RU2548021C2 - Explosion-magnetic system generating powerful energy impulse - Google Patents
Explosion-magnetic system generating powerful energy impulse Download PDFInfo
- Publication number
- RU2548021C2 RU2548021C2 RU2013135371/07A RU2013135371A RU2548021C2 RU 2548021 C2 RU2548021 C2 RU 2548021C2 RU 2013135371/07 A RU2013135371/07 A RU 2013135371/07A RU 2013135371 A RU2013135371 A RU 2013135371A RU 2548021 C2 RU2548021 C2 RU 2548021C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- explosive
- disk
- current
- load
- magnetic system
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области импульсной техники, на основе магнитной кумуляции энергии, т.е. быстрого сжатия магнитного потока с помощью металлической оболочки, разгоняемой ударной волной взрывчатого вещества (ВВ). Данная система может быть использована для формирования сильноточных и высоковольтных импульсов тока и напряжения, для создания направленных потоков излучения (рентген, нейтроны и т.п.), для питания плазмодинамических нагрузок (устройств с «плазменным фокусом», магнитоплазменных компрессоров), ускорителей релятивистских электронов и т.п.Тем самым система может быть использована как экспериментальный инструмент для изучения физико-химических свойств материалов в различных экстремальных условиях.The invention relates to the field of pulsed technology, based on magnetic energy accumulation, i.e. rapid compression of the magnetic flux using a metal shell accelerated by an explosive shock wave (explosive). This system can be used to generate high-current and high-voltage current and voltage pulses, to create directed radiation fluxes (x-rays, neutrons, etc.), to supply plasmodynamic loads (devices with a "plasma focus", magnetoplasma compressors), relativistic electron accelerators etc. Thus, the system can be used as an experimental tool for studying the physicochemical properties of materials under various extreme conditions.
Известна взрывомагнитная система для генерирования мощного импульса энергии, см. сборник научных трудов ″Мегагауссная и мегаамперная импульсная технология и применения″ / Под редакцией В.К. Чернышева, В.Д. Селемира, Л.Н. Пляшкевича - г. Саров, ВНИИЭФ, 1997, рис. 2а, стр. 269.Known explosive magnetic system for generating a powerful pulse of energy, see the collection of scientific papers ″ Mega-Gaussian and mega-ampere pulsed technology and applications ″ / Edited by V.K. Chernysheva, V.D. Selemira, L.N. Plyashkevich - Sarov, VNIIEF, 1997, fig. 2a, p. 269.
Устройство состоит из спирального взрывомагнитного генератора (СВМГ), содержащего центральную трубу и соосно расположенную с ней спираль, основной заряд ВВ в центральной трубе, изолятор на выходе СВМГ с коаксиальной полостью (индуктивный накопитель СВМГ). Внутри полости размещен формирователь струй. В центре под полостью расположен протяженный центральный конический заряд ВВ с фокусирующей системой, внутри металлической трубы которой имеется цилиндрический заряд ВВ, торцом соприкасающийся с торцом основного заряда ВВ. Нагрузка зашунтирована коаксиальной металлической фольгой (разрываемым проводником) индуктивного накопителя СВМГ. Работает взрывомагнитная система следующим образом. После создания начального магнитного потока в СВМГ и в индуктивном накопителе СВМГ происходит сжатие начального магнитного потока. При этом сжатие магнитного потока производят в металлическом контуре взрывомагнитного генератора (ВМГ) путем его деформирования расходящейся ударной волной от ВВ с постепенным уменьшением размеров полости, что приводит к вытеснению магнитного потока в изолятор, расположенный на выходе СВМГ, и в коаксиальную полость, образующих индуктивный накопитель для СВМГ, а следовательно, также к усилению в нем магнитной энергии. В момент окончания работы СВМГ происходит выведение магнитной энергии в нагрузку, зашунтированную коаксиальной металлической фольгой индуктивного накопителя СВМГ. Фольга резко изменяет свое сопротивление в процессе разрушения ее диэлектрическими струями, образованными с помощью формирователя струй, размещенного внутри полости. Формирование струй начинается после полного подрыва расположенного внутри под полостью протяженного центрального конического заряда ВВ с помощью фокусирующей системы. При этом необходимо соблюдения условия, чтобы на всю наружную поверхность данного заряда детонационная волна выходила одновременно без задержек. Основная функция фокусирующей системы, состоящей из металлической трубы, заполненной цилиндрическим ВВ, и заключается в этом.The device consists of a spiral explosive magnetic generator (SVMG) containing a central tube and a spiral coaxially located with it, the main explosive charge in the central tube, an insulator at the output of the SVMG with a coaxial cavity (inductive storage SVMG). Inside the cavity is placed a shaper of jets. In the center under the cavity there is an extended central conical explosive charge with a focusing system, inside the metal tube of which there is a cylindrical explosive charge, which is in contact with the end of the main explosive charge. The load is shunted by a coaxial metal foil (torn conductor) of the SVMG inductive storage. The explosive magnetic system operates as follows. After creating the initial magnetic flux in the SVMG and in the inductive drive of the SVMG, the initial magnetic flux is compressed. In this case, the magnetic flux is compressed in the metal circuit of the explosive magnetic generator (VMG) by deforming it with a diverging shock wave from the explosive with a gradual decrease in the size of the cavity, which leads to the displacement of the magnetic flux into the insulator located at the output of the SVMG and into the coaxial cavity forming an inductive storage for SVMG, and therefore also to enhance the magnetic energy in it. At the moment of termination of the SVMG operation, magnetic energy is removed to the load shunted by the coaxial metal foil of the SVMG inductive storage. The foil dramatically changes its resistance in the process of destruction by its dielectric jets formed with the help of a shaper placed inside the cavity. The formation of jets begins after the complete detonation of the inside of the extended central conical explosive charge located inside the cavity using a focusing system. In this case, it is necessary to comply with the condition that the detonation wave emerges simultaneously on the entire external surface of a given charge without delay. The main function of the focusing system, consisting of a metal pipe filled with a cylindrical explosive, is this.
Недостатком данного устройства является то, что существует ряд существенных факторов (разноплотность в материалах оболочек и ВВ, наличие несоосности при расположении фокусирующей системы, разнотолщинность и т.п.), не дающих возможность на практике обеспечить быстрое и одновременное разрушение больших поверхностей фольги по длине и диаметру, что, в свою очередь, не позволяет в полном объеме увеличивать мощность генерируемого импульса и эффективную передачу энергии в нагрузку.The disadvantage of this device is that there are a number of significant factors (heterogeneity in the materials of the shells and explosives, the presence of misalignment when the focusing system is located, the thickness difference, etc.) that do not make it possible in practice to ensure the rapid and simultaneous destruction of large foil surfaces along the length and diameter, which, in turn, does not allow to fully increase the power of the generated pulse and the efficient transfer of energy to the load.
Кроме того, главный существенный недостаток данного устройства заключается в том, что затруднительно использовать разнообразные по габаритам металлические фольги в индуктивном накопителе с целью формирования различных значений напряжения. Так как подрыв фокусирующей системы происходит непосредственно от основного заряда ВВ, то использование, например, более удлиненной металлической фольги в индуктивном накопителе для СВМГ по сравнению с протяженным центральным коническим зарядом ВВ требует кардинально изменить всю фокусирующую систему. А в ряде случаев это может оказаться невозможным в заданных радиальных габаритах.In addition, the main significant drawback of this device is that it is difficult to use metal foils of various dimensions in an inductive storage device in order to form different voltage values. Since the focusing system is undermined directly from the main explosive charge, the use, for example, of a longer metal foil in an inductive storage ring for an SVMG compared to an extended central conical explosive charge requires a fundamental change in the entire focusing system. And in some cases this may not be possible in the given radial dimensions.
Также известна взрывомагнитная система для генерирования мощного импульса энергии, см. сборник научных трудов ″Megagauss Magnetic Field Generation and Pulsed Power Applications″ / Ed / М / Cowan and R.S. Spielman -New York. Nova Science Publishers, 1994, fig. l, P. 481-488.Also known explosive magnetic system for generating a powerful pulse of energy, see the collection of scientific papers ″ Megagauss Magnetic Field Generation and Pulsed Power Applications ″ / Ed / M / Cowan and R.S. Spielman -New York. Nova Science Publishers, 1994, fig. l, P. 481-488.
Устройство состоит из источника начальной запитки в виде спирального ВМГ (СВМГ), индуктивного накопителя для него, в качестве которого выступает линия с изолятором на выходе спирального генератора и многоэлементный кассетный дисковый взрывомагнитный генератор (ДВМГ), содержащий кассеты с дисковыми зарядами ВВ, торцевые фланцы и центральную трубу, где с заданным шагом располагаются соосно с ней кассеты с ВВ. Внутри трубы имеется вспомогательный заряд ВВ, фокусирующая система (узел разводки детонации, обеспечивающий подрыв вспомогательного заряда ВВ изнутри по окружности строго в заданных местах), капсюль-детонатор, установленный за пределами генератора на торце фокусирующей системы со стороны нагрузки, которая также располагается за пределами дискового генератора.The device consists of an initial power source in the form of a spiral VMG (SVMG), an inductive drive for it, which is a line with an insulator at the output of the spiral generator and a multi-element cassette disk explosive magnetic generator (DVMG) containing cassettes with explosive disk charges, end flanges and the central pipe, where, with a given pitch, the explosive cassettes are located coaxially with it. Inside the tube there is an auxiliary explosive charge, a focusing system (detonation wiring unit, which detonates the auxiliary explosive charge from the inside around the circle strictly at predetermined places), a detonator capsule mounted outside the generator at the end of the focusing system from the load side, which is also located outside the disk generator.
