Устройство для генерирования механического импульса давления электрическим взрывом фольги



Устройство для генерирования механического импульса давления электрическим взрывом фольги
Устройство для генерирования механического импульса давления электрическим взрывом фольги

 


Владельцы патента RU 2511027:

Федеральное бюджетное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" (RU)

Изобретение относится к нагружающим устройствам для создания кратковременных интенсивных импульсов давления и может быть использовано для определения механических свойств материалов в экстремальных условиях нагружения (высокие давления и скорости деформирования).Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является создание электровзрывного устройства, снимающего ограничения по форме испытываемого образца и расширяющего область его использования с возможностью профилирования импульса давления по поверхности нагружения для воспроизведения распределенных по амплитуде импульсных нагрузок. Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве обратные токопроводы имеют конфигурацию и расположение, обеспечивающие компенсацию влияния сжимающего магнитного поля, генерируемого током, протекающим по взрываемым секторам фольги, магнитным полем, генерируемым током, протекающим по обратным токопроводам, при этом фольговый электрически взрываемый проводник выполнен в форме нагружаемой поверхности в виде секторов для создания механического импульса давления, распределенного по косинусоидальному закону. 2 ил.

 

Изобретение относится к технике создания импульсного давления посредством электрического взрыва проводника для образования кратковременной ударной волны с высокой амплитудой давления и может быть использовано для испытания образцов сложной формы (цилиндра, конуса и др.) на прочность к импульсному поверхностному воздействию.

Известно устройство для создания низкоинтенсивных импульсных нагрузок короткой длительности с помощью электрического взрыва проводников (ЭВП) [1], состоящее из конденсаторной батареи емкостью С и узла нагрузки, представляющего собой прямой и обратный токопроводы (ОТ), разделенные пленочным изолятором из лавсана, в качестве прямого токопровода используется взрывающийся проводник, а в качестве обратного - медная фольга, расположенная под прямым токопроводом. Недостатком данного устройства является то, что обратный токопровод влияет на параметры генерируемого механического импульса давления и создает отраженную от электрического взрыва вторую ударную волну на испытываемом образце.

Известно также устройство для электрического взрыва фольги, состоящее из конденсаторной батареи емкостью С в сочетании со взрывомагнитным генератором, и узла нагрузки, представляющего собой прямой и обратный токопроводы, расположенные в одной плоскости, в качестве прямого токопровода используется взрывающийся проводник, а в качестве обратного - две медные шины, расположенные равноудаленно от боковых торцов взрываемой фольги, при этом ток в прямом и обратных токопроводах течет параллельно и в противоположных направлениях [2]. Недостатком данной схемы является то, что она не позволяет обеспечить профилированное распределение импульсной нагрузки на поверхности нагружаемого образца.

Известно устройство для создания механического импульса давления электровзрывом фольги по патенту №2377532 от 25.07.2008 г., в котором специальная конструкция обратного токопровода позволила компенсировать деформирование (скручивание) электровзрываемой фольги при пропускании через нее импульса тока. Обратный токопровод располагается равноудаленно от боковых торцов фольги, и ток в нем течет параллельно и в одном направлении с током в фольге. Расстояние до обратного токопровода выбирают, исходя из условия равенства нулю значения напряженности магнитного поля на границе фольги с целью получения равномерного распределения механического импульса по поверхности нагружаемого образца при электровзрыве фольги. Недостатком устройства является то, что нагружаемый элементом может быть только плоский образец, хотя основными конструктивными элементами объектов техники являются цилиндрические оболочки (корпуса, отсеки и т.д.).

