[go: up one dir, main page]

RU2059329C1 - Ferromagnetic exploded-wire electric-pulse generator - Google Patents

Ferromagnetic exploded-wire electric-pulse generator Download PDF

Info

Publication number
RU2059329C1
RU2059329C1 SU4949390A RU2059329C1 RU 2059329 C1 RU2059329 C1 RU 2059329C1 SU 4949390 A SU4949390 A SU 4949390A RU 2059329 C1 RU2059329 C1 RU 2059329C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
core
shock wave
winding
generator
ferromagnetic
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.К. Чернышев
С.В. Пак
Г.И. Волков
А.Н. Скобелев
В.П. Стрекин
Original Assignee
Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики filed Critical Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики
Priority to SU4949390 priority Critical patent/RU2059329C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2059329C1 publication Critical patent/RU2059329C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Magnetic Treatment Devices (AREA)

Abstract

FIELD: off-line exploded-wire sources for producing initial energy sources feeding exploded-wire magnetic generators and devices requiring electric pulse energy. SUBSTANCE: cylindrical shock wave shaper produces cylindrical shock wave acting on coaxially arranged core with set of radial plates, demagnetixing and displacing magnetic flux that shapes electric pulse in helical winding. EFFECT: enlarged functional capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к импульсной взрывной технике, в частности к взрывным источникам, которые могут быть использованы в экспериментальной и технической физике как импульсные источники тока. The invention relates to pulsed explosive technology, in particular to explosive sources that can be used in experimental and technical physics as pulsed current sources.

Известен автономный взрывной генератор [1] содержащий полости сжатия магнитного потока, ограниченные и электрически соединенные между собой на входе генератора проводящей шиной и цилиндрическими проводниками с зарядами ВВ. Постоянные магниты из магнитодиэлектрика примыкают к шинам и цилиндрическим проводникам. Постоянные магниты выполнены в виде трапециевидных призм и расположены с чередованием относительно полостей сжатия, размещенных радиально в зазорах магнитов. Шины и наружные поверхности постоянных магнитов образуют цилиндрическую поверхность генератора. Known self-contained explosive generator [1] containing the compression cavity of the magnetic flux, limited and electrically connected to each other at the input of the generator by a conductive bus and cylindrical conductors with explosive charges. Permanent magnets made of magnetodielectric adjacent to the tires and cylindrical conductors. Permanent magnets are made in the form of trapezoidal prisms and are arranged alternately relative to the compression cavities placed radially in the gaps of the magnets. The tires and the outer surfaces of the permanent magnets form a cylindrical surface of the generator.

Недостатком данного генератора является ограничение по индуктивности класса используемых нагрузок, определяемой конструкцией генератора. Из-за использования неэнергоемких барриевых постоянных магнитов низка начальная, а следовательно, и выходная энергия. The disadvantage of this generator is the limitation on the inductance of the class of loads used, determined by the design of the generator. Due to the use of non-energy-intensive barium permanent magnets, the initial and, therefore, output energy is low.

Наиболее близким к изобретению является ферромагнитный взрывной генератор электрического импульса [2] содержащий ферромагнитный сердечник, формирователь ударной волны (ФУВ) с системой инициирования и обмотку с выводами на нагрузку. Ферромагнитный сердечник выполнен из плоских шайб ферромагнетика, изолированных между собой. Формирователь плоской ударной волны расположен таким образом, что направление ударной волны перпендикулярно плоскости листов сердечника. Обмотка выполнена в виде одного витка, охватывающего кольцевой сердечник. При входе ударной волны в ферромагнетик он размагничивается и по закону сохранения магнитного потока в обмотке генератора возникает импульс тока. Closest to the invention is a ferromagnetic explosive electric pulse generator [2] containing a ferromagnetic core, a shock wave shaper (FWW) with an initiation system and a winding with leads to the load. The ferromagnetic core is made of flat washers of a ferromagnet isolated among themselves. The flat shock wave former is positioned so that the direction of the shock wave is perpendicular to the plane of the core sheets. The winding is made in the form of a single turn, covering the annular core. When a shock wave enters a ferromagnet, it is demagnetized and, according to the law of conservation of magnetic flux, a current pulse appears in the generator winding.

