RU2286003C1

RU2286003C1 - Autonomous magnetic cumulative generator

Info

Publication number: RU2286003C1
Application number: RU2005106179/06A
Authority: RU
Inventors: Виктор Егорович Гурин (RU); Виктор Егорович Гурин; Александр Степанович Пикарь (RU); Александр Степанович Пикарь; Павел В чеславович Королев (RU); Павел Вячеславович Королев; Максим Владимирович Климашов (RU); Максим Владимирович Климашов; Юрий Михайлович Шибитов (RU); Юрий Михайлович Шибитов; Александр Сергеевич Борискин (RU); Александр Сергеевич Борискин; Сергей Николаевич Голосов (RU); Сергей Николаевич Голосов
Original assignee: Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии
Priority date: 2005-03-05
Filing date: 2005-03-05
Publication date: 2006-10-20

Abstract

FIELD: technology for transformation of chemical energy of explosive substance to electromagnetic energy.

SUBSTANCE: autonomous magnetic cumulative generator consists of spiral conductor, current-conductive liner with a charge of substance and initiation system, magnetic stream compression hollow, load and a system of permanent magnets, containing at least one magnet, positioned above spiral conductor with magnetization of parallel surface of spiral conductor, system of permanent magnets contains an additional magnet, positioned above spiral conductor on the side of load with magnetization of perpendicular surface of spiral conductor, while force lines of magnetic field of a system of magnets and in the compression hollow form a closed contour.

EFFECT: decreased dissipation flows beyond limits of magnetic flow compression contour and, as a result, increased starting energy in compression contour of magnetic cumulative generator.

1 cl, 7 dwg

Description

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.The invention relates to a device for converting the chemical energy of an explosive into electromagnetic, that is, to magnetocumulative (MCG) or explosive (VMG) generators based on magnetic flux compression.

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.The device can be used in experimental physics as an autonomous pulsed energy source, as well as to create electromagnetic radiation generators, in experiments with plasma cameras, to accelerate liners, etc.

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.In known MCH, the means for creating the initial magnetic field can be capacitor banks, piezoelectric generators or permanent magnet systems, which are referred to as so-called autonomous MCH.

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.Known autonomous ICG authors B.A. Boyko, V.E. Gurin "Explosive magnetic current source", and.with. No. 1551214, class IPC N 02 N 11/00, published in BI No. 13 (II part), 2000. The device contains a cylindrical conductor with explosive charge and permanent magnets, in the gap between which conductive buses are placed. On the output side of the source, the buses are interconnected and with one terminal for the load, and the second terminal is connected to the conductor. On the input side of the bus source and the conductor are interconnected. The number of permanent magnets is equal to the number of tires, and magnets are made in the form of prisms, pairwise combined with one of the side faces. The opposite poles of the prisms face each other.

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.Famous ICG authors Gurin V.E., Pikar A.S., Saratov A.F., Klimatov M.V. "Explosive magnetocumulative generator", patent for invention No. 2181227, cl. IPC N 02 N 11/00, published in BI No. 10, 04/10/2002

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.The device contains at least two compression cavities of the magnetic flux bounded by two axisymmetric flat electrodes, between which two conductive disks are installed with an explosive charge between them and the means of initiation. The source of initial energy is made of four ring permanent magnets of different diameters, paired one on the other from the outside on both sides of the compression cavities, the poles of the magnets are directed in different directions, with the internal magnets in one direction and the outer magnets in the other, in addition, ring magnets the inner side surface is adjacent to flat electrodes made in the form of flat spirals on a dielectric substrate.

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.The disadvantage of a similar device in the first case is the low energy gain. Limitations are associated with the low initial inductance of busbar MCHs. In the second analog device, the disadvantage is the small amount of trapped magnetic flux and, as a consequence, the small amount of initial energy.

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.Closest to the claimed is a stand-alone magnetocumulative generator A.B. Prishchepenko "A device based on permanent magnets to create the initial current in a spiral VMG." PTE "Instruments and experimental equipment" No. 4, 1995, pp. 138-145, Fig. 1. An autonomous magnetocumulative generator consisting of a spiral conductor, a conductive liner with an explosive charge and an initiation system, a magnetic flux compression cavity, a load and a permanent magnet system containing at least one magnet located above the spiral conductor with magnetization parallel to the surface of the spiral conductor.