Наиболее близким к предлагаемому устройству (прототипом) является электровзрывное устройство для создания ударной волны по патенту №2343449 от 21.11.2007 г. на образцах цилиндрической формы, содержащее с целью профилирования (изменения) амплитуды импульса давления по поверхности образца сложной формы диэлектрический корпус, фольговый электрический взрываемый проводник, метаемый диэлектрический слой из полиэтиленового листа и образец, при этом корпус выполнен, по меньшей мере, двухслойным, наружный слой монолитный, а внутренний диэлетрический слой выполнен разной толщины из пористого материала и установлен с зазором к испытываемому образцу. Недостатками данного взрывного устройства являются сложность его реализации, обусловленная трудностью разгона участков полиэтиленового слоя разной толщины и обеспечения одновременности приложения нагрузки на испытываемый образец.

Предлагаемое изобретение направлено на получение профилированного по амплитуде распределения генерируемого механического импульса на поверхности нагружаемого образца.

Техническим результатом является создание электровзрывного устройства, снимающего ограничения по форме испытываемого образца и расширяющего область его использования с возможностью профилирования импульса давления по поверхности нагружения для воспроизведения распределенных по амплитуде импульсных нагрузок.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве обратные токопроводы имеют конфигурацию и расположение, обеспечивающие компенсацию влияния сжимающего магнитного поля, генерируемого током, протекающим по взрываемым секторам фольги, магнитным полем, генерируемым током, протекающим по обратным токопроводам, при этом фольговый электрически взрываемый проводник выполнен в форме нагружаемой поверхности в виде секторов для создания механического импульса давления, распределенного по косинусоидальному закону.

В качестве прямого токопровода используется взрывающаяся фольга из секторов, а в качестве обратного - токопроводящая шина, состоящая из участков, расположенных выше уровня взрываемой фольги, ток в которых течет в противоположном направлении току взрываемой фольги, и участков, соединяющих взрываемую фольгу и обратный токопровод.

В устройстве проводится одновременный взрыв нескольких параллельно расположенных секционированных фольговых участков за счет конструкции обратного токопровода в цепи разряда, позволяющего исключить появление отраженных от электровзрыва ударных волн и провести синхронный взрыв отдельных секторов (участков) фольги.

Схема реализации предлагаемого устройства представлена на фиг.1, где показаны: генератор, состоящий из накопительной емкости С, индуктивности L, управляемого разрядника P и узла нагрузки, включающего 1 - нагружаемый образец, 2 - взрываемую фольгу, 3 - прямой токопровод, 4 - обратный токопровод.

Обратный токопровод в электровзрывном устройстве образует поверхность, эквидистантную (равноудаленную) нагружаемой конструкции, и выполнен в виде тонких стержней для исключения возникновения отраженной ударной волны. Расстояние между стержнями выбирается из расчета таким образом, чтобы составляющая магнитного поля во взрываемой фольге была равна нулю.

Узел нагружения образцов электрическим взрывом фольги обеспечивает жесткое закрепление испытываемого элемента с помощью дисков, размещение фольги на поверхности и использование обратного токопровода в виде стержней для исключения повторного нагружения образца отраженной ударной волной и скручивания фольги перед электровзрывом.

Специальная конструкция обратного токопровода узла нагружения позволяет компенсировать скручивание электровзрываемой фольги при пропускании через нее импульса тока. Обратный токопровод располагается эквидистантно от прямого токопровода и ток в нем течет параллельно и в обратном направлении с током в фольге, что обеспечивает равномерность распределения тока по фольге.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Вначале устанавливают и закрепляют взрываемую фольгу 2 в блоке нагрузки, осуществляют заряд накопительной емкости С генератора от источника напряжения, затем осуществляют срабатывание управляемого разрядника P и разряд емкости С, создающий в узле нагрузки ток I, протекающий последовательно по прямому токопроводу 3, взрываемой фольге 2 и стержням обратного токопровода 4, приводящий к электрическому взрыву фольги и генерированию механического импульса давления.

За счет электровзрыва фольги разной толщины на разных секторах создается различный импульс воздействия на испытываемый образец в различных участках его поверхности. Это позволяет воспроизводить механическое действие на одной стороне нагружаемого образца. Электровзрыв секторов создает ступенчатую раскладку давления на поверхности образца, при этом может использоваться перфорированная фольга для обеспечения плавного спада импульса по угловой координате.

