СПОСОБ ГЕНЕРИРОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОГО ИМПУЛЬСА ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ВЗРЫВОМ ПРОВОДНИКА
METHOD TO GENERATE MECHANICAL PULSE BY CONDUCTOR ELECTRICAL BLASTING

Изобретение относится к технике создания кратковременных интенсивных импульсов давления и может быть использовано для изучения механических свойств материалов в экстремальных условиях нагружения (высокие давления и скорости деформации).
Известен способ воспроизведения низкоинтенсивных импульсных нагрузок малой длительности методом электрического взрыва проводников (ЭВП) [1], который позволяет воспроизвести волновые процессы в конструкционных материалах. Короткая длительность механического импульса при электрическом взрыве проводника формируется в процессе резкого расширения вещества в ходе интенсивного джоулева нагрева объема металла импульсом электрического тока.
0
0
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ генерирования механического импульса электрическим взрывом проводника, выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что экспериментальная установка, состоящая из конденсаторной батареи емкостью С с собственной индуктивностью L, разряжается на узел нагрузки, включающий взрываемый проводник (фольгу) [2]. Недостатками данного способа применительно к генерированию механического импульса является необходимость уменьшения индуктивности нагрузки (до уровня ~50 мкГн) и увеличения амплитуды разрядного тока (>1 МА) для сокращения длительности механического импульса, что связано с трудностью технической реализации.
Основной технической задачей является сокращение длительности генерируемого механического импульса без уменьшения индуктивности нагрузки.
Технический результат предлагаемого способа достигается тем, что формирование тока в разрядном контуре обеспечивают подключением взрываемой фольги к двум электроразрядным установкам различной емкости и индуктивности, срабатывающим с задержкой относительно друг друга, в результате чего получают механический импульс меньшей длительности. При этом стадия плавления фольги осуществляется импульсом тока малой амплитуды большой длительности, а при достижении времени начала стадии взрыва подключают низкоэнергетическую установку с высокой скоростью ввода энергии. В этом случае изменение тока в нагрузке осуществляется по закону, представляющему собой сумму двух гармонических колебаний с задержкой одного относительно другого и определяется по соотношению:
lmax
1
2max
2
3
I(t)=Isin(ωt)+Isin(ωt+t),
1max
где I - максимальное значение силы тока 1-го гармонического колебания, А;
1
ω- частота первого гармонического колебания, рад/с;
2max
I- максимальное значение силы тока 2-го гармонического колебания, А;
1
ω- частота второго гармонического колебания, рад/с;
t - текущее время, с;
3
t - время задержки начала одного колебания относительно другого, с.
Схема реализации предлагаемого способа представлена на фиг.1, где показаны: 1 - первая электроразрядная установка емкостью С1, индуктивностью L1, сопротивлением R1 с коммутирующим разрядником К1; 2 - вторая электроразрядная установка емкостью С2, индуктивностью L2, сопротивлением R2 с коммутирующим разрядником К2; 3 - блок нагружения, включающий взрываемую плоскую металлическую фольгу сопротивлением R3 и индуктивностью L3.
Способ осуществляется следующим образом.
3
Вначале устанавливают и закрепляют взрываемую фольгу в блоке нагрузки 3, осуществляют заряд накопительных емкостей C1, С2 электроразрядных установок 1 и 2, затем проводят разряд электроразрядной установки 1 на взрываемую фольгу 3 и разряд электроразрядной установки 2 с задержкой t относительно установки 1.
Реализация разработанного способа проводилась с использованием установок ФГУ «12 ЦНИИ МО РФ» «Зенит-К» и «ГИН-50» с параметрами, приведенными в таблице.
Характеристики электроразрядных установок
Название установки
Максимальное зарядное напряжение, кВ
Емкость, мкФ
Индуктивность разрядного контура, мкГн
Сопротивление разрядного контура, Ом
1
Зенит-К
50
288
5,5
0,023
2
ГИН-50
50
11,237
0,667
0,022
4
3
На фиг.2 показана форма импульса тока при применении известного (а) и предлагаемого (б) способов. Видно, что за счет подключения низкоэнергетической установки длительность стадии электрического взрыва (t-t) удается существенно сократить.
2
В результате экспериментальных исследований по воспроизведению механического импульса давления методом электрического взрыва проводников при взрыве алюминиевой фольги размером 5×5 см толщиной 10-30 мкм установлено, что длительность механического импульса давления при применении известного способа (использование установки «Зенит-К») составляет 1-9 мкс, а при применении предлагаемого способа (совместное использование установок «Зенит-К» и «ГИН-50») 0,2-0,8 мкс в зависимости от величины генерируемого механического импульса.
Источники информации
1. Герасимов А.И., Золотов В.А., Кульгавчук В.В. Электровзрывной имитатор ударного нагружения при воздействии на вещество интенсивного импульсного излучения. // Вопросы атомной науки и техники. / Серия физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. Вып.3-4. 2005. С.97-101.
2. Павловский А.И., Кашинцов В.И., Глушак Б.Л., Новиков С.А. Генерирование механического импульса электрическим взрывом проводника. // Физика горения и взрыва. Т.19. №3. С.124-126.