ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2286003
АВТОНОМНЫЙ МАГНИТОКУМУЛЯТИВНЫЙ ГЕНЕРАТОР
Имя изобретателя: Гурин Виктор Егорович (RU); Пикарь Александр Степанович (RU); Королев Павел Вячеславович (RU); Климашов Максим Владимирович (RU); Шибитов Юрий Михайлович (RU); Борискин Александр Сергеевич (RU); Голосов Сергей Николаевич
Имя патентообладателя: Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии (RU); Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ"
Адрес для переписки: 607188, Нижегородская обл., г. Саров, пр. Мира, 37, ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ", начальнику ОПИНТИ
Дата начала действия патента: 2005.03.05
Генератор предназначен для
преобразования химической энергии
взрывчатого вещества в электромагнитную
энергию. Поставленная задача достигается
тем, что в автономном магнитокумулятивном
генераторе, состоящем из спирального
проводника, токопроводящего лайнера с
зарядом вещества и системой инициирования,
полости сжатия магнитного потока, нагрузки
и системы постоянных магнитов, содержащей,
по меньшей мере, один магнит, расположенный
над спиральным проводником с
намагниченностью, параллельной
поверхности спирального проводника,
система постоянных магнитов содержит
дополнительный магнит, расположенный над
спиральным проводником со стороны нагрузки
с намагниченностью, перпендикулярной
поверхности спирального проводника, причем
силовые линии магнитного поля системы
магнитов и в полости сжатия образуют
замкнутый контур. Технической задачей
изобретения является снижение потоков
рассеяния за пределами контура сжатия
магнитного потока и, как следствие,
увеличение начальной энергии в контуре
сжатия магнитокумулятивного генератора.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к
устройствам преобразования химической
энергии взрывчатого вещества (ВВ) в
электромагнитную, то есть к
магнитокумулятивным (МКГ) или
взрывомагнитным (ВМГ) генераторам,
основанным на сжатии магнитного потока.
Устройство может быть использовано
в экспериментальной физике как автономный
импульсный источник энергии, а также для
создания генераторов электромагнитного
излучения, в экспериментах с плазменными
камерами, по разгону лайнеров и др.
В известных МКГ средством для создания
начального магнитного поля могут быть
конденсаторные батареи, пьезогенераторы
или системы постоянных магнитов, которые
относятся к так называемым автономным МКГ.
Известен автономный МКГ авторов Б.А.Бойко,
В.Е.Гурин "Взрывомагнитный источник тока",
а.с. №1551214, кл. МПК Н 02 N 11/00, опубликованный в
БИ №13 (II часть), 2000 г. Устройство содержит
цилиндрический проводник с зарядом ВВ и
постоянные магниты, в зазоре между которыми
размещены токопроводящие шины. Со стороны
выхода источника шины соединены между
собой и с одним выводом для нагрузки, а
второй вывод соединен с проводником. Со
стороны входа источника шины и проводник
соединены между собой. Число постоянных
магнитов равно числу шин, а выполнены
магниты в виде призм, попарно совмещенных
одними из боковых граней. Разноименные
полюса призм обращены друг к другу.
Известен МКГ авторов Гурин В.Е., Пикарь А.С.,
Саратов А.Ф., Климатов М.В. "Взрывной
магнитокумулятавный генератор", патент
на изобретение №2181227, кл. МПК Н 02 N 11/00,
опубликованный в БИ №10, 10.04.2002 г.
Устройство содержит по меньшей мере две
полости сжатия магнитного потока,
ограниченные двумя осесимметричными
плоскими электродами, между которыми
установлены два токопроводящих диска с
зарядом взрывчатого вещества между ними и
средствами инициирования. Источник
начальной энергии выполнен из четырех
кольцевых постоянных магнитов разного
диаметра, попарно расположенных один в
другом снаружи по обе стороны полостей
сжатия, полюса магнитов направлены в разные
стороны, причем у внутренних магнитов в
одну сторону, а у наружных в другую, кроме
того, кольцевые магниты внутренней боковой
поверхностью примыкают к плоским
электродам, выполненным в виде плоских
спиралей на диэлектрической подложке.