Работает взрывомагнитная система следующим образом.The explosive magnetic system operates as follows.
В устройстве выведение магнитной энергии в нагрузку происходит непосредственно в процессе работы кассетного ДВМГ, в котором запасена энергия от СВМГ. При этом длительность нарастания токового импульса в нагрузке определяется только временем работы ДВМГ либо может быть еще меньше. Так как дисковые генераторы являются наиболее сильноточными и быстроходными, то на выходе удается генерировать энергию большой мощности при условии, если происходит синхронный подрыв дисковых зарядов во всех кассетах. Кроме того, с целью дальнейшего обострения фронта токового импульса в нагрузке выход ДВМГ, непосредственно над всеми кассетами, может шунтироваться фольгой, которая многократно в процессе работы увеличивает свое сопротивление в результате электровзрыва от протекающего по ней электрического тока. В этом случае будут созданы условия для коммутирования (переброса) тока в нагрузку за короткий промежуток времени и получения еще более мощных импульсов электромагнитной энергии.In the device, the removal of magnetic energy to the load occurs directly during the operation of the cassette DVMG, in which the energy from the SVMG is stored. In this case, the duration of the increase in the current pulse in the load is determined only by the operating time of the DVMG or may be even less. Since disk generators are the most powerful and fast, the output manages to generate high-power energy, provided that there is a synchronous undermining of disk charges in all cassettes. In addition, in order to further exacerbate the front of the current pulse in the load, the output of the DVMG, directly above all the cassettes, can be shunted with a foil, which repeatedly increases its resistance as a result of electric explosion from an electric current flowing through it. In this case, conditions will be created for switching (transferring) the current to the load in a short period of time and for obtaining even more powerful pulses of electromagnetic energy.
Недостатком данного устройства является трудность в обеспечении одновременного многоточечного выхода детонации в фокусирующей системе при использовании узла разводки детонации для подрыва всех дисковых зарядов. Для осуществления многоточечного подрыва, необходимо создать многоярусный сложно-разветвленный путь для взрывчатого вещества в узле разводки. Разновременность выхода детонации к дисковым зарядам ВВ возникает, из-за набегающего различия в геометрических размерах путей к местам подрыва и некоторого отличия в физико-химических свойствах ВВ на этих протяженных путях. Это в свою очередь, не позволяет обеспечить синхронный подрыв сразу всех дисковых зарядов ВВ, и, как результат, снижает надежность стабильной работы взрывомагнитной системы из-за отличия выходных рабочих параметров от ожидаемых.The disadvantage of this device is the difficulty in providing a simultaneous multipoint detonation output in the focusing system when using the detonation wiring unit to undermine all disk charges. To implement multi-point blasting, it is necessary to create a multi-tiered, highly branched path for explosives in the wiring unit. The difference in the detonation yield to the explosive disk charges arises because of the oncoming differences in the geometrical sizes of the paths to the places of detonation and some differences in the physicochemical properties of the explosive along these long paths. This, in turn, does not allow for simultaneous undermining of all explosive disk charges at once, and, as a result, reduces the reliability of the stable operation of the explosive magnetic system due to the difference in the output operating parameters from the expected ones.
Кроме того, другой существенный недостаток заключается в том, что возможно использование только определенного количества кассет в ДВМГ в заданных радиальных габаритах фокусирующей системы, что не позволяет увеличить электрическую мощность генерируемого импульса. Обусловлено это тем, что создание большего количества выходов детонации в ней ограничено конструктивными особенностями взрывного узла разводки детонации.In addition, another significant drawback is that it is possible to use only a certain number of cassettes in the DVMG in the given radial dimensions of the focusing system, which does not allow increasing the electric power of the generated pulse. This is due to the fact that the creation of a larger number of detonation outputs in it is limited by the design features of the explosive detonation wiring unit.
Наиболее близким к заявляемому является взрывомагнитная система для генерирования мощного импульса энергии, см. Proceedings of the Ninth International Conference on Megagauss Magnetic Field Generation and Related Topics / Edited V.D. Selemir, L.N. Plyashkevich. - Sarov, VNIIEF, 2004. - «Results of The Joint VNIIEF / LANL Experiment ALT-2 Modeling The ″Atlas″ Facility Parameters By Means of Disk EMG», Fig. 1, P. 752-756.Closest to the claimed is an explosive magnetic system for generating a powerful pulse of energy, see Proceedings of the Ninth International Conference on Megagauss Magnetic Field Generation and Related Topics / Edited V.D. Selemir, L.N. Plyashkevich. - Sarov, VNIIEF, 2004. - “Results of The Joint VNIIEF / LANL Experiment ALT-2 Modeling The ″ Atlas ″ Facility Parameters By Means of Disk EMG”, Fig. 1, P. 752-756.
Устройство по прототипу состоит из источника начальной запитки в виде спирального ВМГ (СВМГ) со взрывным коммутатором (замыкающий ключ, отключающий СВМГ), многоэлементного дискового взрывомагнитного генератора (ДВМГ), содержащего два торцевых дисковых металлических фланца, между которыми размещены однотипные элементы с дисковыми зарядами взрывчатого вещества (ВВ), коаксиально расположенные внутри электровзрывного размыкателя тока (ЭВРТ), который шунтирует выход данного генератора, осесимметричную передающую линию от ЭВРТ к нагрузке, а также замыкающего ключа, подключающего данную нагрузку.The prototype device consists of an initial power source in the form of a spiral VMG (SVMG) with an explosive switch (a closing key that disables the SVMG), a multi-element disk explosive magnetic generator (DVMG), containing two end disk metal flanges between which are placed the same type of elements with explosive disk charges substances (BB), coaxially located inside the electric explosive current isolator (EVRT), which shunts the output of this generator, an axisymmetric transmission line from the EVRT to the load, also closing switches connecting this load.
Операцию сжатия начального магнитного потока сначала осуществляют в полости СВМГ с вытеснением его в полость ДВМГ по передающей подводящей линии, на выходе которой имеется взрывной коммутатор. На заключительной стадии работы СВМГ происходит подрыв электродетонаторов (ЭД), инициирующих ВВ в центральной части дисковых зарядов и во взрывном коммутаторе, который закорачивает электрический контур коаксиальной передающей подводящей линии, и, тем самым, отключает СВМГ и обеспечивает работу ДВМГ непосредственно только на ЭВРТ за счет наличия на периферии вдоль окружности надежных электрических контактов двух торцевых фланцев с ЭВРТ. Количество ЭД в элементах зависит от количества используемых в них дисковых зарядов ВВ. При работе ДВМГ за сравнительно малое время, определяемое в основном временем прохождения детонации по дисковому заряду ВВ, происходит в основном деформирование всего его рабочего контура, а именно, сжатие практически всех полостей, где сосредоточена основная часть магнитного потока, после срабатывания СВМГ. Таким образом, обеспечивается высокая мощность дисковых генераторов. Но, так как выход ДВМГ дополнительно еще зашунтирован фольгой, сопротивление которой многократно увеличивается (в сотни раз) в результате протекающего по ней электрического тока, то происходит значительное уменьшение (обострение) по сравнению с полным временем работы ДВМГ длительности фронта токового импульса в нагрузке, подключаемой с помощью замыкающего ключа, расположенного на входе осесимметричной передающей линии к нагрузке, в момент окончания работы ДВМГ. Хотя при этом значение выходной энергии уменьшается, но передача ее в нагрузку осуществляется за короткий промежуток времени (кратное значение уменьшения длительности фронта импульса превалирует над кратным значением уменьшения энергии в нагрузке), что в конечном итоге и обеспечивает генерирование более мощного импульса в рассматриваемом устройстве.The operation of compression of the initial magnetic flux is first carried out in the cavity of the SVMG with its displacement into the cavity of the DVMG along the transmission supply line, the output of which has an explosive switch. At the final stage of operation of the SVMG, detonators (EDs) are blown up, initiating explosives in the central part of the disk charges and in the explosive switch, which shortens the electrical circuit of the coaxial transmission supply line, and thereby disconnects the SVMG and ensures the operation of the DVMG directly only on the electronic ballasts due to the presence on the periphery along the circumference of reliable electrical contacts of two end flanges with EVRT. The amount of ED in the elements depends on the amount of explosive disk charges used in them. When a DVMG operates in a relatively short time, determined mainly by the time of detonation propagation along the explosive disk charge, the deformation of its entire working circuit occurs mainly, namely, compression of almost all cavities where the bulk of the magnetic flux is concentrated after the operation of the SVMG. Thus, high power disk generators. But, since the output of the DVMG is additionally still shunted by a foil, the resistance of which increases many times (hundreds of times) as a result of the electric current flowing through it, there is a significant decrease (aggravation) in comparison with the total operation time of the DVMG of the duration of the front of the current pulse in the load connected using a locking key located at the input of the axisymmetric transmission line to the load, at the time of completion of the DVMG. Although the value of the output energy decreases, it is transferred to the load in a short period of time (a multiple of the decrease in the duration of the pulse front prevails over a multiple of the decrease in energy in the load), which ultimately ensures the generation of a more powerful pulse in the device under consideration.
