ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ УДАРНОЙ ВОЛНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВЗРЫВА ПРОВОДНИКОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ОБРАЗЦОВ

Во многих фундаментальных научных исследованиях и прикладных технических приложениях достаточно широко применяется [1-3]  электрический взрыв проводников (ЭВП). Одним из возможных практических применений ударно-волнового воздействия на рассматриваемый объект представлено в работах [4-8]. Актуальной задачей является получение необходимой информации о процессах формирования и распространения воздушной ударной волны, генерируемой электрическим взрывом металлического проводника.

Целью представленной работы является разработка составных элементов информационно-измерительной системы (ИИС), предназначенной для экспериментальных исследований ударных волн, генерируемых электрическим взрывом проводников (ЭВП) в разрядной камере со щелевым соплом, с использованием пластического деформирования металлических образцов.

На рис. 1 представлена блок-схема основных элементов информационно-измерительной системы (ИИС), предназначенной для исследования воздушной ударной волны, генерированной электрическим взрывом металлического проводника, описание основных этапов работы которой представлено в работе [9].

Рисунок 1. Блок-схема ИИС исследования ударной волны ЭВП в разрядной камере со щелевым соплом. БУ - блок дистанционного управления; ГИТ – генератор импульсных токов; РК – разрядная камера со щелевым соплом; ЭВП – электрический взрывающийся проводник; ДН – делитель напряжения; ПР – пояс Роговского; РИУ –  расчетно-измерительное устройство; К – коллектор; ЭО – электронный осциллограф; ПК – компьютер

Взрывающийся проводник с электродами соосно располагается в полости разрядной камеры (РК) со щелевым соплом (рис.2 a). Сечение внутренней поверхности разрядной камеры представляет собой каплевидную форму. При подаче высокого напряжения на электродную систему с проволочкой осуществляется электрический взрыв и в пространстве генерируется ударная волна, имеющая цилиндрическую симметрию и распространяющаяся радиально. Претерпевая многократные отражения от стенок разрядной камеры, сгенерированная ударная волна трансформируется в единую, вытекающую через щелевидное сопло. Одним из простых и широко применяемых методов получения достоверной информации о параметрах ударных волн (УВ), генерируемых, в частности, электрическим взрывом проводников (ЭВП) являются трубчатые датчики [10,11], которые подвергаются пластическому деформированию посредством воздействию ударных волн. Для оценки амплитуды давления ударной волны ЭВП, падающей на заднюю стенку разрядной камеры, расположенную напротив щелевого сопла, использовались трубчатые датчики из алюминия

На сегодняшний день в литературе представлено достаточно большой спектр эмпирических формул [12], определяющих давление, которые апробированы в работах [13-18], в частности:

, ,    

На фотографиях (рис. 2a и  2b) представлена экспериментальная установка и трубчатый датчик после осесимметричного нагружения цилиндрической ударной волной электрического взрыва проводника, при этом осуществлялась высокоскоростная пластическая деформация, превышающая предел текучести, в результате чего произошел разрыв боковой поверхности.

Предел прочности при кратковременной нагрузке для алюминия  составляет, что находит согласие со средним значением давления, получаемым по данным формулам.

Для определения поля давления УВ, непосредственно вытекающей из щелевидного сопла, использовалась методика пластического деформирования прямоугольной плоской пластины (пластинчатый датчик - ПД) из алюминия

 (рис. 3a) с защемленными с противоположных сторон краями.  Пластинчатый датчик с защемленными краями (рис. 3b) имел размеры , (ширина зоны защемления  с обеих сторон) и жестко закреплялся на расстоянии . от щелевидного сопла разрядной камеры.

На осциллограмме (рис. 4a) представлены зависимости напряжения и тока разряда от времени электрического взрыва медного проводника (ЭВП), расположенного в разрядной камере, посредством которых определяется «введенная» в металлический взрывающийся проводник энергия. Значение «введенной» в металлический проводник энергии составило . В экспериментах использовалась медная проволочка длиной , диаметром , начальное напряжение конденсаторной батареи составляла , при этом создавался электрический взрыв, протекающий в согласованном режиме. Величина деформации составила , при этом пластинчатый датчик сохранил свою целостность. Оценка амплитудного значения давления ударной волны . Таким образом, произведена оценка давления ударной волны, генерируемой электрическим взрывом проводников (ЭВП) в разрядной камере со щелевым соплом, с использованием пластического деформирования металлических образцов.