Недостатком устройства-аналога в первом
случае является низкий коэффициент
усиления энергии. Ограничения связаны с
низкой начальной индуктивностью шинных МКГ.
Во втором устройстве-аналоге недостатком
является малая величина захватываемого
магнитного потока и, как следствие, малая
величина начальной энергии.
Наиболее близким к заявляемому является
автономный магнитокумулятивный генератор
А.Б.Прищепенко "Устройство на основе
постоянных магнитов для создания
начального тока в спиральных ВМГ". ПТЭ
"Приборы и техника эксперимента" №4, 1995
г., стр.138-145, рис.1. Автономный
магнитокумулятивный генератор состоящий
из спирального проводника, токопроводящего
лайнера с зарядом взрывчатого вещества и
системой инициирования, полости сжатия
магнитного потока, нагрузки и системы
постоянных магнитов, содержащей по меньшей
мере один магнит, расположенный над
спиральным проводником с намагниченностью,
параллельной поверхности спирального
проводника.
Система постоянных магнитов в прототипе
выполнена в виде сегментов колец с
радиальной намагниченностью,
расположенных за пределами спирального
проводника, и параллелепипедов с осевой
намагниченностью из самарий-кобальтового
сплава, расположенных над спиральным
проводником. Недостатком МКГ по прототипу
является малая величина начального
магнитного потока (˜1,3 мВб), что
соответствует начальной энергии в контуре
0,07 Дж. Ограничения связаны со значительными
потоками рассеяния за пределами контура
сжатия, возникающими при размещении
магнитов с осевой намагниченностью поверх
спирального проводника.
При создании данного изобретения
решалась задача разработки спирального
автономного МКГ с качественно улучшенными
параметрами.
Техническим результатом при решении
данной задачи явилось снижение потоков
рассеяния за пределами контура сжатия
магнитного потока и, как следствие,
увеличение начальной энергии в контуре
сжатия спирального МКГ.
Указанный технический результат
достигается тем, что по сравнению с
известным автономным МКГ, состоящим из
спирального проводника, токопроводящего
лайнера с зарядом взрывчатого вещества и
системой инициирования, полости сжатия
магнитного потока, нагрузки и системы
постоянных магнитов, содержащей по меньшей
мере один магнит, расположенный над
спиральным проводником с намагниченностью,
параллельной поверхности спирального
проводника, в заявляемом генераторе
система постоянных магнитов содержит
дополнительный постоянный магнит,
расположенный над спиральным проводником
со стороны нагрузки с намагниченностью,
перпендикулярной поверхности спирального
проводника, который деформирует магнитное
поле так, что силовые линии магнитного поля
системы постоянных магнитов и в полости
сжатия образуют замкнутый контур, при этом
снижается поток рассеяния со стороны
нагрузки. Кроме того, может быть установлен
дополнительный постоянный магнит,
расположенный со стороны, противоположной
нагрузке с намагниченностью,
перпендикулярной поверхности спирального
проводника, который также деформирует
магнитное поле и удлиняет зону продольного
магнитного поля в полости сжатия, причем
силовые линии магнитного поля системы
постоянных магнитов и в полости сжатия
образуют замкнутый контур, при этом
снижается поток рассеяния со стороны,
противоположной нагрузке.
Также может быть установлен
дополнительный постоянный магнит с
намагниченностью, параллельной
поверхности спирального проводника,
расположенный с торца полости сжатия,
усиливая продольную составляющую
магнитного поля в полости сжатия. Таким
образом, и этот дополнительный постоянный
магнит включен в последовательную цепь
предыдущих магнитов, так что силовые линии
магнитного поля всех магнитов и в полости
сжатия образуют замкнутый контур.
Для снижения потоков рассеяния
устройство может содержать хотя бы один
магнитопровод, расположенный с внешней
стороны постоянных магнитов с
намагниченностью, перпендикулярной
поверхности спирального проводника.
Для концентрации магнитного потока под
спиральным проводником в полости сжатия
генератора сбоку от спирали со стороны,
противоположной нагрузке, может быть
установлен цилиндрический магнитопровод.