Недостатком устройства по прототипу является невозможным использовать очень тонких фольг (≤0,10 мм) при работе с ДВМГ, которые являются наиболее сильноточными из всех существующих взрывомагнитных источников, т.к. они способны генерировать токовые импульсы с амплитудами в десятки-сотни мегаампер.The disadvantage of the prototype device is that it is impossible to use very thin foils (≤0.10 mm) when working with DVMG, which are the most high-current of all existing explosive magnetic sources, because they are capable of generating current pulses with amplitudes of tens to hundreds of megaamperes.
Очень тонкая фольга в процессе работы будет более существенно деформироваться магнитным полем, увеличивая, тем самым, индуктивность полости нагрузки под ЭВРТ, что приводит в первую очередь к уменьшению выходных электрических параметров данной взрывомагнитной системы. Кроме того, в местах ее крепления к торцевым фланцам может произойти еще и ухудшение электрических контактов до того момента пока закончит работать данный ДВМГ, а, это, все в конечном итоге, приводит к ненадежной работе взрывомагнитной системы для генерирования мощного импульса энергии, т.к. будет невозможно гарантированно получать требуемые выходные параметры. Как следует из большого количества экспериментальных данных, эффективный электровзрыв фольги в ДВМГ происходит, когда плотность потока электромагнитной энергии через фольгу (Вектор Пойтинга) порядка 10 ТВт/м2. При этом напряженность магнитного поля обычно бывает (40-50) МА/м, что соответствует очень большому давлению магнитного поля на металлическую поверхность ~10000 атм.A very thin foil during operation will be more substantially deformed by the magnetic field, thereby increasing the inductance of the load cavity under the EEC, which primarily leads to a decrease in the output electrical parameters of this explosive magnetic system. In addition, in the places of its attachment to the end flanges, there may also be a deterioration of electrical contacts until this DVMG finishes working, and this, ultimately, leads to unreliable operation of the explosive magnetic system to generate a powerful energy pulse, because . it will not be guaranteed to receive the required output parameters. As follows from a large amount of experimental data, an effective electric explosion of a foil in a DWMG occurs when the flux density of electromagnetic energy through the foil (Poiting Vector) is of the order of 10 TW / m 2 . In this case, the magnetic field strength is usually (40-50) MA / m, which corresponds to a very large pressure of the magnetic field on the metal surface of ~ 10,000 atm.
Во-вторых, невозможность использования очень тонких фольг в данной взрывомагнитной системе заключается также в том, что, если бы все-таки удалось уменьшить толщину фольги в разы, то в данном устройстве это бы привело к значительному возрастанию электрических потерь из-за большого переменного сопротивления в контуре ДВМГ, что, в свою очередь, это повлияло бы на эффективную работу всего устройства, а, в ряде случаев, даже не позволило бы обеспечить усиление энергии при работе такого генератора. Поэтому, обычно приходиться использовать для электровзрыва более массивные фольги толщиной 0,2-0,4 мм, чтобы несколько уменьшить их смещение магнитным полем и начальное сопротивление.Secondly, the impossibility of using very thin foils in this explosive magnetic system also lies in the fact that, if it were still possible to reduce the thickness of the foil by several times, then in this device this would lead to a significant increase in electric losses due to the large variable resistance in the DVMG circuit, which, in turn, would affect the effective operation of the entire device, and, in some cases, would not even provide energy amplification during the operation of such a generator. Therefore, it is usually necessary to use more massive foils with a thickness of 0.2-0.4 mm for electric explosion in order to slightly reduce their displacement by the magnetic field and the initial resistance.
При создании данного изобретения решалась задача разработки взрывомагнитной системы для генерирования мощного импульса энергии, работающей более надежно и эффективно по сравнению с аналогами (позволяющей сократить время на электровзрыв фольгового размыкателя и, тем самым, увеличить амплитуду тока и напряжения в нагрузке).When creating this invention, the problem was solved of developing an explosive magnetic system for generating a powerful pulse of energy that works more reliably and efficiently than its counterparts (which allows to reduce the time for electric explosion of a foil switch and thereby increase the amplitude of the current and voltage in the load).
Технический результат, достигаемый при решении данной задачи, заключается в повышении мощности импульса энергии в нагрузке и надежности работы заявленной системы путем увеличения амплитуды импульса тока и напряжения, стабильности результатов и сокращения длительности импульса за счет более эффективной работы взрывомагнитной системы.The technical result achieved by solving this problem is to increase the power of the energy pulse in the load and the reliability of the claimed system by increasing the amplitude of the current pulse and voltage, the stability of the results and reducing the pulse duration due to more efficient operation of the explosive magnetic system.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что по сравнению с известной взрывомагнитной системой, включающей последовательно подключенные источник начальной энергии, многоэлементный дисковый взрывомагнитный генератор (ДВМГ), содержащий два торцевых дисковых металлических фланца, между которыми размещены однотипные элементы с дисковыми зарядами взрывчатого вещества (ВВ), коаксиально расположенные внутри электровзрывного размыкателя тока (ЭВРТ), который имеет цилиндрическую поверхность и шунтирует выход ДВМГ, осесимметричную передающую линию от ЭВРТ к нагрузке, а также замыкающий ключ, подключающий данную нагрузку, в заявляемой взрывомагнитной системе для генерирования мощного импульса энергии предложено новое компоновочное решение, где над каждым элементом с дисковым зарядом ВВ размещено пустотелое металлическое кольцо прямоугольного сечения с изолированным зазором величиной 5 между ним и ЭВРТ, для предотвращения электрического пробоя между пустотелым металлическим кольцом и ЭВРТ от напряжения, проявляющимся при электровзрыве ЭВРТ, причем δ<<(DНЭ)/2, где DНЭ - наружный диаметр элемента с зарядом ВВ и Δ - радиальный размер пустотелого металлического кольца, а наружный диаметр пустотелого металлического кольца выбран из условия, чтобы общая индуктивность накопительной полости под ЭВРТ, включающая в себя индуктивность зазора δ между пустотелыми металлическими кольцами и ЭВРТ и индуктивности радиальных щелей между пустотелыми металлическими кольцами и между крайними пустотелыми кольцами и двумя крайними торцевыми дисками, была сохранена на прежнем уровне, ширина пустотелого металлического кольца выбрана, по крайней мере, не меньше, чем ширина элемента, а толщина стенки у пустотелого металлического кольца, по меньшей мере, на порядок больше, чем общая толщина проводящих слоев в ЭВРТ, ЭВРТ содержит один или несколько проводящих слоев, причем во всех случаях общая толщина проводящих слоев в ЭВРТ уменьшается пропорционально коэффициенту, определяемому, как (DНЭ+2Δ+2δ)/(DНЭ+2δ) при сохранении массы и начального сопротивления всех проводящих слоев.The specified technical result is ensured by the fact that in comparison with the known explosive magnetic system, which includes a series-connected source of initial energy, a multi-element disk explosive magnetic generator (DVMG) containing two end disk metal flanges, between which are placed the same type of elements with disk charges of explosive, coaxially located inside an electric explosive current isolator (EVRT), which has a cylindrical surface and shunts the output of the DVMG, axisymmetric A new transmission line from the EVRT to the load, as well as a closing switch connecting this load, a new layout solution is proposed in the inventive explosive magnetic system for generating a powerful energy pulse, where a hollow metal ring of rectangular cross section with an isolated gap of 5 is placed over each element with an explosive charge EVRT between them to prevent electrical breakdown between the hollow metal ring and from EVRT voltage manifesting at electric EVRT, wherein δ << (D NE) / 2, de D NE - the outer diameter of the element with explosive charge and Δ - the radial dimension of the hollow metal ring, and the outer diameter of the hollow metal ring is selected such that the total inductance of the storage chamber under EVRT, which includes the inductance of the gap δ between the hollow metal rings and EVRT and the inductance of the radial slots between the hollow metal rings and between the extreme hollow rings and the two extreme end disks was maintained at the same level, the width of the hollow metal at least no less than the width of the element, and the wall thickness of the hollow metal ring is at least an order of magnitude greater than the total thickness of the conductive layers in the electron-beam electron microscope, the electron-beam electron microscope contains one or more conductive layers, and in all In cases, the total thickness of the conductive layers in the EECM decreases in proportion to the coefficient, defined as (D NE + 2Δ + 2δ) / (D NE + 2δ) while maintaining the mass and initial resistance of all conductive layers.