Однако прототип имеет недостаточный уровень энергосъема с единицы объема из-за неоднородности магнитного поля в сердечнике, создаваемого обмоткой с ограниченным числом витков. Расположение пластин в сердечнике перпендикулярно направлению воздействия ударной волны и наличие изоляции из фторопластовой пленки 30 мкм между пластинами ведет к быстрому затуханию ударной волны в сердечнике, что ведет к ограничению объема сердечника и снижению энергосъема генератора. В прототипе рабочая обмотка, с которой снимается выходной импульс, одновитковая, что приводит к работе данного генератора только на низкоиндуктивные нагрузки. However, the prototype has an insufficient level of energy removal per unit volume due to the heterogeneity of the magnetic field in the core created by the winding with a limited number of turns. The location of the plates in the core perpendicular to the direction of impact of the shock wave and the presence of insulation from a fluoroplastic film of 30 μm between the plates leads to a rapid attenuation of the shock wave in the core, which leads to a limitation of the core volume and a decrease in the energy output of the generator. In the prototype, the working winding, from which the output pulse is removed, is single-turn, which leads to the operation of this generator only for low inductive loads.

Целью изобретения является увеличение энергосъема и расширение класса используемых нагрузок. The aim of the invention is to increase the energy removal and expansion of the class of used loads.

Для этого в ферромагнитном взрывном генераторе электрического импульса, содержащем ферромагнитный сердечник, формирователь ударной волны с системой инициирования и обмотку с выводами на нагрузку, формирователь ударной волны (ФУВ), сердечник и обмотка выполнены цилиндрическими и расположены коаксиально, система инициирования ФУВ расположена на оси генератора, причем ФУВ расположен внутри ферромагнитного сердечника с радиальным набором пластин, а обмотка выполнена спиральной и расположена на наружной поверхности сердечника. To do this, in a ferromagnetic explosive electric pulse generator containing a ferromagnetic core, a shock wave shaper with an initiation system and a winding with leads to a load, a shock wave shaper (FSW), the core and winding are made cylindrical and arranged coaxially, the FSW initiation system is located on the axis of the generator, moreover, the FUV is located inside the ferromagnetic core with a radial set of plates, and the winding is helical and located on the outer surface of the core.

Сердечник и обмотка в прототипе выполнены в виде тороида. При размагничивании сердечника ударной волной в цепи выходной обмотки и нагрузки возникает ток, который создает магнитное поле, равное
H

Figure 00000001
(1) где Н напряженность магнитного поля;
I ток в обмотке с нагрузкой;
r расстояние от оси тороида.The core and winding in the prototype are made in the form of a toroid. When the core is demagnetized by a shock wave, a current appears in the circuit of the output winding and load, which creates a magnetic field equal to
H
Figure 00000001
(1) where H is the magnetic field strength;
I current in the winding with a load;
r distance from the axis of the toroid.

Энергия в тороидальной обмотке генератора равна
E

Figure 00000002
(2) где Φo магнитный поток в сердечнике;
L индуктивность тороида.The energy in the toroidal winding of the generator is
E
Figure 00000002
(2) where Φ o is the magnetic flux in the core;
L inductance of a toroid.

Съем энергии с единицы размагничиваемого ферромагнетика равен
E1=

Figure 00000003
Figure 00000004
Figure 00000005
K•
Figure 00000006

(3) где Vф объем ферромагнетика;
r1, r2 внутренний и наружный радиусы тороида соответственно.The energy removal from a unit of a demagnetizable ferromagnet is
E 1 =
Figure 00000003
Figure 00000004
Figure 00000005
K •
Figure 00000006

(3) where V f is the volume of the ferromagnet;
r 1 , r 2 are the inner and outer radii of the toroid, respectively.

Величина К зависит только от отношения r2/r1 тороида и всегда К < 1. При r2/r1=5 К=0,8, r2/r1=10, К=0,7.The value of K depends only on the ratio r 2 / r 1 of the toroid and always K <1. For r 2 / r 1 = 5 K = 0.8, r 2 / r 1 = 10, K = 0.7.

Таким образом, в прототипе съем энергии с единицы объема ферромагнетика всегда меньше значения Н 2 o /8 π.Thus, in the prototype, the removal of energy from a unit volume of a ferromagnet is always less than the value N 2 o / 8 π.