Управление электровзрывом осуществляется подбором мощности электроразрядной установки, применением сплошной и перфорированной фольги разной толщины, повышением давления в центральном секторе путем ограничения объема вокруг фольги полиэтиленовой пленкой (подбором разлета), уменьшением давления в крайних секторах с помощью пенопластового клина (демпфера). Совокупность приемов позволяет регулировать распределение амплитуды значения импульса по поверхности нагружаемого образца в широком диапазоне. Таким образом, прямой токопровод (взрываемая фольга) может выполняться из одного листа фольги, имеющего сектора с разными коэффициентами перфорации (фиг.2а) или из нескольких скрепленных слоев фольги с перфорацией на крайних участках (фиг.2б), при этом количество слоев и размер отверстий перфорации определяется расчетным путем в результате проектирования электровзрывного устройства.

Использование обратного токопровода данной конфигурации обеспечивает минимальное значение напряженности магнитного поля на внешней границе взрываемой фольги, а следовательно, равномерность распределения тока по фольге, устраняя тем самым эффект сжатия тока в проводнике. Расстояние до обратного токопровода, количество стержней в нем, их размеры выбираются исходя из условия равенства нулю значения напряженности магнитного поля в фольге.

Реализация заявленного устройства проводилась с использованием установки 12 ЦНИИ МО РФ «Зенит-К» с параметрами:

- максимальное зарядное напряжение - 50 кВ;

- емкость - 288 мкФ;

- индуктивность разрядного контура - 5,5 мкГн;

- сопротивление разрядного контура - 0,023 Ом.

Достоинством предлагаемого устройства является получение ударных волн электрически взрываемой фольгой, располагаемой в непосредственном контакте с испытываемым образцом. Это позволяет изучить характер деформирования материалов при условиях их работы в реальных конструкциях.

Источники информации

1. Павловский А.И., Кашинцов В.И., Глушак Б.Л., Новиков С.А. Генерирование механического импульса электрическим взрывом проводника. // Физика горения и взрыва. 1983. Т.19. №3. С.124-126.

2. Андержанов Э.К., Дивнов И.И., Зотов Н.И., Христофоров Б.Д. Зависимость параметров электровзрыва фольг и последующего разряда в воздухе от подводимой мощности. // Журнал технической физики. 1989. Т.59. В.8. С.17-23.

Устройство для генерирования механического импульса давления электрическим взрывом фольги, состоящее из конденсаторной батареи и узла нагрузки, представляющего собой прямой и обратные токопроводы, отличающееся тем, что в качестве прямого токопровода используется фольговый электрически взрываемый проводник, выполненный в форме нагружаемой поверхности образца в виде секторов для создания профилированного по амплитуде импульса давления, в качестве обратного токопровода используется токопроводящая шина, состоящая из тонких стержней расположенных эквидистантно над взрываемой фольгой и ток в которых течет в противоположном направлении току взрываемой фольги.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области испытания материалов при ударных нагрузках и может быть использовано для получения информации о механических свойствах материалов при кратковременном интенсивном воздействии.

Изобретение относится к области проведения испытаний и измерений и позволяет исследовать влияние температуры нагрева образца на его физические и механические свойства, изменяющиеся при воздействии плоскими ударными волнами.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для исследования механических свойств материалов при ударных нагрузках. .

Изобретение относится к области динамических (ударных) испытаний узлов изделий, преимущественно узлов ракетных и артиллерийских снарядов. .

Изобретение относится к испытаниям материалов при импульсном, ударном нагружении. .

Изобретение относится к нагружающим устройствам для создания кратковременных интенсивных импульсов давления и может быть использовано для определения механических свойств материалов в экстремальных условиях нагружения (высокие давления и скорости деформирования).

