Способ генерирования механического импульса электрическим взрывом проводника

Изобретение относится к технике создания кратковременных интенсивных импульсов давления. Сущность: пропускают ток разрядного контура по взрываемому проводнику. 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. Изменение тока в нагрузке осуществляют по закону. Технический результат: сокращение длительности генерируемого механического импульса без уменьшения индуктивности нагрузки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

 

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 L₀, 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(ω₁t)+I_2maxsin(ω₂t+t₃),

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

ω₁- частота первого гармонического колебания, рад/с;

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

ω₁- частота второго гармонического колебания, рад/с;

t - текущее время, с;

t₃ - 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-t₃) 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.

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_1maxsin(ω₁t)+I_2maxsin(ω₂t+t₃),
где I_1max - максимальное значение силы тока 1-го гармонического колебания, А;
ω₁ - частота первого гармонического колебания, рад/с;
I_2max - максимальное значение силы тока 2-го гармонического колебания, А;
ω₂- 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.