RU2693840C1 - Self-contained generator of electromagnetic radiation of radio-frequency range - Google Patents
Self-contained generator of electromagnetic radiation of radio-frequency range Download PDFInfo
- Publication number
- RU2693840C1 RU2693840C1 RU2018142144A RU2018142144A RU2693840C1 RU 2693840 C1 RU2693840 C1 RU 2693840C1 RU 2018142144 A RU2018142144 A RU 2018142144A RU 2018142144 A RU2018142144 A RU 2018142144A RU 2693840 C1 RU2693840 C1 RU 2693840C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- generator
- liner
- windings
- piezoelectric elements
- electromagnetic radiation
- Prior art date
Links
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 title claims abstract description 10
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000002360 explosive Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000003999 initiator Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000005474 detonation Methods 0.000 claims description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 230000028161 membrane depolarization Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
- H02N11/002—Generators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
- H02N2/181—Circuits; Control arrangements or methods
Abstract
Description
Изобретение относится к преобразовательной технике, конкретнее к устройствам преобразования энергии взрывчатого вещества в электромагнитную.The invention relates to a conversion technique, and more specifically to devices for the conversion of the energy of an explosive into an electromagnetic.
Известные устройства служащие этой цели - взрывомагнитные генераторы (см. напр. Г. Кнопфель «Сверхсильные импульсные магнитные поля» М: Мир, 1973 г, с. 215) - содержат заряд взрывчатого вещества (ВВ), окруженный проводящей оболочкой (лайнером) и подключенную к нагрузке обмотку. Начальные ток и магнитное поле в обмотке создаются внешним источником начального тока (в основном используются конденсаторные батареи), после чего магнитное поле сжимается расширяющимся под давлением продуктов детонации лайнером, за счет чего величина силы тока, текущего через нагрузку возрастает.Known devices that serve this purpose — explosive magnetic generators (see, for example, G. Knopfel, “Superstrong Impulse Magnetic Fields”, M: Mir, 1973, p. 215) - contain an explosive charge surrounded by a conducting envelope (liner) and connected to load winding. The initial current and the magnetic field in the winding are created by an external source of the initial current (mainly capacitor banks are used), after which the magnetic field is compressed by the liner expanding under the pressure of detonation products, thereby increasing the amount of current flowing through the load.
Для того, чтобы существенно уменьшить габариты источника начального тока для таких устройств создан источник тока, описанный в докладе (V A. Demidov, V. D. Sadunov, S. A. Kazakov et al., «Piezoceramic power supply of EMG» B: «Megagauss and megaampere pulse technology and applications. Proceedings of Seventh Magnetic Field Generation and Related Topics», Sarov (Arzamas-16), August 5-10, 1996. Edited by V. K. Chernyshev, V. D. Selemir, L. N. Plyashkevich. Part I, Sarov, VNIIEF, 1997, p.336).In order to significantly reduce the size of the initial current source for such devices, a current source was created, described in the report (V A. Demidov, VD Sadunov, SA Kazakov et al., “Piezoceramic power supply of EMG” B: “Megagauss and megaampere pulse technology Seventh Magnetic Field Generation and Related Topics, Sarov (Arzamas-16), August 5-10, 1996. Edited by VK Chernyshev, VD Selemir, LN Plyashkevich. Part I, Sarov, VNIIEF, 1997, p. 336).
Такой источник начального тока включает набор пьезоэлементов, заряд ВВ для формирования в них ударной волны и инертный буфер для снижения давления в ударной волне до значений, при которых не нарушается электропрочность пьезоэлементов.Such an initial current source includes a set of piezoelectric elements, an explosive charge to form a shock wave in them, and an inert buffer to reduce the pressure in the shock wave to values at which the electrical strength of the piezoelectric elements is not disturbed.
Применение такого источника начального тока требует специального отдельного блока синхронизации момента срабатывания этого источника и его включения в цепь питаемого устройства и момента срабатывания взрывомагнитного генератора, что усложняет устройство и снижает надежность его работы.The use of such a source of initial current requires a special separate synchronization unit of the moment of operation of this source and its inclusion in the circuit of the powered device and the moment of operation of the explosive magnetic generator, which complicates the device and reduces the reliability of its operation.
В качестве прототипа изобретения выбран автономный витковый генератор частот, описанный в учебном пособии (А. Б. Прищепенко «Взрывы и волны». Взрывные источники электромагнитного излучения радиочастотного диапазона. Издание второе (электронное), переработанное и дополненное. М: Директ-Медиа, 2012, с. 133).As a prototype of the invention, an autonomous turn-down frequency generator, described in the tutorial (A. B. Prischechenko “Explosions and Waves”. Explosive sources of electromagnetic radiation of radio frequency range. Second edition (electronic), revised and enlarged. M: Direct-Media, 2012 , p. 133).
