Експериментальні дослідження комплексної структури електровибухаючих провідників

D. Kucher; L. Kucher; N. Smyrynska; H. Lyshak

doi:10.32836/2521-6643-2020.2-60.1

D. Kucher професор кафедри Озброєння Інститут Військово-Морських Сил Національного університету «Одеська морська академія» https://orcid.org/0000-0002-8728-8865
L. Kucher доцент кафедри Озброєння Інститут Військово-Морських Сил Національного університету «Одеська морська академія» https://orcid.org/0000-0002-4873-1270
N. Smyrynska Провідний науковий співробітник науково-дослідного відділу наукового супроводження розробки та імплементації оперативних стандартів і проце-дур науково-дослідного управління проблем розвитку та застосування ВМС науково-дослідного центру ЗСУ «Державний океанаріум» https://orcid.org/0000-0001-5373-2625
H. Lyshak старший викладач кафедри Озброєння Інститут Військово-Морських Сил Національного університету «Одеська морська академія» https://orcid.org/0000-0002-7323-9966

DOI: https://doi.org/10.32836/2521-6643-2020.2-60.1

Ключові слова: комутація струмів високої щільності; електровибухаючі провідники; швид-кий електричний вибух; вторинний електричний пробій продуктів детона-ції; загострювання імпульсів

Анотація

Процес розвитку сучасних високовольтних систем нерозривно пов'я-заний із задачами швидкодіючої комутації струмів високої щільності на різ-них елементах.
Застосування існуючих високовольтних засобів перемикання (реле, га-зових розрядників, контакторів, варисторів тощо) для послідовної комута-ції елементів в високовольтних системах обмежується, перш за все, їх ви-сокою інерційністю і неможливістю чітких збігів вольтамперних характе-ристик при перерозподілі струмів високої щільності всередині різних елеме-нтів.
Найбільш перспективним методом перерозподілу енергії при послідов-ній комутації декількох елементів може бути швидкий електричний вибух тонких провідників, супроводжуваний вторинним пробоєм продуктів дето-нації. Даний ефект виникає при введенні в тонкий провідник
досить великої щільності струму (j≈107 A⁄см2).
Реалізація механізму швидкого електричного вибуху супроводжується розширенням, перетворенням в золь і втратою провідності провідника в наносекундному діапазоні, що може дозволити сформувати ланцюжок пос-лідовних перемикань різних елементів усередині високовольтної системи.
Для практичного підтвердження застосовності даного ефекту в швидкодіючих комутуючих установках представлені результати експери-ментальних досліджень, проведених в два етапи.
При проведенні першого етапу експерименту, електричний вибух за-стосовувався до одиночних провідників, з різною температурою плавлення, площею перетину і довжиною. Аналіз отриманих результатів показав, що шляхом зміни теплофізичних і конструктивних параметрів провідників можливо отримувати необхідні значення тривалості ефекту швидкого електричного вибуху.
На другому етапі експерименту, ґрунтуючись на результатах щодо тривалості ефекту швидкого електричного вибуху, було досліджено спеці-альну комплексну структуру швидкодіючих комутуючих елементів. До складу структури були включені свинцеві провідники, що виконують роль комутаторів і вольфрамові провідники, електричний вибух яких загострю-вав імпульсну напругу, що подається з генератора. Аналіз отриманих даних показав можливість створення послідовної комутації за рахунок електрич-ного вибуху свинцевих провідників з подальшим пробоєм продуктів їх дето-нації.
Представлені в роботі результати експериментальних досліджень підтверджують працездатність теоретичних методик, пов'язаних з вико-ристанням явищ швидкого електричного вибуху і вторинного пробою про-дуктів їх детонації, для створення швидкодіючих комутуючих елементів струмів високої щільності.

