электроразрядная защита с магнитокумулятивным генератором

Формула изобретения

Электроразрядная защита от высокоскоростных кинетических ударников, содержащая внешнюю и внутреннюю токопроводящие поверхности, выполненные профилированными и перфорированными с эквидистантно расположенными в шахматном, сотовом и прямолинейном порядке прорезями, электроконтактный нагреватель, соединенный с внешней токопроводящей поверхностью, выполненной из сплава с эффектом памяти формы и защищенной диэлектрическим и маскирующим покрытием, установленные на защищаемом объекте источник начальной энергии и датчик удара, соединенный с блоком управления, и источник питания, связанный с блоком управления, отличающаяся тем, что она снабжена соединенными с источником питания магнитокумулятивными генераторами в виде одинаковых модулей и блоком коммутаторов, электрически соединенных посредством передающих линий с токопроводящими поверхностями.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к средствам защиты различных объектов, в том числе протяженных мобильных, таких как железнодорожные цистерны, вагоны, автомобильные контейнеры, летательные аппараты, от высокоскоростных кинетических ударников - пуль, осколков, металлических микрометеоритов, а именно к средствам электроразрядной защиты, выполненным в виде токопроводящих поверхностей - защитных экранов, снабженных магнитокумулятивным генератором - источником электрической энергии.

Известны средства электромагнитной (электроразрядной) защиты, принцип работы которой основан на превращении пули из твердого в газообразное, распыленное состояние. Когда сосредоточенный удар твердой пули преобразуется электромагнитной защитной конструкцией в рассредоточенный удар продуктов электромагнитного взрыва пули по основной броне [1].

Известны источники энергии для электроразрядной защиты, такие как химические, электромеханические, электрические. Но использование значительной энергии от таких источников не всегда представляется возможным из-за больших массогабаритных характеристик и из-за трудностей обеспечения в нагрузке требуемой мощности, которая определяется временем формирования электромагнитного импульса (чем короче время, тем больше напряжение, а следовательно, и мощность) [2, 3].

Прототипом предлагаемого устройства является электромагнитное защитное устройство, содержащее токопроводящие поверхности, каждая из которых соединена с соответствующим положительным или отрицательным выводами блока высоковольтных конденсаторов, причем токопроводящие поверхности выполнены профилированными и перфорированными, с эквидистантно расположенными прорезями, расположение которых может быть "шахматным", сотовым или прямолинейным, и снабжены электроконтактным нагревателем, соединенным с внешней токопроводящей поверхностью, выполненной из сплава с эффектом памяти формы и защищенной диэлектрическим и маскирующим покрытием, установленным на защищаемом объекте датчиком удара, соединенным с ним блоком управления, источником питания, связанным с последним [4].

Недостатками конструкции прототипа являются недостаточно высокая эффективность защиты, так как конструкция требует длительного времени для перезарядки высоковольтных конденсаторов, что может привести к перебоям и недостатку энергии, необходимой для разрушения высокоскоростных кинетических ударников при их многократном воздействии за малый промежуток времени, а также большая масса блока высоковольтных конденсаторов.

В то же время на практике может возникнуть потребность защиты объектов компактными, легкими устройствами от многократного воздействия высокоскоростных кинетических ударников за малый промежуток времени. Задача может быть решена следующим образом:

Электроразрядная защита от высокоскоростных кинетических ударников, содержащая внешнюю и внутреннюю токопроводящие поверхности, выполненные профилированными и перфорированными с эквидистантно расположенными в шахматном, сотовым и прямолинейном порядке прорезями, электроконтактный нагреватель, соединенный с внешней токопроводящей поверхностью, выполненной из сплава с эффектом памяти формы и защищенной диэлектрическим и маскирующим покрытием, установленные на защитном объекте источник начальной энергии и датчик удара, соединенный с блоком управления, она снабжена соединенными с источником питания магнитокумулятивными генераторами в виде одинаковых модулей и блоком коммутаторов, электрически соединенных посредством передающих линий с токопроводящими поверхностями.

Сущность предлагаемой защиты поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема устройства электроразрядной защиты с магнитокумулятивным генератором; на фиг.2 - вид А.

