Взрывомагнитный генератор

19) ЯО АЛИСТИЧЕСКИПУБЛИК а н ПО ИСАНИЕ ИЗОБРЕТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Н АВТ Вше ч а оидал риалаумен плоско повер окопро АРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЮ(54,)(57) 1. ВЗРЫВОМАГНИТНЫЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий осесимметричные токопроводявже пластины для сжатия магнитного потока, соединенные в центре,токопроводящей перемычкой, индуктивную нагрузку, заряды ВВ и системуинициирования, расположенную на осизарядов, о т л и ч а ю щ и й с я .тем, что, с целью увеличения коэффициента преобразования энергии ВВ вэлектрическую и обеспечения возможности работы генератора на вынесенную из зоны действия ударных волниндуктивную нагрузку, пластины длясжатия магнитного потока, соединенные попарно в центре токопроводящими перемычками, установлены друг 1за другом в металлической трубе сизолирующим зазором, смежные пластины соседних пар соединены междусобрй по периметру токопроводящимиоболочками, объемы между смежнымипластинами соседних пар заполненызарядами ВВ, причем оболочка первого заряда соединена с одним концом трубы, а оболочка последнего заряда через цепь нагрузки соединена с другим концом трубы.2. Генератор по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что пластины для сжатия магнитного потока содержат конические участки и сближены по периметру в месте расположения токопроводящих оболочек.3. Генератор по пп. 1 и 2, о т-. л и ч а ю щ и й с я тем, что толщина оболочки выбрана в 3-5 раэ больше толщины пластины, а сами оболочки выступают по длине за край пластин, образуя кольцевые щели.4. Генератор по п, 3, о т л ич а ю щ и й с я тем, что оболочка выполнена в виде полого тороида прямоугольного сечения.5. Генератор по п. 4, о т л и ю щ и й с я тем, что на внутрен ней поверхности тороида, в зоне щелей, выполнены кольцевые конические буртики,б. Генератор по п; 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что в .заряде ВВ установлена тор ьная вставка из пассивного мате причем ее радиальная толщина ьшается по мере удаления от сти.сиющтрии заряда, а одна из хностей тороида приьекает к т водящей оболочке.. Кирсанов Корректор О. Бил ставител хредА.Лч едактор П ьков каз 10846/3 4/5 лиал ППП "Патент"г г. Уигород, ул. Проектна Тирвж 687 ВНИИПИ Государствен по делам изобрете 13035,. МоскваЗПодписноеного комитета СССРний и открытийРаушская наб., дИзобретение относится к источникам электрической энергии, а более конкретно, к устройству взрывомагнитных генераторов, предназначенных, например, для нагрева и удержания высокотемпературной плазмы, разгона пластин и оболочек до высоких скоростей и т.п. 0 Оба указанных применения требуютот взрывных источников выполнениядвух основных условий.Во-первых, и для нагрева плазмы,и для разгона разнообразных лайнеровдо скорости 100 км/си более, необходимо освоение нового диапазона импульсных токов с амплитудой во многодесятков миллионов ампер и более,при малом времени нарастания токов(единицы микросекунд),Во-вторых, как процессы нагрева и 20удержания плазмы, так и процессразгона пластин (или оболочек) требуютопределенного времени.Поэтому потребитель электромагнитной энергии (индуктивная нагРузка)должен устанавливаться на определенном расстоянии от взрывного источника с тем, чтобы в результате взрываисточника потребитель либо не разрушался вообще, либо сохранялся в течение определенного промежутка времени,з 0необходимого для разгона пластин(или нагрева и удержания плазмы), т.е.необходимо, чтобы взрывной источникпозволил получать в удаленной нагрузке (вынесенной индуктивности) токи З 5амплитудой100 млн,А.Взрывные источники электрическойэнергии, которые удовлетворяли быуказанным двум требованиям одновременно, до настоящего времени неизвест 40Известен взрывомагнитный генератор, позволяющий обеспечить питаниевнешней нагрузки достаточно большойиндуктивности, вынесенной из зоныдействия ударных волн, который содержит несколько спиральных взры-..вомагнитных генераторов (ВМГ, расположенных .параллельно, соединенныхпоследовательно и инициируемых одновременно.Основным недостатом такого генератора является то, что даже прибольших размерах каждого иэ ВМГ(0, 35 х 1,5 м ) амплитуда импульсатока достигает лишь .10 млн.А. 55Для увеличения тока, например до100 млн,А, необходимо диаметр и длину каждого из применяемых спиральных ВМГ увеличить в ь 10 раз (т.е.до диаметра 3 х 15 м) . Многоствольный ВМГ из отдельных генераторовтакого большого размера трудно осуществить практически.Кроме того, .при увеличении габаритов генератора значительно возрас тает время нарастания тока, что для ряда применений недопустнмо.Известен другой взрывомагнитный генератор, позволяющий получить в нагрузке импульс тока амплитудой 100 млн.