Система радіоперешкод одноразового використання

Реферат: UA 94960 U UA 94960 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропонована корисна модель належить до області перетворення хімічної енергії вибухової речовини (ВР) в електромагнітну і може бути використана для створення електромагнітних випромінювань для впливу на радіоелектронну апаратуру і електронні обчислювальні машини. Відомий пристрій для створення електромагнітного випромінювання, що виникає при повітряному вибуху ядерного боєприпасу, яке визиває необоротні процеси в радіоелектронній апаратурі [1]. Недоліком цього пристрою є неможливість його застосування в локальних війнах. В зв'язку з цим розглядається можливість створення потужних імпульсних випромінювань, що виникають при вибуху звичайної вибухової речовини [2]. Відомий пристрій створення потужних НВЧ імпульсів, в якому звичайна ВР використовується як джерело енергії (внутрішня хімічна енергія ВР перетворюється в електричну енергію високої напруги, а потім трансформується в НВЧ генераторі в радіоімпульс) [3]. Недоліками відомого пристрою є складність його реалізації, необхідність ретельного узгодження параметрів, велика вага. Відомий пристрій створення електромагнітного випромінювання, який включає вибуховомагнітний генератор, який з'єднаний з лінійною системою [4]. Пристрій здійснює потужний електромагнітний імпульс. Недоліками цього пристрою є генерація випромінювання в порівняно низькому діапазоні частот (одиниці МГц), низький коефіцієнт корисної дії перетворювання енергії, великі розміри антени (одиниці метрів), мала механічна міцність, складність системи, Відоме імпульсне джерело електромагнітного випромінювання опубліковане в роботі [5]. Відомий пристрій складається з двох співвісних циліндрів: порожнього зовнішнього і суцільного внутрішнього циліндрів, первинного джерела напруги, з'єднаного з циліндрами за допомогою провідників, між циліндрами розташована вибухова речовина. Для підриву ВР використовується блок комутації і ініціювання. Недоліками відомого пристрою є порівняно невисокий коефіцієнт корисної дії перетворення енергій ВР в випромінювання, випромінювання відбувається на порівняно довгих хвилях. Ці недоліки обумовлені невисокою температурою продуктів вибуху (Т=2000 С), великою енергією ударної хвилі, яка іде на механічне руйнування корпусу. Найбільш близьким до пропонованого технічного рішення є станція перешкод одноразового використання опубліковане в [6]. Основними елементами пристрою, прийнятого як прототип, є вибухова речовина з детонаторами, розміщене навколо полої металевої камери з поздовжнім розрізом, система ініціювання вибуху ВР, спіраль для створення поздовжнього магнітного поля, розташовану на зовнішній поверхні камери, внутрішньої навантажувальної спіралі малого діаметра, установленої по осі камери. Для живлення зовнішньої спіралі є імпульсний накопичувач енергії. Усі перераховані елементи становлять вибуховомагнітний генератор електричної енергії. Навантажувальна спіраль за допомогою струмопідводів з'єднується з лінійною антеною (безпосередньо або через чотириполюсник, що погодить). Робота відомого пристрою відбувається в такий спосіб. Попередньо створюється магнітне поле за допомогою зовнішньої спіралі й імпульсного накопичувача енергії. Проникнення магнітного поля усередину камери здійснюється через поздовжній розріз камери. Після підриву ВР іде обтиснення бокових стінок камери й збільшується напруженість магнітного поля на осі камери. Це приводить до порушення струмів усередині навантажувальної спіралі, які й викликають випромінювання електромагнітного поля лінійною антеною. У звіті США вказується, що тривалість імпульсу становить 44 мкс і на відстані 1,7 км напруженість поля на частоті 10 МГц становить 4100 В/м. Недоліками прототипу є малий коефіцієнт корисної дії (ККД) випромінювання (менш 1 %), низька частота генерації випромінювання (менш 50 МГц). Ці