Электроразрядная защита с магнитокумулятивным генератором содержит внешнюю 1 и внутреннюю 2 токопроводящие поверхности, выполненные профилированными и перфорированными. Токопроводящие поверхности 1, 2 имеют эквидистантно расположенные в шахматном, сотовом и прямолинейном порядке прорези 3, которые, в частности, могут быть отверстиями. Перфорированные токопроводящие поверхности 1, 2 разделены между собой и защищаемым объектом 4 воздушной прослойкой и механически соединены диэлектрической втулкой 5, обеспечивающей достаточную защиту от высоковольтного пробоя и пространственное положение пластин. Диэлектрическая втулка 5 соединена с защищаемым объектом 4 посредством шпильки 6. Внутренняя токопроводящая поверхность 2 закрепляется на диэлектрических втулках 5 с натягом, внешняя токопроводящая поверхность 1 соединена с диэлектрической втулкой 5 винтом 7 с потайной головкой, обеспечивающим свободное нанесение маскирующей пленки 8 из диэлектрического материала. Внешняя токопроводящая поверхность 1 выполнена из сплава с эффектом памяти формы и электрически соединена с электроконтактным нагревателем 9. Один край внешней токопроводящей поверхности 1 посредством электрической шины 10 соединен с отрицательным (-) полюсом электроконтактного нагревателя 9. Другой край внешней токопроводящей поверхности 1 - с положительным (+) полюсом электроконтактного нагревателя 9. Электроконтактный нагреватель 9, источник начальной энергии 11, датчик удара 12 установлены на защищаемом объекте 4, соединены с блоком управления 13 и источником питания 14. Источник питания 14 соединен с магнитокумулятивными генераторами, размещенными в виде одинаковых модулей 15 на основной броне 16 защищаемого объекта 4. Каждый отдельный модуль 15 магнитокумулятивного генератора состоит из металлического лайнера 17 (трубки), внутри которого размещен заряд взрывчатого вещества 18 с детонатором 19. Каждый металлический лайнер 17 помещен соосно с зазором внутрь витков спиральной обмотки 20. Каждый модуль магнитокумулятивного генератора 15 помещен в бронированный стакан 21. Металлический лайнер 17 со спиральной обмоткой 20 помещен внутрь соленоида 22. Токопроводящие поверхности 1,2 электрически соединены посредством передающих линий с магнитокумулятивными генераторами 15 и блоком коммутаторов 23.

Работа данной электроразрядной защиты с магнитокумулятивным генератором от высокоскоростных кинетических ударников происходит следующим образом: При отсутствии команд на формирование высокого напряжения и включение электроконтактного нагрева токопроводящих поверхностей 1, 2, собственно электроразрядная защита с магнитокумулятивным генератором имеет заряженные до расчетного уровня конденсаторы, являющиеся источником начальной энергии 11.

В режиме управления электроразрядной защитой, при попадании в защищаемый объект высокоскоростного кинетического ударника, факты и уровни ударов фиксируются датчиком 12. При регистрации датчиком 12 первого удара - от пробивания внешней токопроводящей поверхности - блоком управления 13 формируется команда с расчетной задержкой времени на срабатывание очередного модуля 15 магнитокумулятивного генератора. При этом витки спиральной обмотки 20 последовательно замыкаются ударом металлического лайнера 17, расширяющегося под действием продуктов взрыва. Магнитный поток, заранее созданный источником начальной энергии 11 и соленоидом 22, "сжимается", вытесняется в индуктивную нагрузку, соединяющую лайнер и витки спиральной обмотки, причем за счет работы, совершаемой продуктами взрыва, возрастает энергия квазистационарного магнитного поля. Образовавшийся в результате этого электрический импульс осуществляет пробой разрядника-обострителя [2, 3] блока коммутаторов 23, поступает по передающей линии к токоведущим поверхностям 1, 2 и прикладывается к нагрузке, в данном случае металлическому высокоскоростному кинетическому ударнику, электрически взрывающемуся от приложенной энергии.

