RO127230A0

RO127230A0 - Sistemul de generare a pulsului electromagnetic, în explozie controlată, cu bucla de curent

Info

Publication number: RO127230A0
Application number: ROA201100551A
Authority: RO
Inventors: Vasile Dobref; Alexandru Sotir; Mircea Constantinescu; Mircea Ignat; Lucian Pîslaru-Dănescu; Ioan Puflea; Aristofan Alexandru Teişanu; Iulian Iordache; Mihai Bădic
Original assignee: Academia Navală "Mircea Cel Bătân" - Facultatea De Marină Militară; Institutul Naţional De Cercetare - Dezvoltare Pentru Inginerie Electrică Icpe-Ca; Icpe S.A.
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-03-30
Also published as: RO127230B1

Abstract

Invenţia se referă la un sistem de generare a unui puls electromagnetic, în explozie controlată, destinat blocării sistemelor a căror funcţionare se bazează pe principii electromagnetice. Sistemul conform invenţiei este alcătuit din următoarele componente: o bobină () de câmp, formată din 14...21 spire, cu secţiune dreptunghiulară, înfăşurată pe un cilindru din oţel inox, o buclă de curent (), cu rol de antenă de emisie, şi un cilindru () din cupru sau fier moale, cu rol de scurtcircuitare a spirelor bobinei () de câmp; între bobina () de câmp şi o carcasă () exterioară există un spaţiu umplut cu un material () inert; în interiorul bobinei () de câmp este montat un subansamblu () destinat încărcăturii explozive principale, alcătuit, la rândul lui, dintr-o capsă () detonantă, electrică, instantanee, necesară detonării încărcăturii explozive incluse într-un detonator () suplimentar, ce asigură detonarea unei încărcături explozive () principale, montată într-o căptuşeală () metalică, şi tot în interiorul bobinei () de câmp, între aceasta şi cilindrul () de scurtcircuitare, este prevăzut un spaţiu () liber, având rolul de a mări rigiditatea dielectrică a sistemului până la declanşarea încărcăturii explozive; ansamblul astfel format mai cuprinde un capac () inferior, un inel de susţinere () pentru bobina () de câmp, un capac () superior, o sursă de alimentare () pentru capsa () detonantă şi o baterie de supercapacitori () pentru alimentarea bobinei () de câmp.

Description

Sistemul de generare a pulsului electromagnetic, în explozie controlată, cu bucla de curent

Invenția se referă la sistem de generare a pulsului electromagnetic, în explozie controlată, cu buclă de curent, destinat blocării sistemelor a căror funcționare se bazează pe principii electromagnetice [3],

Este cunoscut faptul că la frecvențe înalte are loc fenomenul de radiație a circuitelor electrice prin care acestea pierd din energia primită pe la borne, cedând-o undelor electromagnetice ce se emit în mediul înconjurător.

De asemenea, este cunoscut faptul că puterea radială (P_rad) de bucla de curent (i) este [1]; [2]·

Prad = 20π² (2 πβ/λ/ΐ²; [P_rad]= W, [i] = A, [a /X]-adimensional, în care a - este raza buclei curent iar λ este lungimea de undă a radiației. Puteri radiate mari necesită oulsuri mari de curent întrucât creșterea razei buclei de curent este limitată din considerente constructive. De asemenea, sunt cunoscute concentratoare de câmp cu sisteme de scurtcircuitare progresivă în construcție electromecanică.

Dezavantajele soluțiilor cunoscute sunt [4], [5]:

Propagarea frontului de undă de care depinde procesul de scurtcircuitare este greu de controlat;

- în timpul funcționării apar forțe electrodinamice importante, de unde și necesitatea consolidării mecanice a bobinei de câmp;

Dimensiunile foarte mari și extrem de costisitoare ale sistemelor cunoscute.

Problema tehnică pe care o rezervă invenția constă în aceea că se obțin puteri radiate mari, datorate obținerii unor curenți de regim tranzitoriu prin bobina de amplitudini foarte mari, în intervalul de valori: I = (60000 - 120000) A, într-un timp foarte scurt, în intervalul de valori: t = (50-10⁶ - 100 ·10'⁶)Δ.