При наличии в предлагаемой конструкции
автономного МКГ системы постоянных
магнитов с намагниченностью,
перпендикулярной поверхности спирального
проводника с магнитопроводами, и магнита с
намагниченностью, параллельной
поверхности спирального проводника,
расположенного с торца полости сжатия с
цилиндрическим магнитопроводом, начальный
магнитный поток в полости сжатия в
заявляемом автономном МКГ увеличен в 17 раз
по сравнению с прототипом.
 |
На фиг.1 изображен заявляемый автономный
магнитокумулятивный генератор с
цилиндрическим спиральным МКГ, состоящий
из спирального проводника 1,
токопроводящего лайнера 2 с зарядом ВВ 3 и
системой инициирования 4, полости сжатия
магнитного потока 5, нагрузки 6 и системы
постоянных магнитов, содержащей по меньшей
мере один магнит 7, расположенный над
спиральным проводником, с намагниченностью,
параллельной поверхности спирального
проводника. Система постоянных магнитов
содержит дополнительный постоянный магнит
8, расположенный над спиральным проводником
со стороны нагрузки с намагниченностью,
перпендикулярной поверхности спирального
проводника, причем силовые линии
магнитного поля системы постоянных
магнитов и в полости сжатия образуют
замкнутый контур.
|
|
|
На фиг.2 изображен заявляемый автономный
магнитокумулятивный генератор с плоской
спиралью, состоящий из плоского
спирального проводника 1, токопроводящего
плоского лайнера 2 с зарядом ВВ 3 и системой
инициирования 4, полости сжатия магнитного
потока 5, нагрузки 6 и системы постоянных
магнитов, содержащей по меньшей мере один
постоянный магнит 7, расположенный над
плоским спиральным проводником с
намагниченностью, параллельной
поверхности плоского спирального
проводника. Система постоянных магнитов
содержит дополнительный постоянный магнит
8, расположенный над плоским спиральным
проводником со стороны нагрузки с
намагниченностью, перпендикулярной
поверхности плоского спирального
проводника, причем силовые линии
магнитного поля системы постоянных
магнитов и в полости сжатия образуют
замкнутый контур, кроме того, установлен
стакан 17, изготовленный из немагнитного
материала для исключения разгрузки заряда
ВВ в сторону от полости сжатия магнитного
потока.
|
 |
На фиг.3 изображен заявляемый автономный
магнитокумулятивный генератор с
цилиндрическим спиральным МКГ с
дополнительным постоянным магнитом 9,
расположенным со стороны, противоположной
нагрузке с намагниченностью,
перпендикулярной поверхности спирального
проводника, который удлиняет зону
продольного магнитного поля в полости
сжатия, причем силовые линии магнитного
поля системы постоянных магнитов и в
полости сжатия образуют замкнутый контур.
На фиг.4 изображен заявляемый автономный
магнитокумулятивный генератор с
цилиндрическим спиральным МКГ с
дополнительным постоянным магнитом 10, с
намагниченностью, параллельной
поверхности спирального проводника,
расположенным с торца полости сжатия,
усиливая продольную составляющую
магнитного поля в полости сжатия.
На фиг.5 изображен заявляемый автономный
магнитокумулятивный генератор с
цилиндрическим спиральным МКГ, содержащий
хотя бы один магнитопровод 11 или 12,
расположенный с внешней стороны постоянных
магнитов с намагниченностью,
перпендикулярной поверхности спирального
проводника.
На фиг.6 изображен заявляемый автономный
магнитокумулятивный генератор с
цилиндрическим спиральным МКГ, содержащий
со стороны, противоположной нагрузке,
цилиндрический магнитопровод 13,
примыкающий к полости сжатия магнитного
потока. Кроме того, 14 - замыкатель тока, 15 -
заглушка, 16 - корпус генератора.
 |
На фиг.7 изображено сечение А-А
автономного магнитокумулятивного
генератора с цилиндрическим спиральным МКГ
фиг.6.
