способ формирования ударной волны и устройство для его осуществления
Классы МПК: | F42B3/10 инициирующие устройства для подрывных зарядов F42B3/22 элементы для направления или управления детонационной волной, например трубы H02N11/00 Генераторы или двигатели, не отнесенные к другим рубрикам; предполагаемые вечные двигатели с использованием электрических или магнитных средств |
Автор(ы): | Авдеев Д.В., Волков Г.И., Гриневич Б.Е., Иванов В.А., Пак С.В., Скобелев А.Н., Чернышев В.К. |
Патентообладатель(и): | Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно- исследовательский институт экспериментальной физики, Министерство Российской Федерации по атомной энергии |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-03-19 публикация патента:
27.06.2003 |
Изобретение относится к области техники получения и формирования ударных волн при разработке устройств для многоточечного инициирования зарядов взрывчатого вещества (ВВ) и может быть использовано в различных областях технической физики, например в спиральных взрывомагнитных генераторах (СВМГ) для генерации энергии мегаджоулевого уровня и во взрывных обострителях тока (ВОТ) для формирования мультимегаамперных импульсов тока с временем нарастания в микросекундном диапазоне. Предложен способ формирования ударной волны, включающий возбуждение детонации, распространение ее и формирование ударной волны в подвижном проводнике, его ускорение, а также устройство для формирования ударной волны, содержащее заряд взрывчатого вещества, детонационный распределитель, подвижный проводник и инициатор, при этом распространение организуют последовательно по времени с формированием ударной волны со ступенчато изменяющимся фронтом вдоль проводника. Изобретение направлено на обеспечение заданной скорости сжатия магнитного потока путем формирования требуемого профиля разлета подвижного проводника и соответственно скорости вывода электромагнитной энергии в нагрузку. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. Способ формирования ударной волны, включающий возбуждение детонации, ее распространение, формирование фронта ударной волны в подвижном проводнике и его ускорение, отличающийся тем, что детонацию распространяют последовательно по времени, а ударную волну формируют со ступенчато изменяющимся фронтом вдоль проводника. 2. Способ формирования ударной волны по п.1, отличающийся тем, что ударную волну распространяют вдоль подвижного проводника со средней скоростью от 10 до 100 км/с. 3. Устройство для формирования ударной волны в подвижном проводнике, содержащее заряд взрывчатого вещества, детонационный распределитель, подвижный проводник и иницииатор, отличающееся тем, что детонационный распределитель выполнен в виде секций, к нему примыкает заряд взрывчатого вещества с подвижным проводником с одной стороны, а с другой - дополнительно содержащаяся взрывная линия синхронизации, которая выполнена в виде групп отрезков взаимосвязанных детонационных каналов, концевые участки которых в одной точке примыкают к начальным участкам секций детонационного распределителя, причем детонационные каналы взрывной линии синхронизации от ее торца до каждого последующего концевого участка выполнены длиной, изменяющейся на одну и ту же величину по отношению к предыдущей. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что отношение массы заряда взрывчатого вещества к массе подвижного проводника на единицу поверхности составляет от 1 до 6. 5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что иницииатор выполнен в виде капсюля-детонатора, расположенного на одном из торцов взрывной линии синхронизации и примыкающего к начальному участку взрывной линии синхронизации. 6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что секции детонационного распределителя выполнены в виде взаимосвязанных групп отрезков детонационных каналов, выполненных в инертном материале, заполненных взрывчатым веществом и связанных с взрывной линией синхронизации.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области получения и формирования ударных волн при разработке устройств для многоточечного инициирования зарядов взрывчатого вещества (ВВ) и может быть использовано в различных областях технической физики, например в спиральных взрывомагнитных генераторах (СВМГ) для генерации энергии мегаджоулевого уровня и во взрывных обострителях тока (ВОТ) для получения мультимегаамперных импульсов тока со временем нарастания в микросекундном диапазоне. Известны способ формирования ударной волны и устройство для его осуществления, в работе "Предельные возможности коаксиального взрывомагнитного генератора с осевым инициированием заряда" (Е.