Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування
Химия

Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування


Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування

Завантажити реферат: Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування

Вступ

У статті розглядаються вибухові генератори, що перетворюють механічну енергію ударної хвилі, що розповсюджується в робочому тілі, електромагнітну енергію. Основним елементом таких генераторів є робоче тіло, виконане з феромагнітного або сегнетоелектричного матеріалу. Ударна хвиля у робочому тілі формується спеціальним зарядом вибухової речовини. Перевагами цих пристроїв є компактність і повна автономність від зовнішніх джерел енергії. Залежно від співвідношення конструктивних параметрів, що генерується при спрацьовуванні електромагнітна енергія може бути використана для живлення інших споживачів або випромінюється в навколишній простір у широкому діапазоні радіохвиль. Компактні та прості, ці пристрої можуть бути використані в різних галузях, у тому числі для активного впливу на атмосферні процеси

Фізичні процеси, що протікають при функціонуванні генератора

Загальним результатом руху ударної хвилі по робочому тілу є зміна залишкової поляризації сегнетоелектричного матеріалу робочого тіла або залишкової намагніченості феромагнітного робочого тіла. При цьому спостерігається істотна відмінність у роботі генераторів залежно від напрямку руху ударної хвилі щодо вектора залишкової поляризації або залишкової намагніченості робочому тілі. Розрізняються моделі, що описують випадки руху фронту ударної хвилі у напрямках колінеарному (аксіальне навантаження) та перпендикулярному (радіальне навантаження) напрямку залишкової поляризації або намагніченості робочого тіла. У реальній конструкції вибухового генератора напрямки руху фронту ударної хвилі та залишкової поляризації або намагніченості можуть становити кути не кратні. Однак у переважній більшості реальних випадків раціональні параметри генератора можуть бути обрані на основі однієї із двох вищезгаданих моделей. Особливе значення напрям фронту ударної хвилі має у разі сегнетоэлектрического робочого тіла, оскільки у разі воно позначається як процесах деполяризації, а й у процесах розвитку електричного пробою у робочому тілі

Передбачається, що ударна хвиля має досить велику інтенсивність і домінуючими процесами при конверсії механічної енергії ударної хвилі в електромагнітну енергію є відповідно процеси переходу феромагнітного стану в парамагнітний і сегнетоелектричний в параелектричний

Конструкція феромагнітного робочого тіла є соленоїдом із сердечником з феромагнітного матеріалу.

Феромагнітне робоче тіло на принциповій електричній схемі генератора може бути представлене у вигляді послідовно з’єднаних джерел напруги
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуваннята індуктивності
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування(Рис. 1). Для оцінних розрахунків величина цієї індуктивності також може бути прийнята рівною початковому значенню. Електрорушійна сила джерела напруги може бути знайдена із залежності:

Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуванняпри
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування(1)

і
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуванняпри
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуванняабо
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування

де
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування— загальна кількість витків соленоїда,
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування— залишкова індуктивність феромагнітного матеріалу робочого тіла,
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування— швидкість ударної хвилі у феромагнітному робочому тілі, а
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування— Площа поперечного перерізу робочого тіла. Прийнято, що довжина робочого тіла
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуванняприблизно дорівнює довжині соленоїда

Конструкція вузла сегнетоелектричного робочого тіла являє собою пакет із пластин сегнетоелектричного матеріалу з нанесеними на них струмопровідними поверхнями. На важливих електричних схемах вузол сегнетоелектричного робочого тіла можливо в першому наближенні представлений у вигляді паралельно з’єднаних джерела струму
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуваннята ємності
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування(Рис. 2). Для оцінних розрахунків ємність може бути прийнята постійною, рівною початковій ємності сегнетоелектричного робочого тіла. Струм джерела може бути визначений за залежністю, що досить просто виводиться з припущення про лінійність властивостей матеріалу робочого тіла:

Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуванняпри
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування(2)

Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуванняпри
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуванняі
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування

де
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування— площа контактних поверхонь сегнетоелектричного робочого тіла,
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування— кількість сегнетоелектричних пластин у робочому тілі,
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування— швидкість ударної хвилі в сегнетоелектричному робочому тілі,
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування— стрибок поляризації на фронті ударної хвилі

За відсутності значень стрибка поляризації на фронті ударної хвилі
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування, швидкості руху фронту ударної хвилі
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуваннявони приблизно можуть бути замінені на , відповідно, залишкову поляризацію
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуваннята швидкість звуку в матеріалі робочого тіла

Відстань
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуванняявляє собою шлях ударної хвилі по сегнетоелектричному робочому тілу. Шлях ударної хвилі по пакету робочих тіл у разі аксіального навантаження:
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування, де
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування— Відстань між контактними поверхнями сегнетоелектричних пластин. У разі поздовжнього навантаження відстань
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуваннядорівнює довжині робочого тіла, у напрямку руху ударної хвилі

Залежність (2) може бути застосована як у випадку паралельного напрямку поляризації щодо напрямку руху фронту ударної хвилі, так і у разі перпендикулярного напрямку

Конструкція генератора

Розглянутий генератор є повністю автономним пристроєм. Для його спрацьовування достатньо лише детонаційного імпульсу

Маса заряду вибухової речовини в залежності від конструкції генератора коливається не більше від 3 до 25 грам. Генератор може монтуватися в циліндричний корпус, виконаний з прозорого радіоматеріалу, наприклад, поліаміду. Зовнішній діаметр корпусу – 25-40 міліметрів. Маса укомплектованого генератора разом із корпусом складе від 80 до 200 грам

