алюминия марки А1 1100-O толщиной 2 мм и 15 мм соответственно, цилиндрической формы при начальном внешнем радиусе лайнера 50 мм. В качестве размыкателя и прерывателя тока использовалось устройство на кумулятивных диэлектрических струях (Чернышев В.К. и др., а.с. СССР № 1519446, Бюл. № 26, 20.09.1995).

Способ осуществлялся следующим образом. По окончании работы СВМГ (1), в момент максимума тока за счет разрыва контура СВМГ с помощью размыкателя тока (2) формируется передний фронт (15) импульса тока в лайнере (5). Под действием тока лайнер ускоряется. Величина приобретенной скорости определяется амплитудой тока и длительностью его протекания. При подлете лайнера к мишени срабатывает прерыватель тока (3), который формирует задний фронт (16) квазитрапецеидального импульса тока. Импульс тока такой формы требуется для обеспечения зануления тока в лайнере до его удара по мишени. Это позволяет изучать зарождение откольных процессов в мишени и определять динамическую прочность исследуемых материалов. Без прерывания тока лайнер будет продолжать ускоряться и компактировать мишень, устраняя следы откола.

Для обеспечения переднего и заднего фронтов импульса тока равной длительности используются размыкатель (2) и прерыватель тока (3) одинаковой конструкции. Использование замыкателя (9) тока для формирования длительности импульса тока и его заднего фронта (16) позволяет снизить амплитуду тока в лайнере и уменьшить вес взрывчатого вещества, паразитную индуктивность контура нагрузки, снизить затраты на проведение эксперимента.

Таким образом, заявляемым способом удалось сформировать импульс заданной формы, получить требуемую скорость лайнера при изучении откольных явлений в мишени.

Способ формирования импульса тока для разгона лайнера магнитным полем импульсного источника относится к физике высоких плотностей энергии, к импульсной технике и может быть использован при проведении экспериментов по изучению откольных явлений в сходящейся геометрии с использованием импульсного взрывомагнитного источника энергии. Способ формирования импульса тока для разгона лайнера магнитным полем импульсного источника заключается в формировании переднего фронта импульса тока, воздействующего на лайнер размыкателем тока, а длительность и задний фронт импульса квазитрапецеидальной формы дополнительно формируют при максимальном значении тока импульсного источника прерывателем тока, последовательно включенным в электрический контур лайнера или замыкателем тока, включенным параллельно в контур лайнера. Прерыватель или замыкатель тока срабатывает с задержкой во времени, обеспечивающей требуемую длительность импульса тока в лайнере при фронте спада той же длительности, что и передний фронт. Технический результат - формирование заданной длительности всего импульса и формы и длительности заднего фронта квазитрапецеидального импульса. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ формирования импульса тока для разгона лайнера магнитным полем импульсного источника, заключающийся в формировании переднего фронта импульса тока, воздействующего на лайнер размыкателем тока, отличающийся тем, что длительность и задний фронт импульса квазитрапецеидальной формы дополнительно формируют при максимальном значении тока импульсного источника прерывателем тока, последовательно включенным в электрический контур лайнера или замыкателем тока, включенным параллельно в контур лайнера.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прерыватель или замыкатель тока срабатывает с задержкой во времени, обеспечивающей требуемую длительность импульса тока в лайнере при фронте спада той же длительности, что и передний фронт.