И. Жаринов и др. Труды III Международной конференции по генерации мегагауссных магнитных полей и родственным экспериментам. Новосибирск, 1983 г. Сб. Сверхсильные магнитные поля. М.: Наука, 1984, с.298) описаны способ и устройство, в котором ударная волна формируется для ускорения цилиндрического подвижного проводника с последующей компрессией магнитного потока, предварительно созданного в электрическом контуре. Детонацию распространяют одновременно, а фронт ударной волны формируют цилиндрическим. Устройство для формирования такой формы ударной волны состоит из цилиндрического заряда ВВ, инициирование которого осуществляется цепочкой электродетонаторов (ЭД), расположенных последовательно вдоль оси заряда ВВ. Недостатком известного способа и устройства для его осуществления является невозможность регулирования скорости вывода электромагнитной энергии в нагрузку при одновременном распространении детонации в заряде ВВ с последующей компрессией магнитного потока летящим подвижным проводником цилиндрического профиля и выводом сжатого магнитного потока в нагрузку,Наиболее близким к заявляемому является способ формирования ударной волны и устройство для его осуществления, описанные в работе Г. Кнопфеля "Сверхсильные импульсные магнитные поля". М.: Мир, 1972 г., с.212-217, фиг. 8.11е. Способ формирования ударной волны по прототипу включает возбуждение детонации, распространение ее, формирование фронта ударной волны в подвижном проводнике и его ускорение. Данным способом формируется плоский фронт ударной волны в подвижном проводнике (лайнере). Устройство для создания такой формы ударной волны состоит из заряда ВВ, детонационного распределителя (ДР), примыкающего к подвижному проводнику, и инициатора. Инициатор представляет собой капсюль-детонатор, установленный на одном из торцов детонационного распределителя, который выполнен в виде плоского профилированного заряда ВВ с толщиной, увеличивающейся к другому торцу. Это обеспечивает одновременное ускорение подвижного проводника во всех его точках. Недостатками способа и устройства по прототипу являются ограничения, связанные с регулированием скорости сжатия магнитного потока в контуре подвижного проводника под действием ударной волны и соответственно ограничения по регулированию скорости вывода электромагнитной энергии. При создании данного изобретения решалась задача - разработать взрывной импульсный источник тока, который может обеспечить ток амплитудой 10...16 МА в индуктивной нагрузке величиной 50...280 нГн с характерным временем нарастания 6...30 мкс, и способ формирования ударной волны ступенчатой формы, который позволяет обеспечить указанные параметры. При решении данной задачи техническим результатом является регулирование скорости сжатия магнитного потока в контуре подвижного проводника и соответственно скорости вывода электромагнитной энергии в способах и устройствах с использованием данного изобретения. Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным способом формирования ударной волны, включающим возбуждение детонации, распространение ее, формирование фронта ударной волны в подвижном проводнике и его ускорение, новым является то, что детонацию распространяют последовательно по времени, а ударную волну формируют со ступенчато изменяющимся фронтом и распространяют ее вдоль подвижного проводника со средней скоростью от 10 до 100 км/с. Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным устройством для формирования ударной волны, содержащим заряд ВВ взрывчатого вещества, детонационный распределитель, подвижный проводник и инициатор, новым является то, что детонационный распределитель (ДР) выполнен в виде секций, к нему примыкает заряд ВВ с подвижным проводником с одной стороны, а с другой дополнительно содержащаяся взрывная линия синхронизации (ВЛС), которая выполнена в виде группы отрезков взаимосвязанных детонационных каналов, концевые участки которых в одной точке примыкают к начальным участкам секций детонационного распределителя. Длина детонационных каналов взрывной линии синхронизации от торца до каждого последующего концевого участка выполнена изменяющейся на одну и ту же величину по отношению к предыдущей. Отношение массы заряда ВВ к массе подвижного проводника (лайнера) на единицу его поверхности составляет от 1 до 6. Инициатор выполнен в виде капсюля-детонатора, расположенного на одном из торцов взрывной линии синхронизации и примыкающего к начальному участку ВЛС. Секции детонационного распределителя выполнены в виде взаимосвязанных групп отрезков детонационных каналов, выполненных в инертном материале, заполненных ВВ и связанных с взрывной линией синхронизации. Формирование ударной волны в подвижном проводнике последовательно ступенчато обеспечивает ее распространение вдоль подвижного проводника со средней скоростью от 10 до 100 км/с. Это достигается за счет того, что ударная волна в подвижном проводнике создается зарядом ВВ с помощью детонационного распределителя, выполненного в виде секций, а детонация в каждой секции распределителя возбуждается с помощью дополнительно содержащейся взрывной линии синхронизации, которая выполнена в виде группы отрезков взаимосвязанных детонационных каналов, концевые участки которых примыкают к начальному участку распределителя, причем длина детонационных каналов взрывной линии синхронизации от торца до каждого последующего концевого участка выполнена изменяющейся на одну и ту же величину по отношению к предыдущей. Детонационный распределитель возбуждает в заряде ВВ детонацию, распространяющуюся с фазовой скоростью от 10 до 100 км/с. Такая фазовая скорость распространения детонации в сочетании с выбранной массой ВВ обеспечивает создание ударной волны в подвижном проводнике, которая позволяет разогнать его для сжатия потока в контуре ВМГ в оптимальном режиме. При меньшей фазовой скорости детонации в заряде ВВ и иных соотношениях между массой ВВ и лайнером не обеспечиваются условия вывода энергии в нагрузку за требуемое регулируемое время 6...30 мкс. При большей фазовой скорости возбуждения детонации в заряде ВВ при сжатии магнитного потока подвижным проводником между витками спирали возникает высокое напряжение и происходит межвитковый пробой изоляции витков, что приводит к потерям магнитного потока и уменьшению накапливаемой в ВМГ энергии. На фиг.1 изображена схема устройства для формирования ударной волны для реализации заявляемого способа. На фиг. 2 изображена схема одной секции детонационного распределителя - элемента устройства для формирования ударной волны. На фиг. 3 изображен пример 1 для реализации заявляемого способа и устройства для формирования ударной волны во взрывомагнитном генераторе. На фиг. 4 изображен пример 2 для реализации заявляемого способа и устройства для формирования ударной волны во взрывном обострителе тока. Устройства по фиг.1...4 содержат:
1 - заряд ВВ,
2 - детонационный распределитель и его секции,
3 - подвижный проводник,
4 - инициатор,
5 - взрывную линию синхронизации,
6 - каналы ВЛС,
7 - концевые участки ВЛС,
8 - начальный участок ВЛС,
9 - первый канал ДР,
10 - инертный материал, в котором выполнены каналы ДР,
11 - начальный участок секции ДР,
12 - концевой участок секции ДР,
13 - спираль ВМГ,
14 - источник запитки ВМГ,
15 - нагрузку ВМГ,
16 - струеформирователь обострителя тока,
17 - разрушаемый проводник,
18 - струегаситель,
19 - наружный токопровод. Способ формирования ударной волны включает возбуждение детонации от инициатора (4), распространение ее через ВЛС (5) и ДР (2) последовательно, возбуждение детонации в заряде ВВ (1), создание ударной волны со ступенчато изменяющимся фронтом в подвижном проводнике (3) и его ускорение. Ударную волну распространяют вдоль подвижного проводника (1) со средней скоростью в диапазоне от 10 до 100 км/с. Устройство для формирования ударной волны содержит заряд (1) ВВ, детонационный распределитель (2), подвижный проводник (3) и инициатор (4). Детонационный распределитель (2) выполнен в виде секций. Детонационный распределитель примыкает к дополнительно содержащейся взрывной линии синхронизации (5), которая выполнена в виде групп отрезков взаимосвязанных детонационных каналов (6), концевые участки которых в одной точке примыкают к начальному участку каждой секции детонационного распределителя. Длина детонационных каналов (6) ВЛС (5) от торца до каждого последующего концевого участка выполнена изменяющейся на одну и ту же величину по отношению к предыдущей. Отношение массы заряда ВВ (1) к массе лайнера (3) на единицу поверхности лайнера составляет от 1 до 6. Инициатор (4) выполнен в виде капсюля-детонатора, расположенного на одном из торцов взрывной линии синхронизации и примыкающего к начальному участку ВЛС. Секции детонационного распределителя (2) выполнены в виде взаимосвязанных групп отрезков детонационных каналов, выполненных в инертном материале, заполненных ВВ и связанных с ВЛС (5). Пример 1. Способ и устройство формирования ударной волны, реализованные во взрывомагнитном генераторе. На фиг. 3 схематично изображен взрывомагнитный генератор, использующий предлагаемый способ, и устройство формирования ударной волны в подвижном проводнике, с помощью которой он ускоряется. Во взрывомагнитном генераторе подвижный проводник (3) выполнен в форме цилиндрической трубы. Внутри подвижного проводника находится цилиндрический заряд ВВ (1), к заряду примыкает детонационный распределитель (2), состоящий из секций. Внутри распределителя размещается взрывная линия синхронизации (5) с детонационными каналами. Возбуждение детонации в каналах производится с помощью капсюля-детонатора (4). Этот генератор обеспечивает в нагрузке (15) индуктивностью 200 нГн импульс тока амплитудой 16 МА при характерном времени нарастания 25-30 мкс. Диаметр спирали составляет 800...1000 мм и длина спирали равна 700...1000 мм. Цилиндрический заряд ВВ (1) имеет длину 1000 мм, внутренний диаметр 100 мм, наружный - 300. ..400 мм; возбуждение детонации в заряде ВВ (1) происходит с помощью детонационного распределителя (2), состоящего из 10 секций по 100 мм длиной каждая. Детонационный распределитель задействуется с помощью взрывной линии синхронизации (5) так, что в каждой последующей секции начальный участок детонационного канала инициируется относительно предыдущего с задержкой 1 мкс. Это достигается за счет того, что длина детонационного канала в зависимости от состава ВВ, заполняющего каналы, увеличивается по отношению к предыдущему на одну и ту же величину в пределах допуска 40...50 мм; таким образом, распространение детонации происходит последовательно по времени, а формирование ударной волны производится со ступенчато изменяющимся фронтом. Толщина подвижного проводника - трубы (3) из меди или алюминия выбирается так, чтобы отношение массы подвижного проводника к массе заряда на единицу площади составляло
![способ формирования ударной волны и устройство для его осуществления, патент № 2207492](/images/patents/263/2207196/8773.gif)
Класс F42B3/10 инициирующие устройства для подрывных зарядов
Класс F42B3/22 элементы для направления или управления детонационной волной, например трубы
Класс H02N11/00 Генераторы или двигатели, не отнесенные к другим рубрикам; предполагаемые вечные двигатели с использованием электрических или магнитных средств