RU2272237C9

RU2272237C9 - Electrodischarge protection with magnetocumulative generator

Info

Publication number: RU2272237C9
Application number: RU2004121794/02A
Authority: RU
Inventors: Олег Викторович Денисов (RU); Олег Викторович Денисов; Игорь Викторович Денисов (RU); Игорь Викторович Денисов; Роман Владиславович Сахабудинов (RU); Роман Владиславович Сахабудинов; Александр Юрьевич Назаров (RU); Александр Юрьевич Назаров; Тать на Сергеевна Беликова (RU); Татьяна Сергеевна Беликова
Original assignee: Олег Викторович Денисов; Игорь Викторович Денисов; Роман Владиславович Сахабудинов; Александр Юрьевич Назаров; Татьяна Сергеевна Беликова
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2006-07-20
Also published as: RU2004121794A; RU2272237C1

Abstract

FIELD: military equipment, applicable for protection of various objects.

SUBSTANCE: the electrodischarge protection against high-speed kinetic strikers has current-conducting surfaces made profiled and perforated, with equidistant positioned slots, whose arrangement may be staggered, cellular or rectilinear, electrocontact heater connected to the outer current-conducting surface, made of an alloy with shape memory effect and protected by a dielectric or camouflage coating, control unit, power source connected to the latter, it is provided with a number of similar magnetocumulative generators, source of initial energy, commutator unit electrically connected o the current-conducting surfaces with the aid of transmission lines.

EFFECT: enhanced efficiency of the protective structure.

2 dwg

Description

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.The present invention relates to the protection of various objects, including extended mobile, such as railway tanks, wagons, car containers, aircraft, from high-speed kinetic projectiles - bullets, fragments, metal micrometeorites, and in particular to electric discharge protection made in the form conductive surfaces - protective shields equipped with a magnetocumulative generator - a source of electrical energy.

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].Known means of electromagnetic (electric discharge) protection, the principle of which is based on the conversion of a bullet from solid to gaseous, atomized state. When a concentrated strike of a solid bullet is converted by an electromagnetic protective structure into a dispersed strike of the products of an electromagnetic explosion of a bullet on the main armor [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].Energy sources for electrical discharge protection are known, such as chemical, electromechanical, electrical. But the use of significant energy from such sources is not always possible because of the large weight and size characteristics and because of the difficulties in providing the required power in the load, which is determined by the time of formation of the electromagnetic pulse (the shorter the time, the greater the voltage, and therefore the power) [ 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].The prototype of the proposed device is an electromagnetic protective device containing conductive surfaces, each of which is connected to the corresponding positive or negative terminals of the block of high-voltage capacitors, and the conductive surfaces are profiled and perforated, with equidistant slots, the location of which can be staggered, cellular or rectilinear and equipped with an electric contact heater connected to an external conductive surface view made of an alloy with a shape memory effect and protected by a dielectric and masking coating, an impact sensor installed on the protected object, a control unit connected to it, and a power source connected to the latter [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.The disadvantages of the design of the prototype are not sufficiently high protection efficiency, since the design requires a long time to recharge high-voltage capacitors, which can lead to interruptions and lack of energy necessary for the destruction of high-speed kinetic projectiles during repeated exposure in a short period of time, as well as the large mass of the high-voltage block capacitors.

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:At the same time, in practice, there may be a need to protect objects with compact, lightweight devices from repeated exposure to high-speed kinetic projectiles in a short period of time. The problem can be solved as follows:

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.Electrodischarge protection from high-speed kinetic impactors, containing external and internal conductive surfaces, made profiled and perforated with equidistant slots in a checkerboard, honeycomb and rectilinear order, an electric contact heater connected to an external conductive surface made of an alloy with a shape memory effect and protected by dielectric and masking coating, the source of initial energy and the shock sensor installed on the protective object are connected d with a control unit, it is equipped with magnetocumulative generators connected to a power source in the form of identical modules and a commutator unit electrically connected via transmission lines to conductive surfaces.

Сущность предлагаемой защиты поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема устройства электроразрядной защиты с магнитокумулятивным генератором; на фиг.2 - вид А.The essence of the proposed protection is illustrated by drawings, where figure 1 shows a diagram of an electric discharge protection device with a magnetocumulative generator; figure 2 - view A.

