CN101793485B

CN101793485B - 无电枢爆磁压缩发生器

Info

Publication number: CN101793485B
Application number: CN 201010001178
Authority: CN
Inventors: 焦清介; 金兆鑫; 曾亮; 臧充光; 聂建新
Original assignee: No206 Institute Of China North Industries Group Corp; Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: No.206 Institute of China North Industries Group Corporation
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2010-01-15
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2030-01-15
Also published as: CN101793485A

Abstract

本发明提供了一种爆轰产物导电式螺线管型爆磁压缩发生器，属于高功率脉冲电源和磁压缩领域。所述爆磁压缩发生器还包括定子线圈，金属导电棒和负载；所述爆磁压缩发生器内部设置填充有爆轰物；所述金属导电棒固定埋设在所述爆轰物中间；所述爆磁压缩发生器通过引爆爆轰物，因爆轰产物具有导电性，在所述定子线圈-负载-金属导电棒-爆轰产物形成新电流回路，从而俘获磁通；由于磁场冻结效应，随着爆轰的进行，电感减小，新回路电流增大，在负载端形成高电流脉冲。

Description

无电枢爆磁压缩发生器

技术领域

本发明属于高功率脉冲电源和磁压缩领域，具体涉及一种爆轰产物导电式螺线管型爆磁压缩发生器。

背景技术

爆磁压缩发生器(MFCG)是根据磁场冻结效应设计的一种电流脉冲装置。它利用***的化学能驱动回路变形，压缩磁场作功，而使回路电感减小、电流增大，最终使化学能转变为电磁能。爆磁压缩发生器可用作电磁发射器、等离子聚焦、高功率电磁辐射、激光器、产生强磁场的电源以及用作激励二极管从而产生强流带电粒子束的电源等。而由于其单次使用的特点，主要是在高能电磁武器中用作高功率脉冲源。发生器可以有盘型、板型、条型、螺线型等各种型式，其中螺线型爆磁压缩发生器结构简单，且具有很大的初始电感，能俘获更多的初始磁通从而能得到比其它MFCG大的电流和能量放大倍数，因而有着广泛的应用。

由于爆磁压缩发生器是一种高功率脉冲电源，可以在微秒量级的时间内输出数百千安至数十兆安的大脉冲电流。从20世纪40年代开始至今都被世界各国深入研究。其中螺线管型爆磁压缩发生器的应用最为广泛，它主要由电枢、***装药、定子线圈、撬断开关和高聚物绝缘层组成。其基本原理是：先利用电容器组给发生器和负载构成的回路放电，注入种子电流，在发生器内产生电磁场。引爆装药，驱动电枢膨胀，当电枢接触到安装在发生器前端得撬断开关后短路掉电容器组，发生器与负载构成单独回路。呈锥形膨胀的电枢向前推进，逐匝短路外层的定子线圈，同时压缩磁场，把***的部分化学能转变成电磁能，最终在负载上输出放大数十倍或上百倍的脉冲电流。

传统单级螺线管型发生器的缺点是单位体积内能量输出低。由于电枢与定子线圈的直径比受到电枢膨胀极限半径的限制，因而提高初始电感的潜力有限，而跳匝及电枢与定子线圈短路点接触不良原因等容易引起磁通损失，因此也影响了发生器的电流及能量放大倍数。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种爆轰产物导电式螺线管型爆磁压缩发生器，消除传统发生器电枢膨胀极限半径的限制，提高初始电感，获得更大的电流和能量放大倍数。

本发明是通过以下技术方案实现的：

无电枢爆磁压缩发生器，所述爆磁压缩发生器为螺线管型，且采用爆轰产物导电方式，其包括外接电源；所述爆磁压缩发生器还包括定子线圈，金属导电棒和负载；

所述爆磁压缩发生器内部设置有爆轰仓，在所述爆轰仓内填充有爆轰物；所述金属导电棒固定埋设在所述爆轰物中间；

所述爆磁压缩发生器通过引爆爆轰物，因爆轰产物具有导电性，在所述定子线圈—负载—金属导电棒—爆轰产物形成新电流回路，从而俘获磁通；由于磁场冻结效应，随着爆轰的进行，电感减小，新回路电流增大，在负载端形成高电流脉冲。