При этом допускается два способа расположения пустотелого металлического кольца: электрически соединенного с элементом с ВВ и не соединенного с элементом, когда они отделены друг от друга тонкой диэлектрической пленкой, чтобы паразитная индуктивность данного зазора была минимальной и осуществлялась хорошая трансформаторная связь (~100%) между элементом с ВВ и пустотелым металлическим кольцом для эффективной работы данной системы импульсной мощности.In this case, two methods of arrangement of the hollow metal ring are allowed: electrically connected to the element with explosives and not connected to the element when they are separated from each other by a thin dielectric film, so that the stray inductance of this gap is minimal and good transformer coupling (~ 100%) between element with explosives and a hollow metal ring for the effective operation of this pulsed power system.
Первый способ позволяет обеспечить надежный электрический контакт между элементами с ВВ и пустотелыми металлическими кольцами, хотя при этом конструкция становиться достаточно громоздкой, что несколько усложняет монтаж взрывомагнитной импульсной системы мощности.The first method allows for reliable electrical contact between elements with explosives and hollow metal rings, although the design becomes rather cumbersome, which complicates the installation of an explosive pulsed power system.
Второй способ позволяет непосредственно использовать уже отдельные элементы с ВВ, применяемые, например, в прототипе. В этом случае только требуется, без переделывания конструкции элемента с ВВ, изготовить дополнительно пустотелые металлические кольца нужного размера, которые в дальнейшем будут располагаться над элементами, изолированными тонкой пленкой. При этом не требуется электрический контакт между элементами с ВВ и пустотелыми кольцами. Использование тонкой пленки практически не должно сказаться на работе источника, т.к. в данном случае можно организовать хорошую (≈100%) трансформаторную связь из-за очень малой толщины зазора между элементами и пустотелыми кольцами и иметь паразитную индуктивность значительно меньше индуктивности, на которую работает ДВМГ. Кроме того, данный подход позволяет в процессе монтажа генератора работать поочередно с отдельными блоками устройства.The second method allows you to directly use already individual elements with explosives, used, for example, in the prototype. In this case, it is only required, without redoing the design of the element with explosives, to produce additionally hollow metal rings of the desired size, which will subsequently be located above the elements insulated with a thin film. This does not require electrical contact between elements with explosives and hollow rings. The use of a thin film should practically not affect the operation of the source, since in this case, it is possible to arrange a good (≈100%) transformer coupling due to the very small thickness of the gap between the elements and the hollow rings and to have a parasitic inductance much less than the inductance for which the DVMG operates. In addition, this approach allows during the installation process of the generator to work alternately with individual units of the device.
Для эффективной работы ДВМГ должно выполняться условие δ<<(DНЭ/2).For the DVMG to work effectively, the condition δ << (D NE / 2) must be satisfied.
В предлагаемом техническом решении индуктивность части накопительной полости, связанная с величиной зазора под ЭВРТ, который одинаков с зазором в прототипе, имеет несколько меньшую индуктивность, чем в прототипе. Тем самым, это позволяет сохранить на прежнем уровне общее значение индуктивности всей накопительной полости в заявляемом устройстве, как в прототипе, т.к. оставшаяся «сэкономленная» часть индуктивности будет приходиться на индуктивность радиальных щелей между пустотелыми металлическими кольцами и между крайними пустотелыми кольцами и двумя крайними торцевыми дисками. Поэтому, к полости, определяемой величиной зазора δ, будет приложено меньшее напряжение, чем в прототипе (где данная полость является уже полностью накопительной), из-за того, что общее напряжение будет в предлагаемом техническом решение распределено между индуктивностями, относящимися к зазору и радиальным щелям. В новом компоновочном решение имеется дополнительный запас электропрочности зазора. Тем самым, открывается возможность осуществления электровзрыва уже с большим напряжением, за счет увеличения сопротивления электровзрыва, чем в прототипе, т.е. достигнуть увеличения мощности импульса в нагрузке и сокращения длительности импульса за счет более эффективной работы взрывомагнитной системы для генерирования мощного импульса энергии.In the proposed technical solution, the inductance of part of the storage cavity, associated with the size of the gap under the EVRT, which is the same with the gap in the prototype, has a slightly lower inductance than in the prototype. Thus, this allows you to maintain at the same level the total value of the inductance of the entire storage cavity in the inventive device, as in the prototype, because the remaining “saved” part of the inductance will fall on the inductance of the radial slots between the hollow metal rings and between the extreme hollow rings and the two extreme end disks. Therefore, a smaller voltage will be applied to the cavity determined by the gap value δ than in the prototype (where this cavity is already completely cumulative), due to the fact that the total voltage in the proposed technical solution will be distributed between the inductances related to the gap and the radial cracks. The new layout solution has an additional margin of clearance. Thus, it opens the possibility of electric explosion already with high voltage, by increasing the resistance of electric explosion than in the prototype, i.e. to achieve an increase in the pulse power in the load and reduce the pulse duration due to more efficient operation of the explosive magnetic system to generate a powerful energy pulse.
В дисковых ВМГ обычно максимальный диаметр (Dmax) больше минимального диаметра (Dmin) полости сжатия магнитного потока в 5-10 раз. Известно, что для эффективной работы ДВМГ должно выполнятся следующее условие: индуктивность нагрузки (LH) для генератора должна быть много меньше индуктивности всех полостей сжатия магнитного потока в ДВМГ (Lдмкг): LH<<Lдмкг. В случае прототипа индуктивность нагрузки определяется, в основном, коаксиальной полостью под фольгой, которая, исходя из соблюдения электропрочностных свойств зазора, должна быть такой же толщиной, как в заявляемом устройстве - δ. Обычно в ДВМГ кассеты с ВВ занимают (20-50)% от общей высоты рабочего объема ДМКГ, в зависимости от профиля кассет с ВВ.In disk VMGs, the maximum diameter (D max ) is usually 5-10 times greater than the minimum diameter (D min ) of the magnetic flux compression cavity. It is known that for the effective operation of a DVMG, the following condition must be fulfilled: the load inductance (L H ) for the generator must be much less than the inductance of all magnetic flux compression cavities in a DVMG (L dmkg ): L H << L dmkg . In the case of the prototype, the load inductance is determined mainly by the coaxial cavity under the foil, which, based on compliance with the electrical strength properties of the gap, should be the same thickness as in the inventive device - δ. Typically, in DVMG, cartridges with explosives occupy (20-50)% of the total height of the working volume of DMKG, depending on the profile of cartridges with explosives.
Так как для прототипа справедливо условие LH<<Lдмкг, распишем его, исходя из того, что нагрузка и полости сжатия магнитного потока являются коаксиалами, следующим образом: (µ0/2π)l(ln(DНЭ+2δ)/(DНЭ))<<(µ0/2π)l(0,65)(Ln(Dmax/Dmin)), где l - общая длина коаксиального зазора под фольгой, 0,65 - доля в процентном отношении средней ширины всех полостей сжатия магнитного потока в ДВМГ от общей длины коаксиального зазора.Since the condition L H << L dmkg is valid for the prototype, we will write it on the basis that the load and compression cavities of the magnetic flux are coaxial, as follows: (μ 0 / 2π) l (ln (D NE + 2δ) / ( D NE )) << (µ 0 / 2π) l (0.65) (Ln (D max / D min )), where l is the total length of the coaxial gap under the foil, 0.65 is the percentage of the average width of all cavities of magnetic flux compression in a DVMG of the total length of the coaxial gap.
Для минимального значения отношений диаметров, равного 5, будет справедливо следующее значение l(0,65)(ln(Dmax/Dmin))=1,05l. Следовательно, для выполнения неравенства необходимо, чтобы (ln(DНЭ+2δ)/(DНЭ))=ln(1+2δ/DНЭ) было много меньше 1.For the minimum value of the ratio of diameters equal to 5, the following value will be valid l (0.65) (ln (D max / D min )) = 1.05 l. Therefore, to satisfy the inequality, it is necessary that (ln (D NE + 2δ) / (D NE )) = ln (1 + 2δ / D NE ) is much less than 1.
Это получается достаточно точно, когда 2δ/DНЭ<<1.This is obtained quite accurately when 2δ / D NE << 1.
Таким образом, получается, δ<<DНЭ/2.Thus, it turns out that δ << D NE / 2.
Использование пустотелых металлических колец позволяет при размещение ЭВРТ на больших диаметрах сохранить на прежнем уровне конечную индуктивность контура, на которую работает ДВМГ. Так, например, увеличение в два раза (за счет пустотелого металлического кольца) радиального размера хорошо известного малогабаритного дискового генератора ДВМГ-240, у которого диаметр элемента с ВВ - 260 мм, диаметр ВВ -240 мм, ширина радиальной щели на выходе между соседними элементами с ВВ - 2 мм, высота элемента - 48 мм, ЭВРТ расположен на диаметре 274 мм и толщина радиального зазора между фольгой и периферийным диаметром элемента - 7 мм. не приводит к увеличению индуктивности накопительной полости для предлагаемой взрывомагнитной системы для генерирования мощного импульса энергии.The use of hollow metal rings makes it possible, when placing electronic heat transfer devices at large diameters, to maintain at the same level the final inductance of the circuit that the DVMG operates on. For example, a twofold increase (due to the hollow metal ring) of the radial size of the well-known small-sized disk generator DVMG-240, in which the diameter of the explosive element is 260 mm, the diameter of the explosive is -240 mm, the width of the radial gap at the outlet between adjacent elements with explosives - 2 mm, element height - 48 mm, EVRT is located on a diameter of 274 mm and the thickness of the radial clearance between the foil and the peripheral diameter of the element is 7 mm. does not increase the inductance of the storage cavity for the proposed explosive magnetic system to generate a powerful energy pulse.