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.An electric discharge protection with a magnetocumulative generator contains external 1 and internal 2 conductive surfaces made of profiled and perforated. The conductive surfaces 1, 2 have slots 3 that are equidistantly arranged in a checkerboard, honeycomb and rectilinear order, which, in particular, can be holes. The perforated conductive surfaces 1, 2 are separated between themselves and the protected object 4 by an air gap and mechanically connected by a dielectric sleeve 5, which provides sufficient protection against high-voltage breakdown and the spatial position of the plates. The dielectric sleeve 5 is connected to the protected object 4 by means of a pin 6. The internal conductive surface 2 is tightened on the dielectric bushings 5 with an interference fit, the external conductive surface 1 is connected to the dielectric sleeve 5 with a countersunk head screw 7, which ensures the free application of the masking film 8 of dielectric material. The external conductive surface 1 is made of an alloy with a shape memory effect and is electrically connected to the electric contact heater 9. One edge of the external conductive surface 1 is connected to the negative (-) pole of the electric contact heater 9. The other edge of the external conductive surface 1 is positive ( +) a pole of an electric contact heater 9. An electric contact heater 9, a source of initial energy 11, an impact sensor 12 are installed on the protected object 4, connected to the control unit 13 and a power source 14. The power source 14 is connected to magnetocumulative generators placed in the form of identical modules 15 on the main armor 16 of the protected object 4. Each individual module 15 of the magnetocumulative generator consists of a metal liner 17 (tube), inside which an explosive charge is placed 18 with a detonator 19. Each metal liner 17 is placed coaxially with a gap inside the turns of the spiral winding 20. Each module of the magnetocumulative generator 15 is placed in an armored cup 21. Metallically A liner 17 with a spiral winding 20 is placed inside the solenoid 22. The conductive surfaces 1.2 are electrically connected via transmission lines to the magnetocumulative generators 15 and the switch unit 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.The operation of this electrodischarge protection with a magnetocumulative generator from high-speed kinetic impactors occurs as follows: In the absence of commands for generating high voltage and turning on electrical contact heating of conductive surfaces 1, 2, the electrodischarge protection with magnetocumulative generator itself has capacitors charged up to the calculated level, which are the source of initial energy 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.In the control mode of electric-discharge protection, when a high-speed kinetic impactor enters the protected object, the facts and levels of impacts are recorded by the sensor 12. When the sensor 12 detects the first impact — from penetrating an external conductive surface — the control unit 13 generates a command with an estimated time delay for the operation of the next module 15 magnetocumulative generator. In this case, the turns of the spiral winding 20 are sequentially closed by the impact of a metal liner 17, expanding under the action of explosion products. The magnetic flux previously created by the source of initial energy 11 and the solenoid 22 is “compressed”, is displaced into the inductive load connecting the liner and the coils of the spiral winding, and due to the work performed by the explosion products, the energy of the quasistationary magnetic field increases. The resulting electrical impulse breaks down the arrester-sharpener [2, 3] of the switch unit 23, enters the current-carrying surfaces 1, 2 through the transmission line and is applied to the load, in this case, a metal high-speed kinetic projectile that is electrically exploding from the applied energy.

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.In this case, the discharge energy must be commensurate with the energy necessary to transfer the mass of the projectile to the molten liquid and gaseous state (products of an electromagnetic explosion). The process of the output of the products of an electromagnetic explosion of a kinetic impactor beyond the conductive surfaces 1, 2 differs from known devices, and occurs with lower gas-dynamic resistance: inward - through the slots 3 of the inner conductive surface 2, along the main armor of the protected object 4, outward - through the slots 3 of the external conductive surface 1, a masking film 8 of a dielectric material, and with less plastic deformation and fracture of the conductive surfaces 1, 2.

Для достижения оптимальных параметров процесса выхода продуктов электромагнитного взрыва максимальный диаметр отверстий прорезей 4 должен быть равен d₀=(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.To achieve optimal parameters of the process of the output of products of electromagnetic explosion, the maximum diameter of the holes of the slots 4 should be equal to d ₀ = (0.8 ... 0.9) d _y , and the maximum distance between conductive surfaces - l ₀ = (1,1 .. .1,2) l _y , the minimum distance between the edges of the holes on the surfaces h ₀ = (1,1 ... 1,2) d _y , where d _y is the maximum diameter of the kinetic impactor, l _y is the maximum length of the kinetic impactor.

