RU2406191C1 - Electrical discharge acoustic generator - Google Patents

Electrical discharge acoustic generator Download PDF

Info

Publication number
RU2406191C1
RU2406191C1 RU2009129346/07A RU2009129346A RU2406191C1 RU 2406191 C1 RU2406191 C1 RU 2406191C1 RU 2009129346/07 A RU2009129346/07 A RU 2009129346/07A RU 2009129346 A RU2009129346 A RU 2009129346A RU 2406191 C1 RU2406191 C1 RU 2406191C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
discharge
emitters
generator
electric
electrode
Prior art date
Application number
RU2009129346/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Дмитриевич Селемир (RU)
Виктор Дмитриевич Селемир
Григорий Маврикиевич Спиров (RU)
Григорий Маврикиевич Спиров
Денис Сергеевич Чебаков (RU)
Денис Сергеевич Чебаков
Сергей Иванович Шлепкин (RU)
Сергей Иванович Шлепкин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ"
Priority to RU2009129346/07A priority Critical patent/RU2406191C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2406191C1 publication Critical patent/RU2406191C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: electrical discharge acoustic generator is referred to acoustics and hydroacoustics and represented with an integrated system of intense pulse acoustic fields generation by means of spark discharges in air and water media. The generator includes power supply source, pulse shaping unit with charger, capacitor-type energy accumulator and switching unit. The generator also includes electrode emitting system containing phased antennae array. The phased antennae array is consists of tube-type emitter of directed action, which is joined with electrodes being installed so that emission can be directed to the target. The electrodes are made of dielectric or metal. In addition, the pulse shaping unit includes extra stand-alone capacitor-type energy accumulators and switching units combined with their actuation synchronisation system. The generator contains automated control and operation programming system. Additionally, the generator may contain emitter charge actuation system represented as one of the following systems: high-voltage electrode system on the discharge sliding on dielectric surface, which is connected to the discharge side of emitter area; system of electrically exploding conductors, solid or metallised dielectric supply to discharge area; system of viscous or conductive emitters supply to the discharge area, air or other gases supply system to the discharge area; plasma sprays injection system to discharge area.
EFFECT: expanded application due to possibility of operation in various environment and increased effect owing to directed action emission and focusing.
2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области акустики и гидроакустики и представляет собой комплексную систему генерирования мощных акустических полей при помощи искровых электрических разрядов в воздушной и водной средах.The invention relates to the field of acoustics and hydroacoustics and is a comprehensive system for generating powerful acoustic fields using spark electric discharges in air and water.

Известен импульсный излучатель акустических сигналов, формируемых в водной и воздушной среде («Широкополосный импульсный излучатель направленного действия», патент РФ №2099831, публикация описания 20.12.1997 г.). Излучатель осуществляет преобразование энергии импульсного электрического разряда в энергию акустических волн и представляет собой цепочку последовательно соединенных пар электродов, искровые промежутки между которыми пространственно размещаются в узлах антенной решетки.Known pulsed emitter of acoustic signals generated in water and air ("Broadband pulsed emitter of directional action", RF patent No. 2099831, publication of the description 12/20/1997). The emitter converts the energy of a pulsed electric discharge into the energy of acoustic waves and is a chain of series-connected pairs of electrodes, spark gaps between which are spatially located at the nodes of the antenna array.

Недостатками данной конструкции являются:The disadvantages of this design are:

- низкая эффективность работы в морской воде;- low efficiency in seawater;

- отсутствие направленности единичного излучающего элемента;- lack of directivity of a single radiating element;

- отсутствие возможности фокусировки акустических волн в заданной области.- the lack of focusing of acoustic waves in a given area.

Ближайшим аналогом к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является электроразрядный акустический генератор («Средство активной защиты акваторий», патент на полезную модель РФ №33291, публикация описания 20.10.2003 г.), данная конструкция выбрана в качестве прототипа. Полезная модель относится к области устройств для оглушения живых организмов и может быть использована в системах физической защиты различных объектов.The closest analogue to the invention according to the technical essence and the technical result achieved is an electric-discharge acoustic generator ("Means of active protection of water areas", patent for utility model of the Russian Federation No. 3391, publication of the description on October 20, 2003), this design is selected as a prototype. The utility model relates to the field of devices for stunning living organisms and can be used in physical protection systems of various objects.