В предлагаемом примере конкретного
выполнения, например, по фиг.6 автономного
МКГ система постоянных магнитов выполнена
из четырех наборов плоских оксидно-бариевых
магнитов с размерами 80×57×24 мм и
дополнительный постоянный магнит наружным
диаметром 52 мм, поз.10, внутренним диаметром
22 мм, толщиной 21 мм. Набор магнитов с
намагниченностью, параллельной
поверхности спирального проводника,
изготовлен из указанного материала с
размерами 80×28×24 мм. Магнитопровод
выполнен из листового магнитомягкого
материала, например сталь 10, толщиной 1,5 мм с
размерами 80×57 мм, установленный с
внешней стороны магнитов с
намагниченностью, перпендикулярной
поверхности спирального проводника.
Цилиндрический магнитопровод выполнен из
указанного выше материала наружным
диаметром 52 мм, внутренним диаметром 49 мм и
длиной 16 мм.
|
Блок постоянных магнитов с
магнитопроводом представляет
самостоятельное устройство и собирается
отдельно от спирального МКГ, при этом
имеется возможность контроля начальных
параметров магнитного поля в полости
сжатия до проведения эксперимента. Диаметр
спирали многосекционного МКГ - 50 мм, длина 200
мм.
Работает автономный МКГ следующим
образом. В свободную полость системы
постоянных магнитов устанавливается
снаряженный зарядом ВВ спиральный МКГ.
После постановки средств инициирования и
подрыва заряда ВВ токопроводящий лайнер
под действием продуктов взрыва начинает
расширяться, принимая форму конуса. Сразу
же после начала движения токопроводящего
лайнера контур генератора замыкается и
магнитный поток, охватываемый витками
спирали, полностью используется в процессе
сжатия. При этом точка контакта конуса
токопроводящего лайнера движется по виткам
спирального проводника, в результате чего
индуктивность контура и его эффективная
площадь уменьшаются. Магнитное поле при
этом усиливается и вытесняется в нагрузку.
По мере вытеснения и сжатия магнитного
потока происходит усиление индукционного
тока и энергии магнитного поля.
Изготовлен и испытан опытный образец
заявляемого автономного МКГ. Начальная
энергия магнитного поля системы постоянных
магнитов в полости сжатия составила 1 Дж, а
конечная энергия - 120 Дж.
Таким образом, по сравнению с прототипом,
где начальная энергия магнитного поля
составила 0,07 Дж, в заявляемом автономном
МКГ начальная энергия увеличена в 17 раз.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Автономный магнитокумулятивный
генератор, состоящий из спирального
проводника, токопроводящего лайнера с
зарядом взрывчатого вещества и системой
инициирования, полости сжатия магнитного
потока, нагрузки и системы постоянных
магнитов, содержащей, по меньшей мере, один
магнит, расположенный над спиральным
проводником с намагниченностью,
параллельной поверхности спирального
проводника, отличающийся тем, что система
постоянных магнитов содержит
дополнительный постоянный магнит,
расположенный над спиральным проводником
со стороны нагрузки с намагниченностью,
перпендикулярной поверхности спирального
проводника, причем силовые линии
магнитного поля системы магнитов и в
полости сжатия образуют замкнутый контур.
2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что
система постоянных магнитов содержит
дополнительный постоянный магнит,
расположенный со стороны, противоположной
нагрузке, с намагниченностью,
перпендикулярной поверхности спирального
проводника.
3. Генератор по п.2, отличающийся тем, что
система постоянных магнитов содержит
дополнительный постоянный магнит с
намагниченностью, параллельной
поверхности спирального проводника,
расположенный с торца полости сжатия
магнитного потока.
4. Генератор по п.2, отличающийся тем, что он
содержит хотя бы один магнитопровод,
расположенный с внешней стороны постоянных
магнитов с намагниченностью,
перпендикулярной поверхности спирального
проводника.
5. Генератор по п.2, отличающийся тем, что со
стороны, противоположной нагрузке,
расположен цилиндрический магнитопровод,
примыкающий к полости сжатия.
Версия для печати
Дата публикации 26.04.2007гг
вверх
|
