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

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам формирования мультимегаамперных импульсов тока с микросекундным временем нарастания переднего фронта, предназначенным, например, для исследования свойств плазмы (нагрев, ускорение и т. д.).

Целью изобретения является увеличение мощности.

На фиг. 1 показан формирователь, в котором струеформирователь находится в контуре источника питания, струегаситель в контуре нагрузки, заряд взрывчатого вещества (ВВ) с системой инициирования размещен на втором токопроводе, а струи направлены от оси формирователя; на фиг. 2 формирователь, в котором струеформирователь находится в контуре источника питания, заряд ВВ с системой его инициирования размещен на первом токопроводе, а струи направлены к оси формирователя; на фиг. 3 формирователь, в котором струеформирователь находится в контуре нагрузки, заряд ВВ с системой его инициирования размещен на правом токопроводе, а струи направлены к оси формирователя; на фиг. 4 формирователь, в котором струеформирователь находится в контуре нагрузки, заряд ВВ с системой его инициирования расположен на первом токопроводе, а струи направлены от центра формирователя.

Взрывомагнитный формирователь импульса тока (ВМФИТ) содержит разрушаемый проводник 1, по разные стороны от которого расположены диэлектрический струеформирователь 2 с кумулятивными выемками 3 на поверхности, обращенной к разрушаемому проводнику 1, и диэлектрический струегаситель 4, по другую сторону от которого расположен первый токопровод 5. На втором токопроводе 6 расположен заряд взрывчатого вещества 7. Токопровод 6 электрически соединен с разрушаемым проводником 1. Выводы 8 для подключения источника питания расположены на одном конце разрушаемого проводника 1 и токопроводе 6. Выводы 9 для подключения нагрузки расположены на другом конце разрушаемого проводника 1 и токопроводе 5. Струеформирователь 2 установлен по отношению к второму токопроводу 6 с зазором δ, который выполнен по соотношению 0,1Δ_сф≅δ≅1,5Δ_сф, где Δ_сф толщина струеформирователя.

Система инициирования разрывного заряда состоит из детонационного распределителя 10 и инициатора 11. Дополнительное накопление энергии может происходить при любом типе источника запитки, но для решения поставленной задачи необходимо использовать только взрывомагнитные источники энергии (спиральные, дисковые, шинные), являющиеся наиболее энергоемкими.

ВМФИТ работает следующим образом. В требуемый момент времени (определяемый из расчета, чтобы дополнительная кумуляция энергии началась в тот момент, когда взрывомагнитный источник энергии имеет в конечном контуре максимальную энергию) производится подрыв электродентонаторов и задействуется детонационный распределитель, вызывающий появление детонационной волны одновременно на всей поверхности заряда ВВ 7, соприкасающейся с детонационным распределителем 10. При выходе детонационной волны заряда ВВ 7 на поверхность, граничащую с токопроводом 6, последний начинает ускоряться по направлению к струеформирователю 2. За счет уменьшения объема между струеформирователем 2 и токопроводом 6, вызванного движением токопровода 6, начинается дополнительное сжатие магнитного потока в этом объеме. За счет этого в контуре возрастает ток и происходит увеличение энергии, т. е. осуществляется дополнительная кумуляция энергии в формирователе. При ударе токопровода 6 о поверхность струеформирователя 2 в последнем возникает ударная волна одновременно на всей поверхности с той стороны, куда обращены вершины всех кумулятивных выемок 3. Под действием ударной волны в струеформирователе 2 образуется группа движущихся кумулятивных струй. Эти струи пронизывают (разрезают) разрушаемый проводник 1 и "глохнут" в струегасителе 4. В результате разрыва разрушаемого проводника 1 струями на его концах возникает ЭДС, которая и обуславливает протекание тока в нагрузке.

Все четыре варианта исполнения формирователя разработаны и дают положительный эффект. Однако надо учесть, что при больших линейных плотностях тока (более 0,1 МА/см) величина магнитного давления на разрушаемый проводник превышает 600 кг/см². Поэтому в вариантах формирователя, показанных на фиг. 3 и 4, при больших плотностях тока существует опасность преждевременного разрыва разрушаемого проводника еще до начала процесса дополнительной кумуляции энергии за счет его вдавливания в кумулятивные выемки под действием давления магнитного поля тока источника питания. Вследствие этого при линейных плотностях тока в разрушаемом проводнике более 0,1 МА/см необходимо использовать варианты формирователя, показанные на фиг. 1 и 2.