Для зниження габаритів і маси генератора може бути застосована конструкція, що включає одночасно робочі тіла двох типів, сегнетоэлектрическое і феромагнітне. Крім своєї основної функції перетворення енергії ці робочі тіла у процесі функціонування генератора виступають у ролі ємнісного та індуктивного елементів його коливального контуру. Така конструкція генератора дозволяє більш ніж на 30% скоротити його масу в порівнянні з феромагнітним або п’єзоелектричним генераторами при збереженні величини енергії, що випромінюється в навколишній простір. Скорочення маси конструкції генератора є дуже актуальним для багатьох областей його застосування

Однією з можливих областей застосування генераторів, що розглядаються, є активний вплив на електричний потенціал атмосферних хмар. Для більшого ефекту кілька сотень таких генераторів можуть бути змонтовані в спеціальному контейнері, який доставляється в хмару, наприклад, метеорологічною ракетою. Усередині хмари контейнер розпаковується і генератори рівномірно розкидаються за обсягом хмари, потім спрацьовують. Грозовий хмар складається з двох протилежно заряджених шарів. Основна частина електричних розрядів (блискавок) відбувається між цими шарами. Тільки 10% розрядів припадає на земну поверхню. Вплив на хмару НВЧ випромінювання провокує розряди всередині хмари та вирівнює її електричний потенціал

Радіочастотне електромагнітне випромінювання

Спектральна щільність електромагнітної енергії, що випромінюється в навколишній простір, може бути оцінена по наведених нижче емпіричних залежностей. Вводимо позначення величин, що залежать від цілих індексів
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуванняі
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування:

Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування

і

Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування,

де
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуванняі
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування— постійна Планка та число Авогадро;

Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуванняі
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування,
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуванняі
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування— відповідно, щільність і маса молячи речовини сегнетоелектричного та феромагнітного робочого тіла

Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування— найбільше значення струму в електричному ланцюзі генератора в період часу
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування;

Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування— найбільше значення напруги на сегнетоелектричному робочому тілі в період часу
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування;

Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуванняі
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування— безрозмірні емпіричні коефіцієнти

Величини
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуванняі
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуванняможуть бути знайдені експериментально або розраховані залежно (3). Коефіцієнти
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуванняі
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуваннядля типу генераторів, що розглядається, знаходяться в діапазоні 0,03 v 0,09. Тоді спектральна щільність електромагнітної енергії, випромінюваної в навколишній простір, залежно від частоти
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуваннязнаходиться за емпіричними формулами:

Для генератора з феромагнітним робочим тілом

Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування (3)

Для генератора з сегнетоелектричним робочим тілом робочим тілом

Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування (4)

Для генератора з двома робочими тілами — сегнетоелектричним та феромагнітним

Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування

Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування, (5)

Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування— одинична функція,
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуванняі
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування

Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування-безрозмірний коефіцієнт, що враховує відношення довжини соленоїда до його діаметра і прагне до одиниці при досить довгих соленоїдах

Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування— найбільше ціле число менше
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування

Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування— найбільше ціле число менше
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування

Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування— Безрозмірні емпіричні коефіцієнти. Для попередньої оцінки величини енергії, що диссипується, коефіцієнти
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування,
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування,
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування,
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуванняможуть бути прийняті рівними одиниці. Коефіцієнти
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування,
Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосуванняможуть бути у разі прийняті рівними нулю. Потім вони можуть уточнюватися в процесі експериментального відпрацювання виробу

Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування

Типова залежність наведена на рис. 3 у порівнянні зі значеннями спектральної щільності, вимірюваними експериментально

Малогабаритний вибуховий генератор НВЧ-імпульсів для метеорологічного застосування

Література

  1. Adzhiev A.Kh. & Prishchepenko AB «Developpement de methodes et le moyens pour controler la formation des nuages ​​et des precipitations par la modification des parametres electriques du nuage». Deuxieme Symposium International «Foudre Et Montagne». 1…5 Juin 1997 — Chamonix Mont Blanc — Франція. B1.10, p. 33.
  2. Прищепенко А.Б., Третьяков Д.В., Щелкачов М.В. Баланс енергії вибухового п’єзоелектричного генератора частоти. v Мегагаусна та мегаамперна технологія та застосування / Праці конференції v Саров, ВНДІЕФ, 1997, с.954-958.
  3. А. Прищепенко, Д. Третяков. Dissipative energy losses in ferromagnetic generator of frequency. / Digest of tecchnical papers. 12th IEEE International Pulsed Power Conference. Monterey, California, USA, 1999, p. 856 -862
  4. Новицький, В.Д. Садунов Енергетичні характеристики сегнетоелектрика як робочого тіла перетворювача енергії УВ. Фізика горіння та вибуху. 1985, 5, с. 104 – 107.
  5. Е.Ройс Властивості магнітних матеріалів за ударного стиску. / У книзі: Фізика високих густин енергії. / За ред. П.Кальдіроли та Г. Кнопфеля / Пер. з англ. — М.; Мир, 1974. – с.143-158.
  6. В.В.Новіков, В.Н.Мінеєв Магнітні ефекти при ударному навантаженні намагнічених феро- і ферримагнетиків. / Фізика горіння і вибуху, 1983, |

© Реферат плюс



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *