ВЗРЫВНОЙ СПОСОБ ТРАНСФОРМАЦИИ МАГНИТНОГО ПОТОКА Российский патент 2013 года по МПК H02N11/00 

Изобретение относится к энергетике, преимущественно к получению электромагнитной энергии с помощью взрывчатых веществ (ВВ), и может быть использовано при разработке устройств для создания сильных магнитных полей и токов, для исследования в области физики плазмы, твердого тела, сильноточных разрядов в газах и т.д.

Известны способы трансформации магнитного потока, см. например А.С.Кравченко, Р.З.Людаев, А.И.Павловский и др. Питание индуктивных и омических нагрузок магнитокумулятивного генератора с помощью трансформатора. // ПМТФ, 1981, №5 с.116-121 [1], В.К.Чернышев, В.А.Давыдов, В.Е.Ванеев. Исследование процесса магнитной кумуляции в системе с перехватом магнитного потока. // Сверхсильные магнитные поля: Тр. III Междунар. конф. по генерации мегагаусных магнитных полей и родственным экспериментам. Физика. Техника. Применение. - М.: Наука, 1984. с.278 [2], E.I.Bichenkov, V.S.Prokopiev and A.M.Trubachev Magnetic flux transformation in inductively coupled systems using magnetic cumulation. // Megagauss fields and pulsed power systems., edited by V.M.Titov and G.A.Shvetsov, Nova Science Publishers, New York. 1990. pp.601-606 [3], С.Випф. Обратимая передача энергии между индуктивностями. // Накопление и коммутация энергии больших плотностей. - М.: Мир, 1979. с.421 [4] и др. Так, например, в [1-3] используют для реализации деформацию рабочей области с помощью взрыва. Такая деформация осуществляется с помощью токопровода из проводящего материала. Магнитный поток в рабочей области не может за время работы проникнуть через материал токопровода, т.е. тем самым обеспечивается возможность осуществления операций захвата и перемещения магнитного потока из рабочей области в нагрузку. Однако в реальности при работе магнитный поток не только вытесняется в нагрузку, но и проникает в материал токопровода. Особенно это становится заметным в конце работы. Поэтому значительная часть магнитного потока находится в нагрузке, а часть - в материале токопровода. Следует заметить, что величина магнитного потока в материале токопровода будет определяться величиной магнитного поля в конце работы. Так для спиральных конструкций магнитное поле в зоне контакта токопровода и рабочей индуктивности составляет 100 Тл (1 Мгс), а для коаксиальных - 200-300 Тл (2-3 Мгс). Поэтому после окончания деформации рабочей области магнитный поток в материале токопровода теряется безвозвратно.

В качестве прототипа выбран наиболее близкий к заявляемому и известный из а.с. СССР №1550594 (1989 г.) [5] взрывной способ трансформации магнитного потока, содержащий операции введения магнитного потока в первичный контур, деформации первичного контура с помощью энергии ВВ, сжатия и перемещения магнитного потока в первичном контуре из рабочей части в нагрузочную и одновременной трансформации магнитного потока во вторичный контур.

В качестве прототипа выбран наиболее близкий к заявляемому и известный из а.с. СССР №1550594 (1989 г.) [5] взрывной способ трансформации магнитного потока, содержащий операции введения магнитного потока в первичный контур, деформации первичного контура с помощью энергии ВВ, сжатия и перемещения магнитного потока в первичном контуре из рабочей части в нагрузочную и одновременной трансформации магнитного потока во вторичный контур. При этом операцию ввода магнитного потока в первичный контур производят при разомкнутом вторичном контуре. В момент времени, соответствующий началу деформации первичного контура, вторичный контур замыкают и захватывают введенный в первичный контур магнитный поток. Во вторичном контуре во время деформации первичного контура дополнительно возбуждают поток взаимоиндукции, направленный встречно первоначально введенному потоку.

Таким образом, известный взрывной способ трансформации магнитного потока содержит операции введения магнитного потока, захвата магнитного потока в момент времени, соответствующий началу деформации первичного контура токопроводом с помощью энергии ВВ, сжатия и перемещения магнитного потока в первичном контуре из рабочей части в нагрузочную и одновременной трансформации магнитного потока во вторичный контур. При этом во вторичном контуре во время деформации первичного дополнительно возбуждают поток взаимоиндукции, направленный встречно первоначально введенному потоку.

Недостатком известного способа является недостаточно высокий коэффициент передачи энергии.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение коэффициента передачи энергии.

