Автономный магнитокумулятивный генератор

Генератор предназначен для преобразования химической энергии взрывчатого вещества в электромагнитную энергию. Поставленная задача достигается тем, что в автономном магнитокумулятивном генераторе, состоящем из спирального проводника, токопроводящего лайнера с зарядом вещества и системой инициирования, полости сжатия магнитного потока, нагрузки и системы постоянных магнитов, содержащей, по меньшей мере, один магнит, расположенный над спиральным проводником с намагниченностью, параллельной поверхности спирального проводника, система постоянных магнитов содержит дополнительный магнит, расположенный над спиральным проводником со стороны нагрузки с намагниченностью, перпендикулярной поверхности спирального проводника, причем силовые линии магнитного поля системы магнитов и в полости сжатия образуют замкнутый контур. Технической задачей изобретения является снижение потоков рассеяния за пределами контура сжатия магнитного потока и, как следствие, увеличение начальной энергии в контуре сжатия магнитокумулятивного генератора. 1 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к устройствам преобразования химической энергии взрывчатого вещества (ВВ) в электромагнитную, то есть к магнитокумулятивным (МКГ) или взрывомагнитным (ВМГ) генераторам, основанным на сжатии магнитного потока.

Устройство может быть использовано в экспериментальной физике как автономный импульсный источник энергии, а также для создания генераторов электромагнитного излучения, в экспериментах с плазменными камерами, по разгону лайнеров и др.

В известных МКГ средством для создания начального магнитного поля могут быть конденсаторные батареи, пьезогенераторы или системы постоянных магнитов, которые относятся к так называемым автономным МКГ.

Известен автономный МКГ авторов Б.А.Бойко, В.Е.Гурин "Взрывомагнитный источник тока", а.с. №1551214, кл. МПК Н 02 N 11/00, опубликованный в БИ №13 (II часть), 2000 г. Устройство содержит цилиндрический проводник с зарядом ВВ и постоянные магниты, в зазоре между которыми размещены токопроводящие шины. Со стороны выхода источника шины соединены между собой и с одним выводом для нагрузки, а второй вывод соединен с проводником. Со стороны входа источника шины и проводник соединены между собой. Число постоянных магнитов равно числу шин, а выполнены магниты в виде призм, попарно совмещенных одними из боковых граней. Разноименные полюса призм обращены друг к другу.

Известен МКГ авторов Гурин В.Е., Пикарь А.С., Саратов А.Ф., Климатов М.В. "Взрывной магнитокумулятавный генератор", патент на изобретение №2181227, кл. МПК Н 02 N 11/00, опубликованный в БИ №10, 10.04.2002 г.

Устройство содержит по меньшей мере две полости сжатия магнитного потока, ограниченные двумя осесимметричными плоскими электродами, между которыми установлены два токопроводящих диска с зарядом взрывчатого вещества между ними и средствами инициирования. Источник начальной энергии выполнен из четырех кольцевых постоянных магнитов разного диаметра, попарно расположенных один в другом снаружи по обе стороны полостей сжатия, полюса магнитов направлены в разные стороны, причем у внутренних магнитов в одну сторону, а у наружных в другую, кроме того, кольцевые магниты внутренней боковой поверхностью примыкают к плоским электродам, выполненным в виде плоских спиралей на диэлектрической подложке.

Недостатком устройства-аналога в первом случае является низкий коэффициент усиления энергии. Ограничения связаны с низкой начальной индуктивностью шинных МКГ. Во втором устройстве-аналоге недостатком является малая величина захватываемого магнитного потока и, как следствие, малая величина начальной энергии.

Наиболее близким к заявляемому является автономный магнитокумулятивный генератор А.Б.Прищепенко "Устройство на основе постоянных магнитов для создания начального тока в спиральных ВМГ". ПТЭ "Приборы и техника эксперимента" №4, 1995 г., стр.138-145, рис.1. Автономный магнитокумулятивный генератор состоящий из спирального проводника, токопроводящего лайнера с зарядом взрывчатого вещества и системой инициирования, полости сжатия магнитного потока, нагрузки и системы постоянных магнитов, содержащей по меньшей мере один магнит, расположенный над спиральным проводником с намагниченностью, параллельной поверхности спирального проводника.

Система постоянных магнитов в прототипе выполнена в виде сегментов колец с радиальной намагниченностью, расположенных за пределами спирального проводника, и параллелепипедов с осевой намагниченностью из самарий-кобальтового сплава, расположенных над спиральным проводником. Недостатком МКГ по прототипу является малая величина начального магнитного потока (˜1,3 мВб), что соответствует начальной энергии в контуре 0,07 Дж. Ограничения связаны со значительными потоками рассеяния за пределами контура сжатия, возникающими при размещении магнитов с осевой намагниченностью поверх спирального проводника.

При создании данного изобретения решалась задача разработки спирального автономного МКГ с качественно улучшенными параметрами.