Sistem de generare a pulsului electromagnetic, în explozie, cu bucla de curent, conform invenției, înlătură aceste dezavantaje prin aceea că, este alcătuit din bobina de câmp formată din N = 14-21 spire, cu secțiune dreptunghiulară, înfășurată pe un cilindru din cupru sau oțel inox (nefigurat), care nu influențează rigiditatea dielectrică a ansamblului, o buclă de curent cu rol de antenă de emisie, și un cilindru din Cu sau Fe moale cu rol de scurtcircuitare a spirelor bobinei de câmp; între bobina de câmp și carcasa exterioară se află un spațiu umplut cu material inert balast; în interiorul bobinei de câmp, se află un subansamblu destinat încărcăturii explozive principale, iar între interiorul bobinei de câmp și cinlindrul de scurtcircuitare din Cu sau Fe moale se află un spațiu liber, cu rolul de a mări rigiditatea dielectrică a sistemului până la declanșarea încărcăturii explozive; capac inferior, inel susținere, pentru bobina de câmp, capac superior, sursa de alimentare pentru capsa detonantă, bateria de supercapacitori, pentru alimentarea bobinei de câmp; subansamblu destinat încărcăturii explozive principale, conține: capsa detonantă electrică instantanee, necesară detonării încărcăturii explozive incluse în detonatorul suplimentar; acest detonator suplimentar asigură detonarea încărcăturii explozive ^“201 1-00551-0 3 -06- 2011 principale ce se află într-o căptușeală metalică; bucla de curent are următorii parametri: are formă circulară, cu planul perpendicular pe planul spirelor bobinei de câmp, se montează la capătul bobinei de câmp, opus capătului de alimentare; aria secțiunii spirei de 100 mm², dreptunghiulară a secțiunii spirei, înălțimea spirei buclei de 20 mm; inductivitatea L = 0,1875 μΗ și rezistența R = 3.63 ·10'⁷Ω; bobina de câmp prezintă următorii parametri electrici: inductivitatea Lb = 42 μΗ și rezistența Rb = 0.097 Ω.

Invenția prezintă următoarele avantaje:

- fluxul magnetic este comprimat în urma exploziei încărcăturii explozive principale plasate în bobina de câmp, frontul de undă al exploziei produce scurtcircuitarea progresivă a spirelor bobinei de câmp, rezultând o creștere semnificativă a curentului. Se obțin curenți de ordinul zecilor de MA, respectiv energii de ordinul MJ în timp de 50 -1 OOps;

sistemul de generare a pulsului electromagnetic prin compresia explozivă a fluxului magnetic permite obținerea de pulsuri electromagnetice de puteri mari prin realizarea unei secvențe optime a momentului de timp când are loc conectarea bateriei de supercapacitori la bobină, a momentului de timp la care curentul prin bobină atinge valoarea maximă și a momentului de timp când se alimentează capsa detonantă pentru a amorsa explozia ce realizează scurtcircuitarea spirelor bobinei;

puterea și spectrul de radiofrecvență al pulsului electromagnetic sunt determinate de bucla emițătoare de curent, realizând frecvențe de zeci-sute de MHz în 50-1 OOps;

sistemul de generare a pulsului electromagnetic are o construcție compactă și robustă din punct de vedere mecanic.

Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției în legătură cu figurile 1-3, care reprezintă:

- figura 1, secțiunea transversală prin sistemul de generare a pulsului electromagnetic; figura 2, subansamblu destinat încărcăturii explozive (reperul 7 din fig.l), împreună cu elementele componente;

figura 3, vedere subansamblu bobina de câmp cu bucla de curent.

Sistemul de generare a pulsului electromagnetic, conform invenției, (figura 1) este alcătuit din bobina, de câmp 1 formată din N = 14 - 21 spire, cu secțiunea dreptunghiulară, înfășurată pe un cilindru din oțel inox (nefigurat), care nu influențează rigiditatea dielectrică a ansamblului, cu o buclă de curent 2 din CU electrotehnic, puritate 95%, cu rol de antenă de emisie, și un cilindru3, din Cu sau Fe moale cu rol de scurtcircuitare a spirelor bobinei de câmp

1. între bobina de câmp 1 și carcasa exterioară 6 se află un spațiu umplut cu material inert (balast), 5. în interiorul bobinei de câmp 1, se află un subansamblu destinat încărcăturii explozive principale 7, iar între interiorul bobinei de câmp 1 și cilindrul de scurtcircuitare din Cu 3 se află un spațiu liber 4, cu rolul de a mări rigiditatea dielectrică a ansamblului până la declanșarea încărcăturii explozive din spețiul 7.

în figura 2, se prezintă subansamblu destinat încărcăturii explozive (reperul 7 din fig. 1, împreună cu elementele componente ce conține: capsa detonantă electrică instantanee 8, necesară

Λ.-2 01 1-00551-0 θ -06- 2011 detonării încărcării explozive incluse în detonatorul suplimentar, 9. Acest detonator suplimentar, 9, asigură detonarea încărăturii explozive principale 10 ce se află într-o căpușeală metalică 11.

In figura 2 se mai reprezintă; bobina de câmp 1, soațiu umplut cu material inert (balast), 5, capac inferior 12, inel susținere 13, pentru bobina de câmp 1, capac superior 14, sursa de alimentare 15 pentru capsa detonantă 8, bateria de supercapacitori 16, pentru alimentarea bobinei de câmp 1.

