Способ организации сильнотокового горизонтально направленного электропроводного канала в воздухе и устройство для его осуществления Российский патент 2020 года по МПК F41B15/04 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к нелетальному и менее летальному оружию с электрическим средством поражения целей (правонарушителей) и транспортных средств, а конкретно к дистанционному электрошоковому оружию (ДЭШО).

Уровень техники.

Известен способ и устройство для организации направленного электропроводного канала в воздухе для поражения биологических и материальных целей при помощи ионизации воздуха лазерным лучом [1]. Способ заключается в том, что луч УФ-лазера с длиной волны в 248 нм создает в воздухе продолжительный по расстоянию ионизированные канал ионизируя на своем пути молекулы кислорода воздуха. По ионизированному каналу передаются высоковольтное поражающее цель напряжение электротока например от генератора высоковольтных импульсов.

Для передачи к цели поражающего напряжения электрического тока используется один или два УФ-лазера. При использовании одного лазера в качестве одного из токопроводящих каналов используется ионизированный лазером воздушный канал к которому подводится высоковольтное напряжение одного полюса высоковольтного генератора электротока, а в качестве другого токопроводящего канала используется земля к которой подводится высоковольтное напряжение другого полюса высоковольтного генератора электротока. Поражающее напряжение электротока передается на цель соответственно через цепь ионизированный лазерный канал - тело цели - земля. При использовании двух лазеров в качестве первого и второго канала передачи поражающего напряжения электротока к цели используются два ионизированных лазерами воздушных канала к которым подводится высоковольтное напряжение одного и другого полюса высоковольтного генератора электротока. Поражающее напряжение электротока передается на цель соответственно через цепь один ионизированный лазерный канал - тело цели - другой ионизированный лазерный канал. Как только тело человека-цели замыкает электрическую цепь, образованную двумя ионизированными лучами лазера, происходит пробой по ионизированным каналам от высоковольтного генератора электротока на тело человека-цели. Теоретическим но не подтвержденным на практике достоинством устройства считается возможность передачи поражающего воздействия электротока к цели на расстояние до десятков и сотен метров. Недостатком устройства является низкий КПД передачи электроэнергии по ионизированному лазером воздушному каналу при необходимых для передачи высоковольтного поражающего напряжения электротока всего на несколько метров громадных затратах энергии, высочайшая стоимость импульсных УФ-лазеров потребных мощностей, громоздкость конструкции источников энергии лазеров не позволяющих реализовать носимое одним человеком устройство ДЭШО на принципе ионизации воздуха лазерным лучом. Со времени появления рассматриваемого патента прошло 22 года но действующее на расстоянии даже нескольких метров устройство так и не реализовано.

Известны способ и устройство для организации направленного электропроводного канала в воздухе описанные в источнике [2]. Для передачи к цели поражающего напряжения электротока используется один или два термоионизированных канала создаваемых пиротехническими зарядами с ионизирующими присадками снабженные профилированным соплом. При использовании одного пиротехнического заряда в качестве одного из токопроводящих каналов используется термоионизированный воздушный канал к которому подводится высоковольтное напряжение одного полюса высоковольтного генератора электротока, а в качестве другого токопроводящего канала используется земля к которой подводится высоковольтное напряжение другого полюса высоковольтного генератора электротока. Поражающее напряжение электротока передается на цель соответственно через цепь термоионизированный канал - тело цели-земля. При использовании двух пиротехнических зарядов в качестве первого и второго канала передачи поражающего напряжения электротока к цели используются два термоионизированных воздушных канала к которым подводится высоковольтное напряжение одного и другого полюса высоковольтного генератора электротока. Поражающее напряжение электротока передается на цель соответственно через цепь один термоионизированный канал - тело цели - другой теромоионизированный канал. Как только тело человека-цели замыкает электрическую цепь, образованную двумя термоионизированными каналами, происходит электрический пробой по термоионизированным каналам от высоковольтного генератора электротока на тело человека-цели. Достоинством устройства является техническая простота воплощения и его невысокая стоимость включающая только стоимость пиротехнических зарядов с ионизирующими добавками давно разработанных для применения в МГД генераторах. Недостатком является невозможность технически простой и с небольшой стоимостью организации термоионизированных каналов продолжительностью более 1 м, и возможность ожогов тела цели или воспламенения одежды цели горячими газовыми потоками горения пирозаряда.

Раскрытие изобретения.

Целью изобретения является создание способа организации сильнотокового горизонтально направленного электропроводного канала в воздухе для поражения биологических и материальных целей лишенного недостатков известных способов.

Целью изобретения является также создание устройства для реализации способа, организации горизонтального сильнотокового направленного электропроводного канала в воздухе для поражения биологических и материальных целей лишенного недостатков известных устройств поражения биологических и материальных целей электрическим токов по предварительно ионизированному каналу.

Сущность способа по заключается в том, что производят подачу сильнотокового поражающего напряжения постоянного, переменного или импульсного электротока в по меньшей мере один высокочастотный слаботоковый ионизированный канал стримера создаваемого по меньшей мере одним резонансным трансформатором преимущественно с топологией QCW DRSSTC (Quasi Continious Wave Dual Resonant Solid State Tesla Coil), преимущественно в обход активного и реактивного сопротивления вторичной обмотки резонансного трансформатора, организовывают второй проводящий канал через землю или стример другого резонансного трансформатора преимущественно с топологией QCW DRSSTC преимущественно в обход активного и реактивного сопротивления вторичной обмотки резонансного трансформатора и направляют сильнотоковое поражающее напряжение электротока по меньшей мере через один стример и второй проводящий канал в цель.