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.The system of permanent magnets in the prototype is made in the form of segments of rings with radial magnetization located outside the spiral conductor, and parallelepipeds with axial magnetization of samarium-cobalt alloy located above the spiral conductor. The disadvantage of the MCG prototype is the small value of the initial magnetic flux (~ 1.3 mVb), which corresponds to the initial energy in the circuit of 0.07 J. Limitations are associated with significant scattering fluxes outside the compression loop that occur when placing magnets with axial magnetization over a spiral conductor .

При создании данного изобретения решалась задача разработки спирального автономного МКГ с качественно улучшенными параметрами.When creating this invention, the task of developing a spiral autonomous MCH with qualitatively improved parameters was solved.

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.The technical result in solving this problem was to reduce the scattering fluxes outside the compression contour of the magnetic flux and, as a result, to increase the initial energy in the compression contour of the spiral MCH.

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.The specified technical result is achieved in that, in comparison with the known autonomous ICG, consisting of a spiral conductor, a conductive liner with an explosive charge and an initiation system, a magnetic flux compression cavity, a load and a permanent magnet system containing at least one magnet located above the spiral a conductor with a magnetization parallel to the surface of the spiral conductor, in the inventive generator, the permanent magnet system contains an additional permanent magnet, distributed laid over the spiral conductor on the load side with magnetization perpendicular to the surface of the spiral conductor, which deforms the magnetic field so that the magnetic field lines of the permanent magnet system and in the compression cavity form a closed loop, while the scattering flux from the load side is reduced. In addition, an additional permanent magnet can be installed located on the opposite side to the magnetized load perpendicular to the surface of the spiral conductor, which also deforms the magnetic field and extends the longitudinal magnetic field in the compression cavity, and the magnetic field lines of the permanent magnet system and in the cavity the compressions form a closed loop, while the scattering flux from the side opposite to the load is reduced.

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.An additional permanent magnet with a magnetization parallel to the surface of the spiral conductor located at the end of the compression cavity can also be installed, reinforcing the longitudinal component of the magnetic field in the compression cavity. Thus, this additional permanent magnet is also included in the series circuit of the previous magnets, so that the magnetic field lines of all the magnets and in the compression cavity form a closed loop.

Для снижения потоков рассеяния устройство может содержать хотя бы один магнитопровод, расположенный с внешней стороны постоянных магнитов с намагниченностью, перпендикулярной поверхности спирального проводника.To reduce the scattering fluxes, the device may contain at least one magnetic circuit located on the outside of the permanent magnets with a magnetization perpendicular to the surface of the spiral conductor.

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.To concentrate the magnetic flux under the spiral conductor, a cylindrical magnetic circuit can be installed on the side opposite to the load on the side opposite to the load in the generator compression cavity. If the proposed design of the autonomous ICG has a system of permanent magnets with a magnetization perpendicular to the surface of the spiral conductor with magnetic cores and a magnet with a magnetization parallel to the surface of the spiral conductor located at the end of the compression cavity with a cylindrical magnetic circuit, the initial magnetic flux in the compression cavity in the inventive autonomous ICG is increased 17 times compared with the prototype.

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.Figure 1 shows the inventive stand-alone magnetocumulative generator with a cylindrical spiral MKG, consisting of a spiral conductor 1, a conductive liner 2 with a charge of BB 3 and an initiation system 4, a compression cavity for the magnetic flux 5, a load 6 and a system of permanent magnets containing at least one a magnet 7 located above the spiral conductor, with a magnetization parallel to the surface of the spiral conductor. The system of permanent magnets contains an additional permanent magnet 8 located above the spiral conductor on the load side with magnetization perpendicular to the surface of the spiral conductor, and the magnetic field lines of the permanent magnet system and in the compression cavity form a closed loop.

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.Figure 2 shows the inventive stand-alone magnetocumulative generator with a flat spiral, consisting of a flat spiral conductor 1, a conductive flat liner 2 with a charge of BB 3 and an initiation system 4, a compression cavity for the magnetic flux 5, load 6 and a permanent magnet system containing at least one permanent magnet 7 located above the flat spiral conductor with a magnetization parallel to the surface of the flat spiral conductor. The system of permanent magnets contains an additional permanent magnet 8 located above the flat spiral conductor on the load side with magnetization perpendicular to the surface of the flat spiral conductor, and the magnetic field lines of the permanent magnet system and in the compression cavity form a closed loop, in addition, a glass 17 made from non-magnetic material to exclude unloading of the explosive charge away from the compression cavity of the magnetic flux.

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.Figure 3 shows the inventive stand-alone magnetocumulative generator with a cylindrical spiral MCH with an additional permanent magnet 9 located on the side opposite to the magnetized load perpendicular to the surface of the spiral conductor, which lengthens the longitudinal magnetic field in the compression cavity, and the magnetic field lines of the system of constants magnets and in the compression cavity form a closed loop.