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.When the sensor 12 detects at least two strokes: the first, low power — from punching the external conductive surface 1 with a high-speed kinetic striker and the second, high power — from the energy discharge of the magnetocumulative generator 15 to the kinetic striker, at the command of the control unit 13 from the power source 14 low DC voltage is supplied to the electric contact heater 9. The external conductive surface 1 is heated to a temperature at which plastic shape is restored ki deformed products electromagnetic explosion protection portion. For an alloy with a shape memory effect based on, for example, copper, this temperature for the most stable results is from 80 ° C to 150 ° C, and the degree of recovery, depending on the deformation, reaches 80-98% [5]. Thus, the restoration of the shape of the external conductive surface 1 is ensured by the force of thermoelasticity of the alloy.

После восстановления формы внешняя токопроводящая поверхность 1 охлаждается произвольно наружным воздухом.After the shape is restored, the external conductive surface 1 is cooled arbitrarily by the outside air.

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.After instant switching to the next module of the magnetocumulative generator, the electric-discharge protection is again ready for work, namely, to protect the object from high-speed kinetic projectiles. In this case, the restoration of the shape of the damaged portion of the external conductive surface 1, the recharging of the capacitors of the initial energy source 11 and the receipt by the control unit 13 of the commands from external systems contribute to an increase in its efficiency.

Применение бронированных стаканов, эквидистантно размещенных на основной броне объекта, способствует повышению безопасности работы.The use of armored glasses, equidistantly placed on the main armor of the object, improves safety.

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.The positive effect of the invention consists in increasing the efficiency of the protective structure, improving operational characteristics due to the additional possibility of the output of the products of the electromagnetic explosion of the kinetic impactor, as well as the possibility of multiple restoration of the shape of the external conductive surface after its plastic deformation. The positive effect is caused by the use of modules of magnetocumulative generators in the form of identical modules placed in armored glasses, and by a block of commutators electrically connected via transmission lines to conductive surfaces.

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.This electromagnetic protective device differs from the prototype in its advanced design, which provides protection from high-speed kinetic projectiles, the possibility of repeated use with higher efficiency due to the use of compact energy sources.

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.Thus, the proposed electromagnetic protective device eliminates the possibility of damage to the protected objects from high-speed kinetic projectiles both during single and multiple exposure in a short period of time.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Патент Германии по заявке №4034401, "Электромагнитная броневая защита", F 41 H 5/004.1. German patent application No. 4034401, "Electromagnetic armor protection", 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.8-15.2. Boriskin A.S. et al. High-voltage voltage source based on a magnetocumulative generator of the VMG-80 type, "ELECTRICITY" No. 3/2001. p. 8-15.

3. Сахаров А.Д. Взрывомагнитные генераторы. - УФН. 1966, т.88, вып.4.3. Sakharov A.D. Explosive magnetic generators. - Physics – Uspekhi. 1966, vol. 88, issue 4.

4. Патент РФ №2230282 по заявке №2002126337/02 от 2.10.2002. Электромагнитное защитное устройство.4. RF patent No. 2230282 by application No. 2002126337/02 of 2.10.2002. Electromagnetic protective device.

5. Эффект памяти формы в сплавах: Пер. с англ. Л.М.Бернштейна / Под ред. В.А.Займовского - М.; Металлургия, 1979.5. The effect of shape memory in alloys: Trans. from English L.M.Bernshtein / Ed. V.A. Zaimovsky - M .; Metallurgy, 1979.

6. "Цистерны", Устройство, эксплуатация, ремонт, Справочное пособие, М., Транспорт, 1990.6. "Tanks", Device, operation, repair, Reference manual, M., Transport, 1990.

Claims

Electrodischarge protection from high-speed kinetic projectiles, containing external and internal conductive surfaces, made profiled and perforated with equidistant slots in a checkerboard, honeycomb and rectilinear order, an electric contact heater connected to an external conductive surface made of an alloy with a shape memory effect and protected by dielectric and masking coating installed on the protected object, the source of initial energy and the shock sensor is connected connected to the control unit, and a power source associated with the control unit, characterized in that it is equipped with magnetocumulative generators connected to the power source in the form of identical modules and a switch unit electrically connected via transmission lines to conductive surfaces.