Спиральный взрывомагнитный генератор

 

Изобретение относится к области преобразования химической энергии взрывчатого вещества (ВВ) в электромагнитную с осуществлением процесса магнитной кумуляции энергии, т.е. к взрывомагнитным генераторам (ВМГ). Техническим результатом при создании данного изобретения является повышение коэффициента усиления энергии без увеличения габаритов генератора. Спиральный взрывомагнитный генератор содержит коаксиальные наружный спиральный проводник, внутренний проводник с зарядом ВВ и системой его инициирования на входном торце и входной замыкающий элемент. Один из проводников входного замыкающего элемента выполнен спиральным с диаметрами витков, плавно уменьшающимися в направлении к входному торцу, и соединен на большем диаметре со спиральным проводником генератора. Другими отличительными признаками данного генератора являются формы выполнения другого проводника, изолятора между ними, а также заряда ВВ входного замыкающего элемента. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области преобразования химической энергии взрывчатого вещества (ВВ) в электромагнитную с осуществлением процесса магнитной кумуляции энергии, в частности к спиральным взрывомагнитным генераторам энергии (СВМГ).

Известен СВМГ J.W.Shearer, F.F.Abraham, C.M.Aplin, B.P.Benham, J.E.Faulkner, F.C.Ford, M.M.Hill, C.A.McDonald, W.H.Stephens, D.J.Steinberg and J. R.Wilson. Explosive-Driven Magnetic-Field Compression generators. Journal of Applied Physics. 1968.Volume 39, Number 4. P. 2102-2109.

Генератор содержит коаксиальные наружный спиральный проводник 1, внутренний цилиндрический проводник 2 с зарядом ВВ 3 и системой его инициирования 4 на входном торце 5 и входной замыкающий элемент, состоящий из двух проводников 2 и 6 и изолятора 7 между ними. Один проводник 6 выполнен в форме короткого отрезка трубки, диаметр которой равен диаметру спирали генератора и соединен с нею. Отрезок трубки имеет кольцевой выступ для подключения источника питания 10. Другой проводник входного элемента выполнен в виде плоского кольца 11 и насажен на участок внутреннего проводника 2 генератора с зарядом ВВ, выступающий за торец отрезка трубки 6. Это кольцо 11 служит для подключения к другому полюсу источника питания 10. Изолятор 7 входного замыкающего элемента выполнен в форме кольцевого воздушного зазора между отрезком трубки и плоским кольцом. Электрическая прочность изолятора должна обеспечивать отсутствие пробоя в воздушном зазоре при подключении источника питания к генератору. После запитки током от источника в контуре СВМГ создается магнитный поток. После срабатывания системы инициирования и заряда ВВ в момент достижения максимума тока стенка участка внутреннего проводника, выступающего за торец наружного спирального проводника генератора, под действием продуктов взрыва разлетается в форме конуса и налетает на торец отрезка трубки, соединенного со спиралью. С этого момента начинается процесс магнитной кумуляции. К этому моменту начальная индуктивность спирали оказывается меньше, чем в исходном положении, что снижает коэффициент усиления энергии. Недостатком аналога, кроме этого, является вытеснение части магнитного потока в контур источника питания до начала кумуляции.

Наиболее близким к заявляемому является спиральный взрывомагнитный генератор Дж. П.Чокин, Х.Карлотти, М.Жестин. Дж.Кахен, Дж.Бюше, Дж.Ванпоперинж, О.Кадуш, А.Азра, М.Муйе, Г.Вернье, В.В.Авдошин, В.К.Чернышев, В.А.Иванов, С. В. Пак, А. Н.Скобелев, Г.И.Волков, Б.Т.Егорычев. Взрывной генератор высокой импульсной мощности для имплозии твердотельных лайнеров. Мегагауссная и мегаамперная импульсная технология и применение. Труды Седьмой международной конференции по генерации мегагауссных магнитных полей и родственным экспериментам. Саров, 5-10 августа 1996 г. Под ред. В. К. Чернышева, В.Д.Селемира, Л.Н.Пляшкевича. 1997. Том 1, стр 267-273.