Устройство для организации сильнотокового горизонтально направленного электропроводного канала в воздухе состоит из источника поражающего цель электротока, один вывод или полюс источника поражающего электротока имеет возможность электрической связи с концом вторичной обмотки по меньшей мере одного резонансного трансформатора преимущественно с топологией QCW DRSSTC с обеспечением возможности поступления поражающего электротока в стример резонансного трансформатора преимущественно в обход активного и реактивного сопротивления вторичной обмотки, а второй полюс или вывод источника поражающего электротока подключен к земле или имеет возможность электрической связи с концом вторичной обмотки другого резонансного трансформатора преимущественно с топологией QCW DRSSTC с обеспечением возможности поступления поражающего электротока в стример резонансного трансформатора преимущественно в обход активного и реактивного сопротивления вторичной обмотки.

Дополнительная особенность заключается в том, что один полюс или вывод источника поражающего электротока имеет возможность электрической связи с холодным концом вторичной обмотки резонансного трансформатора с обеспечением возможности поступления поражающего электротока в стример резонансного трансформатора через газовый промежуток предпочтительно длиной 1,05-1,1 длины расстояния пробоя по воздуху источника поражающего электротока или при помощи гальванической связи, а второй полюс или вывод источника поражающего электротока подключен к земле или имеет возможность электрической связи с холодным концом вторичной обмотки другого резонансного трансформатора с обеспечением возможности поступления поражающего электротока в стример другого резонансного трансформатора через газовый промежуток предпочтительно длиной 1,05-1,1 длины расстояния пробоя по воздуху источника поражающего электротока или при помощи гальванической связи.

Дополнительная особенность заключается в том, что вторичная обмотка резонансного трансформатора шунтирована диодным столбом, один полюс или вывод источника поражающего электротока имеет возможность электрической связи с холодным концом вторичной обмотки резонансного трансформатора с обеспечением возможности поступления поражающего электротока в стример резонансного трансформатора через газовый промежуток или при помощи гальванической связи, а второй полюс или вывод источника поражающего электротока подключен к земле.

Дополнительная особенность заключается в том, что один полюс или вывод источника поражающего электротока подключен к одному концу диодного столба, а другой конец диодного столба имеет возможность электрической связи с горячим концом вторичной обмотки первого резонансного трансформатора с обеспечением возможности поступления поражающего электротока через диодный столб в стример резонансного трансформатора через газовый промежуток или при помощи гальванической связи, а второй полюс или вывод источника поражающего электротока имеет возможность электрической связи с концом второго диодного столба, другой конец второго диодного столба имеет возможность электрической связи с горячим концом вторичной обмотки второго резонансного трансформатора с обеспечением возможности поступления поражающего электротока через диодный столб в стример второго резонансного трансформатора через газовый промежуток или при помощи гальванической связи, при этом холодные концы вторичных обмоток обоих резонансных трансформаторов соединены.

Дополнительная особенность заключается в том, что вторичные обмотки двух резонансных трансформаторов шунтированы диодными столбами, один полюс или вывод источника поражающего электротока имеет возможность электрической связи с холодным концом вторичной обмотки первого резонансного трансформатора с обеспечением возможности поступления поражающего электротока в стример резонансного трансформатора через газовый промежуток или при помощи гальванической связи, а второй полюс или вывод источника поражающего электротока имеет возможность электрической связи с холодным концом вторичной обмотки второго резонансного трансформатора с обеспечением возможности поступления поражающего электротока в стример резонансного трансформатора через газовый промежуток или при помощи гальванической связи.

Дополнительная особенность заключается в том, что источник поражающего электротока представляет собой трансформатор питаемый от источника переменного или импульсного напряжения или представляет собой заряжаемую от источника постоянного тока электрическую емкость.

Дополнительная особенность заключается в том, что источник поражающего электротока представляет собой первую электрическую емкость соединяемую коммутатором со второй заряжаемой от источника постоянного напряжения емкостью большей величины. Дополнительная особенность заключается в том, что вторичные обмотки резонансных трансформаторов сфазированы.

Примечание:

В описании заявки используются англоязычная терминология топологий резонансных трансформаторов в связи с тем, что отечественных научно устоявшихся и технически однозначных русскоязычных терминов обозначающих указанные топологии не существует.

Краткое описание чертежей.

Фиг. 1. Схема устройства поражения по п. 3 формулы изобретения со второй проводящей линией землей (резонансный трансформатор обозначен в виде только первичной и вторичной обмоток).

Фиг. 2. Схема устройства поражения по п. 3 формулы изобретения со второй проводящей линией стримера второго резонансного трансформатора (трансформаторы обозначены в виде только первичной и вторичной обмоток).

Фиг. 3. Схема устройства поражения по п. 4 формулы изобретения со второй проводящей линией землей и одним обходным диодным столбом (резонансный трансформатор обозначен в виде только первичной и вторичной обмоток).