本发明为了克服现有技术中存在的问题，所述爆轰物采用含铝***。具体所述爆轰物为含铝梯恩梯***或含铝B***。即TNT/Al或TNT/RDX/Al。

本发明在现有技术结构的基础上进行改进，所述在爆轰仓外绕设有所述定子线圈；所述定子线圈一端通过所述负载与金属导电棒连接；所述定子线圈另一端和所述外接电源连接；

在所述爆轰仓一端外设置有导爆索；本发明所述导爆索的长度设置与初始电路延迟时间适配，引爆时间与所述定子线圈短路初始时刻与电容器放电达到最大电流时刻一致。设电容器开始放电到电流达到最大值所需时间间隔为t_c,也即为从电容器开始放电到导爆索引爆***直至短路定子线圈所需时间间隔，另设导爆索开始引爆***直至短路定子线圈所需时间间隔为t_e，则电容器开始放电到导爆索开始引爆***的时间间隔为t_s=t_c-t_e，其间所用导爆索的长度为L=D·t_s=D·(t_c-t_e)。

所述金属导电棒材质为铜棒；

在所述外接电源，定子线圈，负载和金属导电棒间形成回路。

本发明为了对结构起到固定和绝缘的作用，在所述定子线圈外套接有套筒，且在套筒和定子线圈间填充有热固性树脂。

所述套筒材质为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），所述热固性树脂为环氧树脂。

本发明在所述套筒外还设置套接有外壳；在所述爆轰仓两端设置有铝端塞。本发明中所述爆轰物具有高导电率，其导电率超过10⁶Ω^-1·m^-1。

所述外接电源采用电容器，其电容量为10～50μF；所述定子线圈分节绕制，总电感为0.2～1.0mH。本发明目的通过含铝***，高电导率爆轰产物代替电枢压缩磁场的方法，消除了传统发生器电枢膨胀极限半径的限制，有利于提高初始电感，获得更大的电流和能量放大倍数。

本发明中采用含铝***和中心铜棒代替传统发生器的电枢和其内侧***，在发生器运行过程中形成定子线圈、***爆轰产物、铜棒、导线和负载的回路。利用***爆轰产物具有高电导率的特点压缩磁场。

在传统发生器定子线圈内侧装入圆柱形铸装含铝***，并在***的中心轴线上安装导电铜棒。定子线圈采用环氧树脂固定和绝缘，在环氧树脂外侧安装预制破片。含铝***起爆后，当其遇到埋入高聚物中的定子线圈时，破坏高聚物层和定子线圈的绝缘皮。由于含铝***爆轰产物具有高电导率，因此可以像传统发生器的电枢一样，逐匝短路定子线圈，进而使“负载-导线-铜棒-含铝***爆轰产物-定子线圈”这一回路导通，磁场被***爆轰产物压缩，电流被放大。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）利用含铝***爆轰产物代替电枢压缩磁场，消除了电枢极限破裂半径的影响，有利于定子线圈半径的增加，使发生器的初始电感得到提高；（2）在相同体积下，负载输出电流放大率提高了15%以上；（3）跳匝及电枢与定子线圈短路点接触不良等容易引起磁通损失的问题得到了有效避免。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

图1是本发明爆轰产物导电式螺线管型爆磁压缩发生器结构示意图。

图2是本发明爆轰产物导电式螺线管型爆磁压缩发生器运行过程示意图。

图3是本发明爆轰产物导电式螺线管型爆磁压缩发生器效果对比：负载输出电流对比图。

图1中：1.外接电源；2.含铝***；3.定子线圈；4.环氧树脂；5.有机玻璃套筒；6.外壳；7.负载；8.铜棒；9.铝端塞；10.导爆索；

图2：11.含铝***爆轰波阵面；12.含铝***爆轰产物。

具体实施方式

如图1所示，一种爆轰产物导电式螺线管型爆磁压缩发生器，包括定子线圈3，在所述定子线圈3内侧装有含铝***2；在所述含铝***的中心轴线上装有导电铜棒8。

所述含铝***2为圆柱形，铸装在所述定子线圈3的内侧。

所述定子线圈3采用环氧树脂4固定和绝缘。

所述发生器还包括接外部电源1、外壳6，在所述环氧树脂4外侧与套有有机玻璃套筒5；导爆索孔10用于连接导爆索；套筒5两侧端面安装铝端塞9，用于减小爆轰过程稀疏波的影响，以及防止爆轰过程中外部氧气进入发生器，与含铝***2反应而减小其电导率，影响磁场压缩效果。