Толщина стенки у пустотелого кольца должна быть, по меньшей мере, на порядок больше, чем толщина фольги в ЭВРТ для того, чтобы при работе ДВМГ толщина скин-слоя была меньше толщины стенки, чтобы уменьшить омические потери в контуре, и предотвратить деформацию стенок в кольце, которая привела бы к увеличению индуктивности контура, на который работает ДВМГ, что сказалось бы на эффективности работы данной взрывомагнитной системы. При этом для определения толщины стенки надо учитывать следующее. Например, если взрывомагнитный генератор работает 25 мкс, то толщина скин-слоя в медном проводнике будет ~0,5 мм. Тем не менее, толщина стенки у пустотелого кольца должна быть не меньше 1 мм, если общая толщина проводящих слоев в ЭВРТ будет 0,1 мм. Это позволяет устранить смещение стенок кольца под действием магнитного поля в процессе работы ДВМГ, т.к. их толщина будет много больше толщины проводящих слоев ЭВРТ, для которого допускается смещение при работе ДВМГ в радиальном направлении на 1-2 мм из-за отсутствия прочностных свойств у такого цилиндрического ЭВРТ и малой массы.The wall thickness of the hollow ring should be at least an order of magnitude greater than the thickness of the foil in the EVRT so that during the operation of the DVMG the thickness of the skin layer is less than the wall thickness, in order to reduce ohmic losses in the circuit, and to prevent wall deformation in the ring , which would lead to an increase in the inductance of the circuit on which the DVMG operates, which would affect the efficiency of this explosive magnetic system. In order to determine the wall thickness, the following should be considered. For example, if the explosive magnetic generator operates 25 μs, then the thickness of the skin layer in the copper conductor will be ~ 0.5 mm. Nevertheless, the wall thickness of the hollow ring should be at least 1 mm, if the total thickness of the conductive layers in the EVRT is 0.1 mm. This allows you to eliminate the displacement of the walls of the ring under the influence of a magnetic field during the operation of the engine. their thickness will be much greater than the thickness of the conductive layers of the EVRT, for which a shift of 1-2 mm during the operation of the DVMG in the radial direction is allowed due to the lack of strength properties of such a cylindrical EVRT and low mass.
Переход на больший диаметр позволяет уменьшить линейную плотность тока через ЭВРТ и ослабить давление магнитного поля на проводник. При использовании проводника, например, расположенным на диаметре в полтора раза большем, чем в прототипе, общая толщина данного проводника также должна быть уменьшена в полтора раза в полном соответствии с коэффициентом, определяемым, как (DНЭ+2Δ+2δ)/(DНЭ+2δ), чтобы сохранить прежними массу и начальное сопротивление всех проводящих слоев, образующих этот проводник. Кроме того, имеется еще и дополнительное преимущество, т.к. происходит уменьшение воздействия давления магнитного поля на ЭВРТ в полтора раза по сравнению с прототипом. Использование более тонкой фольги могло бы обеспечить наиболее быстрый и равномерный электровзрыв сразу всей ее массы с увеличением конечного значения его сопротивления. Это, в свою очередь, обеспечит стабильность результатов, повысит надежность работы заявляемой системы и увеличит мощность электромагнитного импульса в нагрузке, т.к. данная фольга будет значительно меньше деформироваться, что позволит более гарантировано уменьшить ее растяжение и предотвратить ее разрыв в местах крепления, а также осуществить более быстрый и равномерный электровзрыв проводника ЭВРТ.The transition to a larger diameter allows you to reduce the linear current density through the EEC and weaken the pressure of the magnetic field on the conductor. When using a conductor, for example, located at a diameter one and a half times larger than in the prototype, the total thickness of this conductor should also be reduced by one and a half times in full accordance with the coefficient defined as (D NE + 2Δ + 2δ) / (D NE + 2δ) to keep the mass and initial resistance of all the conductive layers forming this conductor unchanged. In addition, there is also an additional advantage, because there is a decrease in the effect of magnetic field pressure on the electronic ballast and a half times compared with the prototype. The use of a thinner foil could provide the fastest and most uniform electrical explosion immediately of its entire mass with an increase in the final value of its resistance. This, in turn, will ensure the stability of the results, increase the reliability of the inventive system and increase the power of the electromagnetic pulse in the load, because this foil will be much less deformed, which will make it possible to more reliably reduce its stretching and prevent its rupture at the attachment points, as well as to achieve faster and more uniform electric explosion of the EVRT conductor.
Многослойный ЭВРТ образован, по меньшей мере, двумя цилиндрическими проводящими слоями, размещенными друг в друге и изготовленными или из цельной фольги, или из отдельных проводников (проволочки, отдельные цилиндрические сегменты фольги), расположенных вдоль образующих этих цилиндров, либо непрерывной рулонной навивкой металлической фольги, по меньшей мере, чем в два оборота. Навивка многослойного ЭВРТ более тонкой фольгой, по сравнению с однослойным, позволяет более точно подобрать при переходе на требуемый диаметр нужное сопротивление и массу для эффективной работы ЭВРТ.A multilayer EVRT is formed by at least two cylindrical conductive layers arranged in each other and made either of solid foil or of individual conductors (wires, individual cylindrical segments of the foil) located along the generatrices of these cylinders, or by continuous winding of metal foil, at least two turns. The winding of a multilayer EVRT with a thinner foil, in comparison with a single-layer one, makes it possible to more accurately select the necessary resistance and mass for the effective operation of the EVRT when switching to the required diameter.
Все проводящие слои ЭВРТ могут быть разделены диэлектриком. На концах все проводящие слои электрически соединены с торцевыми дисковыми металлическими фланцами, при этом диэлектрик имеет длину, по крайней мере, не меньше, чем суммарная ширина всех элементов с дисковыми зарядами ВВ. Использование слойки, собранной из постоянно чередующих слоев диэлектрика и металла, как показали экспериментальные исследования, позволяет получить более лучшие разрывные характеристики промежутка, особенно, при использовании для навивки очень тонкой фольги, отличающейся толщиной, по крайней мере, в десять раз и более, по сравнению с общей толщиной используемого проводника в ЭВРТ. В этом случае обеспечивается формирование более высокого импульса напряжения (в разы) и, как следствие, большая мощность у импульсной системы. Механизм разрушения такой многослойной фольги оказался отличен от разрушения монолитного слоя. Связано это вероятно с тем, что в тонких слоях взрыв сопровождается более быстрым их разрушением на существующих неоднородностях, разнотолщинностях, а также и турбулентным перемешиванием взорванного слоя с материалом диэлектрика.All conductive EVRT layers can be separated by a dielectric. At the ends, all conductive layers are electrically connected to the end disk metal flanges, while the dielectric has a length of at least no less than the total width of all elements with explosive disk charges. The use of a puff collected from constantly alternating layers of dielectric and metal, as shown by experimental studies, allows one to obtain better breaking properties of the gap, especially when using very thin foil for winding, differing in thickness by at least ten times or more, compared with the total thickness of the conductor used in EVRT. In this case, the formation of a higher voltage pulse (at times) and, as a consequence, the high power of the pulse system is ensured. The mechanism of destruction of such a multilayer foil was different from the destruction of a monolithic layer. This is probably due to the fact that in thin layers the explosion is accompanied by their more rapid destruction on existing inhomogeneities, thickness variations, as well as turbulent mixing of the exploded layer with dielectric material.
Проводящие слои ЭВРТ могут быть выполнены, по крайней мере, из двух разных металлов, причем их удельная проводимость уменьшается в радиальном направлении.Conductive EVRT layers can be made of at least two different metals, and their conductivity decreases in the radial direction.
Использование таких проводников обеспечивает возможность управления параметрами импульса (формы и амплитуды) за счет специального подобранного алгоритма работы электровзрывного формирователя импульса тока, изменяя в достаточно широком диапазоне его конструктивные параметры.The use of such conductors provides the ability to control the parameters of the pulse (shape and amplitude) due to a special selected algorithm of operation of the electric explosive current pulse shaper, changing its design parameters in a fairly wide range.
Выход ДВМГ может быть зашунтирован, по меньшей мере, одним внутренним проводящим слоем, при этом остальные проводящие слои с одного конца электрически соединены с одним из торцевых дисковых металлических фланцев, а с другого -разделены диэлектриком, и поочередное соединение проводящих слоев, у которых масса каждого последующего слоя будет, по меньшей мере, на порядок меньше, чем предыдущего, со вторым торцевым дисковым металлическим фланцем и подключение нагрузки к ДВМГ происходит с помощью, по меньшей мере, одного замыкающего ключа, который может срабатывать от отдельного заряда ВВ, расположенного в нем, или в результате работы крайнего элемента с зарядом ВВ в ДВМГ.The output of the DVMG can be shunted by at least one inner conductive layer, while the remaining conductive layers are electrically connected from one end to one of the end disk metal flanges, and separated from the other by a dielectric, and alternately connecting the conductive layers, each of which has a mass of the next layer will be at least an order of magnitude smaller than the previous one with a second end disk metal flange and the load is connected to the DVMG using at least one locking key, which The raw material can be triggered by a separate explosive charge located in it, or as a result of the operation of an extreme element with an explosive charge in a DVMG.
