Магнитокумулятивный генератор Советский патент 1982 года по МПК H02N11/00 

Изобретение относится к взрывным магнитокумулятивным генераторам сильноточных электрических импульсов.

Для получения электрических импуль.сов наиболее широко применяются батареи конденсаторов. Однако из-за малой плотности запасаемой в конденсаторе энергии ЬЮ Дж/м) такие источники при энергии импульса 7 1 МДж весьма .громоздки и дороги.

Известны магнитокумулятивные генераторы (МКГ) электромагнитной энергии, выполненные в виде соединенного с источником начального тока и нагрузкой электрического индуктивного контура, сжимаемого взрывом взрывчатого вещества Сij. При быстром сжатии контура его проводник совершает работу против давления магнитного поля, в результате механическая энергия переходит в магнитную.

Для эгициТы от напряжения, возникающего при передаче энергии от генератора в нагрузку, токосъемные электроды разделяются изолятором, который частично продолжается в компрессионный объем. Однако при взрывном сжатии электрического контура в воздухе, заполняющем компрессионный объем, яозникгиот ударкме волны, которые, разогревая воздух, снижают его электропрочность, а существующие внутри МКГ электрические поля приводят к его ионизации. При этом индуцированный в ионизованном воздухе ток шунтирует нагрузку, что значительно снижает энергию и мсяцность генератора. Экспериментальные исследования показали, что температура воздуха в компрессион0ном объеме порядка 1 эВ, что соответствует проводимостивоздуха Ю 10 См/м; отмечается также, что потери энергии, связанные с пробоями газа, возрастгиот с увеличением разме5ров МКГ, причем замена воздуха в компрессионном объеме на более электропрочный газ (метан, азот, водород и др.) или откачка не приводят к существенному увеличению выходной энер0гии.

Известно использование в магнитогидродинамическом генераторе радиальных стенок для облегчения проникновения поля через плазму и прерывания

азимутальных токов в плазме ,2.

Однако особенности взрывных магнитокумулятивных генераторов, связанные с взрывным сжатием токового контура и одноразово.стью действия ( рушением их после первого же импульса), не допускают напосрвдстввннсго применения в них этого решения. Вопервых, время работы МКГ с примерно на порядок меньше, чем в МГД приборах, и простое радиальное распо ложение изолятора может не обеспечить необходимую скорость прохождения магнитногр поля через проводящую плазму. Во-вторых, энергия у МКГ выводится одновременно с сжатием токового контура. Поэтому необходимо кон |Ьтруктивно обеспечить сохранность оп тимальной геометрии изолятора, облегчающего выход магнитной энер гии из проводящей плазмы сжимаемого объема в нагрузку в течаниё всего сжатия контура; при этом изолятор не должен изменять геометри сжатия токового контура. В-третьих, 8 сжимаемом объеме нельзя увеличивать толщину изолятора, так как это ограничит полное сжатие контура, а при подлете лайнера к изолятору последний разрушится и сосредоточенная в нем магнитная энергия уже не будет выведена, что уменьшит энергию, отво димую к нагрузке. Целью изобретения явл етс55 повышение мощности генератора. Цель достигается тем, что часть изолятора, расположенная в компрессионном объеме, выполнена в виде пле нок, расположенных под углом к напра лению движения лайнера, так, что ком прессионный объем разделен ими на отдельные изолированные одна от другой области. Кроме, того ,максимальный размер областей в направлении Движения магнитных силовых линий определяется по соотношению где ti - максимальный размер изоли рованной области в направ лении движения силовых ли НИИ магнитного поля; t - характерный размер компре сионного объема в направлении сжатия электрическо го контура; Я о магнитная проницаемость; V - скорость сжатия электриче кого контура. На чертеже схематически показано предлагаемое размещение изоляции примере МКГ виткового типа, где 1 источник Начального тока (батарея конденсаторов), 2 - внешний проводник электрического контура МКГ, выполненный в виде отрезка трубы с дву мя разрезами вдоль образующей (виток 3 - лайнер (внутренняя труба), 4 - ВВ с электродетонаторами (ЭД/, 5 - токосьемные электроды, 6 - пленочная изоляция, установленная черегз 2 см, разделяющая компрессионный объ ем на изолированные одна от другой области, 7 - нагрузка, 8 - клеммы начального тока. При работе устройства батарея 1 запитывает МКГ начальным током. При этом в контуре МКГ накапливается магнитный поток. В максимуме тока запитки с помощью ЭД инициируется заряд ВВ 4. Под действием взрыва лайнер 3 расширяется со скоростью fi2-10 м/с, перемыкаетклеммы 8, замыкая электрический контур, и вытесняет затем магнитный поток в нагрузку. При этом магнитные силовые линии проходят по ионизованному газу только до ближайшего диэлектрического слоя, далее в нагрузку они быстро перетекаJOT по диэлектрическим слоям. Рассхояние между диэлектрическими слоями выбрано небольшим, кроме того, оно уменьшается при сжатии контура, поэтому время прохождения магнитного потока в нагрузку значительно меньше сжатия электрического контура МКГ.. Это обеспечивает эффективный отвод генерируемой энергии, уменьшает потери в сжимаемом объеме и увеличивает выходную энергию и мощность МКГ. Проведено испытание МКГ с предлагаемым размещением изоляции в объеме МКГ.Испытания показали, что предлагаемое разделение компрессионного объема пленочной изоляцией на изолированные ячейки позволяет на 15-20% повысить амплитуду выходного тока, на А 30% энергию и мощность МКГ. Предлагаемое изобретение целесообразно использовать в различных моделях МКГ больших размеров ($20 см), где наблюдается влияние ионизации газа внутри компрессионного объема на выходные характеристики .генератора. Формула изобретения 1. агнитокумулятивный генератор, содержащий индуктивный электрический контур с клеммами для соединения с источником начгшьного тока и токосъемными электродами для подсоединения нагрузки, лайнер с зарядом взрывчатого вещества и изолятор, разделяющий токосъемные электроды и продолжающийся в компрессионный объем, о тличающийся тем, что, с целью увеличения мощности генератора, часть изолятора, расположенная в компрессионном объема, выполнена в виде пленок, расположенных под углом к направлению движения лайнера так, что компрессионный объем разделен ими на отдельные изолированные одна от другой области. 2.Генератор по п.1, о т л и ч аю щ и и с я. тем, что максимальный рАэмер областей в направлении движения магнитных силовых линий определяется по соотношению где fi - максимальный размер изолированной областн в направлении движения силовых линий магнитного поля; 7044 5 10 56 t - характерный размер компрессионного объема в наг равлении сжатия электрического контура; /1д - магнитная проницаемость; V скорость сжатия электрического контура. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Кнопфель Г. Сверхсильные импульсные магнитные поля,- М., Мир, 1972, с. 198. 2.Патент США № 3275859, кл. 310-11, 1966 (прототип).

L