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытаниях на высокоинтенсивные ударные воздействия различных приборов и аппаратуры. .

Изобретение относится к способам испытаний и может быть использовано для испытаний на высокоинтенсивные ударные воздействия ракетных и космических систем. .

Изобретение относится к области импульсной техники, в частности к области создания импульсного давления посредством электрического взрыва проводника для образования кратковременной ударной волны с высокой амплитудой давления, и может быть использовано для испытания объемных образцов на прочность к импульсному поверхностному воздействию, деформирования заготовок, синтеза сверхтвердых материалов и т.п.

Изобретение относится к методам испытаний на ударные воздействия и может быть использовано при испытаниях на высокоинтенсивные ударные воздействия различных приборов и оборудования.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к установке для исследования взрывозащитных мембран. Установка для исследования взрывозащитных мембран содержит взрывной сосуд. В сосуде производится взрыв горючей смеси. Узел крепления мембраны установлен в гнезде взрывного сосуда параллельно его оси. Параллельно оси узла крепления мембраны, в торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, имеется механический индикатор давления с тумблером включения двигателя индикатора. Взрывная камера расположена соосно и оппозитно торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном. Камера имеет штуцера для продувки взрывного сосуда после проведения эксперимента. В торцевой части взрывной камеры, соосно ей, расположена свеча зажигания, имеющая кнопку включения зажигания. Штуцер для заливки горючей жидкости с установленной на нем пробкой закреплен в стенке сосуда и расположен над контактами свечи зажигания. Штуцера для продувки взрывного сосуда оснащены вентильными устройствами, блокирующими прорыв продуктов взрыва горючей смеси. Элементы, участвующие в испытании: индикатор давления, свеча зажигания, штуцер для заливки горючей жидкости, штуцера для продувки взрывного сосуда по прочности на «разрыв» превосходят прочность исследуемой мембраны не менее чем в два раза. Достигается повышение эффективности и защиты технологического оборудования от взрывов. 6 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для взрывозащиты технологического оборудования, в частности защиты аппаратов от разрушения при взрыве горючей смеси разрывной мембраной. Стенд содержит взрывной сосуд, оснащенный узлом крепления мембраны, который установлен в торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, параллельно с механическим индикатором давления с тумблером включения двигателя индикатора. Взрывная камера со свечой зажигания, имеющей кнопку включения зажигания, расположена оппозитно торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном. Сосуд укомплектован штуцерами для продувки взрывного сосуда. Штуцер для заливки горючей жидкости с установленной на нем пробкой, закреплен в стенке сосуда над контактами свечи зажигания. Элементы, участвующие в испытании: индикатор давления, свеча зажигания, штуцер для заливки горючей жидкости, штуцера для продувки взрывного сосуда подбираются по прочности на «разрыв», превосходящей прочность исследуемой мембраны не менее, чем в два раза. Давление взрыва регистрируется механическим индикатором давления. Необходимая концентрация смеси паров с воздухом обеспечивается дозировкой жидкости пипеткой через штуцер, который после заливки жидкости закрывается пробкой. Технический результат: повышение эффективности защиты технологического оборудования от взрывов за счет увеличения быстродействия мембранного узла и надежности его срабатывания путем сопоставления данных аналитического расчета и экспериментального определения проходного сечения мембраны. 1 ил.

