способ электромагнитной защиты объектов

Формула изобретения

Способ электромагнитной защиты объектов, включающий создание магнитного поля в защищаемой области, отличающийся тем, что магнитное поле создают в области взаимодействия кумулятивного средства поражения и защищаемого объекта с обеспечением возможности его проникновения внутрь материала кумулятивной облицовки к моменту подрыва средства поражения, причем силовые линии индукции магнитного поля ориентируют вдоль направления оси кумулятивной облицовки средства поражения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике вооружений, конкретно - к средствам защиты объектов от действия кумулятивных средств поражения, формирующих высокоградиентные кумулятивные струи, обладающие высокой пробивной способностью.

Известен способ электродинамической защиты объектов от действия кумулятивной струи, заключающийся в пропускании мощного импульса тока через кумулятивную струю при движении ее между электродами, соединенными с источником электрической энергии [1]. Эффективная реализация такого способа защиты сопряжена с необходимостью обеспечения импульсов тока с очень высокими параметрами (сила тока - сотни килоампер, длительность - десятки микросекунд [2, 3]). Мощное токовое воздействие приводит к изменению "структуры" кумулятивной струи, например, к объемному разрушению и разуплотнению ее материала, или же к "дискообразованию" на струе, что ведет к уменьшению плотности выделяющейся на преграде энергии и уменьшению пробивного действия кумулятивной струи.

Недостатком такого способа защиты объектов является необходимость высоких параметров токового воздействия, что требует значительной энергоемкости конденсаторной батареи (порядка сотен кДж) и автоматически приводит к большим габаритно-массовым характеристикам всего комплекса защиты. Кроме того, даже при этом не достигается полного снижения глубины пробития защиты объекта, так как за время нарастания тока в разрядной цепи головная часть кумулятивной струи успевает пройти межэлектродный промежуток, практически не испытав токового воздействия.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу защиты объектов, принятому за прототип, является известный способ электромагнитной зашиты объектов от средств поражения, в том числе и от формирующих кумулятивные струи, включающий создание импульсного магнитного поля в области между защищаемой преградой и проводящей металлической пластиной, с обеспечением последующего метания пластины на средство поражения под действием электромагнитных сил [1].

Однако и в способе - прототипе сложно достичь полной ликвидации пробивного действия кумулятивной струи, так как время разгона пластин в силу особенностей электромагнитного метания достаточно велико по сравнению со временем формирования и движения кумулятивной струи. При этом известно, что для метания стальных пластин стандартных для традиционной динамической защиты размеров с массой порядка 0,5 кг до скоростей порядка 1000 м/с необходима энергоемкость конденсаторной батареи как минимум 250 кДж, что автоматически приводит к большим габаритно-массовым характеристикам источников энергии.

Недостатки рассмотренного аналога и прототипа проистекают, прежде всего из того, что токовое и электромагнитное воздействия осуществляются на уже сформировавшуюся кумулятивную струю, движущуюся с большой скоростью и обладающую большим запасом кинетической энергии.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение противокумулятивной стойкости защищаемого объекта от соответствующих средств поражения вплоть до полной ликвидации их пробивного действия при одновременном снижении энергозатрат за счет нарушения процесса формирования кумулятивной струи посредством воздействия заранее созданного в области взаимодействия средства поражения и защищаемого объекта магнитного поля соответствующей ориентации и интенсивности.

Задача решается таким образом, что в известном способе электромагнитной защиты объектов, включающем создание магнитного поля в защищаемой области, магнитное поле создается в области непосредственно перед объектом на пути движения кумулятивного средства поражения так, что за время пребывания средства поражения в магнитном поле, предшествующее его подрыву, обеспечивается возможность проникновения магнитного поля внутрь материала кумулятивной облицовки, при этом силовые линии магнитного поля должны быть ориентированы вдоль наиболее вероятного направления оси средства поражения в момент встречи с преградой.

Осуществление электромагнитного воздействия непосредственно перед подрывом кумулятивного средства поражения необходимо для обеспечения диффузии (проникновения) магнитного поля через корпус средства поражения в металлическую (как правило, медную) облицовку кумулятивной выемки. При этом для исключения скин-эффектов магнитное поле должно быть постоянным или медленно изменяющимся во времени, а также достаточно однородным в пространстве. Требования, накладываемые на однородность магнитного поля, направлены на то, чтобы избежать скин-эффектов, которые могут возникнуть при движении средства поражения с большой скоростью в сильно изменяющемся в пространстве магнитном поле. Размер области с магнитным полем в пространстве перед защищаемым объектом должен выбираться из условия, чтобы за время движения средства поражения в этой области поле успело проникнуть в материал кумулятивной облицовки.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна", так как в предлагаемый способ введены новые элементы, определяющие место и время создания магнитного поля в зоне перед средством поражения и защищаемым объектом, продольную ориентацию силовых линий магнитного поля по отношению к направлению движения средства поражения и способность магнитного поля к проникновению внутрь материала кумулятивной облицовки.

