ВЗРЫВОМАГНИТНЫЙ ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСА ТОКА Советский патент 1995 года по МПК H01H39/00 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройству взрывомагнитных формирователей мощных импульсов тока, предназначенных, например, для питания камер с плазменным фокусом, ускорения пластин и оболочек до высоких скоростей, нагрева плазмы.

Цель изобретения повышение выходной мощности формирователя путем уменьшения времени нарастания тока в нагрузке.

На чертеже изображен взрывомагнитный формирователь импульса тока, общий вид.

Взрывомагнитный формирователь импульса тока имеет контур сжатия магнитного потока, содержащий цилиндрическую спираль 1, центральную токопроводящую трубу 2 с основным зарядом 3, взрывчатого вещества (ВВ), соединенных перемычкой 4 в виде цилиндрического стакана с разрушаемыми боковыми стенками и неразрушаемым дном 5, заряд 6 разрыва с инициатором 7 цилиндрической детонации с детонаторами 8 и системой электрической разводки 9, и диэлектрическую цилиндрическую ребристую преграду 10, обхватывающую боковые стенки перемычки 4. Параллельно перемычке 4 подключена нагрузка 11. Толщина h боковых стенок разрушаемой перемычки, длина l разрушаемой перемычки, измеренная в осевом направлении, диаметр D спирали и толщина d стенки разрыва выбраны в соотношениях:
δ≅h<3δ, где δ глубина скип-слоя на эффективной частоте тока процесса сжатия
l= К ˙D², где 0,06 см^-1 К≅0,1≅см^-1 10h ≅d≅30h (коэффициент К получен экспериментально).

Предлагаемый взрывомагнитный формирователь импульса тока работает следующим образом.

Сжатие магнитного потока с помощью разлетающейся под действием давления продуктов детонации основного заряда 3 ВВ центральной трубы 2 вызывает увеличение тока в контуре сжатия магнитного потока. С помощью детонаторов 8, соединенных электрической разводкой 9, производится подрыв инициатора 7 цилиндрической детонации, который осуществляет инициирование заряда 6 разрыва. Детонаторы 8 задействуют так, чтобы момент выхода детонационной волны на наружную поверхность заряда 6 разрыва соответствовал моменту максимального тока в контуре сжатия. При выходе детонационной волны на наружную поверхность заряда 6 разрыва под действием продуктов детонации происходит движение тонкостенной перемычки 4 и разрыв ее боковых стенок на ребрах преграды 10. В результате наступает размыкание контура сжатия магнитного потока, а в контуре нагрузки 11 формируется импульс тока.

Выполнение разрушаемой перемычки в виде тонкостенной металлической оболочки в форме стакана позволяет получить высокую быстроходность перемычки и требуемую для обеспечения электрической прочности длину перемычки, что сокращает время ввода энергии в нагрузку. Выбор цилиндрической оболочки из соотношения l=k˙D² позволяет получить минимальную длину разрушаемой перемычки, при которой обеспечивается работоспособность формирователя. Напряжение на концах разрушаемой перемычки можно удержать, если ее длина будет увеличена пропорционально квадрату диаметра спирали. Коэффициент К характеризует степень качества работы формирователя, т.е. обеспечение электропрочности разрушаемой перемычки. Задание коэффициента К в виде интервала позволяет назначить длину перемычки с учетом ее влияния на удельную электропрочность. При К<0,06 назначенная длина перемычки не обеспечивает электропрочность конструкции. При этом наблюдаются отказы в срабатывании из-за электрического пробоя. При К>0,1 выходная мощность увеличивается при сокращении времени ввода энергии в нагрузку, одновременно увеличивается вес заряда разрыва, но он увеличивается быстрее, чем мощность, так как сокращается время.

Выполнение заряда 6 разрыва в виде полого цилиндра, толщина стенки которого выполнена согласно указанному соотношению, позволяет выбрать его минимальный вес без ухудшения быстроходности разрыва перемычки.

Основной заряд 9 токопроводящей трубы 2 и заряд 6 разрыва разнесены относительно друг друга в осевом направлении для того, чтобы разлетающаяся труба не возбудила преждевременно детонацию в заряде 6 разрыва.

Введение ребристой преграды из изоляционного материала с кольцевыми выточками позволяет производить разрыв разрушаемой перемычки по всей цилиндрической поверхности на участке кольцевых выточек одновременно без применения сложной геометрии перемычки.

Совокупность описанных признаков предлагаемого технического решения позволило создать образец формирователя, с помощью которого во внешней нагрузке типа камеры с плазменным фокусом был достигнут импульс тока амплитудой 5 МА с временем нарастания 1,5 мкс. При этом магнитный поток в разрываемом контуре составлял 0,5 вебера.

ВЗРЫВОМАГНИТНЫЙ ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСА ТОКА, содержащий токопроводящую трубу, заполненную основным зарядом взрывчатого вещества, снаружи которой коаксиально установлен обратный токопровод, выполненный в виде цилиндрической спирали, которая электрически соединена с указанной трубой с помощью разрушаемой токопроводящей перемычки, выполненной в виде цилиндрического стакана, диаметр которого равен диаметру спирали, дно которого сопряжено с указанной трубой, а боковые стенки которого сопряжены с указанной спиралью, заряд разрыва, выполненный в виде полого цилиндра, коаксиально установленного внутри указанной перемычки вплотную к ее внутренней поверхности, и нагрузку, подключенную параллельно разрушаемой перемычке, отличающийся тем, что, с целью повышения выходной мощности формирователя, заряд разрыва снабжен инициатором цилиндрической детонации с детонаторами, который установлен на его внутренней поверхности, заряд разрыва и основной заряд взрывчатого вещества сдвинуты относительно друг друга в осевом направлении и взаимно не перекрываются, дно указанной перемычки выполнено неразрушаемым, а боковые разрушаемые стенки перемычки обхвачены снаружи дополнительно введенной цилиндрической диэлектрической ребристой преградой, причем толщина h боковых стенок разрушаемой перемычки, длина l разрушаемой перемычки, измеренная в осевом направлении, диаметр D спирали и толщина d стенки заряда разрыва выбраны в соотношениях
δ ≅ h ≅ 3δ,
где δ глубина скин-слоя на эффективной частоте тока
l k · D²,
где 0,06 см^-1 ≅ k ≅ 0,1 см^-1
10 h ≅ d ≅ 30 h.