Для решения поставленной задачи сущность заявляемого изобретения состоит в том, что, в отличие от известного способа трансформации магнитного потока, содержащего операции введения магнитного потока, захвата магнитного потока в момент времени, соответствующий началу деформации первичного контура, деформации первичного контура токопроводом с помощью энергии ВВ, сжатия и перемещения магнитного потока в первичном контуре из рабочей части в нагрузочную и одновременной трансформации магнитного потока во вторичный контур, при этом во вторичном контуре во время деформации первичного контура дополнительно возбуждают поток взаимоиндукции, направленный встречно первоначально введенному потоку, согласно изобретению, операцию введения магнитного потока осуществляют во вторичный контур при разомкнутом первичном, а в момент времени, соответствующий началу деформации первичного контура, первичный контур замыкают и захватывают введенный во вторичный контур магнитный поток. При этом предварительно обеспечивают индуктивную связь зоны трансформации и рабочей зоны. В момент времени, соответствующий окончанию деформации рабочей зоны, производят диссипацию магнитного потока в материале токопровода в рабочей зоне, благодаря (из-за) индуктивной связи рабочей области и зоны трансформации возбуждают дополнительно ЭДС и ток в цепи нагрузки, увеличивая тем самым передачу энергии из первичного контура во вторичный.

Технический результат, который может быть получен в результате использования изобретения, заключается в повышении коэффициента передачи энергии.

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг.1 приведена принципиальная схема, поясняющая заявляемый способ. Здесь первичный контур образован из индуктивностей L₁ и L₂, a вторичный из индуктивностей L₃₁, L₃₂ и L₄. Индуктивности L₁, L₂, L₃ (при этом L₃=L₃₁+L₃₂) образуют зону деформации. Индуктивности L₂ и L₃₂ образуют зону трансформации. При этом L₁, L₃₁, L₃₂ включены согласно, а L₂ с L₁, L₃₁, L₃₂ - встречно. Ключ K в первичном контуре в момент запитки вторичного контура разомкнут.

Схема, приведенная на чертеже, работает следующим образом.

Во вторичном контуре (см. фиг.1), состоящем из индуктивности L₃ (L₃=L₃₁+L₃₂) и индуктивности нагрузки L₄, причем (L₃>>L₄), создают начальный магнитный поток Ф₂₀. Первичный контур, образованный индуктивностями L₁ и L₂, в момент запитки вторичного контура разомкнут. Индуктивности L₁ и L₂ включены встречно друг с другом и имеют магнитную связь с L₃ вторичного контура, при этом L₁ и L₃₁ включены согласно, а L₂ и L₃₂ - встречно. Индуктивности L₁, L₂ и L₃ образуют зону деформации. Индуктивности L₂ и L₃₂ образуют зону трансформации. Нагрузка L₄ находится вне зоны деформации. Далее в момент времени, соответствующий началу деформации L₁, L₂ и L₃, замыкают ключ K в первичном контуре, захватывают магнитный поток от вторичного контура. С первичным контуром оказывается связанным поток Ф₁₀. Далее с помощью энергии взрыва деформируют рабочую зону, образованную из L₁, L₂, L₃ при помощи токопровода. Величины L₁, L₃₁ при этом стремятся к нулю (L₁→0, L₃₁→0), а величины L₂ и L₃₂ стремятся к некоторой конечной величине L₂→L_2f и L₃₂→L_32f. Коэффициент связи между L_2f и L_32f делают (обеспечивают) максимально возможным, так, чтобы выполнялось соотношение L₄>>L_32f. В момент времени, соответствующий концу изменения L₁ (L₁=0), в L₄ будет перемещен магнитный поток, равный Ф₂₀+Ф_23f, где Ф_23f - магнитный поток взаимной индукции между L_2f и L_32f при L₁=0. Далее, поскольку при деформации и перемещении магнитного потока в L₄ происходит проникновение магнитного поля в материал токопровода, осуществляющего деформацию зоны из L₁, L₂, L₃, то к моменту L₁=0 в материале токопровода оказывается связанным магнитный поток, равный Ф_Δ=B_fΔS, где B_f - магнитное поле в материале токопровода, a ΔS - площадь поперечного сечения материала токопровода в конце деформации. Так как время диффузии магнитного потока из материала токопровода много меньше времени диффузии магнитного потока из цепи нагрузки (L₄+L_32f) и сохраняется индуктивная связь L_32f с рабочей зоной, то спустя некоторое время, сравнимое со временем деформации, в L₄ (L₄>>L_32f) окажется магнитный поток, равный Ф₂₀+Ф_23f+Ф_ΔN₃, где N₃ - число витков в L_32f при L₁=0.