Техническим результатом при решении данной задачи явилось снижение потоков рассеяния за пределами контура сжатия магнитного потока и, как следствие, увеличение начальной энергии в контуре сжатия спирального МКГ.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным автономным МКГ, состоящим из спирального проводника, токопроводящего лайнера с зарядом взрывчатого вещества и системой инициирования, полости сжатия магнитного потока, нагрузки и системы постоянных магнитов, содержащей по меньшей мере один магнит, расположенный над спиральным проводником с намагниченностью, параллельной поверхности спирального проводника, в заявляемом генераторе система постоянных магнитов содержит дополнительный постоянный магнит, расположенный над спиральным проводником со стороны нагрузки с намагниченностью, перпендикулярной поверхности спирального проводника, который деформирует магнитное поле так, что силовые линии магнитного поля системы постоянных магнитов и в полости сжатия образуют замкнутый контур, при этом снижается поток рассеяния со стороны нагрузки. Кроме того, может быть установлен дополнительный постоянный магнит, расположенный со стороны, противоположной нагрузке с намагниченностью, перпендикулярной поверхности спирального проводника, который также деформирует магнитное поле и удлиняет зону продольного магнитного поля в полости сжатия, причем силовые линии магнитного поля системы постоянных магнитов и в полости сжатия образуют замкнутый контур, при этом снижается поток рассеяния со стороны, противоположной нагрузке.

Также может быть установлен дополнительный постоянный магнит с намагниченностью, параллельной поверхности спирального проводника, расположенный с торца полости сжатия, усиливая продольную составляющую магнитного поля в полости сжатия. Таким образом, и этот дополнительный постоянный магнит включен в последовательную цепь предыдущих магнитов, так что силовые линии магнитного поля всех магнитов и в полости сжатия образуют замкнутый контур.

Для снижения потоков рассеяния устройство может содержать хотя бы один магнитопровод, расположенный с внешней стороны постоянных магнитов с намагниченностью, перпендикулярной поверхности спирального проводника.

Для концентрации магнитного потока под спиральным проводником в полости сжатия генератора сбоку от спирали со стороны, противоположной нагрузке, может быть установлен цилиндрический магнитопровод. При наличии в предлагаемой конструкции автономного МКГ системы постоянных магнитов с намагниченностью, перпендикулярной поверхности спирального проводника с магнитопроводами, и магнита с намагниченностью, параллельной поверхности спирального проводника, расположенного с торца полости сжатия с цилиндрическим магнитопроводом, начальный магнитный поток в полости сжатия в заявляемом автономном МКГ увеличен в 17 раз по сравнению с прототипом.

На фиг.1 изображен заявляемый автономный магнитокумулятивный генератор с цилиндрическим спиральным МКГ, состоящий из спирального проводника 1, токопроводящего лайнера 2 с зарядом ВВ 3 и системой инициирования 4, полости сжатия магнитного потока 5, нагрузки 6 и системы постоянных магнитов, содержащей по меньшей мере один магнит 7, расположенный над спиральным проводником, с намагниченностью, параллельной поверхности спирального проводника. Система постоянных магнитов содержит дополнительный постоянный магнит 8, расположенный над спиральным проводником со стороны нагрузки с намагниченностью, перпендикулярной поверхности спирального проводника, причем силовые линии магнитного поля системы постоянных магнитов и в полости сжатия образуют замкнутый контур.

На фиг.2 изображен заявляемый автономный магнитокумулятивный генератор с плоской спиралью, состоящий из плоского спирального проводника 1, токопроводящего плоского лайнера 2 с зарядом ВВ 3 и системой инициирования 4, полости сжатия магнитного потока 5, нагрузки 6 и системы постоянных магнитов, содержащей по меньшей мере один постоянный магнит 7, расположенный над плоским спиральным проводником с намагниченностью, параллельной поверхности плоского спирального проводника. Система постоянных магнитов содержит дополнительный постоянный магнит 8, расположенный над плоским спиральным проводником со стороны нагрузки с намагниченностью, перпендикулярной поверхности плоского спирального проводника, причем силовые линии магнитного поля системы постоянных магнитов и в полости сжатия образуют замкнутый контур, кроме того, установлен стакан 17, изготовленный из немагнитного материала для исключения разгрузки заряда ВВ в сторону от полости сжатия магнитного потока.

На фиг.3 изображен заявляемый автономный магнитокумулятивный генератор с цилиндрическим спиральным МКГ с дополнительным постоянным магнитом 9, расположенным со стороны, противоположной нагрузке с намагниченностью, перпендикулярной поверхности спирального проводника, который удлиняет зону продольного магнитного поля в полости сжатия, причем силовые линии магнитного поля системы постоянных магнитов и в полости сжатия образуют замкнутый контур.

