Взрывной способ генерирования магнитного потока Советский патент 1979 года по МПК H02N11/00 

(54) ВЗРЫВНОЙ СПОСОБ ГЕНЕРИРОВАНИЯ МАГНИТНОГО ПОТОКА

И-эобретение относится к области энергетики, преимущественно к облас ти получения электромагнитной энергии с помощью взрывчатых веществ и может быть использовано при разработке взрывных устройств, позволяющих получать большие количества электромагнитной энергии при одновременном увеличении начального пот ка. Материальным объектом, над которым производятся те или иные операции во всех без исключения способах преобразования механической энергии электромагнитную и обратно, являетс магнитный поток. в ряде областей физического эксперимента, таких как получение и нагрев высокотемпературной плазмы, питание импульсных ускорителей, разгон тел до космических скоростей др. необходимы источники, способные вьщать большое количество элект магнитной энергии внешнему потребителю с высокой нагрузочной индуктив ностью. В частности, при использовании взрывных источников электрсмэгнитной энергии для запитки мощных взрывомагнитных генераторов (ВМГ) мегаджоулевого диапазона и выше величина индуктивности потребителя (т. е. начальная индуктивность ВМГ) мсжет изменяться в интервале от единиц до сотен микрогенри. Сами по себе взрывомагнитные генераторы позволяют получать энергии мегаджоулевого диапазона в конечных индуктивностях значительно меньшей величины (10 -10 микрогенри) . итсюда видно, что непосредственное включение высокоиндуктивных потребителей в контур ВМГ невозможно. Для такого рода потребителей необходима разработка способов и устройств, позволяюп;их не только генерировать большие количества электромагнитной энергии, но и одновременно получать в нагрузке магнитный поток, превышающий начальный поток, введенный в кснтур сжатия ВМГ. Известен способ получения магнитного потока во внешней индуктивной нагрузке, реализованный в ряде устройств (1) и содержащий следующую последовательнссть операций: вводят в контур сжатия ВМГ начальный магнитный поток, деформируют контур с помощью энергии ВВ, сжимая поток и перемещая его в область трансформации, сжатый магнитный поток трансформируют во вторичный конт замыкая при этом вторичньй контур и разрывая первичный, деформируют вторичный контур, сжимая перемещая трансфор./шрованный поток в область следующей трансформации и т. д. Основным недостатком этого способа, является уменьшение магнитного потока в нагрузке по .сравнению с начальным потоком, введенным в контур сжатия. Другим недостатком способа является невозможность усиления элекг тромагнитной энергии в нагрузке, индуктивность которой превышает начальную индуктивность контура с.жати Отмеченные недостатки аналога являются следствием нерационального в.ы бора совокупности операций и режима осуществления некоторых из них. Так например, операция разрыва первично го контура -усложняет способ-, трудно осуществима технически и требует до полнительНЕ 1Х мер для обеспечения нужной последовательности выполнения операций. Операция трансформации сжатого магнитного потока осуще вляется в режиме/ не обеспечивающем увеличения потокосцеплёния. во втори ном .контуре- Поэтому ни одно из рписанных. (1) -устройств- не может реализовать способа генерирования, магнитного потока. Известен- трансформаторный способ генерирования магнитного пЬтока, позволяющий получать во внешней индуктивной нагрузке больший поток по сравнению с начальным потоком, вве- денным в контур сжатия, и дающий возможность получения большей электромагнитной энергии (чемначальная в потребителе, индуктивность кото рого превышает начальную индуктивность п контура сжатия. Устройство, реализующее трансфор маторный способ генерирования магни ного потока описано в (2). способ содержит следующую последовательность операций: вводят в контур сжатия ВМГ начальный магнитный поток, деформируют контур с по- мощью энергии БВ/ сжимают поток -и перемещают его в область трансформа ции, сжатый магнитный поток транс-формируют во вторичный контур в режиме увеличения потокосцепления сохраняя при этом контуры замкнутыми/ по окончании сжатия Первого контура замкнутый вторичный контур .дополнительно перемыкают,- отсекая часть возросшего потокосцепления следующим контуром сжатия, деформируют этот контур с помощью эне гии ВВ, сжимая и перемещая связанный с ним магнитный поток в слеяуюwyw область трансформации и т. д. едостатком этого способа генериования магнитного потока является ольшие потери потока и энергии ти потери обусловлены тем, что ассматриваемый способ, (который взят нами за прототип как наиболее близкий по решаемой задаче и технической сущности к предлагаемому) содержит операцию разделения трансформированного во вторичный контур магнитного потока на две части и лишь одну из них сжимают далее вновь. Другая же часть потока (и энергии) теряется полностью, оставаясь в недеформируемой части вторичного контура. Целью настоящего изобретения является повышение коэффициента усиления магнитного потока без снижения коэффициента усиления энергии. Поставленная цель достигается тем, что вторичный контур замыкают по оконч.аНИИ деформации первичного контура. Передача магнитного потока непосредственно в деформируемую часть разомкнутого.вторичного контура позволяет исключить операцию его до-полни.тельного перемыкания. Это--дает вОзможност) устранить утрату потока (и энергии) в отсеченной перемыканием (и недеформируемой) части.вторичного контура у прототипа. В результате этого коэффициент усиления магнитного потока (и энергии) повышается . , высокая магнитная связь между контурами позволяет снизить до-минимума потери энергии в -процессе трансформации потока из первичного кентура во вторичной. Перемещение потока в топологически односвязную тасть нёдеформируемого первичного контура позволяет при прочих равных условиях (параметры вторичного контура и степень магнитной связи контуров) noBbJcHTb коэффициент усиления магнитного потока, (Под козффициен- том усиления ма нитного потока Кф понимается отношение потока Ф ц в индуктивном -потребителе к потоку Фо/ введенному в первичный контур сжатия)/Одна из возможных схем реализации предложенного способа приведенана фигуре. При помощи пол-зуна П( , приводимого в движение взрывом, деформируют первичный контур L, сжимая и перемещая магнитный поток в область трансформации L - При трансформации режим увеличения потокосцепления осуществляют, выбирая отношение числа витков индуктивностей Lg и L, больше единицы и устанавливая коэффициент магнитной связи близким к единице. По окончании деформации первичного контура ключом приводимым в движение взрыBJPM, замыкают вторичный контур, перехватывая им возросшее потокосцепление. При помощи ползуна П, также приводимого в движение взрывом, деформируют вторичный контур Lg, сжимая и перемещая магнитный поток в област следующей трансформации и т. д. Указанную последовательность операций повторяют необходимое число раз, в зависимости от требуемого усиления магнитного потока. Пример. В эксперименте производилась деформация первичного кон тура, в результате которой начальный магнитный поток б сжимали в 200 раз. Сжимаемый магнитный поток перемещали в область трансформации, имевший соотношение числа витков индуктивностей L и Ц авное 15 и коэффициент магнитной связи 0,90. По окончании деформации первичного контура с помощью взрыва замыкаливторичный контур, при этом потокосцепление возрастало до 15,10 Возросшее потокосцепление сжимали во вторичном контуре снова в 200 раз и перемещали в область второй трансформации, также имевший соотношение числа витков индуктивностей L, равное 15 и коэффициент магнитной связи 0,90. По окончании деформации вторичного контура при помощи взрыва замыкали третий контур, в котором потокосцепление возрастало до В результате выполнения перечисленных операций магнитньМ поток бьш увеличен примерно в 10 раз. Зафиксированное в данном конкретном опыте Некоторое различие коэффициентов уси ления потока при первой и второй трансформациях обусловлено разным качеством изготовления деформируемых контуров, что привело к разной величине потерь в процессе сжатия контуров. Приведенные данные подтверждены специально поставленным исследование в процессе которого был разработан опытный образец взрывного генератора магнитного потока, реализующего предположенный способ. При испытании этого генератора, имевшего объем 2 литра, начальный магнитный поток 9,35«10 вб был усилен в 56 раз. При том коэффициент усиления энергии составил 3200. Как показывают расчеты, основанные на результатах проведенных опытов,не представляет труда сконструировать на основе предлагаемого способа, практически в том же объеме взрывной генератор потока, в котором и коэффициент усиления потока, и коэффициент усиления энергии будут одновременно на порядок большими. Эффективность Ч предложенного способа генерирования магнитного о сравнению с прототипом ть охарактеризована отноше« предл Ф прототипа - н , /ЕкКЧ гК Г I С 1. магнитный поток в нагрузке, в данном случае нагрузкой является индуктивность деформируемой части вторичного контура Lg; начальный магнитный поток, введенный в первичный контур;коэффициент сохранения магнитного потока в деформируемом контуре; коэффициент связи недеформируемой части первичного контура и деформируемой части вторичного контура; . тотипа Кф прототипа-Ф; V . . + aL коэффициент передачи энергии трансформатора tp. н Е к величины энергии начальной,, конечной и в нагрузке соответственно;отношение индуктивности нагрузки L к индуктивности вторичной обмотки трансформатора;а величина отношения V равечения идентичности режима и первичного контура и переагнитного потока в область ации у прототипа и в предспособе необходимо, чтобы