В предлагаемом генераторе при размагничивании сердечника в обмотке возникает ток, который создает однородное магнитное поле. Энергия в обмотке равна
E2= Vф

Figure 00000007
(4)
Из формулы (4) видно, что съем энергии с единицы объема ферромагнетика в предлагаемом генераторе выше, чем в прототипе. Так как генератор-прототип имеет одновитковую обмотку, то работать он может только на низкоиндуктивную нагрузку. Это видно из формулы (2). С увеличением индуктивности нагрузки энергия в генераторе уменьшается. Если вместо нагрузки с индуктивностью L нГн подключить нагрузку с индуктивностью L мкГн, то величина энергии генератора уменьшится в 1000 раз. В предлагаемом генераторе обмотка наматывается в виде спирали непосредственно на сердечник генератора. Число витков обмотки зависит от индуктивности нагрузки. С увеличением индуктивности нагрузки число витков обмотки увеличивается. Следовательно, магнитный поток в обмотке также растет, но при этом энергия в генераторе не уменьшается, как в прототипе, а определяется только объемом ферромагнетика и не зависит от индуктивности нагрузки.In the proposed generator, when the core is demagnetized, a current arises in the winding, which creates a uniform magnetic field. The energy in the winding is
E 2 = V f
Figure 00000007
(4)
From the formula (4) it is seen that the removal of energy from a unit volume of a ferromagnet in the proposed generator is higher than in the prototype. Since the prototype generator has a single-turn winding, it can only work on a low inductive load. This can be seen from formula (2). With increasing load inductance, the energy in the generator decreases. If instead of a load with an inductance L nH, a load with an inductance L μH is connected, then the generator energy will decrease by a factor of 1000. In the proposed generator, the winding is wound in the form of a spiral directly on the generator core. The number of turns of the winding depends on the inductance of the load. With increasing inductance of the load, the number of turns of the winding increases. Therefore, the magnetic flux in the winding also increases, but the energy in the generator does not decrease, as in the prototype, but is determined only by the volume of the ferromagnet and does not depend on the inductance of the load.

Формирователь ударной волны расположен внутри сердечника, а спиральная обмотка на наружной поверхности его. Благодаря таком расположению ударная волна не воздействует на обмотку до тех пор, пока не разрушится весь объем ферромагнетика. The shock wave shaper is located inside the core, and a spiral winding on its outer surface. Due to this arrangement, the shock wave does not affect the winding until the entire volume of the ferromagnet is destroyed.

Преимущество цилиндрической формы сердечника с радиальным набором пластин перед другими заключается в том, что при его использовании получается плотная упаковка ферромагнитного материала без дополнительных конструктивных элементов, располагаемых между формирователем ударной волны и сердечником, что способствует более эффективному действию ударной волны, а размещение обмотки непосредственно на сердечнике уменьшает потери выходной энергии. The advantage of the cylindrical shape of the core with a radial set of plates over others is that when it is used, a dense packing of ferromagnetic material is obtained without additional structural elements located between the shock wave shaper and the core, which contributes to a more effective shock wave action, and the winding is placed directly on the core reduces output energy loss.

Коаксиальное расположение ФУВ с помощью ФС позволяет производить инициирование заряда ВВ одним электродетонатором, размещаемым на оси генератора. Коаксиальная компоновка ФУВ сердечника и обмотки делает конструкцию генератора простой, технологичной, с плотной упаковкой пластин сердечника и высокоэффективным использованием заряда ВВ, что способствует увеличению съема энергии. The coaxial arrangement of the HFW with the help of the FS allows initiating the explosive charge with one electric detonator placed on the axis of the generator. The coaxial arrangement of the FCF of the core and winding makes the design of the generator simple, technologically advanced, with tight packing of the core plates and highly efficient use of explosive charge, which contributes to an increase in energy removal.

Варьируя величиной заряда ФУВ, объемом сердечника и числом витков обмотки, легко достигается согласование генератора с индуктивной или емкостной нагрузками в широком диапазоне. Varying the magnitude of the charge of the FIW, the core volume and the number of turns of the winding, it is easy to match the generator with inductive or capacitive loads in a wide range.

На чертеже изображен предлагаемый ферромагнитный взрывной генератор электрического импульса. The drawing shows the proposed ferromagnetic explosive electric pulse generator.

Ферромагнитный взрывной генератор электрического импульса содержит ферромагнитный сердечник 1, формирователь 2 цилиндрической ударной волны с системой 3 инициирования и обмотку 4 с выводами 5 на нагрузку. Формирователь 2 ударной волны, сердечник 1 и обмотка 4 выполнены цилиндрическими и расположены коаксиально. Система 3 иницирования формирователя 2 ударной волны расположена на оси предлагаемого генератора. Формирователь 2 ударной волны расположен внутри сердечника 1 с радиальным набором пластин. Обмотка 4 выполнена спиральной и расположена на наружной поверхности сердечника 1. Кроме того, предлагаемой генератор содержит цилиндрический элемент 6, являющийся короткозамкнутым витком, магнитопроводы 7 и 8 и постоянный магнит 9. Для формирования цилиндрической ударной волны используется ФУВ с фокусирующей системой 10. The ferromagnetic explosive generator of the electric pulse contains a ferromagnetic core 1, a shaper 2 of a cylindrical shock wave with an initiation system 3 and a winding 4 with terminals 5 to the load. Shock wave shaper 2, core 1 and winding 4 are made cylindrical and arranged coaxially. The system 3 for initiating the shaper 2 of the shock wave is located on the axis of the proposed generator. The shock wave shaper 2 is located inside the core 1 with a radial set of plates. The winding 4 is made spiral and is located on the outer surface of the core 1. In addition, the proposed generator contains a cylindrical element 6, which is a short-circuited coil, magnetic cores 7 and 8 and a permanent magnet 9. For the formation of a cylindrical shock wave is used FUV with a focusing system 10.