А и более, содержащий деформируемую полость, образованную двумяпроводящими пластинами, соединеннымив центре токопроводящей перемычкой,два заряда ВВ, расположенных на внешних поверхностях пластин, индуктивнуюнагрузку, соединяющую пластины между собой по периметру, и систему инициирования, установленную со стороны перемычки.Основньм недостатком такого генератора, выбранного за прототип, является сравнительно малая величина отношения энергии, доставленной в нагрузку к энергии, запасенной в заРядах ВВ (-2),Объясняется это тем, что при выбранном соотношении 1/10 толщины медной пластины (2 мм) и заряда ВВ (20 мм) в сторону пластины движется лишь 1/3 часть продуктов взрыва, остальная часть продуктоввзрыва движется в другую сторону.Учет противодавления магнитного поля снижает дополнительно толщину слоя продуктов взрыва, движущихся вслед за пластиной.Другим недостатком такого генератора является то, что он позволяет получить импульс тока 100 млн.А при работе на индуктивность величиной в доли нГн, т.е. о. работе на вынесенную (из области действия удаРных волн) индуктивную нагрузку не может быть и речи.Целью изобретения является увеличение коэффициента преобразования энергии ВВ в электрическую и обеспечение возможности работы генератора на вынесенную иэ зоны действия ударных волн индуктивную нагрузку.Цель достигается тем, что во вэрывомагнитном генераторб, содержащем осесимметричные токопроводящие пластины для сжатия магнитного потока, соединенные в центре токопроводящей перемычкой, индуктивную нагрузку, заряды ВВ и систему инициирования.; расположенную на оси зарядоу, пластины для сжатия магнитного п тока, соединенные попарно в центре токопроводящнми переьачками, установлены друг за другом в металлической трубе с изолирующим зазором, смежные пластины соседних пар соединены между собой по периметру токоцроводящими оболочками, объемы между смежными пластинами соседних пар заполнены зарядами ВВ, причем оболочкапервого заряда соединена с одним концом трубы а оболочка последнего за 1ряда через цепь нагрузки соединена с другим концом трубы. Кроме того,, саввК в , - отношение массы ВВ кмассе метаемой пластины,35 Г- - отношение массы стенкифстщ- к массе пластины), 40 что в случае разгона пластины открытым зарядом (ч=о)при выбранном отношении толщины пластины и заряда ВВ в сторону пластины движется 1/3 массы ВВ, а в случае разгона двух пластин. 45 в противоположные стороны одним зарЯдом ВВ - половина массы ВВ,Если в прототипе для обслуживания одной полости сжатия требовалось два 50 заряда, скажем по 20 мм, то согласно приведенной выше формуле в предлагаемом устройстве полутолщина каждого из зарядов, обеспечивающих ту же скорость движения пластины, что и в. прототипе, должна составить 8,5 мк, т.е. чуть больше 1/3. Значит, для обслуживания одной полости сжатия общая толщина двух зарядов (.17 мм) .в 2,3 раза меньше, чем в прототипе (40 мм), а скорость движения пласти ны и величина тока такие же,как в прототипеРасположение пар пластин, соединенных токопроводящей переьаачкой в трубе друг за другом с образованием 65 пластины для сжатия магнитного потока содержат конические участки исближены по периметру в месте расположения токопроводящих оболочек.Предпочтительно толщину оболочки выбирать в 3-5 раэ больше толщины плас- Ъ.тины, а сами оболочки выполнятьвыступающими по длине за край пластины, с образованием кольцевых щелей.Целесообразно выполнять оболочку ввиде полого тороида прямоугольного, 10сечения. Дополнительно на внутреннейповерхности тороида в зоне щелей выполнены кольцевые конические бурти,ки. И наконец, в заряде ВВ установ-.лена тороидальиая вставка иэ пассивного материала, причем ее радиальная толщина уменьшается по мере удаления от плоскости симметрии заряда,а одна иэ.поверхностей тороида привыкает к токопроводящей оболочке,Установка зарядов ВВ между смежными пластинами соседних пар позволяетпри том же соотношении между толщиной пластины и заряда ВВ, что и упрототипа, увеличить долю энергииВВ, преобразованную в электрическую.Нетрудно показать (см например,Формулу между оболочками зарядов и стенкой трубы малоиндуктивных участков передающей линии, и применение переходника кроме увеличения КПД позволяет вынести нагрузку за пределы зоны действия ударных волн, а также увеличить индуктивность самой нагрузки более, чем на порядок по сравнению с прототипом, сохранив при этом амплитуду генерируемого тока на уровне прототипа.Таким образом, реализация предложения позволяет полностью решить поставленную задачу, т.е. Удовлетворить указанным вьаае двум условиям одновременно, а именно, получить ток 100 млн.А в вынесенной нагрузочной индуктивности значительно большей величины, чем у прототипа, и, что очень важно, повысить коэффициент преобразования энергии ВВ в электрическую более, чем в 3 разаНа Фиг. 1, 2, 3, 4, 5, б, 7 приведены варианты конструкции предлага.емого взрывомагнитного генератора.Генератор (см. Фиг. 1) состоит иэ ряда последовательно соединенных тороидальных полостей 1 сжатия маг-. нитного потока, подключенных к одной коаксиальной передающей .