Отличительным существенным признаком таких ЭВРТ является то, что все цилиндрические проводники изолированы друг от друга, имеют с одной стороны открытые изолированные концы, где каждый последующий слой ЭВРТ электрически не связан с предыдущим до момента создания в этом месте надежного контакта. Тем самым обеспечивается повышение напряженности электрического поля на поверхности взрываемого проводника, т.к. ударная волна распространяется не в воздухе, а в толще диэлектрика и развитие электрической дуги затруднено. Рост мощности в нагрузке от источника обусловлен, таким образом, увеличенным напряжением на ЭВРТ, увеличенной площадью токонесущей поверхности цилиндрических проводников, увеличенным числом электрически взрываемых слоев, тем, что сопротивление каждого предыдущего слоя на порядок меньше, а масса на порядок больше, чем последующего по направлению от ввода к выводу, что достигается использованием как однородных металлов в слоях, так и металлов с различной удельной проводимостью. Соотношения масс и сопротивлений проводящих слоев ЭВРТ обеспечивают условия согласования источника тока с нагрузкой, путем эффективного взрыва каждого проводящего слоя с меньшими потерями энергии. Сопротивление последующего проводящего слоя выбрано большим на порядок, а масса меньше, чтобы после подключения данного слоя замыкающим ключом взрыв его происходил за существенно меньшие времена, как минимум, на порядок.A distinctive essential feature of such electronic devices is that all cylindrical conductors are isolated from each other, have open insulated ends on one side, where each subsequent layer of electronic devices is not electrically connected to the previous one until a reliable contact is made in this place. This ensures an increase in the electric field on the surface of the exploding conductor, because The shock wave does not propagate in air, but in the thickness of the dielectric, and the development of an electric arc is difficult. The increase in power in the load from the source is, therefore, due to the increased voltage on the electronic circuit breaker, the increased surface area of the cylindrical conductors, the increased number of electrically exploded layers, the resistance of each previous layer is an order of magnitude lower, and the mass is an order of magnitude greater than the next in direction from input to conclusion, which is achieved by using both homogeneous metals in the layers and metals with different conductivities. The ratios of the masses and resistances of the conductive layers of the electron-beam current transformer provide the conditions for matching the current source with the load by efficiently exploding each conductive layer with less energy loss. The resistance of the subsequent conductive layer is chosen to be large by an order of magnitude, and the mass is less so that after connecting this layer with a locking key, it will explode in significantly shorter times, at least by an order of magnitude.
Осесимметричная передающая линия может быть зашунтирована со стороны ДВМГ, по меньшей мере, одним проводящим слоем ЭВРТ. Предварительное до начала работы ДВМГ соединение последнего слоя ЭВРТ с контуром нагрузки позволяет при подключение этого последнего слоя к предыдущему на заключительной стадии работы генератора обеспечить также высокую мощность устройства, т.к. из-за использования очень тонкой фольги, обладающей сравнительно высоким сопротивлением и малой массой, электровзрыв будет происходить за сравнительно очень малый промежуток времени и, поэтому, передний фронт токового импульса в нагрузке будет в основном определяться временем электровзрыва этого слоя, что практически позволяет во многих случаях не использовать замыкающий ключ в контуре нагрузки для дальнейшего обострения этого токового импульса.The axisymmetric transmission line can be shunted from the side of the DVMG by at least one conductive layer of the electronic ballasts. The preliminary connection of the last EVRT layer to the load circuit before starting the DVMG allows, when connecting this last layer to the previous one, at the final stage of the generator’s operation, it also ensures high power of the device, since due to the use of a very thin foil having a relatively high resistance and low mass, electric explosion will occur in a relatively very small period of time and, therefore, the leading edge of the current pulse in the load will be mainly determined by the electric explosion time of this layer, which practically allows in many cases Do not use a closing switch in the load circuit to further exacerbate this current pulse.
Чтобы на работу источника до определенного момента времени не влияли последующие слои ЭВРТ необходимо использовать замыкающие ключи, срабатывающие от отдельных зарядов ВВ. Электрический контакт между близлежащими слоями можно осуществлять с помощью индивидуальных замыкающих ключей, использующих для этих целей отдельные замыкающие ключи, срабатывающие от отдельных зарядов ВВ, либо с помощью только одного такого замыкающего ключа. В идеальном случае наиболее выгодно для замыкания большого количества отдельных слоев ЭВРТ использовать отдельные замыкающие ключи. В этом случае их срабатывания обеспечивалось бы выбранным алгоритмом подрыва, используемых ЭД в таких коммутаторах, но это потребует использование большего количества подрывных установок и дополнительных подрывных магистралей, что не всегда возможно из-за различных условий эксплуатации взрывомагнитной системы.In order to prevent the subsequent layers of the electronic ballast from affecting the operation of the source until a certain point in time, it is necessary to use locking keys that are activated by individual explosive charges. Electrical contact between adjacent layers can be achieved using individual closing keys, using separate closing keys for these purposes, triggered by individual explosive charges, or using only one such closing key. In the ideal case, it is most advantageous to use separate locking keys to close a large number of separate layers of the electronic ballasts. In this case, their operation would be ensured by the selected blasting algorithm used by the EDs in such switches, but this will require the use of more blasting installations and additional blasting lines, which is not always possible due to the different operating conditions of the explosive magnetic system.
Наличие замыкающего ключа, который срабатывает в результате работы крайнего элемента с зарядом ВВ в ДВМГ, между слоями не требует использования дополнительных зарядов ВВ и ЭД, что очень существенно при использовании данной взрывомагнитной системы, работающей на нагрузки, через которые нельзя прокладывать токовые магистрали для подрыва цепочек детонаторов, установленных в зарядах ВВ и в замыкающих ключах. В этом случае замыкание данных слоев осуществляется за счет использования только основного заряда ВВ из крайнего элемента. Подрыв его обеспечивает вначале разлет окружающих его металлических дисков, деформация которых продуктами детонации (ПД) обеспечивает усиление энергии в ДВМГ. После же подлета одного из дисков крайнего элемента к крайнему торцевому фланцу он начинает деформироваться в осевом и радиальном направлениях, обеспечивая тем самым либо постепенное последовательное подключение к нему отдельных открытых изолированных слоев ЭВРТ и нагрузки, либо непосредственно нагрузки, если ЭВРТ еще до работы ДВМГ подключен сразу к этому фланцу, либо нагрузки, к которой заранее подключен последний слой ЭВРТ, либо один такой ключ постепенно подключает все слои, а другой такой ключ со стороны другого фланца подключает нагрузку. Обеспечение заданной динамики деформации фланца и передавливания изоляторов обеспечивается подбором в месте замыкания толщин фланца, изоляторов, а также толщинами и профилями промежуточных дисковых вставок, каждая их которых соединена с отдельным своим слоем ЭВРТ.The presence of a closing key, which is triggered as a result of the operation of the outermost element with an explosive charge in the DVMG, between the layers does not require the use of additional explosive and ED charges, which is very important when using this explosive magnetic system operating on loads through which it is impossible to lay current lines to undermine the chains detonators installed in explosive charges and closing keys. In this case, the closure of these layers is carried out by using only the main explosive charge from the extreme element. Undermining it first ensures the expansion of the surrounding metal disks, the deformation of which by detonation products (PD) provides energy amplification in the DVMG. After the approach of one of the disks of the extreme element to the extreme end flange, it begins to deform in the axial and radial directions, thereby providing either a gradual sequential connection of individual open isolated layers of the electronic ballast and load to it, or directly the load if the electronic ballast is connected immediately before the DVMG is connected to this flange, or the load to which the last EVRT layer is pre-connected, or one such key gradually connects all layers, and another such key connects from the other flange side Loading the. Ensuring the desired dynamics of the deformation of the flange and the crushing of the insulators is ensured by the selection at the point of closure of the thickness of the flange, insulators, as well as the thicknesses and profiles of the intermediate disk inserts, each of which is connected to a separate layer of EVRT.
Отсутствие дополнительных зарядов ВВ и ЭД в замыкающем ключе, срабатывание которого обеспечивается работой крайнего элемента с зарядом ВВ в ДВМГ повышает надежность работы такой импульсной системы, и, как следствие, позволяет получать стабильные результаты и использовать ее в таких экспериментах, как, например, получение рентгеновских импульсов при обжатии к центру лайнерных сборок.The absence of additional explosive and ED charges in the closing key, the operation of which is ensured by the operation of the extreme element with the explosive charge in the DVMG, increases the reliability of such a pulsed system, and, as a result, allows to obtain stable results and use it in experiments such as, for example, obtaining pulses during compression to the center of the liner assemblies.