Ферромагнитный взрывной генератор электрического импульса работает следующим образом. Ferromagnetic explosive electric pulse generator operates as follows.

С помощью постоянного магнита 9 через магнитопроводы 7 и 8 производится намагничивание сердечника 1. При подаче электрического импульса на электродетонатор он инициирует заряд ВВ фокусирующей системы (ФС) 10. Продукты взрыва разгоняют стенки конических лайнеров ФС, подлетающих одновременно к внутренней поверхности цилиндрического заряда формирователя 2 ударной волны. Происходит подрыв заряда и в нем формируется расходящаяся цилиндрическая детонационная волна. Под действием продуктов взрыва в сердечнике возникает расходящаяся цилиндрическая ударная волна, размагничивающая ферромагнетик. Высвободившийся магнитный поток формирует в обмотке 4 электрический импульс, который через выводы 5 передается в нагрузку. With the help of a permanent magnet 9, magnetization of core 1 is carried out through magnetic cores 7 and 8. When an electric pulse is applied to the electric detonator, it initiates a charge of the explosive focusing system (FS) 10. The explosion products accelerate the walls of the conical liners of the FS, flying simultaneously to the inner surface of the cylindrical charge of the shock former 2 the waves. The charge is undermined and a diverging cylindrical detonation wave is formed in it. Under the action of the explosion products, a diverging cylindrical shock wave arises in the core, demagnetizing the ferromagnet. The released magnetic flux forms an electrical impulse in the winding 4, which is transmitted through the terminals 5 to the load.

В примере конкретного выполнения ферромагнитный генератор состоит из формирователя расходящейся цилиндрической ударной волны (ФУВ), ферромагнитного цилиндрического сердечника с обмоткой и системой намагничивания. Ударное размагничивание сердечника ФМГ производится с помощью взрыва заряда с внешним и внутренним диаметром 57,8 мм и 32 мм соответственно, высотой 24 мм, расположенного между дюралюминиевыми коническими основаниями и цилиндром 6. Для формирования расходящейся цилиндрической детонационной волны в заряде ФУВ 2 используется фокусирующая система 10, состоящая из двух конических лайнеров из АМц с толщиной стенки 0,3 мм, высотой 12,5 мм и углом при вершине конуса 43о20' и заряда ВВ, расположенного между лайнерами и коническими основаниями. Цилиндр 6 с толщиной стенки 0,5 мм является короткозамкнутым витком, препятствующим выходу магнитных силовых линий внутрь генератора. Он является также каркасом сердечника 1.In a specific embodiment, the ferromagnetic generator consists of a shaper of a diverging cylindrical shock wave (FC), a ferromagnetic cylindrical core with a winding and a magnetization system. The shock demagnetization of the FMG core is carried out using a charge explosion with an external and internal diameter of 57.8 mm and 32 mm, respectively, with a height of 24 mm, located between duralumin conical bases and cylinder 6. To form a diverging cylindrical detonation wave in the FUV charge 2, a focusing system 10 consisting of two conical liners of AMts with a wall thickness of 0.3 mm, 12.5 mm and an apex angle of the cone of 20 43 'and the explosive charge disposed between liners and conical bases. A cylinder 6 with a wall thickness of 0.5 mm is a short-circuited coil, which prevents the exit of magnetic lines of force into the generator. It is also the core framework 1.

Сердечник 1 состоит из изолированных пластин (25х5х0,1-0,3). Намагничивается сердечник 1 двенадцатью самарий-кобальтовыми магнитами 9 с размерами 20х18х5 с помощью стального кольцевого магнитопровода 7 с двенадцатью гранями по периферии, разделенного разрезами на двенадцать секторов, и двенадцати стальных элементов 8 магнитопровода, замыкающих магнитные цепи каждого из двенадцати блоков пластин сердечника 1. Core 1 consists of insulated plates (25x5x0.1-0.3). The core 1 is magnetized by twelve samarium-cobalt magnets 9 with dimensions 20x18x5 using a steel ring magnetic core 7 with twelve faces on the periphery, divided by sections into twelve sectors, and twelve steel elements 8 of the magnetic circuit, closing the magnetic circuits of each of the twelve blocks of core plates 1.