По результатам исследования всех аналогов, относящихся к указанной области возможного использования, а также ряду смежных областей, не выявлено таких, где бы в данной совокупности использовались указанные отличительные признаки. Кроме того, именно создание магнитного поля продольной ориентации, обладающего способностью к проникновению внутрь материала кумулятивной облицовки, в области между защищаемым объектом и движущимся средством поражения за время, предшествующее подрыву средства поражения, приводит к необходимому положительному результату. Все это указывает на соответствие предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется схемой, приведенной на фиг. 1. Защищаемый объект 1 подвергается воздействию кумулятивного средства поражения 2, имеющего металлическую кумулятивную облицовку 3, формирующую высокоградиентную кумулятивную струю. В зоне между защищаемым объектом и средством поражения создается магнитное поле с индукцией , силовые линии которого ориентированы вдоль наиболее вероятного направления оси средства поражения в момент встречи с преградой.

Предлагаемый способ электромагнитной защиты объектов реализуется следующим образом. До начала взаимодействия кумулятивного средства поражения 2 с объектом 1 в его защищаемой области и непосредственно перед средством поражения создается постоянное или медленно изменяющееся во времени и достаточно однородное в пространстве магнитное поле, ориентированное вдоль оси кумулятивной облицовки 3 средства поражения 2 и существующее такое время до момента подрыва средства поражения 2, за которое оно проникает внутрь материала кумулятивной облицовки 3. Подрыв кумулятивного средства поражения 2 и последующее схлопывание кумулятивной облицовки 3 с "вмороженным" в нее магнитным полем сопровождается компрессией (увеличением интенсивности) магнитного поля внутри облицовки и появлением пондеромоторных сил, препятствующих схлопыванию элементов облицовки. Для максимального проявления эффекта компрессии магнитного поля его силовые линии изначально должны быть сориентированы вдоль оси облицовки. Резкое увеличение индукции магнитного поля в зоне образования кумулятивной струи препятствует ее нормальному формированию и, как показывают экспериментальные исследования, приводит к диспергированию кумулятивной струи и образованию потока элементов, не обладающих значительным пробивным действием.

В качестве примера практической реализации предлагаемого способа электромагнитной защиты объектов были проведены эксперименты по схеме, показанной на фиг. 2. Кумулятивный заряд 1 диаметром 50 мм, оснащенный кумулятивной медной облицовкой 2 и соленоидом 3, устанавливался на расстоянии 200 мм от стальной преграды 4. В качестве источника энергии использовалась конденсаторная батарея 5. Результаты экспериментов приведены в таблице.

Проведенные эксперименты свидетельствуют, что при обеспечении значительной индукции магнитного поля в полости кумулятивной облицовки можно достичь фактической ликвидации пробивного действия кумулятивной струи. Энергия, необходимая для создания магнитного поля указанной интенсивности может быть оценена по формуле где В - индукция магнитного поля, V - объем, в котором создается поле, _o= 410^-7 Гн/м. Принимая V = 0.1 м³, что примерно в 10 раз превышает объемы головных частей известных средств поражения, получаем, например, при В = 0.6 Тл необходимые энергозатраты около 15 кДж, что на порядок меньше реализуемых в известных способах электродинамической и электромагнитной защит объектов.

Таким образом, предлагаемый способ электромагнитной защиты объектов позволяет практически полностью ликвидировать пробивное действие высокоградиентных кумулятивных струй соответствующих средств поражения, обеспечивая при этом существенное снижение энергозатрат.

Используемые источники

1. R.Ogorkievich. Future tank armors revealed/ Janes International Defense Review. - 1997. - N 5. - P. 50-51.

2. Исследование некоторых особенностей процесса разрушения кумулятивной струи в сильноточном режиме/ А.И.Павловский, Л.Н.Пляшкевич, А.М.Шувалов, А. Я.Бродский// Журнал технической физики. - 1994. - Т. 64, вып. 5. - С. 43-48.

3. Экспериментальные исследования разрушения кумулятивной струи импульсом тока/ А.И.Павловский, Л.Н.Пляшкевич, А.М.Шувалов, А.Я.Бродский// Журнал технической физики. - 1994. - Т. 64, вып. 2. - С. 76-82.