Все эти рассмотренные выше условия, относящие к предлагаемой взрывомагнитной системе, позволяют обеспечить ее более надежную работу и повысить ее мощность за счет обеспечения более стабильных результатов и увеличения импульса тока и напряжения в нагрузке.All these conditions discussed above, which relate to the proposed explosive magnetic system, make it possible to ensure its more reliable operation and increase its power by providing more stable results and increasing the current pulse and voltage in the load.
На Фиг. 1 изображена заявляемая взрывомагнитная система для генерирования мощного импульса энергии, где 1 - взрывомагнитный источник начальной энергии (спиральный взрывомагнитный генератор); 2 - взрывной коммутатор; 3 - ДВМГ; 4 -передний торцевой дисковый металлический фланец, 5 - задний торцевой дисковый металлический фланец, 6- элементы с дисковыми зарядами ВВ (кассеты); 7- ЭВРТ, подключенный к двум торцевым дисковым фланцам; 8 - пустотелое металлическое кольцо прямоугольного сечения; 9 - изолированный зазор между ЭВРТ и пустотелым металлическим кольцом прямоугольного сечения; 10 - осесимметричная передающая линия от ЭВРТ к нагрузке; 11 - нагрузка; 12 - замыкающий ключ, который срабатывает от отдельного заряда ВВ; 13 - заряд ВВ; 14 - изолятор в замыкающем ключе; 15 -система инициирования (СИ) во взрывном коммутаторе 2, отключающем СВМГ; 16 - ВВ во взрывном коммутаторе; 17 - ЭД в ДВМГ; 18 - СИ замыкающего ключа 12 (взрывной замыкающий ключ).In FIG. 1 shows the inventive explosive magnetic system for generating a powerful pulse of energy, where 1 is an explosive source of initial energy (spiral explosive magnetic generator); 2 - explosive switch; 3 - DVMG; 4 - front end disk metal flange; 5 - rear end disk metal flange; 6 - elements with explosive disk charges (cartridges); 7- EVRT connected to two end disk flanges; 8 - a hollow metal ring of rectangular cross section; 9 - an isolated gap between the electronic ballast and a hollow metal ring of rectangular cross section; 10 - axisymmetric transmission line from EVRT to the load; 11 - load; 12 - locking key, which is triggered by a separate explosive charge; 13 - explosive charge; 14 - insulator in the closing key; 15 — initiation system (SI) in an
На Фиг. 2 приведена взрывомагнитная система для генерирования мощного импульса энергии, в которой использование одного взрывного замыкающего ключа позволяет подключать как второй проводящий слой 19 ЭВРТ, отделенный от первого слоя 7 ЭВРТ зазором с диэлектриком 20, так и нагрузку 11.In FIG. Figure 2 shows an explosive magnetic system for generating a powerful pulse of energy, in which the use of one explosive closing key allows you to connect both the second
На Фиг. 3 приведена взрывомагнитная система для генерирования мощного импульса энергии, в которой между пустотелым металлическим кольцом прямоугольного сечения 8 и отдельным элементом с дисковым зарядом ВВ 6 имеется зазор, который обеспечивается тонкой диэлектрической пленкой 21.In FIG. Figure 3 shows an explosive magnetic system for generating a powerful energy pulse in which there is a gap between a hollow metal ring of
На Фиг. 4 приведена взрывомагнитная система для генерирования мощного импульса энергии, в которой подключение тонкого второго проводящего слоя ЭВРТ 19, и нагрузки 11 происходит в результате использования замыкателя 22 (динамический замыкатель), приводящегося в действие энергией взрыва ВВ 23 от крайнего элемента с ВВ 6 и который последовательно замыкает между собой задний торцевой фланец 5 ДВМГ, дополнительный дисковый электрод 24, соединенный со вторым слоем 19 ЭВРТ и нагрузку 11, подключенную к внешнему дисковому электроду 25 динамического замыкателя 22.In FIG. 4 shows an explosive magnetic system for generating a powerful energy pulse, in which the connection of a thin second conductive layer of the
На Фиг. 5 приведен один из возможных вариантов взрывомагнитной системы для генерирования мощного импульса энергии, в которой подключение нагрузки 11 и поочередное соединение второго проводящего слоя 19, электрически подключенного к промежуточному электроду 26, с передним торцевым дисковым металлическим фланцем 4 и третьим проводящим слоем 27, шунтирующим со стороны ДВМГ осесимметричную передающую линию 10 и отделенного от второго слоя 19 с помощью изолятора 28, происходит с помощью отдельного замыкающего ключа 29, который срабатывает от отдельного заряда ВВ 30, расположенного в нем и подрываемого от СИ 31, либо подключение нагрузки будет происходить с помощью другого замыкающего ключа 12, размещенного на заднем торцевом дисковом металлическом фланце 5 и который может срабатывать от отдельного заряда ВВ 13, расположенного в нем и подрываемого от СИ 18.In FIG. 5 shows one of the possible versions of an explosive magnetic system for generating a powerful energy pulse, in which the
В примере реализации взрывомагнитной системы в качестве взрывного источника с осевой системой инициирования заряда взрывчатого вещества был использован быстроходный трехэлементный дисковый генератор диаметром 240 мм с эффективным временем работы ~3 мкс и выходной энергией в мегаджоульном диапазоне. На диаметре 528 мм располагался длиной 150 мм первый цилиндрический проводящий слой ЭВРТ, разделенный со вторым проводящим слоем пленочным изолятором. Толщина первого медного слоя ЭВРТ была ~0,1 мм, а второго ~0,01 мм. При этом δ=5 мм, наружный диаметр элемента с зарядом ВВ DНЭ=252 мм и радиальный размер пустотелого металлического кольца Δ=133 мм. DНЭ+2Δ=518 мм. ДВМГ был запитан начальным током ~5,3 МА. Индуктивность накопительной полости под ЭВРТ, включающая в себя индуктивность зазора 6 между пустотелыми металлическими кольцами и ЭВРТ (0,57 нГн) и индуктивности радиальных щелей (0,923 нГн) между пустотелыми металлическими кольцами, а также между крайними пустотелыми кольцами и двумя торцевыми дисками, была ~1,6 нГн, а индуктивность нагрузки - 1,15 нГн. При создании данной взрывомагнитной системы не ставилась задача минимизации индуктивности полости между слоями ЭВРТ, т.к. она создавалась на базе уже готовой взрывомагнитной системы, в которой использовался однослойный ЭВРТ. Поэтому часть нагрузочной полости была использована для размещения второго слоя ЭВРТ (промежуточная индуктивность между слоями ЭВРТ была ~0,5 нГн), что сказалось на уменьшении выходных характеристик импульса.In an example of the implementation of an explosive magnetic system, a high-speed three-element disk generator with a diameter of 240 mm with an effective operating time of ~ 3 μs and an output energy in the megajoule range was used as an explosive source with an axial explosive charge initiation system. On a diameter of 528 mm, a first cylindrical conductive layer of EVRT, separated from the second conductive layer by a film insulator, was located 150 mm long. The thickness of the first copper layer of EVRT was ~ 0.1 mm, and the second ~ 0.01 mm. In this case, δ = 5 mm, the outer diameter of the element with the explosive charge D NE = 252 mm and the radial size of the hollow metal ring Δ = 133 mm. D NE + 2Δ = 518 mm. The DVMG was powered by an initial current of ~ 5.3 mA. The inductance of the storage cavity under the EVRT, including the inductance of the
Нагрузка и второй слой подключались на ~13,5 мкс с момента начала работы ДВМГ. (Здесь использовался замыкающий ключ, подключающий нагрузку, зашунтированную заранее вторым слоем.) В нагрузке был получен токовый импульс амплитудой 27 МА с полным временем нарастания 1 мкс, при этом τ0,1-0,9, было порядка 0,3 мкс. Когда же ДВМГ работал на индуктивную нагрузку 1,65 нГн через однослойную фольгу толщиной 0,1 мм, был получен в нагрузке ток 32 МА с τ0,1-0,9 порядка 1,2 мкс. Таким образом, при использовании двухслойного ЭВРТ, у которого масса первого слоя больше в 10 раз массы второго слоя, получен в нагрузке импульс с мощностью порядка 1,7 ТВт, а при использовании однослойного ЭВРТ был получен импульс мощностью меньше примерно в 1,9 раз, т.е. ~0,9 ТВт.The load and the second layer were connected at ~ 13.5 μs from the moment the DVMG began to work. (A closing switch was used here, connecting the load shunted in advance by the second layer.) A current pulse with an amplitude of 27 MA with a total rise time of 1 μs was obtained in the load, with τ 0.1-0.9 , about 0.3 μs. When the DVMG operated on an inductive load of 1.65 nH through a single-layer foil with a thickness of 0.1 mm, a current of 32 MA was obtained in the load with τ 0.1-0.9 of the order of 1.2 μs. Thus, when using a two-layer EVRT, in which the mass of the first layer is 10 times greater than the mass of the second layer, a pulse with a power of about 1.7 TW is obtained in the load, and when using a single-layer EVRT, a pulse with a power of about 1.9 times less is obtained. those. ~ 0.9 TW.
При проведении взрывного эксперимента взрывомагнитная система сработала стабильно и в соответствии со штатным режимом, что в первую очередь было связано с размещением ЭВРТ на большем, чем в два раза диаметре, по сравнению с взрывомагнитной системой, созданной на базе однослойной фольги и выбранной в качестве прототипа. Так как ДВМГ выдавал максимальный ток ~44 МА, давление магнитного поля на двухслойный ЭВРТ было примерно в 4 раза меньше, чем давление, воздействующее на однослойный ЭВРТ. Все это увеличивало надежность работы заявленной системы и обеспечило увеличение мощности излучаемого импульса.During an explosive experiment, the explosive magnetic system worked stably and in accordance with the normal mode, which was primarily associated with the placement of the electronic ballasts at a diameter greater than two times, compared with an explosive system created on the basis of a single-layer foil and selected as a prototype. Since the DVMG produced a maximum current of ~ 44 MA, the pressure of the magnetic field on the two-layer electron-beam electron microscope was approximately 4 times lower than the pressure acting on the single-layer electron-beam electron microscope. All this increased the reliability of the claimed system and provided an increase in the power of the emitted pulse.
Работает данное устройство следующим образом. В контуре спирального взрывомагнитного генератора создается начальный магнитный поток. В момент его максимума происходит подрыв с торца заряда ВВ, расположенного в центральной трубе СВМГ. К концу работы СВМГ, который запитывает ДВМГ, происходит подрыв цепочек электродетонаторов систем инициирования 15, 18 от высоковольтных источников питания. Подрыв СИ (цепочка ЭД) 17 приводит к одновременному инициированию всех дисковых зарядов 23, после чего начинает работать дисковый взрывомагнитный генератор 3. В заданный момент времени происходит подрыв СИ 15, расположенной во взрывном коммутаторе 2, чтобы закоротить подводящую к ДВМГ линию в момент максимума тока СВМГ. Вытеснение магнитного потока от ДВМГ в наружную полость, закороченную на периферии фольговым электровзрывным размыкателем тока 7 происходит быстро и обеспечивает эффективный его электровзрыв, приводящий к разрыву данного контура в момент окончания работы ДВМГ и переключению тока в контур нагрузки 11 либо за счет срабатывания замыкающего ключа 12, подключающего нагрузку 11, либо за счет замыкания слоев ЭВРТ 7,19 и подключения нагрузки 11. При этом срабатывание замыкающего ключа 12 происходит за счет использования непосредственно в нем отдельного заряда ВВ 13, либо в результате срабатывания замыкающего ключа 22 во время работы крайнего элемента 6 с зарядом ВВ 23 в ДВМГ. В результате чего и достигается генерирование наиболее мощного импульса энергии в нагрузке.This device works as follows. An initial magnetic flux is created in the circuit of the spiral explosive magnetic generator. At the time of its maximum, an explosion occurs at the end of the explosive charge located in the central tube of the SVMG. By the end of the work of the SVMG, which powers the DVMG, the chains of electric detonators of the
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013135371/07A RU2548021C2 (en) | 2013-07-26 | 2013-07-26 | Explosion-magnetic system generating powerful energy impulse |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013135371/07A RU2548021C2 (en) | 2013-07-26 | 2013-07-26 | Explosion-magnetic system generating powerful energy impulse |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013135371A RU2013135371A (en) | 2015-02-10 |
| RU2548021C2 true RU2548021C2 (en) | 2015-04-10 |
Family
ID=53281451
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013135371/07A RU2548021C2 (en) | 2013-07-26 | 2013-07-26 | Explosion-magnetic system generating powerful energy impulse |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2548021C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2700694C1 (en) * | 2018-11-12 | 2019-09-19 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method and unit for disconnection of disc-type explosive magnetic generator from spiral explosive magnetic generator |
| RU2711093C1 (en) * | 2019-02-19 | 2020-01-15 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Device of electrically explosive current circuit breaker for commutation of disk explosion-magnetic generator current into load |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU794699A1 (en) * | 1969-01-09 | 1981-01-07 | Предприятие П/Я А-1674 | Explosion-magnetic generator |
| SU1014451A1 (en) * | 1978-12-20 | 1985-06-30 | Предприятие П/Я Г-4665 | Disc explosion-magnetic current generator |
| RU2183901C2 (en) * | 2000-04-18 | 2002-06-20 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Spiral explosion-magnetic generator |
| RU2185704C1 (en) * | 2000-10-17 | 2002-07-20 | Чернышев Антон Владимирович | Spiral explosive magnetic generator |
| RU2185705C1 (en) * | 2000-11-14 | 2002-07-20 | Чернышев Антон Владимирович | Spiral explosive magnetic generator |
| RU2311720C1 (en) * | 2006-04-03 | 2007-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ - ВНИИЭФ" | Segmental disk-charge magneto-explosive generator, method for its manufacture and assembly |
| JP2007325457A (en) * | 2006-06-02 | 2007-12-13 | Asahi Kasei Chemicals Corp | Magnetic-concentration-type explosive generator |
| JP2009050047A (en) * | 2007-08-14 | 2009-03-05 | Asahi Kasei Chemicals Corp | Magnetic concentration type explosive power generator |
| CN101793485A (en) * | 2010-01-15 | 2010-08-04 | 北京理工大学 | Armature-free explosive magnetic compression generator |
-
2013
- 2013-07-26 RU RU2013135371/07A patent/RU2548021C2/en active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU794699A1 (en) * | 1969-01-09 | 1981-01-07 | Предприятие П/Я А-1674 | Explosion-magnetic generator |
| SU1014451A1 (en) * | 1978-12-20 | 1985-06-30 | Предприятие П/Я Г-4665 | Disc explosion-magnetic current generator |
| RU2183901C2 (en) * | 2000-04-18 | 2002-06-20 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Spiral explosion-magnetic generator |
| RU2185704C1 (en) * | 2000-10-17 | 2002-07-20 | Чернышев Антон Владимирович | Spiral explosive magnetic generator |
| RU2185705C1 (en) * | 2000-11-14 | 2002-07-20 | Чернышев Антон Владимирович | Spiral explosive magnetic generator |
| RU2311720C1 (en) * | 2006-04-03 | 2007-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ - ВНИИЭФ" | Segmental disk-charge magneto-explosive generator, method for its manufacture and assembly |
| JP2007325457A (en) * | 2006-06-02 | 2007-12-13 | Asahi Kasei Chemicals Corp | Magnetic-concentration-type explosive generator |
| JP2009050047A (en) * | 2007-08-14 | 2009-03-05 | Asahi Kasei Chemicals Corp | Magnetic concentration type explosive power generator |
| CN101793485A (en) * | 2010-01-15 | 2010-08-04 | 北京理工大学 | Armature-free explosive magnetic compression generator |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Proceedings of the Ninth International Conference on Megagauss Magnetic Field Generation and Related Topics/V.D.Selemir, L.N.Plyashkevich.-Sarov, VNIIEF, 2004, p.752-756, fig.1. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2700694C1 (en) * | 2018-11-12 | 2019-09-19 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method and unit for disconnection of disc-type explosive magnetic generator from spiral explosive magnetic generator |
| RU2711093C1 (en) * | 2019-02-19 | 2020-01-15 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Device of electrically explosive current circuit breaker for commutation of disk explosion-magnetic generator current into load |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013135371A (en) | 2015-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1704757B1 (en) | Compact accelerator | |
| Mesyats | Pulsed power | |
| US5811944A (en) | Enhanced dielectric-wall linear accelerator | |
| EP0876663B1 (en) | Apparatus for generating a plasma | |
| US4422013A (en) | MPD Intense beam pulser | |
| Novac et al. | Design, construction and testing of explosive-driven helical generators | |
| RU2548021C2 (en) | Explosion-magnetic system generating powerful energy impulse | |
| US20040232847A1 (en) | Electromagnetic pulse device | |
| Neuber et al. | Magnetic flux compression generators | |
| US5489818A (en) | High power compact microwave source | |
| RU2396630C1 (en) | Explosive current pulse shaper | |
| RU2438206C1 (en) | Explosive current circuit breaker | |
| RU2711093C1 (en) | Device of electrically explosive current circuit breaker for commutation of disk explosion-magnetic generator current into load | |
| Kanaeva et al. | A high-voltage pulse generator for electric-discharge technologies | |
| RU2388135C1 (en) | Helical magnetic explosion generator | |
| US11692797B2 (en) | Permanent magnet seed field system for flux compression generator | |
| RU2399111C1 (en) | Explosive shaper of current pulse | |
| US7218016B2 (en) | Explosively driven radio frequency pulse generating apparatus | |
| RU2547337C2 (en) | Device for study of high-speed implosion of liner | |
| CN106057396B (en) | High temperature plasma gas superconducting electromagnetic coil and microwave pulse generating means | |
| RU2430444C1 (en) | Method of adjusting parameters of current pulse magnetic blast generator output voltage and device to this end (versions) | |
| Demidov et al. | Explosive pulsed power for controlled fusion | |
| RU2397625C2 (en) | Method of effective conversion of electric energy to plasma energy | |
| RU191749U1 (en) | Biconical complex explosive magnetic generator with antenna unit | |
| RU2347312C1 (en) | Pulse power system |