Генератор включает цилиндрический корпус из диэлектрика, на внутренней поверхности которого размещены две полуобмотки равной длины между которыми включены конденсатор и источник начального тока на основе пьезоэлементов, а также трубчатый лайнер с зарядом ВВ и инициатором. На торцах корпуса установлены фланцы с посадочными местами для лайнера, обеспечивающими эксцентриситет его установки по отношению к полу обмоткам.The generator includes a cylindrical dielectric body, on the inner surface of which two half windings of equal length are placed between which are connected a capacitor and an initial current source based on piezoelectric elements, as well as a tubular liner with explosive charge and initiator. At the ends of the hull, flanges are installed with seats for the liner, which ensure the eccentricity of its installation with respect to the floor windings.
При срабатывании генератора, на полувысоте заряда ВВ инициируется детонация, под действием продуктов которой лайнер расширяется. Достигнув источника начального тока лайнер, ударом по его инертному буферу, формирует в нем ударную волну, которая, ослабившись до значений гарантирующих сохранение электропрочности пьезоэлементов, вызывает их деполяризацию и протекание тока, заряжающего конденсатор. В момент достижения током максимума, расширяющийся далее лайнер замыкает полуобмотки, тем самым производя отключение источника начального тока от основного электрического контура генератора, и в основном электрическом контуре взрывомагнитного генератора возникают колебания, приводящие к формированию электромагнитного излучения.When the generator is triggered, a detonation is initiated at half-height of the explosive charge, under the action of the products of which the liner expands. Having reached the source of the initial current, the liner, by striking its inert buffer, forms a shock wave in it, which, being attenuated to values guaranteeing the preservation of the electrical strength of the piezoelectric elements, causes their depolarization and the flow of the current charging the capacitor. At the moment when the current reaches its maximum, the liner expanding further closes the half windings, thereby disconnecting the source of the initial current from the main electrical circuit of the generator, and the main electrical circuit of the explosion-generating magnetic generator oscillates, leading to the formation of electromagnetic radiation.
Недостатком описанного генератора является то, что элементы устройства начальной запитки (инертный буфер и пьезоэлементы) занимают значительную часть рабочего объема генератора, что ведет к сокращению продольного размера полуобмоток. Уменьшение продольного размера полуобмоток (при прочих неизменных параметрах генератора) означает, что общее эффективное время работы генератора будет уменьшаться, а значит, будет уменьшаться и время, в течение которого расширяющимся лайнером совершается работа против пондеромоторных сил магнитного поля тока в основном контуре генератора, т.е. увеличивается область эффективного сжатия магнитного поля. Следовательно, доля энергии преобразуемой из химической энергии ВВ в электромагнитную энергию формируемого устройством излучения также будет снижаться, а значит будет снижаться и КПД устройства в целом.The disadvantage of the described generator is that the elements of the initial powering device (inert buffer and piezoelectric elements) occupy a significant part of the working volume of the generator, which leads to a reduction in the longitudinal size of the semi-windings. Reducing the longitudinal size of the semi-windings (with other generator parameters unchanged) means that the total effective generator operation time will decrease, which means that the time during which the expanding liner performs work against the ponderomotive forces of the magnetic field of the current in the main generator circuit, t will decrease. e. area of effective magnetic field compression increases. Consequently, the proportion of energy converted from chemical energy of explosives to electromagnetic energy generated by the device radiation will also decrease, and therefore the efficiency of the device as a whole will decrease.
Техническим результатом данного изобретения является увеличение области эффективного сжатия магнитного поля и повышение КПД устройства.The technical result of the present invention is to increase the effective compression of the magnetic field and increase the efficiency of the device.
Технический результат достигается за счет того, что автономный генератор электромагнитного излучения радиочастотного диапазона включает в себя диэлектрический корпус с расположенными на его внутренней поверхности полуобмотками равной длины, соединенными последовательно с ними конденсатором и источником начального тока на основе пьезоэлементов, трубчатый лайнер с зарядом ВВ и инициатором, на торцах корпуса автономного генератора установлены торцевые фланцы с посадочными местами для лайнера, обеспечивающие эксцентриситет его установки по отношению к полуобмоткам, а пьезоэлементы источника начального тока установлены на торцевых фланцах генератора.The technical result is achieved due to the fact that the autonomous generator of electromagnetic radiation of the radio frequency range includes a dielectric body with semi-windings of equal length located on its inner surface, a capacitor connected in series with them and an initial current source based on piezoelectric elements, a tubular liner with explosive charge and initiator, end flanges with liner seats are installed at the ends of the hull of the autonomous generator, ensuring the eccentricity of its mouth ovki towards poluobmotkam and piezoelectric primary power source mounted on the end flanges of the generator.
