СПОСОБ И УЗЕЛ ОТКЛЮЧЕНИЯ ДИСКОВОГО ВЗРЫВОМАГНИТНОГО ГЕНЕРАТОРА ОТ СПИРАЛЬНОГО ВЗРЫВОМАГНИТНОГО ГЕНЕРАТОРА
METHOD AND UNIT FOR DISCONNECTION OF DISC-TYPE EXPLOSIVE MAGNETIC GENERATOR FROM SPIRAL EXPLOSIVE MAGNETIC GENERATOR

Группа изобретений относится к физике высоких плотностей энергии, в частности к устройствам и способам преобразования энергии взрывчатого вещества (ВВ) в электромагнитную энергию. Способ и узел отключения могут быть использованы в устройстве для кумуляции мощных импульсов электрического тока для отключения дискового взрывомагнитного генератора от спирального взрывомагнитного генератора.
Принцип действия взрывомагнитного генератора (ВМГ) основан на преобразовании химической энергии взрывчатых веществ (ВВ) в энергию магнитного поля путем быстрого сжатия продуктами взрыва электрического контура с током. Начальный магнитный поток в контуре дискового взрывомагнитного генератора (ДВМГ) создается спиральным взрывомагнитным генератором (СВМГ). При достижении в ДВМГ магнитного потока заданной величины необходимо отключить СВМГ от ДВМГ для того, чтобы удалить паразитную индуктивность СВМГ из токового контура ДВМГ. Для этой цели служит узел и способ отключения.
Из уровня техники известен способ и узел отключения дискового взрывомагнитного генератора от спирального взрывомагнитного генератора, представленные в патентах (патент RU №2547337, Устройство для исследования эффективности высокоскоростной имплозии лайнера, авторов Глыбин A.M. и др., опубликован 10.04.2015 и патент RU №2548021, Взрывомагнитная система для генерирования мощного импульса энергии, авторов Борискин А.С. и др., опубликован 10.04.2015), при этом патент RU №2548021 выбран в качестве прототипа. Способ заключается в том, что при максимальном значении тока отключают спиральный взрывомагнитный источник питания путем замыкания контура дискового взрывомагнитного генератора следующим образом: подается подрывной импульс на электродетонаторы (ЭД) устройства иницирования взрывного коммутатора (узла отключения), которое срабатывает и возбуждает детонацию по кольцу в заряде взрывчатого вещества узла отключения, далее под действием продуктов детонации заряда взрывчатого вещества узла отключения происходит замыкание проводников. Узел отключения представляет собой соосно расположенные основной заряд взрывчатого вещества, устройство инициирования основного заряда взрывчатого вещества, наружный и внутренний электроды, изолятор между ними. При подаче импульса на электродетонаторы устройства инициирования происходит подрыв основного заряда ВВ, который разгоняет наружный электрод. Наружный электрод разрушает изолятор, и, касаясь внутреннего электрода, замыкает электрический контур ДВМГ, тем самым отключая ДВМГ от СВМГ.
Недостатками известного способа и устройства являются необходимость использования высоковольтного кабеля рядом с ВВ для подрыва узла отключения, что требует наличия на полигоне, где проводятся эксперименты с ВМГ, специального высоковольтного оборудования. Так как подрыв происходит ближе к концу работы СВМГ, в условиях большого внешнего электромагнитного поля, требуется предпринимать специальные меры по защите подрывного кабеля. Существует опасность аварии при монтаже электрической разводки (подключении кабеля подрыва), т.к. ВВ находится рядом, а монтаж как правило происходит в неблагоприятных внешних условиях. В некоторых случаях недостатком является то, что время замыкания разрядного контура дискового взрывомагнитного генератора задается в ходе подготовки к эксперименту при настройке специального высоковольтного оборудования, а не на стадии проектирования.
При создании данного изобретения решалась задача создания способа и устройства отключения СВМГ от ДВМГ, позволяющих повысить надежность работы системы, состоящей из СВМГ и ДВМГ, и сократить стоимость эксперимента.
Технический результат, достигаемый при решении данной задачи, заключается в сокращении затрат на проведение эксперимента и повышении надежности работы системы, состоящей из СВМГ и ДВМГ.
Технический результат достигается предлагаемым способом отключения дискового взрывомагнитного генератора от спирального взрывомагнитного генератора, согласно которому отключение выполняют после зарядки дискового взрывомагнитного генератора начальным током путем замыкания разрядного контура дискового взрывомагнитного генератора в момент времени, совпадающий с моментом набольшего значения зарядного тока дискового взрывомагнитного генератора от спирального взрывомагнитного генератора при инициировании основного заряда взрывчатого вещества узла отключения. В предлагаемом способе новым является то, что инициирование основного заряда взрывчатого вещества осуществляют посредством передачи детонационной волны от заряда взрывчатого вещества спирального взрывомагнитного генератора по каналам детонации, при этом время замыкания разрядного контура дискового взрывомагнитного генератора выбирают изменением длины каналов детонации.