Известный электроразрядный акустический генератор содержит следующие элементы:Known electrical discharge acoustic generator contains the following elements:

- источник электроэнергии;- source of electricity;

- блок формирования импульсов, включающий зарядное устройство, конденсаторный накопитель энергии, коммутатор;- a pulse forming unit including a charger, a capacitor energy storage device, a switch;

- кабельную линию;- cable line;

- электродную излучающую систему.- electrode emitting system.

Между электродами излучающей системы создается импульсный искровой электроразряд, в результате чего в воде формируется электрогидравлический удар и, как следствие, акустическое излучение.A pulsed spark electric discharge is created between the electrodes of the radiating system, as a result of which an electro-hydraulic shock is formed in water and, as a result, acoustic radiation.

Недостатками данного устройства являются:The disadvantages of this device are:

- низкая эффективность работы в морской воде и воздушной среде;- low efficiency in sea water and air;

- отсутствие направленности единичного излучающего элемента;- lack of directivity of a single radiating element;

- отсутствие возможности фокусировки акустических волн в заданной области;- the lack of focusing of acoustic waves in a given area;

- отсутствие возможности осуществления программируемых режимов акустического воздействия.- the lack of the ability to implement programmable modes of acoustic exposure.

Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение функциональности применения электроразрядного акустического генератора за счет обеспечения возможности его работы в различных средах (в том числе в морской воде и в воздухе) и повышение эффективности воздействия на цель за счет создания направленности и фокусировки излучения, а также за счет обеспечения программируемых режимов воздействия.The technical result of the claimed invention is to expand the functionality of the use of an electric-discharge acoustic generator by providing the possibility of its operation in various environments (including sea water and in air) and increasing the impact on the target by creating directivity and focusing radiation, as well as by providing programmable exposure modes.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в электроразрядном акустическом генераторе, включающем источник электроэнергии, блок формирования импульсов с зарядным устройством, конденсаторным накопителем энергии, коммутатором и соединенную с ним через кабельную линию электродную излучающую систему, электродная излучающая система содержит фазированную антенную решетку, состоящую из трубчатых излучателей направленного действия, объединенных с электродами, установленных с возможностью наведения излучения на цель и выполненных из диэлектрического материала или металла; при этом блок формирования импульсов содержит дополнительные автономные конденсаторные накопители энергии и коммутаторы с системой синхронизации их срабатывания, а генератор содержит автоматизированную систему управления и программирования режимов его работы.The specified technical result is achieved due to the fact that in an electric-discharge acoustic generator including an electric power source, a pulse generating unit with a charger, a capacitor energy storage device, a switch and an electrode emitting system connected to it via a cable line, the electrode emitting system contains a phased antenna array consisting of from tubular emitters of directional action combined with electrodes installed with the possibility of directing radiation to the target and made of dielectric material or metal; at the same time, the pulse forming unit contains additional autonomous capacitor energy storage devices and switches with a synchronization system for their operation, and the generator contains an automated control system and programming of its operation modes.

Генератор дополнительно может содержать систему принудительного инициирования электрического разряда излучателей, представляющую собой одну из следующих систем: высоковольтную электродную систему на скользящем по поверхности диэлектрика разряде, включаемую в разрядную область излучателей; систему подачи в разрядную область излучателей электрически взрывающихся проводников, твердых или металлизированных диэлектриков; систему впрыска в разрядную область излучателей вязких или проводящих жидкостей, систему нагнетания в разрядную область излучателей воздуха и других газов; систему инжекции в разрядную область излучателей плазменных струй.The generator may further comprise a system for forcing an electric discharge of emitters, which is one of the following systems: a high-voltage electrode system on a discharge moving across the surface of the dielectric, included in the discharge region of the emitters; a system for supplying electrically exploding conductors, solid or metallized dielectrics to the discharge region of emitters; a system of injection into the discharge region of emitters of viscous or conductive liquids, a system of injection into the discharge region of emitters of air and other gases; a system for injecting plasma jets into the discharge region.

Наличие фазированной антенной решетки позволяет осуществлять фокусировку акустического поля в заданной области и создавать пространственно-распределенные барьеры активной физической защиты объектов.The presence of a phased antenna array allows you to focus the acoustic field in a given area and create spatially distributed barriers of active physical protection of objects.

Трубчатые излучатели направленного действия, установленные с возможностью наведения излучения на объект воздействия и объединенные с электродами, дополняют вышеназванные свойства фазированной антенной решетки путем повышения концентрации акустического излучения в заданном направлении.Directional tubular emitters installed with the possibility of directing radiation to the target and combined with electrodes supplement the above-mentioned properties of the phased array by increasing the concentration of acoustic radiation in a given direction.