На фиг.4 изображен заявляемый автономный магнитокумулятивный генератор с цилиндрическим спиральным МКГ с дополнительным постоянным магнитом 10, с намагниченностью, параллельной поверхности спирального проводника, расположенным с торца полости сжатия, усиливая продольную составляющую магнитного поля в полости сжатия.

На фиг.5 изображен заявляемый автономный магнитокумулятивный генератор с цилиндрическим спиральным МКГ, содержащий хотя бы один магнитопровод 11 или 12, расположенный с внешней стороны постоянных магнитов с намагниченностью, перпендикулярной поверхности спирального проводника.

На фиг.6 изображен заявляемый автономный магнитокумулятивный генератор с цилиндрическим спиральным МКГ, содержащий со стороны, противоположной нагрузке, цилиндрический магнитопровод 13, примыкающий к полости сжатия магнитного потока. Кроме того, 14 - замыкатель тока, 15 - заглушка, 16 - корпус генератора.

На фиг.7 изображено сечение А-А автономного магнитокумулятивного генератора с цилиндрическим спиральным МКГ фиг.6.

В предлагаемом примере конкретного выполнения, например, по фиг.6 автономного МКГ система постоянных магнитов выполнена из четырех наборов плоских оксидно-бариевых магнитов с размерами 80×57×24 мм и дополнительный постоянный магнит наружным диаметром 52 мм, поз.10, внутренним диаметром 22 мм, толщиной 21 мм. Набор магнитов с намагниченностью, параллельной поверхности спирального проводника, изготовлен из указанного материала с размерами 80×28×24 мм. Магнитопровод выполнен из листового магнитомягкого материала, например сталь 10, толщиной 1,5 мм с размерами 80×57 мм, установленный с внешней стороны магнитов с намагниченностью, перпендикулярной поверхности спирального проводника. Цилиндрический магнитопровод выполнен из указанного выше материала наружным диаметром 52 мм, внутренним диаметром 49 мм и длиной 16 мм.

Блок постоянных магнитов с магнитопроводом представляет самостоятельное устройство и собирается отдельно от спирального МКГ, при этом имеется возможность контроля начальных параметров магнитного поля в полости сжатия до проведения эксперимента. Диаметр спирали многосекционного МКГ - 50 мм, длина 200 мм.

Работает автономный МКГ следующим образом. В свободную полость системы постоянных магнитов устанавливается снаряженный зарядом ВВ спиральный МКГ. После постановки средств инициирования и подрыва заряда ВВ токопроводящий лайнер под действием продуктов взрыва начинает расширяться, принимая форму конуса. Сразу же после начала движения токопроводящего лайнера контур генератора замыкается и магнитный поток, охватываемый витками спирали, полностью используется в процессе сжатия. При этом точка контакта конуса токопроводящего лайнера движется по виткам спирального проводника, в результате чего индуктивность контура и его эффективная площадь уменьшаются. Магнитное поле при этом усиливается и вытесняется в нагрузку. По мере вытеснения и сжатия магнитного потока происходит усиление индукционного тока и энергии магнитного поля.

Изготовлен и испытан опытный образец заявляемого автономного МКГ. Начальная энергия магнитного поля системы постоянных магнитов в полости сжатия составила 1 Дж, а конечная энергия - 120 Дж.

Таким образом, по сравнению с прототипом, где начальная энергия магнитного поля составила 0,07 Дж, в заявляемом автономном МКГ начальная энергия увеличена в 17 раз.

1. Автономный магнитокумулятивный генератор, состоящий из спирального проводника, токопроводящего лайнера с зарядом взрывчатого вещества и системой инициирования, полости сжатия магнитного потока, нагрузки и системы постоянных магнитов, содержащей, по меньшей мере, один магнит, расположенный над спиральным проводником с намагниченностью, параллельной поверхности спирального проводника, отличающийся тем, что система постоянных магнитов содержит дополнительный постоянный магнит, расположенный над спиральным проводником со стороны нагрузки с намагниченностью, перпендикулярной поверхности спирального проводника, причем силовые линии магнитного поля системы магнитов и в полости сжатия образуют замкнутый контур.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что система постоянных магнитов содержит дополнительный постоянный магнит, расположенный со стороны, противоположной нагрузке, с намагниченностью, перпендикулярной поверхности спирального проводника.

3. Генератор по п.2, отличающийся тем, что система постоянных магнитов содержит дополнительный постоянный магнит с намагниченностью, параллельной поверхности спирального проводника, расположенный с торца полости сжатия магнитного потока.

4. Генератор по п.2, отличающийся тем, что он содержит хотя бы один магнитопровод, расположенный с внешней стороны постоянных магнитов с намагниченностью, перпендикулярной поверхности спирального проводника.

5. Генератор по п.2, отличающийся тем, что со стороны, противоположной нагрузке, расположен цилиндрический магнитопровод, примыкающий к полости сжатия.