Фиг. 4. Схема устройства поражения по п. 5 формулы изобретения со второй проводящей линией стримера второго резонансного трансформатора и двумя обходными диодными столбами (трансформаторы обозначены в виде только первичной и вторичной обмоток).

Фиг. 5. Схема варианта устройства поражения по п. 6 формулы изобретения со второй проводящей линией стримера второго резонансного трансформатора и двумя обходными диодными столбами (трансформаторы обозначены в виде только первичной и вторичной обмоток).

Фиг. 6а; 6b; и 6v. Варианты устройства источника поражающего электротока 5.

Осуществление изобретения.

Способ заключается в том, что производят подачу сильнотокового поражающего напряжения электротока в высокочастотный слаботоковый ионизированный канал стримера создаваемого по меньшей мере одним резонансным трансформатором преимущественно топологии QCW DRSSTC (Quasi Continious Wave Dual Resonant Solid State Tesla Coil), организовывают второй проводящий канал к цели через землю или что наиболее целесообразней через стример второго резонансного трансформатора с указанной топологией соединенного с первым трансформатором преимущественно в обход активного и реактивного сопротивления вторичной обмотки трансформаторов и направляют в цель один стример в случае использования в качестве второго проводящего канала к цели земли или два стримера в случае использования стримера второго резонансного трансформатора в качестве второго проводящего канала к цели. Обход сильнотокового поражающего напряжения вторичных обмоток резонансных трансформаторов достигается применением высоковольтных диодных столбов не дающих возможности прохождения сильнотокового поражающего напряжения электротока во вторичные обмотки резонансных трансформаторов обладающих большим активным и реактивным паразитным сопротивлением но дающих возможность его прохождения через ионизированные каналы с ничтожным сопротивлением в цель.

Поражение цели происходит путем передачи к цели сильнотокового поражающего напряжения по двум каналам которыми в первом случае является стример одного резонансного трансформатора и земля, а во втором случае стример одного резонансного трансформатора и стример соединенного с первым второго резонансного трансформатора. Во втором описанном случае расстояние между двумя стримерами направленными в цель близко к параллельному положению стримеров относительно друг друга расстояние между стримерами должно быть больше чем возможное расстояние электрического пробоя напряжения поражающего тока между соседними стримерами или стримерами и землей.

Основное отличие предлагаемого способа от существовавших в том, что подачу сильнотокового поражающего напряжения электротока производят не в канал образованный простым физическим пробоем газа (воздуха), а в непрерывно растущий и подпитываемый энергией накачки первичной обмотки резонансного трансформатора высокочастотный стример ионизирующий воздух. Поэтому для организации одинакового расстояния пробоя поражающим напряжением электротока по предлагаемому способу применим гораздо более технологичный и дешевый резонансный трансформатор с однослойной намоткой вторичной обмотки не нуждающийся в специальных типах высоковольтной изоляции и организации изоляции окружающих устройство пространств нежели высоковольтные импульсные трансформаторы многослойной или секционной намотки или высоковольтные генераторы иного типа (например генератор Маркса) для простого физического пробоя в газе. Применение же топологии резонансных трансформаторов QCW DRSSTC с подачей в канал сверхпротяженного стримера сильнотокового поражающего напряжения электротока дает возможность создания сильнотоковых направленных электропроводных каналов в воздухе для беспроводного нелетального оружия с электрическим средством поражения биологических и материальных целей в носимых одним человеком или возимых на легковом автотранспорте устройствах. Попытки же использовании же для тех же целей известной но не резонансной высоковольтной техники мегавольтного класса габариты и вес таких устройств делает невозможным создание беспроводного оружия с электрическим средством поражения не только носимого одним человеком но даже быстроразвертываемого возимого грузовым автотранспортом.

Фиг. 1. Устройство для реализации способа состоит из резонансного трансформатора 1 преимущественно топологии QCW DRSSTC возле холодного конца 2 (т.е. вывода вторичной обмотки ближайшему к первичной обмотке) вторичной обмотки 3 предпочтительно с воздушным зазором предпочтительно длиной 1,05-1,1 длины расстояния пробоя по воздуху источника поражающего электротока, расположен один полюс или вывод 4 источника поражающего электротока 5, а второй полюс или вывод 6 источника поражающего электротока 5 подключен к земле. Тороидальный или в виде иного тела вращения терминал (output terminal, torus, toroid или top load capasitor) (выход) 7 служащий дополнительной электрической емкостью вторичной обмотки отвечающий за резонанс и уменьшение утечек наводимого потенциала в атмосферу имеет направленное по оси вторичной обмотки острие называемые по терминологии для разработок резонансных трансформаторов на Западе "spark point" 8 и служащее для концентрации стримеров в нужном направлении. В некоторых случаях резонансный трансформатор может не иметь терминала в виде тора или иного тела вращения и в таком случае терминалом является просто выход горячего конца вторичной обмотки заостренный "spark point".

При включении резонансного трансформатора высокочастотный потенциал наводимый во вторичной обмотке образует растущий от "spark point" 8 к заземленному предмету (в данном случае проводящей цели на земле) основной стример, и стример пробоя в воздушном промежутке между холодным концом 2 и выводом 4. По достижении основным стримером цели в ионизированный канал основного стримера и стримера образующегося в воздушном зазоре между холодным концом 2 и выводом 4 соединяющего при электропробое основного стримера до цели вторичную обмотку с землей через источник поражающего электротока 5 и имеющих низкое сопротивление начинает проходить сильнотоковое поражающее напряжение электротока от источника поражающего электротока 5.