Поэтому окончательно имеем

f-WВ таблице приведены значения эффек тивности Ч предложенного способа п сравнению с прототипом, вычисленные для различных К. Как видно из таблицы предлагаемый способ значительно эффективнее изв ного. Необходимо подчеркнуть, что при генерировании магнитного потока в нагрузке, индуктивность котор равна начальной индуктивности предьвдущего деформируемого контура, коэффициент усиления энергии возра тает пропорционально т. е. в 2,86-1,75 раза (для К, равного 0, 0,95 соответственно) в расчете на

каждую ступень по сравнению с прототипом) .

3 Формула изобретения Взрывной способ генерирования магнитного потока в каскадном генераторе, содержащий операции введения магнитного потока в первичный контур сжатия, деформации первичного контура с помощью энергии взрывчатого вещества, сжатия магнитного потока и перемедения его в область трансформации, трансформации магнитного потока во вторичный контур, в режиме увеличения потокосцепления, деформации вторичного контура, отличающийсятем, что, с целью повышения коэффициента усиления магнитного потока без снижения коэффициента усиления энергии операцию трансформации магнитного потока производят при разомкнутом вторичном контуре, сохраняя первичный контур замкнутым, по окончании сжатия первичнсЗго контура вторичный контур замыксцот, полностью перехватывая введенное возросшее потокосцепление, захваченное потокосцепление сжимают как целое во вторичном контуре.