Магнитный поток Ф₂₀+Ф_23f+N₃Ф_Δ больше магнитного потока в L₄ до деформации. Поэтому результатом диффузии магнитного потока из материала токопровода и наличия индуктивной связи L_32f с зоной деформации является дополнительное увеличение тока во вторичном контуре, что обеспечивает также и увеличение передаваемой во вторичный контур энергии.

Применение изобретения позволит значительно увеличить коэффициент передачи энергии из первичного контура в нагрузку вторичного. Кроме того, использование изобретения позволит уменьшить габариты устройства для реализации взрывного способа трансформации магнитного потока и его экономичность.

Литература

1. А.С.Кравченко, Р.З.Людаев, А.И.Павловский и др. Питание индуктивных и омических нагрузок магнитокумулятивного генератора с помощью трансформатора. // ПМТФ, 1981, №5 с.116-121.

2. В.К.Чернышев, В.А.Давыдов, В.Е.Ванеев Исследование процесса магнитной кумуляции в системе с перехватом магнитного потока. // Сверхсильные магнитные поля: Тр. III Междунар. конф. по генерации мегагаусных магнитных полей и родственным экспериментам. Физика. Техника. Применение. - М.: Наука, 1984. с.278.

3. E.I.Bichenkov, V.S.Prokopiev and A.M.Trubachev. Magnetic flux transformation in inductively coupled systems using magnetic cumulation. // Megagauss fields and pulsed power systems., edited by V.M.Titov and G.A.Shvetsov, Nova Science Publishers, New York. 1990. pp.601-606.

4. С.Випф Обратимая передача энергии между индуктивностями. // Накопление и коммутация энергии больших плотностей. - М.: Мир, 1979.с.421.

5. Е.И.Биченков, B.C.Прокопьев, A.M.Трубачев. Взрывной способ трансформации магнитного потока а.с. СССР №1550594, 1989 г.

Изобретение относится к области электротехники и энергетики, касается получения электромагнитной энергии с помощью взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использовано при разработке устройств для создания сильных магнитных полей и токов, для исследования в области физики плазмы, твердого тела, сильноточных разрядов в газах. Предлагаемый способ включает операции введения магнитного потока, захвата магнитного потока в момент времени, соответствующий началу деформации первичного контура, деформации первичного контура токопровода с помощью энергии ВВ, сжатия и перемещения магнитного потока в первичном контуре из рабочей части в нагрузочную и одновременной трансформации магнитного потока во вторичный контур. Во вторичном контуре во время деформации первичного контура дополнительно возбуждают поток взаимоиндукции, направленный встречно первоначально введенному потоку. При этом, согласно настоящему изобретению, операцию введения магнитного потока осуществляют во вторичный контур при разомкнутом первичном, а в момент времени, соответствующий началу деформации первичного контура, первичный контур замыкают и захватывают введенный во вторичный контур магнитный поток, при этом предварительно обеспечивают индуктивную связь зоны трансформации и рабочей зоны, в момент времени, соответствующий окончанию деформации рабочей зоны, производят диссипацию магнитного потока в материале токопровода в рабочей зоне, возбуждают ЭДС и ток в цепи нагрузки благодаря индуктивной связи рабочей области и зоны трансформации, увеличивая тем самым передачу энергии. Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, состоит в значительном увеличении коэффициента передачи энергии из первичного контура в нагрузку вторичного контура при одновременном уменьшении габаритов устройства для реализации данного способа, а также в повышении его экономичности. 1 ил.

Взрывной способ трансформации магнитного потока, содержащий операции введения магнитного потока, захвата магнитного потока в момент времени, соответствующий началу деформации первичного контура, деформации первичного контура токопровода с помощью энергии взрывчатого вещества (ВВ), сжатия и перемещения магнитного потока в первичном контуре из рабочей части в нагрузочную и одновременной трансформации магнитного потока во вторичный контур, при этом во вторичном контуре во время деформации первичного контура дополнительно возбуждают поток взаимоиндукции, направленный встречно первоначально введенному потоку, отличающийся тем, что операцию введения магнитного потока осуществляют во вторичный контур при разомкнутом первичном, а в момент времени, соответствующий началу деформации первичного контура, первичный контур замыкают и захватывают введенный во вторичный контур магнитный поток, при этом предварительно обеспечивают индуктивную связь зоны трансформации и рабочей зоны, в момент времени, соответствующий окончанию деформации рабочей зоны, производят диссипацию магнитного потока в материале токопровода в рабочей зоне, возбуждают ЭДС и ток в цепи нагрузки из-за индуктивной связи рабочей области и зоны трансформации, увеличивая тем самым передачу энергии.