На Фиг. 1 представлена схема автономного генератора электромагнитного излучения радиочастотного диапазона.FIG. 1 is a diagram of an autonomous generator of electromagnetic radiation of radio frequency range.
На Фиг. 2 (а, б) представлена схема расширения лайнера автономного генератора электромагнитного излучения радиочастотного диапазона (вид сбоку и вид сверху в разрезе).FIG. 2 (a, b) is a diagram of the expansion of the liner autonomous generator of electromagnetic radiation of the radio frequency range (side view and top view in section).
Принятые обозначения:Accepted notation:
1. Диэлектрический корпус генератора1. Dielectric case of the generator
2. Полу обмотки2. Semi winding
3. Конденсатор3. Condenser
4. Система пьезоэлементов4. The system of piezoelectric elements
5. Торцевые фланцы5. End flanges
6. Заряд взрывчатого вещества (заряд ВВ)6. The explosive charge (explosive charge)
7. Лайнер7. Liner
8. Инициатор детонации8. Knock initiator
Генератор электромагнитного излучения состоит из цилиндрического диэлектрический корпуса 1, на внутренней поверхности которого размещены полуобмотки 2. Каждая из полуобмоток 2 одним выводом подключена к конденсатору 3, а другим к выводу системы пьезоэлементов 4 (приведено последовательно-параллельное подключение пьезоэлементов 4, но, в зависимости от требуемых значений тока и напряжения, возможны и другие варианты подключений). Система пьезоэлементов 4 имеет электрические выводы, и, например, может представлять собой набор однотипных пьезоэлементов прямоугольной формы с размерами, определяемыми необходимым начальным током в устройстве, электрически соединяемых параллельно (либо последовательно, либо последовательно-параллельно). Система пьезоэлементов 4 размещена в торцевых фланцах 5, обеспечивающих посадочное место заполненного ВВ 6 лайнера 7 (с эксцентриситетом ε установки лайнера 7 относительно полуобмоток 2 в сторону противоположную установке конденсатора 3). Заряд ВВ 6 снабжен инициатором детонации 8.The electromagnetic radiation generator consists of a cylindrical
Генератор электромагнитного излучения работает следующим образом. Срабатывание инициатора 8 вызывает детонацию заряда ВВ 6, под давлением продуктов детонации заряда ВВ 6 начинается расширение лайнера 7. Расширение продуктов детонации на торцах заряда ВВ 6 приводит к формированию в них областей разрежения, поэтому форма расширяющегося лайнера 7 не цилиндрическая, а «бочкообразная» (показана пунктиром на фигуре 2а). Удар такого расширяющегося лайнера 7 по внутренним поверхностям фланцев 5 - не лобовой, а скользящий, за счет чего снижается давление в ударной волне, формируемой в торцевых фланцах 5, а внутренние слои этих фланцев 5 выполняют роль буфера, снижающего давление ударной волны до значений, обеспечивающих сохранение электропрочности в пьезоэлементах системы пьезоэлектрических элементов 4. Нагруженные перешедшей из фланцев 5 в пьезоэлементы системы пьезоэлементов 4 ударной волной, пьзоэлементы деполяризуются, и в электрической цепи включающей систему пьезоэлементов 4, полуобмотки 2 и конденсатор 3 начинает протекать электрический ток. Эксцентриситет ε установки лайнера 7 и положение пьезоэлементов системы пьезоэлементов 4 подобраны так, что в момент достижения током максимума, расширяющийся лайнер 7 замыкает разрыв между полуобмотками 2 (на противоположном от установке конденсатора 3 конце полуобмоток, см. фигуру 2б), замыкая электрическую цепь «конденсатор 3 - полуобмотки 2», в которой возникают электрические колебания, частота которых возрастает, поскольку дальнейшее расширение лайнера 7 приводит к существенному уменьшению индуктивности (уменьшение площади, охватываемой колебательным контуром).The generator of electromagnetic radiation works as follows. The
Дальнейшее движение расширяющегося лайнера 7 представляет собой перемещение двух точек контакта «лайнер 7 - полуобмотка 2» (по одной точке контакта на каждой из полуобмоток, движущихся симметрично), перемещение которых вдоль полуобмоток 2 электрически закорачивает ту часть полуобмоток 2, вдоль которой лайнер 7 уже осуществил электрический контакт (положение расширяющегося лайнера показано пунктиром на фигуре 26). Незакороченные в данный момент времени токонесущие элементы контура служат магнитной антенной, для излучения электромагнитных волн радиочастотного диапазона. Генератор работает в режиме параметрического усилителя, работа расширяемого продуктами детонации заряда ВВ 6 лайнера 7 совершается в те моменты времени, когда существенно магнитное поле колебательного процесса. Повышение КПД генерации реализуется за счет полного использования рабочего объема устройства за счет изъятия из этого объема генератора источника начального тока. Таким образом достигается заявленный результат.The further movement of the expanding