СВМГ по прототипу содержит коаксиальные наружный спиральный проводник 1, внутренний проводник 2 с зарядом ВВ 3 и системой его инициирования 4 на входном торце 5 и входной замыкающий элемент, состоящий из двух проводников 2 и 6 и изолятора 7 между ними. Один из проводников 6 выполнен в форме конического штыря, соединенного прямым проводом с началом спирали 1. Оси штыря и спирали взаимно перпендикулярны. Прямой провод расположен от оси спирали на расстоянии радиуса ее витков. Выступающая наружу часть штыря имеет резьбовое соединение для подключения к источнику питания 10. Другой проводник входного замыкающего элемента выполнен как продолжение внутреннего проводника с зарядом ВВ, выступающего за торец спирали. Этот участок служит для подключения к другому полюсу источника питания. Изолятор 7 выполнен в форме колпачка из изоляционного материала, надетого на штырь. Электрическая прочность колпачка должна обеспечивать отсутствие пробоя в зазоре между штырем 6 и внутренним проводником 2. Процесс магнитной кумуляции начинается с того момента, когда разлетающийся внутренний проводник 2 разрушает изоляционный колпачок 7 и замыкается на штырь 6. Коническая форма штыря позволяет обеспечить надежный контакт в процессе расширения внутреннего проводника до момента его подлета к прямому участку проводника входного замыкающего элемента и далее к началу спирали. Недостатком прототипа является снижение коэффициента усиления энергии, т. к. в течение значительного времени, пока внутренний проводник скользит по штырю, вывода витков спирального проводника не происходит.

При создании данного изобретения решалась задача улучшения потребительских характеристик СВМГ.

Техническим результатом при решении данной задачи являлось повышение коэффициента усиления энергии без увеличения габаритов СВМГ.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с прототипом СВМГ, содержащим коаксиальные наружный спиральный проводник, внутренний проводник с зарядом ВВ и системой его инициирования на входном торце и входной замыкающий элемент, новым является то, что один из проводников входного замыкающего элемента выполнен спиральным с диаметрами витков, плавно уменьшающимися в направлении к входному торцу, и соединен на большем диаметре со спиральным проводником генератора. Другой проводник замыкающего элемента выполнен как продолжение внутреннего проводника генератора с переменной толщиной стенки, уменьшающейся в направлении к входному торцу генератора. Изолятор между проводниками замыкающего элемента выполнен пленочным. Заряд ВВ входного замыкающего элемента выполнен как продолжение заряда ВВ внутреннего проводника генератора и содержит конический вкладыш из инертного материала с большим основанием конуса, обращенным к входному торцу, и сквозным отверстием по оси вкладыша, заполненным ВВ.

Выполнение одного из проводников входного замыкающего элемента спиральным с диаметрами витков, плавно уменьшающимися в направлении к входному торцу генератора, увеличивает начальную индуктивность СВМГ без увеличения его габаритов и позволяет повысить коэффициент усиления энергии. Намотка пленочного изолятора на второй проводник замыкающего элемента, т. е. на конец выступающего внутреннего проводника генератора, позволяет максимально уменьшить зазор между первым витком спирали и входным концом внутреннего проводника и одновременно обеспечить необходимый запас электрической прочности в процессе запитки. Выполнение другого проводника замыкающего элемента с переменной толщиной стенки, уменьшающейся в направлении к входному торцу генератора, позволяет получить более высокую скорость разлета стенки на ее начальном участке движения, что улучшает надежность ее контакта с первыми витками спирали в процессе разрушения изоляции витков. При обычной толщине стенки ее скорость была бы еще мала даже без использования конического вкладыша из инертного материала. Последний позволяет с помощью ВВ, расположенного в сквозном отверстии по оси вкладыша и соединенного с системой инициирования генератора, инициировать заряд ВВ внутреннего проводника на требуемой глубине от входного торца, т.е. в районе начала наружного спирального проводника генератора. При этом обеспечивается такая форма разлета наружной поверхности проводника замыкающего элемента, при которой угол встречи стенки с каждым витком близок к величине угла встречи проводников генератора в хорошо работающих СВМГ. Таким образом, достигается такой вывод индуктивности и вытеснение магнитного потока во входном замыкающем элементе, который тождественен выводу индуктивности в обычном СВМГ.

На фиг. 1 изображен заявляемый СВМГ.

На фиг. 2 изображена начальная стадия работы заявляемого СВМГ.