图2所示为本发明的运行过程，具体为首先由外部电源1向定子线圈3、负载7、导电铜棒8构成的回路放电，电流在定子线圈3、负载7、导电铜棒8所形成的空间中产生磁场，建立起初始磁通。然后利用导爆索10起爆含铝***2，如图2所示，***爆轰波阵面11向前（向右）推进，高电导率爆轰产物12导通定子线圈3和导电铜棒8，短路掉外部电源，通过导爆索10的长度可以控制延迟时间，使短路定子线圈的初始时刻与外部电容器放电达到最大电流时刻一致。定子线圈3、负载7、导电铜棒8和***爆轰产物12等形成的回路俘获磁场，且回路中的初始电流为电容器放电最大电流。随着含铝***2的爆轰向前推进，定子线圈3的电感不断减小，由于磁通量守恒原理，磁通不变，回路的电感减小，则回路中的电流增大，因而实现电流的放大。发生器运行完成后，负载可得到放大数十倍到几百倍的电流。

本发明根据编写的数值计算程序，对此无电枢爆磁压缩发生器进行了数值计算，其中***采用TNT80/Al20，其爆速为6761m/s，铜棒直径10mm，其它相关参数与现有技术中传统的分段变螺距单级螺线型爆磁压缩发生器基本相同，结构类似，总体积也相同。计算得到其负载输出电流随时间变化的曲线如图3中曲线2所示。而曲线1为利用现有技术的参数计算得出的螺线型爆磁压缩发生器的负载输出电流结果。从图3中可以看出，传统单级螺线型爆磁压缩发生器的最大输出电流约为246kA，而爆轰产物导电式螺线管型爆磁压缩发生器的最大输出电流约为285kA，提高约16%。其中，对比文献[1]陈冬群,曹胜光,刘永贵,等.圆柱型螺线管爆磁压缩发生器实验研究[J].电工电能新技术,2002,21(3):49-52.

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims

1.无电枢爆磁压缩发生器，所述爆磁压缩发生器为螺线管型，且采用爆轰产物导电方式，其包括外接电源；其特征在于，所述爆磁压缩发生器还包括定子线圈，金属导电棒和负载；

所述爆磁压缩发生器通过引爆爆轰物，因爆轰产物具有导电性，在所述定子线圈—负载—金属导电棒—爆轰产物间形成新电流回路，并产生回路俘获磁通；由于磁场冻结效应，随着爆轰的进行，电感减小，新回路电流增大，在负载端形成高电流脉冲。

2.根据权利要求1所述的无电枢爆磁压缩发生器，其特征在于，

所述爆轰物为含铝***。

3.根据权利要求1或2所述的无电枢爆磁压缩发生器，其特征在于，

所述爆轰物为含铝梯恩梯***或含铝B***。

4.根据权利要求1或2所述的无电枢爆磁压缩发生器，其特征在于，

在所述爆轰仓外绕设有所述定子线圈；所述定子线圈一端通过所述负载与金属导电棒连接；所述定子线圈另一端和所述外接电源连接；

在所述爆轰仓一端外设置有导爆索；所述金属导电棒材质为铜棒；

5.根据权利要求1所述的无电枢爆磁压缩发生器，其特征在于，

在所述定子线圈外套接有套筒，且在套筒和定子线圈间填充有热固性树脂。

6.根据权利要求4所述的无电枢爆磁压缩发生器，其特征在于，

7.根据权利要求5或6所述的无电枢爆磁压缩发生器，其特征在于，

8.根据权利要求5或6所述的无电枢爆磁压缩发生器，其特征在于，

在所述套筒外还设置套接有外壳；在所述爆轰仓两端设置有铝端塞。

9.根据权利要求4所述的无电枢爆磁压缩发生器，其特征在于，

所述导爆索的长度设置与外接电源-定子线圈-负载-金属导电棒之间形成的回路的延迟时间适配，引爆时间与所述定子线圈短路初始时刻与所述外接电源放电达到最大电流时刻一致。

10.根据权利要求1或2所述的无电枢爆磁压缩发生器，其特征在于，

所述爆轰产物具有高导电率，其导电率超过10⁶Ω^-1·m^-1。

11.根据权利要求3所述的无电枢爆磁压缩发生器，其特征在于，

所述爆轰产物具有高导电率，其导电率超过10⁶Ω^-1·m^-1。

12.根据权利要求1所述的无电枢爆磁压缩发生器，其特征在于，

所述外接电源采用电容器，其电容量为10～50μF；所述定子线圈分节绕制，总电感为0.2～1.0mH。