При этом энергия разряда должна быть соизмерима с энергией необходимой для перевода массы ударника в жидкое расплавленное и газообразное состояние (продукты электромагнитного взрыва). Процесс выхода продуктов электромагнитного взрыва кинетического ударника за пределы токопроводящих поверхностей 1, 2 отличается от известных устройств, и происходит с меньшим газодинамическим сопротивлением: внутрь - сквозь прорези 3 внутренней токопроводящей поверхности 2, вдоль основной брони защищаемого объекта 4, наружу - сквозь прорези 3 внешней токопроводящей поверхности 1, маскирующую пленку 8 из диэлектрического материала, и с меньшими пластическими деформациями и разрушениями токопроводящих поверхностей 1, 2.

Для достижения оптимальных параметров процесса выхода продуктов электромагнитного взрыва максимальный диаметр отверстий прорезей 4 должен быть равен d ₀=(0,8...0,9)d_y, а максимальное расстояние между токопроводящими поверхностями - l₀ =(1,1...1,2)l_у, минимальное расстояние между краями отверстий на поверхностях h₀ =(1,1...1,2)d_y, где d_y - максимальный диаметр кинетического ударника, l _y - максимальная длина кинетического ударника.

При регистрации датчиком 12, как минимум, двух ударов: первого, малой мощности - от пробивания внешней токопроводящей поверхности 1 высокоскоростным кинетическим ударником и второго, большой мощности - от разряда энергии магнитокумулятивного генератора 15 на кинетический ударник, по команде блока управления 13 от источника питания 14 выдается низкое напряжение постоянного тока на электроконтактный нагреватель 9. Нагрев внешней токопроводящей поверхности 1 осуществляется до температуры, при которой происходит восстановление формы пластически деформированного продуктами электромагнитного взрыва участка защиты. Для сплава с эффектом памяти формы на основе, например, меди эта температура для наиболее стабильных результатов составляет от 80°С до 150°С, а степень восстановления, в зависимости от деформации, достигает 80-98% [5]. Таким образом, восстановление формы внешней токопроводящей поверхности 1, обеспечивается силой термоупругости сплава.

После восстановления формы внешняя токопроводящая поверхность 1 охлаждается произвольно наружным воздухом.

Электроразрядная защита после мгновенного переключения на очередной модуль магнитокумулятивного генератора вновь готово к работе, а именно к защите объекта от высокоскоростных кинетических ударников. При этом восстановление формы поврежденного участка внешней токопроводящей поверхности 1, дозарядка конденсаторов источника начальной энергии 11 и получение блоком управления 13 команд от внешних систем способствуют повышению эффективности его работы.

Применение бронированных стаканов, эквидистантно размещенных на основной броне объекта, способствует повышению безопасности работы.

Положительный эффект предлагаемого изобретения состоит в повышении эффективности защитной конструкции, улучшению эксплуатационных характеристик за счет дополнительной возможности выхода продуктов электромагнитного взрыва кинетического ударника, а также возможности многократного восстановления формы внешней токопроводящей поверхности после ее пластической деформации. Положительный эффект обуславливается применением модулей магнитокумулятивных генераторов в виде одинаковых модулей, помещенных в бронированные стаканы, и блоком коммутаторов, электрически соединенных посредством передающих линий с токопроводящими поверхностями.

Данное электромагнитное защитное устройство отличается от прототипа усовершенствованной конструкцией, обеспечивающей защиту от высокоскоростных кинетических ударников, возможность многократного применения с более высокой эффективностью за счет применения компактных источников энергии.

Таким образом, предлагаемое электромагнитное защитное устройство позволяет исключить возможность повреждения защищаемых объектов от высокоскоростных кинетических ударников как при одиночном, так и при многократном воздействии за малый промежуток времени.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент Германии по заявке №4034401, "Электромагнитная броневая защита", F 41 H 5/004.

2. Борискин А.С. и др. Высоковольтный источник напряжения на базе магнитокумулятивного генератора типа ВМГ-80, «ЭЛЕКТРИЧЕСТВО» №3/2001. с.8-15.

3. Сахаров А.Д. Взрывомагнитные генераторы. - УФН. 1966, т.88, вып.4.

4. Патент РФ №2230282 по заявке №2002126337/02 от 2.10.2002. Электромагнитное защитное устройство.

5. Эффект памяти формы в сплавах: Пер. с англ. Л.М.Бернштейна / Под ред. В.А.Займовского - М.; Металлургия, 1979.

6. "Цистерны", Устройство, эксплуатация, ремонт, Справочное пособие, М., Транспорт, 1990.