способ генерирования механического импульса электрическим взрывом проводника

Формула изобретения

1. Способ генерирования механического импульса электрическим взрывом проводника, основанный на пропускании тока разрядного контура по взрываемому проводнику, отличающийся тем, что формирование тока в разрядном контуре обеспечивают подключением взрываемого проводника к двум электроразрядным установкам различной емкости и индуктивности, срабатывающим с задержкой относительно друг друга, равной времени начала стадии взрыва, при этом изменение тока в нагрузке осуществляют по закону:

I(t)=I_1max sin( ₁t)+I_2maxsin( ₂t+t₃),

где I_1max - максимальное значение силы тока 1-го гармонического колебания, А;

₁ - частота первого гармонического колебания, рад/с;

I_2max - максимальное значение силы тока 2-го гармонического колебания, А;

₂- частота второго гармонического колебания, рад/с;

t - текущее время, с;

t₃ - время задержки начала одного колебания относительно другого, с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве взрываемого проводника выбирают электропроводящую фольгу.

Описание изобретения к патенту

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.

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 С₀ с собственной индуктивностью L ₀, 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:

I(t)=I _lmaxsin( ₁t)+I_2maxsin( ₂t+t₃),

где I_1max - максимальное значение силы тока 1-го гармонического колебания, А;

₁- частота первого гармонического колебания, рад/с;

I_2max- максимальное значение силы тока 2-го гармонического колебания, А;

₁- частота второго гармонического колебания, рад/с;

t - текущее время, с;

t ₃ - 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.

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 t₃ 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

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 (t₄-t ₃) удается существенно сократить.

В результате экспериментальных исследований по воспроизведению механического импульса давления методом электрического взрыва проводников при взрыве алюминиевой фольги размером 5×5 см² 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.