Выбор материала трубчатых излучателей, материала и конструкции электродов, а также, в случае необходимости, метода принудительного инициирования электрического разряда излучателей связан с условиями конкретного применения генератора: воздушная среда, морская или речная вода. В зависимости от тех или иных условий в качестве материала трубчатых излучателей может быть использована сталь различных марок, а также различные типы стеклопластиков. Электродные системы могут исполняться в одно- и многозазорном вариантах, иметь линейную и коаксиальную конфигурацию.The choice of the material of the tube emitters, the material and design of the electrodes, as well as, if necessary, the method of forced initiation of the electric discharge of the emitters is related to the conditions of the specific application of the generator: air, sea or river water. Depending on certain conditions, steel of various grades and various types of fiberglass can be used as the material of the tube emitters. Electrode systems can be executed in single and multi-gap versions, have a linear and coaxial configuration.

Дополнительные автономные конденсаторные накопители энергии и коммутаторы с системой синхронизации их срабатывания, а также автоматизированная система управления и программирования режимов работы генератора обеспечивают свойства фазированной антенной решетки фокусировать излучение в заданной области и позволяют осуществлять программируемые режимы воздействия на объект.Additional autonomous capacitor energy storage devices and switches with a synchronization system for their operation, as well as an automated control system and programming the operating modes of the generator provide the properties of a phased array to focus radiation in a given area and allow programmable modes of action on the object.

Система принудительного инициирования электрического разряда излучателей используется для повышения эффективности воздействия на объект в случае наличия тех или иных условий, затрудняющих развитие искрового разряда (разряд в морской воде, разряд на относительно длинные искровые промежутки и т.п.), путем повышения общей эффективности и стабильности работы генератора. Возможные варианты системы принудительного инициирования обозначены выше.The system of forced initiation of an electric discharge of emitters is used to increase the efficiency of impact on an object in the presence of certain conditions that impede the development of a spark discharge (discharge in sea water, discharge into relatively long spark gaps, etc.), by increasing the overall efficiency and stability generator work. Possible variants of the forced initiation system are indicated above.

На фиг.1 изображена структурная схема заявляемого устройства без системы принудительного инициирования электрического разряда излучателей; на фиг.2 - структурная схема заявляемого устройства, включающего данную систему, где 1 - источник электрической энергии; 2 - блок формирования импульсов, включающий зарядное устройство, конденсаторный накопитель энергии, коммутатор; 3 - кабельная линия; 4 - электродная излучающая система; 5 - автоматизированная система управления и программирования режимов работы генератора; 6 - система принудительного инициирования электрического разряда излучателей.Figure 1 shows a structural diagram of the inventive device without a system of forced initiation of an electric discharge of emitters; figure 2 is a structural diagram of the inventive device, including this system, where 1 is a source of electrical energy; 2 - a pulse forming unit including a charger, a capacitor energy storage device, a switch; 3 - cable line; 4 - electrode emitting system; 5 - an automated control system and programming the operating modes of the generator; 6 - system of forced initiation of an electric discharge of emitters.

Примером конкретного выполнения заявляемого устройства может служить электроразрядный акустический генератор, предназначенный для работы в воздушной среде, речной и морской воде, включающий: источник электроэнергии на основе дизельного генератора; блок формирования импульсов, содержащий зарядное устройство, заданное количество автономных конденсаторных накопителей энергии, коммутирующих элементов на основе вакуумных разрядников и систему синхронизации их срабатывания; соединительную кабельную линию с соответствующим количеством кабелей; электродную излучающую систему на основе плоской фазированной антенной решетки, состоящей из трубчатых излучателей направленного действия с электромеханической системой наведения на объект воздействия; автоматизированную систему управления и программирования режимов работы генератора; систему принудительного инициирования электрических разрядов излучателей путем нагнетания воздуха в разрядную область при помощи компрессора для работы в морской воде. Трубчатый излучатель включает в себя стальную цилиндрическую трубу, выполняющую функцию волновода и отрицательного электрода, и штыревой положительный электрод, расположенный внутри трубы на ее оси (коаксиальная система электродов). При этом отдельный автономный конденсаторный накопитель служит источником импульсного питания от одного до нескольких трубчатых излучателей, объединенных электрически последовательно.An example of a specific implementation of the claimed device can serve as an electric-discharge acoustic generator designed to operate in air, river and sea water, including: a source of electricity based on a diesel generator; a pulse generating unit comprising a charger, a predetermined number of autonomous capacitor energy storage devices, switching elements based on vacuum arresters and a synchronization system for their operation; connecting cable line with the appropriate number of cables; electrode radiating system based on a flat phased antenna array consisting of directional tubular emitters with an electromechanical guidance system on the target; automated control system and programming of the generator operating modes; system of forced initiation of electric discharges of emitters by forcing air into the discharge region using a compressor for operation in sea water. The tubular emitter includes a steel cylindrical tube that acts as a waveguide and a negative electrode, and a pin positive electrode located inside the tube on its axis (coaxial electrode system). In this case, a separate autonomous capacitor storage serves as a source of pulsed power from one to several tubular emitters, connected electrically in series.