Поражение цели электрическим разрядом таким образом происходит соответственно по пути напряжения поражающего электротока от "spark point" 8 через проводящую цель на землю. Наличие воздушного зазора между холодным концом 2 и выводом 4 не дает возможность стекания потенциала источника поражающего электротока в воздух через большую площадь терминала 7 и заостренный "spark point" в момент формирования высокочастотного ионизированного канала обладающего способностью рассеивать потенциалы и в то же время дает возможность беспрепятственного прохождения большого тока источника поражающего электротока на цель после окончательного формирования ионизированного канала и пробоя спарка на цель. В ином исполнении устройства вместо воздушного зазора может быть использован газовый разрядник с напряжением срабатывания более напряжения холостого хода источника поражающего электротока. Кроме того наличие воздушного зазора устраняет возможность поражения пользователя от источника напряжения поражающего электротока при случайном касании "spark point" 8 или терминала в случае работы источника напряжения поражающего электротока без включения резонансного трансформатора. Для упрощения устройства в ущерб характеристикам утечек потенциала поражающего электротока и безопасности его использования между холодным концом 2 и выводом 4 может быть устроена и непосредственная гальваническая связь. Описанный вариант воплощения устройства имеет тот существенный недостаток, что земля обладает существенным собственным сопротивлением, что уменьшает значение поражающего электротока и соответственно эффективность воздействия на цель. Сказанное про преимущественную необходимость воздушного (газового) зазора относится и ко всем вариантам исполнения устройства описанным по Фиг. 2; 3; 4; 5.

Фиг. 2. Устройство для реализации способа состоит из резонансного трансформатора 1 преимущественно топологии QCW DRSSTC возле холодного конца 2 вторичной обмотки 3 предпочтительно с воздушным зазором предпочтительно длиной 1,05-1,1 длины расстояния пробоя по воздуху источника поражающего электротока расположен один полюс или вывод 4 источника поражающего электротока 5, а возле второго полюса или вывода 6 источника поражающего электротока 5 предпочтительно с воздушным зазором предпочтительно длиной 1,0-1,1 длины расстояния пробоя по воздуху источника поражающего электротока расположен холодный конец 9 вторичной обмотки 10 другого однотипного резонансного трансформатора 11. При одновременном включении обоих резонансных трансформаторов высокочастотные потенциалы наводимые во вторичных обмотках трансформаторов образуют растущие от "spark point" к проводящему предмету (в данном случае проводящей цели) основные стримеры. По достижении основными стримерами вторичных обмоток цели в ионизированные каналы основных стримеров имеющих низкое сопротивление и каналы стримеров элекропробоя воздушных зазоров (поз. 2 - поз. 4) и (поз. 6 - поз. 9) соединяющих при пробое основных стримеров до цели вторичные обмотки начинает проходить поражающее напряжение электротока от источника поражающего электротока 5.

Поражение цели электрическим разрядом происходит соответственно по пути напряжения поражающего электротока от "spark point" 8 трансформатора 1 через проводящую цель на "spark point" 8 трансформатора 11.

Фиг. 3. Устройство для реализации способа состоит из резонансного трансформатора 12 преимущественно топологии QCW DRSSTC вторичная обмотка 13 которого зашунтирована высоковольтным диодным столбом 14. Возле соединения 15 холодного конца вторичной обмотки с выводом шунтирующего диодного столба 14 предпочтительно с воздушным зазором предпочтительно длиной 1,05-1,1 длины расстояния пробоя по воздуху источника поражающего электротока расположен один полюс или вывод 4 источника поражающего электротока 5, а второй полюс или вывод 6 источника поражающего электротока 5 подключен к земле.

При включении резонансного трансформатора высокочастотный потенциал наводимый во вторичной обмотке 13 образует растущий от "spark point" 8 к заземленному предмету (в данном случае проводящей цели) основной стример.

По достижении основным стримером цели в ионизированные канал основного стримера и канал стримера электропробоя воздушного зазора (поз. 4 - поз. 15) соединяющего при пробое основного стримера до цели вторичную обмотку с землей имеющих низкое сопротивление начинает проходить поражающее напряжение электротока от источника поражающего электротока 5.

Диодный столб 14 препятствует короткому замыканию обмотки 13 и не препятствует прохождению напряжения поражающего электротока к цели.

Вследствие низкого прямого сопротивления диодного столба 14 по сравнению с активным и реактивным сопротивлением вторичной обмотки 13 потери мощности напряжения поражающего электротока воздействующего на цель у такой схемы включения трансформатора минимальны, а визуальный эффект поражающего искрового разряда максимален что необходимо для весьма эффективного психологического воздействия на правонарушителей. Поражение цели электрическим разрядом происходит соответственно по пути напряжения поражающего электротока от "spark point" 8 трансформатора 12 через проводящую цель на землю.

Фиг. 4. Устройство для реализации способа состоит из резонансного трансформатора 16 преимущественно топологии QCW DRSSTC возле горячего конца 17 (т.е. вывода вторичной обмотки наиболее отдаленного от первичной обмотки) вторичной обмотки 18 предпочтительно с воздушным зазором предпочтительно длиной 1,05-1,1 длины расстояния пробоя по воздуху источника поражающего электротока расположен вывод 19 высоковольтного диодного столба 20 второй полюс или вывод которого соединен с одним полюсом или выводом 4 источника поражающего электротока 5, второй полюс или вывод 6 источника поражающего электротока 5 подключен к одному полюсу или выводу второго высоковольтного диодного столба 21 второй полюс или вывод 22 которого предпочтительно с воздушным зазором предпочтительно длиной 1,0-1,1 длины расстояния пробоя по воздуху источника поражающего электротока расположен возле горячего конца 23 вторичной обмотки 24 второго однотипного резонансного трансформатора 25. При этом холодные концы вторичных обмоток обоих резонансных трансформаторов электрически соединены.

При включении резонансных трансформаторов высокочастотные потенциалы наводимые во вторичных обмотках 18 и 24 образуют растущие от их "spark point" к проводящему предмету (в данном случае проводящей цели) основные стримеры. По достижении основными стримерами цели в ионизированные каналы основных стримеров и каналы стримеров электропробоя воздушных зазоров (поз. 17 - поз. 19) и (поз. 22-23) соединяющих при электропробое основных стримеров до цели источник поражающего электротока 5 с целью и имеющих низкое сопротивление начинает проходить поражающее напряжение электротока от источника поражающего электротока 5. Вследствие низкого прямого сопротивления диодных столбов 20 и 21 по сравнению с активным и реактивным сопротивлением вторичных обмоток 18 и 24 потери мощности поражающего электротока воздействующего на цель у такой схемы включения трансформаторов минимальны, а визуальный эффект поражающего искрового разряда максимален. Поражение цели электрическим разрядом таким образом происходит соответственно по пути напряжения поражающего электротока от "spark point" 8 трансформатора 16 через проводящую цель на "spark point" 8 трансформатора 25.

Фиг. 5. Вариант устройства для реализации способа состоит из резонансного трансформатора 12 преимущественно топологии QCW DRSSTC вторичная обмотка 13 которого зашунтирована высоковольтным диодным столбом 14. Возле соединения 15 холодного конца вторичной обмотки с выводом шунтирующего диодного столба 14 предпочтительно с воздушным зазором предпочтительно длиной 1,05-1,1 длины расстояния пробоя по воздуху источника поражающего электротока расположен один полюс или вывод 4 источника поражающего электротока 5, а второй полюс или вывод 6 источника поражающего электротока 5 предпочтительно с воздушным зазором предпочтительно длиной 1,0-1,1 длины расстояния пробоя по воздуху источника поражающего электротока расположен возле места 26 соединения холодного конца вторичной обмотки 27 второго однотипного резонансного трансформатора 28 с одним из полюсов или выводов второго шунтирующего вторичную обмотку второго высоковольтного диодного столба 29 при этом второй полюс или вывод высоковольтного диодного столба 29 соединен с горячим концом вторичной обмотки 27 трансформатора 28.

При включении обоих резонансных трансформаторов высокочастотные потенциалы наводимые во вторичных обмотках 13 и 27 образуют растущие от "spark point" к проводящему предмету (в данном случае проводящей цели) основные стримеры.

По достижении основными стримерами цели в ионизированные каналы основных стримеров и каналы стримеров электропробоя воздушных зазоров (поз. 4 - поз. 15) и (поз. 6-26) соединяющих при пробое основных стримеров до цели источник поражающего электротока 5 с целью и имеющих низкое сопротивление начинает проходить поражающее напряжение электротока от источника поражающего электротока 5. Вследствие низкого прямого сопротивления диодных столбов 14 и 29 по сравнению с активным и реактивным сопротивлением вторичных обмоток 13 и 27 потери мощности поражающего электротока воздействующего на цель у такой схемы включения трансформаторов минимальны, а визуальный эффект поражающего искрового разряда максимален. Поражение цели электрическим разрядом таким образом происходит соответственно по пути напряжения поражающего электротока от "spark point" 8 трансформатора 12 через проводящую цель на "spark point" 8 трансформатора 28.

В воплощениях устройства по Фиг. 2, 4, 5 однотипные резонансные трансформаторы могут быть специально сфазированы по своим первичным или вторичным обмоткам для получения сложения потенциалов вторичных обмоток.

Работа рассмотренных устройств возможна не только в режиме резонансной накачки вторичной обмотки трансформаторов, но также и в режиме импульсной накачки первичной обмотки периодическими токовыми импульсами как и в режиме использования импульсно периодических генераторов (СИНУС; РАДАН) с трансформатором Тесла[5; 6]. В таком варианте реализации предполагаемого изобретения целесообразно использование высоковольтных трансформаторов не в воздушной, а с масляной межобмоточной изоляцией. Однако в этом случае длина основного стримера для ионизации поражающего токового канала значительно сокращается.

Фиг. 6а. Источник поражающего электротока 5 состоит из трансформатора 29 выходы вторичной обмотки которого представляют собой выводы 4 и 6 источник поражающего электротока 5, первичная обмотка которого питается переменным или импульсным напряжением от отдельного генератора. Данная схема может работать со всеми видами топологий резонансных трансформаторов.