Изобретение относится к испытательному оборудованию и может быть использовано для исследования систем виброизоляции. Стенд содержит основание, на котором расположены дополнительные плиты с закрепленными на них виброизолируемыми аппаратами, и регистрирующая аппаратура. На основании установлена аппаратура летательных аппаратов, например два одинаковых бортовых компрессора для получения сжатого воздуха на борту летательного аппарата, при этом один компрессор установлен на штатных резиновых виброизоляторах, а другой компрессор установлен на исследуемой двухмассовой системе виброизоляции. Данная система включает в себя резиновые виброизоляторы и упругодемпфирующую промежуточную плиту с виброизоляторами, например, в виде пластин из полиуретана, которые так же, как и штатные резиновые виброизоляторы компрессора установлены на жесткой переборке, которая через вибродемпфирующую прокладку установлена на основании. На жесткой переборке, между компрессорами, закреплен вибродатчик, сигнал с которого поступает на усилитель и регистрирующую аппаратуру, например октавный спектрометр, работающий в полосе частот. При этом сравнивают полученные амплитудно-частотные характеристики от работы каждого из компрессоров и делают выводы об эффективности виброизоляции каждой системы, на которой они установлены. Технический результат заключается в расширении технологических возможностей испытаний объектов, имеющих несколько упругих связей с корпусными деталями летательного объекта. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к оборудованию для испытаний приборов на вибрационные и ударные воздействия. Способ заключается в установке двух одинаковых исследуемых объектов на различных системах их виброизоляции и проведении измерений их амплитудно-частотных характеристик. Затем сравнивают полученные характеристики и делают выводы об эффективности виброизоляции каждой из исследуемых систем. При этом для определения собственных частот каждой из исследуемых систем виброизоляции производят имитацию ударных импульсных нагрузок на каждую из систем и записывают осциллограммы свободных колебаний. Технический результат заключается в расширении технологических возможностей испытаний объектов, имеющих несколько упругих связей с корпусными деталями летательного объекта. 5 ил.

Изобретение относится к машиностроению. Установка содержит взрывной сосуд, в котором производится взрыв горючей смеси. Узел крепления мембраны установлен в гнезде взрывного сосуда. В торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, имеется механический индикатор давления с тумблером включения двигателя индикатора. Взрывная камера расположена соосно и оппозитно торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном. Камера имеет штуцеры для продувки взрывного сосуда после проведения эксперимента. В торцевой части взрывной камеры расположена свеча зажигания, имеющая кнопку включения зажигания. Штуцер для заливки горючей жидкости с установленной на нем пробкой закреплен в стенке сосуда и расположен над контактами свечи зажигания. Штуцеры для продувки взрывного сосуда оснащены вентильными устройствами, блокирующими прорыв продуктов взрыва горючей смеси. В торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, устанавливается датчик давления, выход которого соединен с усилителем сигнала давления. Сигнал с усилителя поступает на компьютер, в котором осуществляется его запись и вывод сигнала давления на монитор компьютера. Достигается повышение эффективности защиты технологического оборудования от взрывов. 6 ил.