В зависимости от геометрии формирователя (плоский или цилиндрический заряд ВВ 7, инициатор 11, струегаситель 4, струеформирователь 2, разрушаемый проводник 1, токопроводы 5 и 6 могут иметь цилиндрическую или плоскую форму. Выбор параметров заряда ВВ, струегасителя, разрушаемого проводника, струеформирователя, токопроводов осуществляется, как и в известном формирователе. Толщина струеформирователя Δ_сф и толщина разрушаемой перемычки h выбрана в соотношении 5 ≅ ≅ 10 Толщина струегасителя d и толщина струеформирователя Δ_сф выбра- ны в соотношении 0,7 ≅ ≅ 1,5 Толщина заряда ВВ составляет 10-30 толщин разрушаемого проводника. Разрушаемый проводник выполняется из алюминия или меди толщиной 1-3 глубинам скин-слоя на частоте токового импульса источника запитки.

П р и м е р. Был изготовлен и испытан образец взрывомагнитного формирователя импульса тока, в котором в качестве источника питания был применен ВМФИТ диаметром 200 мм, цилиндрической геометрии. Толщина струеформирователя равна толщине струегасителя и составила 70 мм. Толщина зазора между струеформирователем и вторым токопроводом 10 мм, т. е. δ= Δ_сф. Толщина разрушаемого проводника 1 мм, длина 600 мм. Толщина ВВ в опыте 20 мм. В испытуемом образце величина энергии за счет дополнительного сжатия магнитного потока возросла с 3,6 до 5,4 Дж. Это позволило получить в нагрузке индуктивностью 50 нГн импульс тока амплитудой 8 МA за время 2-3 мкс (время формирования сохранилось таким же, как и в прототипе) и повысить мощность формирователя с 6˙10¹¹ до 1,0˙10¹² Вт. При толщине зазора 0,1Δ_сф расчетная оценка показывает, что величина энергии за счет дополнительного сжатия магнитного потока увеличится с 3,6 до 3,8 МДж и мощность формирователя составит 0,7˙10¹² Вт. При толщине зазора 1,5 Δ_сф величина энергии за счет дополнительного сжатия магнитного потока увеличится с 3,6 до 5,8 МДж, но время формирования импульса тока в нагрузке возрастет в 1,2-1,3 раза и мощность формирователя составит 0,7˙10¹² Вт.

В предлагаемом ВМФИТе получено увеличение мощности в 1,5 раза за счет создания условий дополнительного сжатия магнитного потока и оптимальных условий для его осуществления.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам формирования мультимегаамперных импульсов тока с микросекундным временем нарастания переднего фронта. Цель изобретения повышение выходной мощности формирователя. Формирователь содержит разрушаемый проводник 1, по разные стороны от которого расположены диэлектрический струе формирователь 2 с кумулятивными выемками 3 на поверхности, обращенной к разрушаемому проводнику 1, и диэлектрический струегаситель 4, по другую сторону от которого расположен первый токопровод 5, соединенный с одним концом разрушаемого проводника, второй токопровод 6, расположенный по другую сторону струеформирователя 2 и соединенный с другим концом разрушаемого проводника 1, заряд взрывчатого вещества 7, расположенный над вторым токопроводом 6. Струеформирователь 2 установлен с зазором δ по отношению к токопроводу 6 согласно соотношению 0,1Δ_сф≅ δ≅ 1,5Δ_сф, где Δ_сф толщина струеформирователя. Введение зазора между струеформирователем и вторым токопроводом приводит к созданию условия для осуществления дополнительной кумуляции энергии за счет сжатия деформируемого контура с помощью заряда ВВ, предназначенного для разрыва разрушаемого проводника. Причем это не вызывает уменьшения скорости его разрыва, за счет этого увеличивается выходная мощность формирователя. 4 ил.

ВЗРЫВОМАГНИТНЫЙ ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСА ТОКА, содержащий разрушаемый проводник, по разные стороны от которого расположены диэлектрический струеформирователь с кумулятивными выемками на поверхности, обращенной к разрушаемому проводнику, и диэлектрический струегаситель, по другую сторону от последнего расположен первый токопровод, соединенный с одним концом разрушаемого проводника, второй токопровод, расположенный по другую сторону диэлектрического струеформирователя и соединенный с другим концом разрушаемого проводника, заряд взрывчатого вещества с инициатором, расположенный на поверхности второго токопровода со стороны, противоположной расположению диэлектрического струеформирователя, выводы для подключения источника питания, расположенные на одном конце разрушаемого проводника и втором токопроводе, и выводы для подключения нагрузки, расположенные на другом конце разрушаемого проводника и первом токопроводе, отличающийся тем, что с целью увеличения выходной мощности формирователя, диэлектрический струеформирователь установлен по отношению к второму токопроводу с зазором δ выбираемому из соотношения
0,1 Δ_сф≅ δ ≅ 1,5 Δ_сф,
где Δ_сф толщина диэлектрического струеформирователя.