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018142144A RU2693840C1 (en) | 2018-11-29 | 2018-11-29 | Self-contained generator of electromagnetic radiation of radio-frequency range |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018142144A RU2693840C1 (en) | 2018-11-29 | 2018-11-29 | Self-contained generator of electromagnetic radiation of radio-frequency range |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2693840C1 true RU2693840C1 (en) | 2019-07-05 |
Family
ID=67251817
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018142144A RU2693840C1 (en) | 2018-11-29 | 2018-11-29 | Self-contained generator of electromagnetic radiation of radio-frequency range |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2693840C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2818963C1 (en) * | 2023-11-17 | 2024-05-08 | Акционерное общество "Концерн воздушно-космической обороны "Алмаз - Антей" | Self-contained generator of powerful pulses of microwave oscillations |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3564305A (en) * | 1965-04-05 | 1971-02-16 | Aerojet General Co | Method and apparatus for creating pulsed magnetic field in a large volume |
RU2054795C1 (en) * | 1991-06-26 | 1996-02-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики | Electromagnetic radiation generator |
RU2252478C2 (en) * | 2003-03-03 | 2005-05-20 | Титов Александр Александрович | Stimulated-ray variable-frequency electromagnetic radiation generator |
-
2018
- 2018-11-29 RU RU2018142144A patent/RU2693840C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3564305A (en) * | 1965-04-05 | 1971-02-16 | Aerojet General Co | Method and apparatus for creating pulsed magnetic field in a large volume |
RU2054795C1 (en) * | 1991-06-26 | 1996-02-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики | Electromagnetic radiation generator |
RU2252478C2 (en) * | 2003-03-03 | 2005-05-20 | Титов Александр Александрович | Stimulated-ray variable-frequency electromagnetic radiation generator |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
А.Б.ПРИЩЕПЕНКО "Взрывы и волны. "Взрывные источники электромагнитного излучения радиочастотного диапазона, Москва, Директ-МЕДИА, 2012, с.133. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2818963C1 (en) * | 2023-11-17 | 2024-05-08 | Акционерное общество "Концерн воздушно-космической обороны "Алмаз - Антей" | Self-contained generator of powerful pulses of microwave oscillations |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4215297A (en) | Electromagnetic percussion appliance | |
US7560855B2 (en) | Ferroelectric energy generator, system, and method | |
US3748502A (en) | Piezoelectric helmholtz resonator for energy conversion | |
US7345382B2 (en) | Method and apparatus for generating short duration high voltage energy pulses using integrated generators and antennae | |
US3225227A (en) | Miniature magnetohydrodynamic generator | |
EP2256835A2 (en) | High gain miniature power supply for plasma generation | |
RU2693840C1 (en) | Self-contained generator of electromagnetic radiation of radio-frequency range | |
Shkuratov et al. | Completely explosive ultracompact high-voltage nanosecond pulse-generating system | |
US7218016B2 (en) | Explosively driven radio frequency pulse generating apparatus | |
US9287080B2 (en) | Method and system for a piezoelectric high voltage x-ray source | |
US6005305A (en) | Magnetic voltage-pulser | |
Shkuratov et al. | Completely explosive ultracompact high-voltage pulse generating system | |
Demidov et al. | Helical cascade FCG powered by piezogenerator | |
Young et al. | COMSED 1—A compact, gigawatt class microwave source utilizing helical flux compression generator based pulsed power | |
US10483723B2 (en) | Power amplification device | |
RU2093377C1 (en) | Electrostatic member and electrodynamic propeller | |
Schoeneberg et al. | Ferromagnetic and ferroelectric materials as seed sources for magnetic flux compressors | |
Carey et al. | Autonomous RF radiation package for various applications | |
US9871186B1 (en) | Magnetostrictive alternator | |
Demidov et al. | Helical cascade FCG powered by piezogenerator | |
Bolyukh et al. | INFLUENCE OF PULSE EXCITATION ON ELECTROMECHANICAL INDICATORS OF A LINEAR PULSE CONVERTER OF ELECTRODYNAMIC TYPE. | |
Young et al. | A compact, self-contained high power microwave source based on a reflex-triode vircator and explosively driven pulsed power | |
KR20130107748A (en) | A cross-shaped piezoelectric generator | |
Young et al. | Stand-alone, FCG-driven high power microwave system | |
Mayes | Compact flash X-ray systems for radiographic applications |