недоліки обумовлені характером перетворення енергії ВР (у наростаюче магнітне поле індуковане електричне поле у внутрішній спіралі й змінний струм у ланцюзі - випромінювання хвиль змінним у часі струмом), тимчасовими параметрами струму (відеоімпульс із тривалістю 8 -4 порядку часу стиску бокових стінок камери tc=d/v=10cм/10 см/c=10 с) і дипольним характером випромінювання низькочастотних хвиль (2*3,14*tc=1). В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалити систему радіоперешкод одноразового використання шляхом керування шириною спектра випромінювання в широких межах, що дозволяє підвищити коефіцієнт корисної дії випромінювання, збільшити частоту генерації випромінювання. Поставлена задача вирішується тим, що система радіоперешкод одноразового використання, яка складається з вибухової речовини з детонаторами, розміщеної навколо порожньої металевої камери з поздовжнім розрізом, спіралі, розташованої на зовнішній 1 UA 94960 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 поверхні камери, імпульсного накопичувача енергії, з'єднаного зі спіраллю, системи ініціювання вибуху, з'єднаної з вибуховою речовиною, і антени, додатково оснащена плазмовим водневим джерелом, який сполучений з порожньою металевою камерою, виконаною у вигляді металевого циліндра з поздовжнім розрізом, і розміщеним в одному з торців циліндра, причому антена виконана у вигляді рупора й установлена в іншому торці циліндра, а обидва торці й поздовжній розріз циліндра закриті діелектричними вікнами. Таким чином, уведення плазмового водневого джерела, який сполучений з порожньою металевою камерою, виконаною у вигляді металевого циліндра з поздовжнім розрізом, і розміщення його в одному з торців циліндра, виконання антени у вигляді рупора й установлення її в іншому торці циліндра, причому обидва торці й поздовжній розріз циліндра закриті діелектричними вікнами, дозволяють підвищити коефіцієнт корисної дії випромінювання, збільшити частоту генерації випромінювання. Суть корисної моделі пояснюється ілюстрацією, на якій зображено структурну схему станції радіоперешкод одноразового використання. Запропонована корисна модель складається з порожнього металевого циліндра 1 з поздовжнім розрізом 2, спіралі 3, розташованої на зовнішній поверхні циліндра 1, імпульсного накопичувача енергії 4, з'єднаного зі спіраллю 3, плазмового водневого джерела 5, який сполучений з порожнім металевим циліндром 1, і розміщений в одному з торців циліндра 1. Вибухова речовина 6 з детонаторами 7 розташоване навколо циліндра 1 і з'єднане із системою ініціювання 8. Випромінювання поширюється за допомогою рупорної антени 9, установленої в іншому торці циліндра 1, а торці й поздовжній розріз 2 циліндра 1 вакуумнощільно ізольовані від навколишнього простору діелектричними вікнами 10. Робота запропонованої корисної моделі відбувається в такій спосіб. Попередньо усередині циліндра 1 з поздовжнім розрізом 2 створюється початкове магнітне поле за допомогою спіралі 3, розміщеної на зовнішній поверхні циліндра 1 і з'єднаної з імпульсним накопичувачем енергії 4. Потім після створення усередині циліндра 1 плазми за допомогою плазмового водневого джерела 5 здійснюють підрив вибухової речовини 6 з детонаторами 7 від системи ініціювання 8. Стиск стінок циліндра 1 супроводжується збільшенням напруженості магнітного поля, ростом енергії обертового руху електронів плазми (електронного струму плазми), збільшенням циклотронного випромінювання плазми, яке виводиться за допомогою рупорної антени 9. При цьому торці та поздовжній розріз 2 циліндра вакуумнощільно ізольовані від навколишнього простору діелектричними вікнами 10. У запропонованій системі радіоперешкод одноразового використання формується безпосередньо у НВЧ діапазоні, для чого використовують вільні електрони. У магнітнім полі 7 електрони випромінюють хвилі (циклотронні) на частотах w=n w нe=z1,7610 He [рад/с], де z=1, 2, 3…, wнe - циклотронна частота. У термодинамічній рівноважній плазмі випромінювання окремих зарядів некогерентно, тому що різниця фаз випромінюючих часток розподілені хаотично. При цьому повна інтенсивність випромінювання одиничного обсягу плазми РΣ рівна [7] 4 2 3 5 РΣ=4nе Нэ кТ/3m С , де е/m - питомий заряд електрона, Т - температура плазми, С - швидкість світла, n щільність плазми. При цьому ширина частотного діапазону відповідає числу z=10…15. Втрати енергії на випромінювання компенсуються ростом напруженості магнітного поля (dH/dt0) при обтисненні стінок циліндра продуктами вибуху (адіабатичним інваріантом для плазми є відношення kT/H=const). 2 При цьому для квазістаціонарного обтиснення (Н (t)/8π=nkT) маємо -38 2 -3 3 РΣ=510 n м ТкеВ [Вт/м ]. 18 -3 Якщо початкові параметри системи рівні Н=1000 Е, n=10 м , Т=10еВ, то наприкінці стиску 7 при діаметрі плазми 2 см і довжині стовпа 1 м у діапазоні НВЧ хвиль маємо: PΣ ~ 10 Вт. Помітимо, що величина РΣ у діапазоні НВЧ випромінювання для відеоімпульсу значно менше (100 Вт). Експериментально можливість циклотронного некогерентного випромінювання із плазми 20 -3 4 (n=10 см , Т=50кэВ, l=1 м, у магнітньому полі Н=5 10 Е) вивчалася в роботі [8], де визначена ширина спектра (z=10) у діапазоні 0,2…4 мм. Спектр радіовипромінювання із плазми в магнітному полі розрахований у роботі [9]. Перевагою запропонованої станції є можливість керування шириною спектра випромінювання в широких межах. Це досягається не тільки зміною напруженості магнітного поля, але і варіацією параметрів плазми, яка інжектується. Використання водню як робочого тіла дозволяє зменшити частку гальмового випромінювання в спектрі випромінювання в порівнянні із циклотронним. Тому циклотронне випромінювання є переважним [10]. 2 UA 94960 U 5 10 15 Таким чином, введення плазмового водневого джерела, виконання антени у вигляді рупора і установлення її в точці металевого циліндра з поздовжнім розрізом дозволяють підвищити коефіцієнт корисної дії випромінювання, збільшити частоту генерації випромінювання. При 7 цьому повна інтенсивність випромінювання одиничного обсягу плазми дорівнює 10 Вт, а діапазон частот досягає 0,2… мм. Джерела інформації: 1. Космическое оружие: дилемма безопасности. - Под ред. Е.П. Велихова. - М.: Мир, 1986. С. 60-62. 2. Nucl. Ci. Abstr., 1970. - V. 24. - № 3. - P. 26-56. 3. Kорр. С. Doctrine for the Lies Electromagnetic Pulse Bombs. - Working Paper. - № 15, Air Power Studies Centre Royal, Australian Air Force, Canberra, July 1993. 4. Explosive Drever EMP Generat. - Отчет АД 761907Ё Plasma Research Laboratory, контракт ВВС США № F04701-72, C-0073. 5. Патент № 9598, UA, H02N 11/00 Импульсный источник электрической энергии. 6. Отчет США AS-751907 Explosive-driven EMP generator, 1980. 7. Алексеев А.И. Сб. задач по классической электродинамике. - М.: Наука, 1977. - С. 96. 8. Lichtenberg. - Phys.Rev.Zet., 1964. V.13. - P387. 9. Hirchfield J.L. Phis. Fluids, 1961. V4. - P198. 10. Лонгмайр К. Физика плазмы. - М. Атомиздат, 1966. - С. 320. 20 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Система радіоперешкод одноразового використання, яка складається з вибухової речовини з детонаторами, розміщеної навколо порожньої металевої камери з поздовжнім розрізом, спіралі, розташованої на зовнішній поверхні камери, імпульсного накопичувача енергії, з'єднаного зі спіраллю, системи ініціювання вибуху, з'єднаної з вибуховою речовиною, і антени, яка відрізняється тим, що вона додатково оснащено плазмовим водневим джерелом, який сполучений з порожньою металевою камерою, виконаною у вигляді металевого циліндра з поздовжнім розрізом, і розміщеним в одному з торців циліндра, причому антена виконана у вигляді рупора й установлена в іншому торці циліндра, а обидва торці й поздовжній розріз циліндра закриті діелектричними вікнами. 3 UA 94960 U Комп’ютерна верстка М. Шамоніна Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4