Список литературы:

1. Бурцев, В.А. Электрический взрыв проводника и его применение в электрофизических установках / Бурцев В.А.. Калинин Н.В., Лучинский А.В. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 217 с.
2. Обзор литературы по моделированию процессов электрического взрыва тонких металлических проволочек в вакууме / Иваненков Г.В., Пикуз С.А. Шелковенко, Т.А. и др.  Часть 1.Препринт 9. М: ФИАН, 2004. - 26 с.
3. Суркаев, А.Л. Элементы физики высокоэнергетических импульсных процессов в конденсированных средах (монография).– Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ, 2015 – 156 с.
4. Суркаев, А.Л. Тушение пожаров с использованием ударного воздействия / А.Л. Суркаев, В. Ф. Каблов, С.И. Благинин // Безопасность жизнедеятельности  2014, № 10 - С. 49—53.
5. Пат. ПМ 124161 U1 РФ. МПК A62C3/02 Установка для тушения и предотвращения распространения пожара / Суркаев А.Л., Каблов В. Ф. Благинин С.И. Кабаков А.П ВолгГТУ Волгоград. Заяв.: 2012133801/12, 07.08.2012, Оп.:20.01.2013, Б. №2. Пат. ПМ 129001 U1 РФ. МПК A62C3/00
6. Установка для тушения и предотвращения распространения пожара / Суркаев А.Л.,  Каблов В. Ф. Благинин С.И. ВолгГТУ Волгоград Заяв.: 2012151511/12, 30.11.2012, Опубл.: 20.06.2013, Бюл. № 17
7. Пат. ПМ № 144737 U1 РФ. МПК B02C19/18 Способ предотвращения распространения лесного пожара / Суркаев А.Л., Каблов В. Ф.    Благинин С.И. ВолгГТУ Волгоград. Заяв.: 2014114544/13, 11.04.2014,  Опубл.: 27.08.2014, Бюл. № 6.
8. Пат. ПМ  № 160298 РФ. МПК А62С3/00 Модульный блок для предотвращения распространения лесного пожара / Суркаев А.Л., Благинин С.И., Каблов В.Ф., Сухова Т.А. ВолгГТУ Волгоград. Заяв.:2015125233/12, 25.06.2015 Оп.:10.03.2016 Бюл. № 7.
9. Исследование параметров ударной волны, генерируемой электрическим взрывом проводника в разрядной камере со щелевидным соплом  / С.И. Благинин, А.Л. Суркаев // Fundamental and Applied Scientific Research / Open European Academy of Public Sciences (OEAPS Inc.). - 2019. - No. January : [International Scientific and Practical Conference (Berlin, Germany, 17 January 2019)]. - C. 18-25.
10. Малюшевский, П.П. Основы разрядно-импульсной технологии / Малюшевский П.П. - Киев: Наукова думка, 1983.- 270 с.
11. Ищенко, Ж.Н. Гидродинамические нагрузки при электроимпульсном расширении цилиндрической оболочки внутри полости с жесткой стенкой / Ищенко Ж.Н. // Сб. науч. тр.- Теория, эксперимент, практика  разрядно-импульсной технологии. - Киев: Наукова Думка, 1987. -  С. 118 – 124.
12. Кривицкий Е.В.  Динамика электровзрыва в жидкости / Кривицкий Е.В. - Киев: Наукова думка, 1986. – 205 с
13. Брызгалин, Г.И. Электровзрывная запрессовка труб в картер двигателя / Брызгалин Г.И., Суркаев А.Л., Кудряшов В.И., Годенко А.Е., Слепцов О.А. // Нац. науч.- тех. конф. Болгария, 5-7 окт. 1989.
14. Суркаев, А.Л. Разрушение абразивных материалов под действием электрического взрыва проводников / Суркаев А.Л. Зубович С.О., Кумыш М.М., Сухова Т.А., Усачев В.И.  // Новый Университет № 9-10 (43-44) 2015  С.15-22
15. Пат. № 1760677 С РФ. МПК  B21D26/10 Способ электроимпульсной запрессовки труб в трубные решётки / Суркаев А.Л., Брызгалин Г.И., Годенко А.Е., Слепцов О.А. ВолгГТУ Волгоград Заяв.: 4837359/27, 26.04.1990. Опубл.: 15.08.1994,  Бюл. № 31.
16. Пат. № 2060077  С1 РФ. МПК B21D26/10   Способ электроимпульсного деформирования трубчатых заготовок / Суркаев А.Л., Брызгалин Г.И., Слепцов О.А. ВолгГТУ Волгоград. Заяв.: 5061370/08, 02.09.1992, Опубл.: 20.05.1996, Бюл. № 17.   
17. Пат. № 2186648 С2 РФ.  МПК  B21D26/10, B21D39/06 Устройство для электровзрывной запрессовки труб. / Суркаев А.Л. ВолгГТУ Волгоград Заяв.: 2000109392/02, 14.04.2000, Опубл.: 10.08.2002, Бюл. № 32.
18. Пат. № 2245753 С1 РФ.  МПК B21D26/10, B21D39/06 Устройство для электровзрывной запрессовки труб. / Суркаев А.Л. ВолгГТУ Волгоград. Заяв.:  2003124039/02, 30.07.2003, Опубл.: 10.02.2005, Бюл. № 36.