Работа генератора осуществляется следующим образом. В соответствии с поступлением соответствующих командных сигналов системы управления 5 происходит запуск системы принудительного инициирования 6 и в разрядную область трубчатых излучателей электродной излучающей системы 4 нагнетается воздух, вытесняя из разрядной области морскую воду (в случае работы генератора в воздушной среде и речной воде необходимость в использовании системы принудительного инициирования отсутствует). При этом происходит наведение трубчатых излучателей на объект воздействия. Система автономных конденсаторных накопителей в блоке формирования импульсов 2 заряжается от источника электроэнергии 1 до требуемого значения напряжения и разряжается через кабельную линию 3 на электродную излучающую систему 4, при этом обеспечиваются необходимые по длительности задержки срабатывания излучателей, формирующихThe operation of the generator is as follows. In accordance with the receipt of the corresponding command signals of the control system 5, the forced initiation system 6 is launched and air is pumped into the discharge region of the tubular emitters of the electrode emitting system 4, displacing sea water from the discharge region (in the case of the generator working in air and river water, the need to use the system no forced initiation). When this happens, the guidance of the tubular emitters on the target. The system of autonomous capacitor banks in the pulse forming unit 2 is charged from the electric power source 1 to the required voltage value and discharged through the cable line 3 to the electrode emitting system 4, while providing the necessary duration of operation delay of the emitters forming

фазированное излучение и обеспечивающих фокусировку отдельных акустических сигналов на объекте воздействия. При разряде емкостного накопителя на систему электродов происходит образование расширяющегося плазменного поршня, дополнительно ускоряющегося под действием электромагнитного поля разрядного тока. Таким образом, увеличивается коэффициент преобразования электрической энергии в акустическую и, как следствие, эффективность воздействия на цель. Следующий рабочий цикл происходит в соответствии с заданной программой режима работы генератора.phased radiation and providing focusing of individual acoustic signals at the target. When a capacitive storage device is discharged onto the electrode system, an expanding plasma piston is formed, which is additionally accelerated by the electromagnetic field of the discharge current. Thus, the coefficient of conversion of electrical energy into acoustic energy and, as a result, the efficiency of impact on the target increases. The next duty cycle occurs in accordance with a given generator operating mode program.

Таким образом, заявляемый генератор позволяет достичь повышения эффективности воздействия на объект за счет создания направленности, фокусировки излучения и обеспечения программируемых режимов воздействия. Дополнительно при использовании изобретения расширяются функциональные возможности применения электроразрядного акустического генератора за счет обеспечения возможности его работы в различных средах (в воздушной среде, речной и морской воде. Предлагаемое изобретение может быть использовано в качестве активной физической защиты различных объектов от правонарушителей, террористов, диверсантов и т.п. в воздушной среде, речной и морской воде.Thus, the inventive generator allows you to increase the efficiency of exposure to the object by creating directivity, focusing radiation and providing programmable exposure modes. Additionally, when using the invention, the functional possibilities of using an electric-discharge acoustic generator are expanded by providing the possibility of its operation in various environments (in air, river and sea water. The proposed invention can be used as active physical protection of various objects from offenders, terrorists, saboteurs, etc. .p. in air, river and sea water.