Фиг. 6b. Источник поражающего электротока 5 по рис. b состоит из конденсатора 30 заряжаемого постоянным напряжением через диодный столб или диодный мост 31 от отдельного генератора переменного тока. Данная схема работает с топологией резонансных трансформаторов QCW DRSSTC или топологии VTTC с прерывателем. При выдаче трансформатором (или двумя трансформаторами) основных стримеров заряженный конденсатор 30 разряжается через его стример и землю или через два стримера в цель. До повторения следующей пачки импульсов резонансного трансформатора конденсатор 30 снова заряжается.

Фиг. 6v. Источник поражающего электротока 5 по рис. v состоит из проходного конденсатора 32 малой емкости, соединяемого через коммутатор 33 (например статический или управляемый газовый разрядник или твердотельный коммутатор) с постоянно заряжаемым генератором постоянного тока дополнительным конденсатором 34 большой емкости. Данная схема может работать с резонансными трансформаторами всех топологий.

При выдаче резонансным трансформатором (или двумя трансформаторами) основных стримеров конденсатор 34 замыканием коммутатора 33 подключается к проходному конденсатору 32 параллельно и разряжается через стример резонансного трансформатора и второй проводящий канал в цель сильнотоковым поражающим имульсом. Затем коммутатор размыкается для зарядки конденсатора 34. При разомкнутом коммутаторе 33 в цель могут проходить только слаботоковые высокочастотные стримеры постоянно работающих резонансных трансформаторов не оказывающие значительного физиологического или разрушающего материальные цели эффекта например с предупредительной (предостерегающей от активных действий) правонарушителя целью. Затем коммутатор замыкается и в цель снова проходит сильнотоковый поражающий импульс, и т.д. последовательно по описанному алгоритму до поражения цели.

Зарядное напряжение конденсатора 30 и дополнительного конденсатора 34 может составлять величины 2-20 кВ и более, а величина емкости этих конденсаторов может составлять от единиц микрофорад до тысяч микрофорад, в зависимости от желаемой степени физиологического воздействия на биологические цели или степени желаемого разрушения или лишения работоспособности нематериальных целей например автотранспортных средств. Конденсаторы 30 и 34 могут быть составлены из батареи конденсаторов и в этом случае выбором количества заряжаемых конденсаторов батареи можно регулировать ту или иную задаваемую эффективность воздействия на цели. Эффективность воздействия на цели можно также регулировать изменяя зарядное напряжение конденсаторов или изменяя напряжение подаваемое на трансформатор 29.

При использовании предлагаемых устройств против биологических целей особое значение имеет точность попадания стримера с поражающим током в менее травмоопастные области тела (т.е. невозможность попадания в голову, глаза и т.п.), но кроме того возможность точной регулировки эффекта физиологического воздействия.

В описываемом устройстве возможно применение резонансных трансформаторов с топологиями SGTC (Spark Gap Tesla Coil); SSTC (Solid State Tesla Coil); VTTC (Vaccuum Tube Tesla Coil); DRSSTC (Dual Resonant Solid State Tesla Coil) однако только резонансный трансформатор с топологией QCW DRSSTC дает возможность получать стример направленный как правило и преимущественно по магнитным силовым линиям от торца вторичной обмотки или терминала в виде тороида или иного тела вращения со "spark point" расположенным по оси катушки резонансного трансформатора вперед по оси катушки и практически прямолинейно (что достигается соответствующей настройкой резонансной частоты, скорости накачки первичной обмотки, и величины напряжения электротока (а точнее мощности электротока) подаваемого на первичную обмотку. Возникший при небольшом напряжении на вторичной обмотке стример продолжает подпитываться энергией в течение всего времени накачки, и поэтому растет вверх, по силовым линиям поля, вместо того, чтобы пробиваться сбоку тороида на "strike ring" ("страйкринг", "ударное" или "защитное" кольцо от пробоев со вторичной обмотки на первичную) или землю. Именно для этого и создается плавная накачка в резонансном трансформатора с топологией QCW DRSSTC. За счет плавной накачки достигается следующий эффект: вначале появляется небольшой разряд (затравка стримера), который затем растет не с высокой скоростью, пробивая ионизированный канал стримера, а с низкой (так, что этот процесс развития фиксируется даже обычными, а не скоростными видеокамерами), что и обусловливает неразветвление стримера и огромную относительно длины вторичной обмотки длину. Резонансный трансформатор с топологией QCW DRSSTC работает как бы все больше подогревая в процессе накачки первичного контура небольшой первоначально возникший стример, который удлиняется по мере перекачки энергии во вторичную обмотку. Напряжение на выходе с вторичной обмотки резонансного трансформатора с топологией QCW DRSSTC невелико и не превышает десятков киловольт. Резонансный трансформатор с топологией QCW DRSSTC является трансформатором с большим коэффициентом связи (0,6-1,0) у которого первичная обмотка близка к вторичной (и может снабжаться сердечником из различных марок высокочастотных ферритов) но при малых потенциалах напряжения электротока на вторичной обмотке электрических пробоев между первичной и вторичной обмотками не происходит, и поэтому данная топология в отличие от иных топологий резонансных трансформаторов не нуждается в страйкринге.