Посилання

1. Kravchenko, V.I., Bolotov, E.A., Letunova, N.I.: Radioelektronnye sredstva i moshchnye elektromagnitnye pomekhi (Radioelectronic equipment and powerful electromagnetic interference).:V.I. Kravchenko (ed). Radio i svyaz, Moscow (1987).
2. Kravchenko, V.I.: Elektromagnitnoe oruzhie (Electromagnetic weapon). NTU «KhPI», Kharkiv (2008).
3. Lebedev, S.V., Savvatimskiy, A. I.: Metally v protsesse bystrogo nagrevaniya elektricheskim tokom bolshoy plotnosti (Metals during rapid heating by dense currents). Uspekhi fizicheskikh nauk. Vol. 144 (2), 215-250 (1984). doi:10.3367/UFNr.0144.198410b.0215
4. Burtsev, V.A., Kalinin, I.V., Luchinskiy, A.V.: Elektricheskiy vzryv provodnikov i ego primenenie v elektrofizicheskikh ustanovkakh (Electrical explosion of the conductors and its application in electrophysical installations). Energo-atomizdat, Moscow (1990).
5. Ivanenkov, G.V., Pikuz, S.A., Shelkovenko, T.A., Romanova, V.M., Glazyrin, I.V., Kotova, O.G. and Slesareva, A.N.: Obzor literatury po modelirovaniyu protsessov elektricheskogo vzryva tonkikh provolochek (Literature review on modeling the processes of the electric explosion of the thin wires) (Part 1). Working paper FIAN, Moscow (2004).
6. Tkachenko, S.I., Mingaleev, A.R., Romanova, V.M. et all: Vozmozhnye stsenarii razvitiya vtorichnogo proboya pri elektricheskom vzryve provodnikov v vakuume i vozdukhe (Possible scenarios for the development of secondary breakdown in the electric explosion of conductors in vacuum and air). Materialy Nauchno-kooord. sessii «Issledovaniya neidealnoy plazmy» V.E. Fortova (ed). p.p.46-52. OIVT RAN, Moscow (2007).
7. Pikuz, S.A., Tkachenko, D.A., Barishpoltsev, D.A., Ivanenkov, G.V., Mingaleev, A.R., Romanova, V.M., Ter-Oganesyan, A.E. and Shelkovenko, T.A.: Interpretatsiya eksperimentalnykh dannykh po elektricheskomu vzryvu tonkikh provolochek v vozdukhe (Interpretation of experimental data on the electrical explosion of thin wires in air). JTP Letters. vol. 33 (15), p.p. 47-55 (2007).
8. Kucher, D.B., Litvinenko, L.V., Zontova, T.V.: Eksperimentalnye issledovaniya pauzy toka, voznikayushchey posle bystrogo elektricheskogo vzryva legkoplavkikh provodnikov (Experimental research of pause in current occurred after rapid electrical explosion of easily melting conductors). Information Processing Systems. Ivan Kozhedub Kharkiv National Air Force University (KNAFU), 6(104), 62−65 (2012).
9. Kucher, D.B., Litvinenko, L.V., Zontova, T.V.: Eksperimentalnye issledovaniya vremennykh kharakteristik odinochnykh impulsnykh vozdeystviy, formiruemykh pri elektricheskom vzryve provodnikov (Experimental studies of the temporal characteristics of single impulse influences formed during the electric explosion of conductors). Systemy upravlinnja navighaciji ta zv'jazku: naukove periodychne vydannja. Centraljnyj naukovo-doslidnyj instytut navighaciji ta upravlinnja. 2(22), 75–81 (2012).
10. Ter-Oganesyan, A. E., Tkachenko, S. I., Romanova, V. M., Mingaleev, A. R., Shelkovenko, T. A. and Pikuz, S. A. Nanosecond electric explosion of a tungsten wire in different media. Plasma Physics Reports, 31(11), 919-926 (2005). doi:10.1134/1.2131128.
11. Kucher, D.B., Zontova, T.V., Kucher, B.D., Tomishin, E.A.: Ispolzovanie yavleniya vtorichnogo proboya pri elektricheskom vzryve provodnikov dlya formirovaniya moshchnykh poliimpulsnykh izlucheniy (The phenomenon of second breakdown during the electric explosion conductors for forming powerful many pulse radiation). Information Processing Systems. 3(101/2), 73−77 (2012).
12. Kucher, D. B., Smyrynska, N. B.: Osoblyvosti konstrukciji prystroju formuvannja poslidovnosti potuzhnykh elektromaghnitnykh vyprominjuvanj v systemakh obmezhenogho ob'jemu (Features of construction of device for forming the sequence of powerful electromagnetic radiation in systems of limited volume). Weapons and military equipment: Naukovo-tekhnichnyj zhurnal. Central research institute of weapons and military equipment of the Armed Forces of Ukraine. 14(2), 84-89 (2017). doi:10.34169/2414-0651.2017.2(14).84-89.
13. Romanova, V.M., Mingaleev, A.R., Ter-Oganesyan, A.E., Shelkovenko, T.A., Ivanenkov, G.V. and Pikuz, S.A.: Core structure and secondary breakdown of an exploding wire in the current-pause regime Matter and Radiation at Extremes. 4 (2), 026401 (2019). doi:10.1063/1.5085487.
14. Bennet, F., Shir, D.: Udarnye volny, vozbuzhdaemye s pomoshchyu vzryvayushchikhsya provolochek pri nizkom davlenii okruzhayushchego gaza (Strike waves generated by exploding wires at low ambient gas pressures). In: Rukhadze, A. A. (ed) Elektricheskiy vzryv provodnikov, 209-225. Mir, Moscow (1965).