Изобретение относится к области испытания материалов, к исследованиям поведения веществ при динамическом воздействии на них и может быть использовано в любой области техники, где необходимо знание, например, прочностных свойств перспективных конструкционных материалов, жидкостей, газов при динамических нагрузках. Сущность: образец исследуемого материала размещают внутри металлической оболочки, которую выполняют в форме кругового усеченного конуса, окруженного слоем взрывчатого вещества (ВВ), в котором инициируют детонацию, распространяющуюся в скользящем режиме по поверхности оболочки, обеспечивая продуктами взрыва ВВ ее перемещение с последующим динамическим нагружением образца, по поведению которого определяют свойства исследуемого материала. Формируют взрывную волну на поверхности инертных слоев, которыми окружают образец, обеспечивая при их прохождении трансформацию ударно-волнового импульса в квазиизэнтропический импульс, которым воздействуют на образец, осуществляя его динамическое нагружение. Толщину и материал инертных слоев подбирают исходя из условия обеспечения вдоль поверхности образца одновременности прихода импульса с требуемым для данного опыта распределением его интенсивности. Технический результат: расширение функциональных возможностей способа, обеспечивающего возможность как для рентгенографических исследований, так и для металлографии, кроме того, нет ограничений на агрегатное состояние исследуемого материала. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для взрывозащиты технологического оборудования. Систему мониторинга с обработкой полученной информации об опасной зоне используют в испытательном боксе. Устанавливают макет взрывоопасного объекта, а по его внутреннему и внешнему периметрам устанавливают видеокамеры для видеонаблюдения за процессом развития чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте, которую моделируют посредством установки в макете взрывного осколочного элемента с инициатором взрыва, при этом видеокамеры выполняют во взрывозащитном исполнении. Выходы с видеокамер, через внутреннюю полость проставок, соединяют с блоком, посредством которого производят запись и регистрацию протекающих процессов изменения технологических параметров в макете. Регистрируют, посредством системы анализаторов записанных осциллограмм протекающих процессов, изменения технологических параметров в макете взрывоопасного объекта. В потолочной части макета выполняют проем, который закрывают взрывозащитным элементом, установленным по свободной посадке на трех упругих штырях, один конец каждого из которых жестко фиксируют в потолке макета, а на втором крепят горизонтальную перекладину. Между взрывным осколочным элементом и проемом устанавливают трехкоординатный датчик давления во взрывозащитном исполнении, выход которого соединяют со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры. По обе стороны от датчика давления располагают датчики температуры и влажности, контролирующие термовлажностный режим в макете, выходы которых также соединяют со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры. Внутренние и внешние поверхности ограждений макета обклеивают тензодатчиками, выходы которых также соединяют со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры. После обработки полученных экспериментальных данных формируют информационную базу данных о развитии чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте и составляют математическую модель, прогнозирующую предотвращение чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте. Технический результат - повышение эффективности защиты технологического оборудования от взрывов. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к взрывным метающим устройствам, которые могут быть использованы при испытаниях военной техники. Способ задержки прорыва продуктов взрыва по краям метаемой пластины-ударника во взрывном метающем устройстве включает заглубление краев пластины-ударника в пазы, выполненные в примыкающих к ней элементах взрывного метающего устройства. Края пластины-ударника и ответные пазы выполняют с клиновидным профилем, при этом грань пластины-ударника, обращенную к заряду взрывчатого вещества, выполняют с большей площадью, чем площадь ее противоположной грани. Обеспечивается отсутствие разрушения краев метаемой пластины-ударника, уменьшение градиента скорости, возникающего вследствие деформации периферийной зоны пластины-ударника, и обеспечение плотного контакта периферийной зоны пластины-ударника с примыкающими элементами взрывного метающего устройства. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению к способам определения эффективности взрывозащиты в испытательном макете взрывоопасного объекта. В боксе устанавливают макет взрывоопасного объекта, а по его внутреннему и внешнему периметрам устанавливают видеокамеры для видеонаблюдения. Видеокамеры выполняют во взрывозащитном исполнении, а выходы с видеокамер через внутреннюю полость проставок соединяют с блоком, посредством которого производят запись и регистрацию протекающих процессов изменения технологических параметров в макете. Регистрируют посредством системы анализаторов записанных осциллограмм протекающих процессов изменения технологических параметров в макете взрывоопасного объекта. В потолочной части макета выполняют проем, который закрывают взрывозащитным элементом, установленным по свободной посадке на трех упругих штырях, один конец каждого из которых жестко фиксируют в потолке макета, а на втором крепят горизонтальную перекладину. Между взрывным осколочным элементом и проемом устанавливают трехкоординатный датчик давления во взрывозащитном исполнении, выход которого соединяют с входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры, а по обе стороны от датчика давления располагают датчики температуры и влажности, контролирующие термовлажностный режим в макете. Выходы датчиков соединяют со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры. Внутренние и внешние поверхности ограждений макета обклеивают тензодатчиками, выходы которых также соединяют со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры. После обработки полученных экспериментальных данных формируют информационную базу данных о развитии чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте и составляют математическую модель, прогнозирующую предотвращение чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте. Технический результат - повышение эффективности защиты технологического оборудования от взрывов путем увеличения быстродействия и надежности срабатывания разрывных элементов. 3 ил.
Наверх