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.Figure 4 shows the inventive self-contained magnetocumulative generator with a cylindrical spiral MCH with an additional permanent magnet 10, with a magnetization parallel to the surface of the spiral conductor located at the end of the compression cavity, reinforcing the longitudinal component of the magnetic field in the compression cavity.

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.Figure 5 shows the inventive self-contained magnetocumulative generator with a cylindrical spiral MKG, containing at least one magnetic circuit 11 or 12 located on the outside of the permanent magnets with a magnetization perpendicular to the surface of the spiral conductor.

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.Figure 6 shows the inventive self-contained magnetocumulative generator with a cylindrical spiral MKG, containing from the side opposite to the load, a cylindrical magnetic circuit 13 adjacent to the compression cavity of the magnetic flux. In addition, 14 is a current closure, 15 is a plug, 16 is a generator housing.

На фиг.7 изображено сечение А-А автономного магнитокумулятивного генератора с цилиндрическим спиральным МКГ фиг.6.In Fig.7 shows a section aa of an autonomous magnetocumulative generator with a cylindrical spiral MCH of Fig.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.In the proposed example of a specific implementation, for example, in FIG. 6 of the stand-alone ICG, the permanent magnet system is made of four sets of flat barium oxide magnets with dimensions of 80 × 57 × 24 mm and an additional permanent magnet with an outer diameter of 52 mm, 10, inner diameter 22 mm, 21 mm thick. A set of magnets with a magnetization parallel to the surface of the spiral conductor is made of the specified material with dimensions of 80 × 28 × 24 mm. The magnetic core is made of soft magnetic sheet material, for example, steel 10, 1.5 mm thick with dimensions 80 × 57 mm, mounted on the outside of the magnets with a magnetization perpendicular to the surface of the spiral conductor. The cylindrical magnetic core is made of the above material with an outer diameter of 52 mm, an inner diameter of 49 mm and a length of 16 mm.

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.The block of permanent magnets with a magnetic circuit is an independent device and is assembled separately from the spiral MAG, while it is possible to control the initial parameters of the magnetic field in the compression cavity before the experiment. The diameter of the multisection MKG spiral is 50 mm, and the length is 200 mm.

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.The autonomous ICG operates as follows. In the free cavity of the system of permanent magnets, a spiral MKG equipped with an explosive charge is installed. After setting up the means of initiating and detonating the explosive charge, the conductive liner under the action of the explosion products begins to expand, taking the form of a cone. Immediately after the start of the movement of the conductive liner, the generator circuit closes and the magnetic flux covered by the turns of the spiral is fully used in the compression process. In this case, the contact point of the cone of the conductive liner moves along the turns of the spiral conductor, as a result of which the inductance of the circuit and its effective area are reduced. The magnetic field is amplified and displaced into the load. As the magnetic flux is displaced and compressed, the induction current and magnetic field energy are amplified.

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.Made and tested a prototype of the proposed autonomous ICG. The initial energy of the magnetic field of the system of permanent magnets in the compression cavity was 1 J, and the final energy was 120 J.

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.Thus, compared with the prototype, where the initial energy of the magnetic field was 0.07 J, in the claimed autonomous ICG, the initial energy was increased by 17 times.

Claims

1. An autonomous magnetocumulative generator consisting of a spiral conductor, a conductive liner with an explosive charge and an initiation system, a magnetic flux compression cavity, a load and a permanent magnet system containing at least one magnet located above the spiral conductor with a magnetization parallel to the surface spiral conductor, characterized in that the permanent magnet system contains an additional permanent magnet located above the spiral conductor from the side to loads with magnetization perpendicular to the surface of the spiral conductor, and the lines of force of the magnetic field of the magnet system and in the compression cavity form a closed loop.

2. The generator according to claim 1, characterized in that the permanent magnet system contains an additional permanent magnet located on the side opposite to the load, with a magnetization perpendicular to the surface of the spiral conductor.

3. The generator according to claim 2, characterized in that the system of permanent magnets contains an additional permanent magnet with a magnetization parallel to the surface of the spiral conductor located at the end of the compression cavity of the magnetic flux.

4. The generator according to claim 2, characterized in that it contains at least one magnetic circuit located on the outside of the permanent magnets with a magnetization perpendicular to the surface of the spiral conductor.

5. The generator according to claim 2, characterized in that on the side opposite to the load, there is a cylindrical magnetic circuit adjacent to the compression cavity.