Claims (2)

1. Электроразрядный акустический генератор, включающий источник электроэнергии, электрически связанный с ним блок формирования импульсов с зарядным устройством, конденсаторным накопителем энергии и коммутатором и соединенную с ним через кабельную линию электродную излучающую систему, отличающийся тем, что электродная излучающая система содержит фазированную антенную решетку, состоящую из трубчатых излучателей направленного действия, объединенных с электродами, установленных с возможностью наведения излучения на объект воздействия и выполненных из диэлектрика или металла, при этом блок формирования импульсов содержит дополнительные автономные конденсаторные накопители энергии и коммутаторы с системой синхронизации их срабатывания, а генератор содержит автоматизированную систему управления и программирования режимов его работы, которая питается от источника электроэнергии и связана с блоком формирования импульсов и электродной излучающей системой.1. An electric-discharge acoustic generator comprising an electric source, an electrically connected pulse generating unit with a charger, a capacitor storage device and a switch, and an electrode emitting system connected to it via a cable line, characterized in that the electrode emitting system contains a phased antenna array consisting of from tubular emitters of directional action combined with electrodes installed with the possibility of directing radiation to the target I and made of dielectric or metal, while the pulse forming unit contains additional autonomous capacitor energy storage devices and switches with a synchronization system for their operation, and the generator contains an automated control system and programming of its operation modes, which is powered by an electric power source and connected to the pulse generating unit and electrode radiating system. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит систему инициирования электрического разряда излучателей, связанную с источником электроэнергии и автоматизированной системой управления, и представляющую собой либо высоковольтную электродную систему на скользящем по поверхности диэлектрика разряде, расположенную в разрядной области излучателей, либо систему подачи в разрядную область излучателей электрически взрывающихся проволочек, выполненных из проводников, твердых или металлизированных диэлектриков, либо систему впрыска в разрядную область излучателей вязких или проводящих жидкостей, либо систему нагнетания в разрядную область излучателей воздуха и других газов, либо систему инжекции в разрядную область излучателей плазменных струй. 2. The device according to claim 1, characterized in that it further comprises a system for initiating an electric discharge of emitters associated with an electric power source and an automated control system, which is either a high-voltage electrode system on a discharge sliding on the surface of a dielectric located in the discharge region of emitters, either a system for supplying to the discharge region of emitters of electrically exploding wires made of conductors, solid or metallized dielectrics, or a system of injection into the discharge region of emitters of viscous or conductive liquids, or a system of injection into the discharge region of emitters of air and other gases, or an injection system into the discharge region of emitters of plasma jets.
RU2009129346/07A 2009-07-29 2009-07-29 Electrical discharge acoustic generator RU2406191C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009129346/07A RU2406191C1 (en) 2009-07-29 2009-07-29 Electrical discharge acoustic generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009129346/07A RU2406191C1 (en) 2009-07-29 2009-07-29 Electrical discharge acoustic generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2406191C1 true RU2406191C1 (en) 2010-12-10

Family

ID=46306585

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009129346/07A RU2406191C1 (en) 2009-07-29 2009-07-29 Electrical discharge acoustic generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2406191C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018058401A1 (en) Pipeline scale removing and rock stratum fracturing device based on electrohydraulic pulse shockwaves
Savage et al. Status of the Z pulsed power driver
CN101425290A (en) Combined electric spark pulse sound source
US7741735B2 (en) Method and apparatus for generating short duration high voltage energy pulses using integrated generators and antennae
US5841737A (en) Sparker source systems
CN111822313A (en) Underwater sound source and shock wave source based on metal wire array electric explosion
RU2406191C1 (en) Electrical discharge acoustic generator
CN103116157A (en) Plasma sonar buoy
CN111431296A (en) Microwave generating system
CN109327953B (en) Pulse strong flash light source of large tracts of land ultraviolet light wave band
RU2585690C1 (en) Method for active protection areas shock-wave action on underwater object and device for implementation
RU2451563C1 (en) Apparatus for producing active effect on secure water body intruders
CN103901393B (en) Submarine navigation device based on the plasma pulse signal beacon that tracks
CN105783589A (en) Pulse clustered beam energy weapon
Young et al. Stand-alone, FCG-driven high power microwave system
RU2287757C1 (en) Remote-control electroshock device
RU2559022C1 (en) Pulse ionic accelerator
Walter et al. Theoretical pulsed ring down antenna array performance
RU2431242C2 (en) Device for initiation of microwave discharge and creation of plasma
KR100304757B1 (en) Pulse power system
CN110663290A (en) Pulse energy generating device
RU2681967C1 (en) Water area active protection device by the shock-wave impact on the underwater object
RU2339054C1 (en) Electro-hydraulic emitter
Elsayed et al. COMSED 2-Recent advances to an explosively driven high power microwave pulsed power system
Mayes Compact flash X-ray systems for radiographic applications

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120730