По сравнению с прототипом в предлагаемом генераторе увеличен энергосъем с единицы объема в 1,7 раза. В прототипе энергосъем с 1 см3 равен 0,23 Дж, а в предлагаемом генераторе 0,4 Дж с 1 см3.Compared with the prototype, the proposed generator has increased energy removal from a unit volume by 1.7 times. In the prototype, the energy removal from 1 cm 3 is 0.23 J, and in the proposed generator 0.4 J from 1 cm 3 .

Claims (1)

ФЕРРОМАГНИТНЫЙ ВЗРЫВНОЙ ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ИМПУЛЬСА, содержащий ферромагнитный сердечник, формирователь ударной волны с системой инициирования и обмотку с выводами на нагрузку, отличающийся тем, что, с целью увеличения энергосъема и расширения класса используемых нагрузок, формирователь ударной волны, сердечник и обмотка выполнены цилиндрическими и расположены коаксиально, система инициирования формирователя ударной волны расположена на оси генератора, причем формирователь ударной волны расположен внутри сердечника, выполненного в виде радиального набора пластин, а обмотка выполнена в виде спирали и расположена на наружной поверхности сердечника. A FERROMAGNETIC EXPLOSIVE ELECTRIC PULSE GENERATOR containing a ferromagnetic core, a shock wave shaper with an initiation system and a winding with load terminals, characterized in that, in order to increase the energy removal and expand the class of loads used, the shock wave shaper, core and coil are made cylindrical , the initiation system of the shock wave former is located on the axis of the generator, wherein the shock wave former is located inside the core, nnogo as a radial set of plates, and winding is formed as a helix and located on the outer surface of the core.
SU4949390 1991-06-26 1991-06-26 Ferromagnetic exploded-wire electric-pulse generator RU2059329C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4949390 RU2059329C1 (en) 1991-06-26 1991-06-26 Ferromagnetic exploded-wire electric-pulse generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4949390 RU2059329C1 (en) 1991-06-26 1991-06-26 Ferromagnetic exploded-wire electric-pulse generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2059329C1 true RU2059329C1 (en) 1996-04-27

Family

ID=21581317

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4949390 RU2059329C1 (en) 1991-06-26 1991-06-26 Ferromagnetic exploded-wire electric-pulse generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2059329C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2467463C1 (en) * 2011-05-17 2012-11-20 Евгений Куртович Долгих Pulse power generator (versions)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР N 1480712, кл. H 02N 11/00, 1987. 2. Авторское свидетельство СССР N 683436, кл. H 02N 11/00, 1975. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2467463C1 (en) * 2011-05-17 2012-11-20 Евгений Куртович Долгих Pulse power generator (versions)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kim et al. Development and tests of fast 1-MA linear transformer driver stages
Altgilbers et al. Explosive pulsed power
US4707619A (en) Saturable inductor switch and pulse compression power supply employing the switch
GB2206677A (en) Electromagnetic gun
US4612455A (en) Distributed pulse forming network for magnetic modulator
RU2059329C1 (en) Ferromagnetic exploded-wire electric-pulse generator
US6281603B1 (en) Pulse line generators
RU2467463C1 (en) Pulse power generator (versions)
RU2388135C1 (en) Helical magnetic explosion generator
US11692797B2 (en) Permanent magnet seed field system for flux compression generator
USH148H (en) Shock electromechanical energy converter with permanent magnet
RU2156026C2 (en) Method and device for explosive cumulation of magnetic energy
USH1389H (en) Iron backed, round bore, augmented electromagnetic accelerator as an injector
RU2459395C1 (en) Linear induction accelerator
RU2286003C1 (en) Autonomous magnetic cumulative generator
US6005305A (en) Magnetic voltage-pulser
RU2231937C1 (en) Linear induction accelerator
RU1369653C (en) Magnetocummulative energy converter
RU2164052C2 (en) Electromagnetic energy pulse generating and converting device
SU794683A1 (en) Relativistic magnetron generator
RU2169425C2 (en) Magnetic-explosion helical generator
RU2218658C2 (en) Transformer-generator unit
SU447118A1 (en) Accelerating system of linear induction accelerator
SU273893A1 (en) Charged particle accelerator
RU2054795C1 (en) Electromagnetic radiation generator