При расположении резонансного трансформатора с топологией QCW DRSSTC горизонтально (ось обмоток ориентирована горизонтально) стримеры образующиеся при его работе направлены также горизонтально (мечевидные спарки без ветвлений), т.е. параллельно земле и при оптимальной настройке (см. выше) не образуют спарков на землю, что при использовании двух резонансных трансформаторов с топологией QCW DRSSTC дает возможность получения двух ориентированных горизонтально к земле и практически параллельных стримеров по которым на цель с вертикальным расположением (например человека или транспортное средство) может быть подано сильнотоковое поражающее напряжение электротока. Никакая другая топология резонансных трансформаторов не дает возможности получения параллельных друг с другом и землей стримеров без ветвлений. Иные топологии нежели чем QCW DRSSTC не дают возможности получать и протяженные электропроводные ионизированные каналы параллельные земли и друг другу.

Выбор топологий резонансных трансформаторов для конкретного использования производится руководствуясь предполагаемым родом цели. Например для поражения транспортных средств возможно использовать топологию VTTC как наиболее простую и дешевую в техническом отношении и дающей стримеры значительной длины но незначительной "кучности" попадания в цель. При этом высота расположения "spark point" должна быть значительно больше длины пробоя на землю, так как стримеры резонансного трансформатора топологии VTTC стремятся уйти в сторону земли в значительно большей степени чем топологии QCW DRSSTC.

Таким образом стримеры резонансных трансформаторов топологии VTTC можно использовать только для поражения целей при их больших вертикальных габаритных размерах например целей в виде транспортных средств, причем длина стримеров резонансных трансформаторов топологии VTTC практически никогда не превышают 2-2,5 длин вторичной обмотки.

На настоящем этапе развития топологии QCW DRSSTC образующийся мечевидный стример без ветвлений может достигать длины превышающую длину вторичной обмотки в 12-15 раз. Практически это означает, что резонансный трансформатор с топологией QCW DRSSTC при длине вторичной обмотки например в один метр (размер всей установки легко возимый легковым транспортом) может обеспечить направленный и практически прямолинейный электропроводный горизонтальный канал длиной до 15 м. В то же время тенденции развития техники разработки и строения резонансных трансформаторов различных топологий и появления новых топологий на Западе позволяет ожидать получения стримеров еще большей длины и соответственно еще большей дальности поражения целей по описываемому способу. При этом в связи с высокой частотой импульсов накачки вторичной обмотки в практических конструкциях резонансных трансформаторов топологии QCW DRSSTC (резонансная частота 380-420 кГц) т.е. при их ничтожной длительности физиологическая эффективность воздействия развившегося из стримера спарка даже при условии прохождения его от горячего конца вторичной обмотки через биологическую цель на землю ничтожна. В связи с небольшим значением напряжения во вторичной обмотке резонансных трансформаторов топологии QCW DRSSTC и соответственно небольшим собственным током спарка эффективность воздействия на цель можно регулировать только отдаваемой в цепь поражения цели мощностью генератора поражающего электротока 5.

У резонансного трансформатора топологии QCW DRSSTC полное напряжение на терминале не превышает десятков киловольт в отличии например от трансформатора топологии SGTC (сотни киловольт и более) поэтому в устройствах по Фиг. 3, 4, 5 возможно применение серийно производимых обходных высоковольтных диодных столбов (например СДЛ-0,4-1600, или СДЛМ-0,4-1600 или набранных например из диодных столбов типа 2Ц202Е) назначение которых недопущение шунтирования вторичной обмотки по высокому высокочастотному напряжению и пропускания сильнотокового поражающего напряжения электротока от источника поражающего электротока 5 в обход вторичной обмотки. Диодные столбы (сборки) для работы в схемах по Фиг. 3, 4, 5 должны иметь возможность выдерживать обратное напряжение не более чем в десятки-сотни киловольт при допускаемом прямом импульсном токе в единицы и десятки ампер для поражения биологических целей и сотни и тысячи ампер для поражения материальных объектов.

Список цитированных источников:

1. Патент US №5675103

2. Ладягин Ю.О. "Дистанционное электрошоковое оружие" М.: Издательство фонда Сталинград, 2017, стр. 278-283.

3. https://en.wikipedia.org/wiki/Tesla_coil

4. Loughborough University Institutional Repository "A compact and portable EMP generator based on Tesla transformer technology" p. 54

5. Белкин H.B., Худякова Л.Н., Боголюбов B.B, Тараканов М.Ю. "Высоковольтный блок генератора коротких импульсов с трехэлектродной трубкой". ПТЭ №1, 1981, стр. 224-225)

6. Шпак В.Г., Шунайлов С.А., Яландин М.И., Дядьков А.Н. "Малогабаритный сильноточный импульсный источник РАДАН СЭФ-303А". ПТЭ №1, 1993, стр. 149-155)