Заявляемый СВМГ содержит коаксиальные наружный спиральный проводник 1, внутренний проводник 2 с зарядом ВВ 3 и системой инициирования 4 на входном торце 5 и входной замыкающий элемент. Один из проводников 6 входного замыкающего элемента выполнен спиральным с диаметрами витков, плавно уменьшающимися в направлении к входному торцу 5, и соединен на большем диаметре со спиральным наружным проводником 1 генератора. Другой проводник замыкающего элемента выполнен как продолжение внутреннего проводника 2 генератора с переменной толщиной стенки, уменьшающейся в направлении к входному торцу 5. Изолятор 7 между проводниками замыкающего элемента выполнен пленочным. Заряд ВВ входного замыкающего элемента выполнен как продолжение заряда ВВ 3 внутреннего проводника 2 и содержит конический вкладыш 8 из инертного материала с большим основанием конуса, обращенным к входному торцу 5. В осевой части вкладыша выполнено сквозное отверстие 9, заполненное ВВ. Система инициирования 4 соединена с основным зарядом 3 через заряд ВВ, расположенный в отверстии вкладыша. Запитка СВМГ осуществляется от источника 10.

В примере конкретного выполнения спираль 1 выполнена из медной проволоки с пленочной изоляцией. Внутренний диаметр цилиндрической части спирали равен 160 мм. В замыкающем элементе 6 образующая внутренней поверхности витков переменного радиуса выполнена по экспоненте. Снаружи спираль залита эпоксидным компаундом. Труба 2 выполнена из меди. Внутренний диаметр трубы 65 мм, а толщина ее стенки 6,5 мм. Стенка трубы на длине замыкающего элемента уменьшается по толщине в 2,5...3 раза в направлении к входному торцу 5 генератора по сравнению с той частью трубы, которая находится внутри цилиндрической части спирали. Заряд ВВ 3 имеет наружный диаметр 65 мм. Система инициирования 4 содержит электродетонатор и устройство для его подрыва. Изолятор 7 выполнен из нескольких слоев лавсановой пленки, намотанной на длине замыкающего элемента. Вкладыш 8 выполнен из стали, покрыт слоем меди, имеет длину 1,2 длины замыкающего элемента и имеет форму усеченного конуса с отношением диаметров, равным 3.

Работает заявляемый СВМГ следующим образом. После запитки током от источника 10 в контуре СВМГ создается магнитный поток. После срабатывания системы инициирования 4 детонационная волна распространяется по ВВ, расположенному в сквозном отверстии 9 вкладыша 8, и выходит на торец основного заряда ВВ 3, размещенного во внутреннем проводнике 2. Вкладыш 8 служит преградой для свободного разлета продуктов взрыва ВВ назад. Разлетающийся внутренний проводник 2 разрушает пленочный изолятор 7 и замыкается на первый виток спирального проводника 6 замыкающего элемента. Этот виток имеет самый малый диаметр спирального проводника. Замыкание происходит в момент достижения максимума тока, и начинается процесс магнитной кумуляции. Во входном замыкающем элементе потери магнитной энергии сведены к минимуму.

Таким образом, в заявляемом СВМГ коэффициент усиления энергии увеличен в 2 раза по сравнению с прототипом за счет выполнения входного замыкающего элемента с заявляемой совокупностью признаков.

Формула изобретения

1. Спиральный взрывомагнитный генератор, содержащий коаксиальные наружный спиральный проводник, внутренний проводник с зарядом взрывчатого вещества и системой его инициирования на входном торце и входной замыкающий элемент, отличающийся тем, что один из проводников входного замыкающего элемента выполнен спиральным с диаметрами витков, плавно уменьшающимися в направлении к входному торцу, и соединен на большем диаметре со спиральным проводником генератора.

2. Спиральный взрывомагнитный генератор по п.1, отличающийся тем, что другой проводник входного замыкающего элемента выполнен как продолжение внутреннего проводника генератора с переменной толщиной стенки, уменьшающейся в направлении к входному торцу генератора.

3. Спиральный взрывомагнитный генератор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что изолятор между проводниками замыкающего элемента выполнен пленочным.

4. Спиральный взрывомагнитный генератор по пп.1 - 3, отличающийся тем, что заряд взрывчатого вещества входного замыкающего элемента выполнен как продолжение заряда внутреннего проводника генератора и содержит конический вкладыш из инертного материала с большим основанием конуса, обращенным к входному торцу со сквозным отверстием по оси вкладыша, заполненным взрывчатым веществом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2