Также технический результат достигается тем, что в узле отключения дискового взрывомагнитного генератора от спирального взрывомагнитного генератора, содержащем соосно расположенные основной заряд взрывчатого вещества, устройство инициирования основного заряда взрывчатого вещества, наружный и внутренний электроды, изолятор между ними, новым является то, что устройством инициирования является заряд взрывчатого вещества спирального взрывомагнитного генератора, причем соединение заряда взрывчатого вещества спирального взрывомагнитного генератора и основного заряда взрывчатого вещества выполнено осесимметричными аксиальными детонационными каналами и радиально расположенной по отношению к ним пластиной из взрывчатого вещества.
Новый способ отключения сокращает использование в экспериментах высоковольтных подрывных кабелей, средств инициирования (электродетонаторов), вследствие чего исключаются электромагнитные наводки на подрывных кабелях узла отключения и преждевременное срабатывание узла отключения - повышается надежность работы системы, состоящей из СВМГ и ДВМГ. Снижаются трудозатраты при проведении эксперимента и стоимость оборудования; сокращается количество опасных работ со средствами иницирования, сокращаются работы по прокладке подрывных магистралей и средств контроля за ними. Уменьшается количество подрывных установок, требуемых для эксперимента. Сокращаются трудозатраты на подготовку и проверку подрывных установок перед экспериментом.
Расчет времени работы узла отключения и время его подключения переносится со стадии подготовки к эксперименту на стадию проектирования конструкции.
Сущность изобретения поясняется рисунком. На фиг. показаны следующие элементы:
1 - заряд взрывчатого вещества спирального взрывомагнитного генератора;
2 - инертные вставки;
3 - детонационные каналы;
4 - пластина из взрывчатого вещества;
5 - основной заряд взрывчатого вещества;
6 - внутренний электрод;
7 - изолятор;
8 - наружный электрод.
Узел отключения имеет цилиндрическую симметрию. Он состоит из внутреннего электрода 6 и наружного электрода 8, между которыми находится изолятор 7. К внутреннему электроду 6 прилегает основной заряд 5 взрывчатого вещества, масса которого должна быть достаточна для разгона внутреннего электрода 6. Основной заряд 5 взрывчатого вещества «соединен» с зарядом взрывчатого вещества спирального взрывомагнитного генератора посредством детонационных каналов 3 и пластины взрывчатого вещества 4. Детонационные каналы 3 представляют из себя круглые отверстия в инертных (не взрывающихся) вставках 2, заполненные взрывчатым веществом.
Работает заявляемое устройство следующим образом.
От заряда 1 взрывчатого вещества спирального взрывомагнитного генератора по детонационным каналам 3 (отверстия в инертных вставках 2, заполненные взрывчатым веществом, как правило, пластичным), детонация передается к пластине 4 из взрывчатого вещества. Затем, распространяясь в направлении от оси к периферии, инициирует основной заряд 5 взрывчатого вещества. Продукты взрыва разгоняют внутренний электрод 6 в осевом и радиальном направлении. Внутренний электрод 6 разрушает изолятор 7 и соединяется с наружным электродом 8, тем самым замыкает электрический контур ДВМГ, отключая его от СВМГ.
С целью подтверждения осуществимости заявленного устройства и способа проведены три эксперимента. В состав экспериментального устройства входил трехэлементный дисковый взрывомагнитный генератор диаметром 250 мм, спиральный взрывомагнитный генератор диаметром 200 мм и заявляемый узел отключения. Он состоит из внутреннего и наружного электрода, выполненных из меди, между которыми находится изолятор из спеченного лавсана. Для подрыва основного заряда ВВ использовалось 24 детонационных канала, равномерно расположенных по окружности и примыкающая к ним пластина из пластичного ВВ. В проведенных экспериментах новый узел отключения позволил сократить число высоковольтных подрывных установок с трех до двух, количество подрывных кабелей сокращено в два раза. Узел отключения сработал штатно: при расчетном времени замыкания узла отключения 127 мкс разброс в экспериментах составил ±0.5 мкс. Замыкание происходило на максимуме тока спирального взрывомагнитного генератора, в заданный момент времени. Расчеты показали, что при уменьшении радиуса установки детонационных каналов на 1 мм увеличивается время прохождения детонационной волны по пластине из ВВ и, следовательно, время срабатывания узла отключения увеличивается на 0.13 мкс при скорости детонации пластичного ВВ пластины 7.8 мм/мкс.
Таким образом, проведенные эксперименты с использованием заявляемого устройства и способа показали, что снижены трудозатраты и стоимость оборудования при проведении эксперимента и увеличена надежность в процессе эксплуатации, т.е. технический результат достигается полностью.