линии 2, снабженной коаксиальным переходником 3 для присоединения к вынесенной нагрузке 4 каждая из полостей сжатия потока с боковых торцов ограничена проводящими пластинами 5, по оси токопроводящей перемычкой б, каждые две проводящие пластины смежных полостей сжатия соединеныпо периметру токопроводящей оболочкой 7. Детонаторы 8 соединены проводами 9.Объем между токопроводящей оболочкой н внешними (по отношению к полости сжатия) поверхностями пластин заполнен взрывчатым веществом 10. Для ввода магнитного потока от внешнего источника в генераторе имеется радиальная щель 11 между крайней пластиной первой полости сжатия и первой токопроводящей перемычкой. Токопроводящая оболочка последнегб заряда присоединена к внутренней трубе 12, коаксиального переходника 3, а его наружная труба 13 является .продолжением трубы передающей линии . После окончания ввода магнитного потока в полости 1 под действием продуктов взрыва радиальная щель 11 замыкается и начинается .сжатие магнитного потока (во всех полостях одновременно) токопроводящнми пластинами 5, которые движутся навстречу друг другу, вытесняя магнитный поток через коаксиальную передающую линию и переходник в вынесенную индуктивную нагрузку 4.В описанной конструкции ВМГ (см. иг. 1) коэффициент преобразования нергии ВВ в электрическую ограничи807975вается преждевременным прекращениемкумуляции из-за разрыва между пластиной и оболочкой в момент, когдаполость сжатия выведена не полностью,Этот эффект играет малую роль5для таких ВМГ, у которых отношениеаксиальной длины полости сжатия ктолщине заряда ВВ заметно меньшеединицы. По мере увеличения этогоотношения указанный эффект приводит. 10ко все большему недовыводу полостисжатия. Для увеличения коэффициентапреобразования энергии ВВ в электрическую путем задержки момента разрыва между пластиной 5 и оболочкой 7пластина 5 содержит конические участки. У периметра пластины 5 (соединенные токопроводящей перемычкой)сближены, а на остальной части расстояния между ними задаются по закону, обеспечивающему непрерывный вывод полости без отсеканий (см,фиг. 2). В генераторе (см. Фиг, 2)решить задачу полного вывода полости сжатия не удается. Прекращениекумуляции наступает. не вследствиеразрыва между пластиной и оболочкой,а в результате выхода ударной волны на наружную поверхность оболочкии перемыкания ее с трубой, т.е.позднее, чем в генераторе см. Фиг,- 1).30Для задержки момента перемыкания (оболочки с трубой), дающегодополнительное увеличение коэффициента преобразования энергии ВВ в электрическую, толщину оболочки 7 выбира ют в 3-5 раз больше толщины пластины 5, а сами оболочки продолжают подлине в обе стороны с образованиеммежду оболочками кольцевых щелей вплоскости соударения пластин (см. 40фиг, 3).Генераторы (см. Фиг. 2 и фиг. 3)позволяют решить задачу вывода полости 1 лишь для таких ВМГ, у которых отношение ахсиальной длины полости сжатия к толщине заряда ВВ составляет 1-1,5. Для класса ВМГ, у которых это от. -ношение заметно больше 2, применениетехнических решений, показанных нафиг, 2 и фиг. 3, не позволяет вывести полости сжатия до конца даже путем дальнейшего утолщения оболочки7 из-за возникновения откола на еенаружной поверхности, вызывающегоперемыкание с трубой 13,В таких ВМГ для обеспечения полного,вывода полости сжатия 1, приводя щего к увеличению коэффициента преобразования энергии ВВ в электрическую, оболочку 7 выполняют в виде полого тороида прямоугольного сечения(см. Фиг. 4), а при еще большей величине указанного выше отношениядлины полости к толщине заряда внутреннюю поверхность тороида в зонещелей снабжают кольцевыми коническими буртиками 14 (см. Фиг. 5). В генераторе (см. Фиг. 2) при сильномсближении пластин часть положительного эффекта, обусловленного задержкой момента разрыва, позволяющегодостичь больших электрических энергий, "съедается" из-за утолщения заряда. на переферийном коническом участке. Для ликвидации "съеданиями частиположительного эффекта в .генераторе(см. Фиг. б) в заряд ВВ вводят тороидальную вставку 15 из пассивногоматериала, располагая ее под оболочкой, радиальную толщину вставкиуменьшают по мере удаления от плоскости симметрии заряда.Применение вставки 15 из пористого материала, например, пенопласта,облицованного металлом 16 (железо,медь) (см. Фиг. 7) позволяет нетолько уменьшить массу ВВ, но и задержать момент выхода ударной волнына наружную поверхность оболочки 7,что дает возможнбсть осуществить полный вывод полости 1 сжатия при большом отношении длины полости к толщинезаряда. ВВ.Результаты испытаний показывают,что по сравнению с прототипом коэффициент преобразования энергии ВВ вмагнитную энергию даже в первых опытах, где параметры устройетва не под.вергались тщательной оптимизации,удалось повысить в три раза, а сучетом использования технических реШений, показанных на фиг. 2-7, поднять в пять раз по сравнению с прототипом.