Способ организации сильнотокового горизонтально направленного электропроводного канала в воздухе заключается в подаче поражающего напряжения электротока в ионизированные канал или каналы стримеров резонансного трансформатора преимущественно с топологией QCW DRSSTC в обход активного и реактивного сопротивления вторичной обмотки резонансного трансформатора с замыканием канала целью на землю или замыкания двух каналов целью. Устройство для организации сильнотокового горизонтально направленного электропроводного канала в воздухе состоит из одного или двух резонансных трансформаторов соединяемых через газовые промежутки с источником поражающего напряжения электротока при этом вторичные обмотки трансформаторов могут иметь обходные диодные столбы и быть сфазированы, а источник поражающего напряжения представляет собой генератор переменного или импульсного напряжения или емкостный накопитель энергии. Технический результат – создание направленного беспроводного электропроводного канала в воздухе. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ организации сильнотокового горизонтально направленного электропроводного канала в воздухе, состоящий в том, что производят подачу сильнотокового поражающего напряжения постоянного, переменного или импульсного электротока в по меньшей мере один высокочастотный слаботоковый ионизированный канал стримера, создаваемого по меньшей мере одним резонансным трансформатором преимущественно с топологией QCW DRSSTC (Quasi Continious Wave Dual Resonant Solid State Tesla Coil), преимущественно в обход активного и реактивного сопротивления вторичной обмотки резонансного трансформатора, организовывают второй проводящий канал через землю или стример другого резонансного трансформатора преимущественно с топологией QCW DRSSTC преимущественно в обход активного и реактивного сопротивления вторичной обмотки резонансного трансформатора и направляют сильнотоковое поражающее напряжение электротока по меньшей мере через один стример и второй проводящий канал в цель.

2. Устройство для организации сильнотокового горизонтально направленного электропроводного канала в воздухе, содержащее источник поражающего цель электротока, отличающееся тем, что один вывод или полюс источника поражающего электротока имеет возможность электрической связи с концом вторичной обмотки по меньшей мере одного резонансного трансформатора преимущественно с топологией QCW DRSSTC с обеспечением возможности поступления поражающего электротока в стример резонансного трансформатора преимущественно в обход активного и реактивного сопротивления вторичной обмотки, а второй полюс или вывод источника поражающего электротока подключен к земле или имеет возможность электрической связи с концом вторичной обмотки другого резонансного трансформатора преимущественно с топологией QCW DRSSTC с обеспечением возможности поступления поражающего электротока в стример резонансного трансформатора преимущественно в обход активного и реактивного сопротивления вторичной обмотки.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что один полюс или вывод источника поражающего электротока имеет возможность электрической связи с холодным концом вторичной обмотки резонансного трансформатора с обеспечением возможности поступления поражающего электротока в стример резонансного трансформатора через газовый промежуток предпочтительно длиной 1,05-1,1 длины расстояния пробоя по воздуху источника поражающего электротока или при помощи гальванической связи, а второй полюс или вывод источника поражающего электротока подключен к земле или имеет возможность электрической связи с холодным концом вторичной обмотки другого резонансного трансформатора с обеспечением возможности поступления поражающего электротока в стример другого резонансного трансформатора через газовый промежуток предпочтительно длиной 1,05-1,1 длины расстояния пробоя по воздуху источника поражающего электротока или при помощи гальванической связи.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что вторичная обмотка резонансного трансформатора шунтирована диодным столбом, один полюс или вывод источника поражающего электротока имеет возможность электрической связи с холодным концом вторичной обмотки резонансного трансформатора с обеспечением возможности поступления поражающего электротока в стример резонансного трансформатора через газовый промежуток или при помощи гальванической связи, а второй полюс или вывод источника поражающего электротока подключен к земле.

5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что один полюс или вывод источника поражающего электротока подключен к одному концу диодного столба, а другой конец диодного столба имеет возможность электрической связи с горячим концом вторичной обмотки первого резонансного трансформатора с обеспечением возможности поступления поражающего электротока через диодный столб в стример резонансного трансформатора через газовый промежуток или при помощи гальванической связи, а второй полюс или вывод источника поражающего электротока имеет возможность электрической связи с концом второго диодного столба, другой конец второго диодного столба имеет возможность электрической связи с горячим концом вторичной обмотки второго резонансного трансформатора с обеспечением возможности поступления поражающего электротока через диодный столб в стример второго резонансного трансформатора через газовый промежуток или при помощи гальванической связи, при этом холодные концы вторичных обмоток обоих резонансных трансформаторов соединены.

6. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что вторичные обмотки двух резонансных трансформаторов шунтированы диодными столбами, один полюс или вывод источника поражающего электротока имеет возможность электрической связи с холодным концом вторичной обмотки первого резонансного трансформатора с обеспечением возможности поступления поражающего электротока в стример резонансного трансформатора через газовый промежуток или при помощи гальванической связи, а второй полюс или вывод источника поражающего электротока имеет возможность электрической связи с холодным концом вторичной обмотки второго резонансного трансформатора с обеспечением возможности поступления поражающего электротока в стример резонансного трансформатора через газовый промежуток или при помощи гальванической связи.

7. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что источник поражающего электротока представляет собой трансформатор, питаемый от источника переменного или импульсного напряжения, или представляет собой заряжаемую от источника постоянного тока электрическую емкость.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что источник поражающего электротока представляет собой первую электрическую емкость, соединяемую коммутатором со второй заряжаемой от источника постоянного напряжения емкостью большей величины.

9. Устройство по пп. 3, 5, 6, отличающееся тем, что вторичные обмотки сфазированы.