Sistemul de generare a pulsului electromagnetic, conform invenției, funcționează astfel: o baterie de supercapacitori electroliotici 16, de capacitate în inervalul 0.0075 - 0.15 F și tensiunea nominlă U_n = 63 V realizează un curent inițial între 150A și 940 A prin bobina de câmp 1, ce determină un câmp magnetic inițial (anterior amorsării exploziei). Anterior momentului când curentul inițial atinge valoarea de vârf, între 500 A - 600 A, se alimentează capsa detonantă electrică instantanee 8, care amorsează detonatorul suplimentar 9, proces ce provoacă declasarea încărcăturii explozive din spațiul 7. Frontul de undă al exploziei este de formă conică (unghiul de vârf de 20 - 22°), se propagă de-a lungul cilindrului din cupru 3, și determină scurtcircuitarea progesivă a bobinei de câmp 1.

Programarea scurtcircuitului determinat de explozia încărcăturii determină comprimarea fluxului magnetic, reducerea inductivității precum și creșterea curentului prin bobina de câmp 1. până la o valoare maximă de regim tranzitoriu în intervalul 55000 A - 65000 A Energia câmpului este eliberată sub formă de unde electromagnetice prin scurtcircuitarea progresivă a bobinei de câmp 1, prin utilizarea buclei de curent 2 care radiază unde electromagnetice de mare energie și spectrul larg de radiofrecvență.

Bucla de curent 2 are următorii parametri constructivi: forma circulară, conform figurii 3, cu planul perpendicular pe planul spirelor bobinei de câmp 1, ce se montează la capătul bobinei de câmp 1, opus capătului de alimentare. Bucla de curent 2 are: diametrul exterior d_ext =172 mm, diametrul interior dm_t=132 mm, diametrul mediu d_med=152 mm, grosimea spirei g = 5 mm. Aria secțiunii spirei este de 100 mm², forma secțiunii spirei este dreptunghiulară și înălțimea spirei buclei este de 20 mm. Bucla de curent 2 se montează la un capăt al bobinei de câmp 1, perpendicular pe planul spirelor acesteia, cu o bornă conectată galvanic la bobina de câmp 1, iar cu cealaltă la cilindrul de scurtcircuitare din Cu 3 (armătură metalică). Buclei de curent 2, are inductivitatea de L= 01875 μΗ și rezistența R= 3.63 ·10'⁷Ω.

Se dă ce exemplu de realizare bobina de câmp 1, cu numărul de spire N = 15 cu următorii parametri electrici: inductivitatea Lb = 42 μΗ și rezistența Rb = 0.097 Ω și parametri constructivi: lungimea: 1 =365 mm, diametrul exterior al spirei D_ext= 172 mm, diametrul interior al spirei Djm = 132 mm, diametrul mediu al spirei D_med= 152 mm, aria secțiunii spirei Ab = 100 mm², distanța dintre două spire (măsurată între axe) b = 25 mm.

Claims

1. Sistemul de generare a pulsului electromagnetic, în explozie controlată, cu bucla de curent, caracterizat prin aceea că este alcătuit din bobina de câmp (1) formată din N = 14 - 21 spire, cu secțiune dreptunghiulară, înfășurată pe un cilindru din oțel inox (nefigurat), care nu influențează rigiditatea dielectrică a ansamblului, cu o buclă de curent din Cu (2) cu rol de antenă de emisie, și un cilindru (3), din Cu sau Fe moale cu rol de scurtcircuitare a spirelor bobinei de câmp 1; între bobina de câmp (1) și carcasa exterioară (6) se află un spațiu umplut cu material inert - balast (5); în interiorul bobinei de câmp (1), se află un subansamblu destinat încărcării explozive principale (7), iar între interiorul bobinei de câmp (1) și cilindrul de scurtcircuitare din Cu (3) se află un spațiu liber (4), cu rolul de a mări rigiditatea dielectrică a sistemului până la declasarea încărcăturii explozive din spațiul (7); capac inferior (12), inel susținere (13), pentru bobina de câmp (1), capac superior (14), sursa de alimentare (15) pentru capsa detonantă (8), bateria de supercapacitori (16), pentru alimentarea bobinei de câmp (1).

2. Sistemul de generare a pulsului electromagnetic, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, subansamblu destinat încărcăturii explozive principale (7), ce conține: capsa detonantă electrică instantanee (8), necesară detonării încărcăturii explozive incluse în detonatorul suplimentar (9); acest detonator suplimewntar (9) asigură detonarea încărcăturii explozive principale (10) ce se află într-o căptușeală metalică (11).

3. Sistemul de generare a pulsului electromagnetic, conform revendicării 1 și 2, caracterizat prin aceea că, bucla de curent (2) are următorii parametri: are forma circulară, (figura 3), cu planul perpendicular pe planul spirelor bobinei de câmp (1), ce se montează la capătul bobinei de câmp (1), opus capătului de alimentare; aria secțiunii spirei de 100 mm², forma dreptunghiulară a secțiunii spirei, înălțimea spirei buclei de 20 mm; inductivitatea L = 0.1785 μΗ și rezistența R = 3.63 · IO'⁷ Ω.

4. Sistemul de generare a pulsului electromagnetic, conform revendicării 1 și 2, caracterizat prin aceea că, bobina de câmp (1) prezintă următorii parametri electrici: inductivitatea Lb = 42 μΗ și rezistența Rb = 0.097Ω.