Экспериментальное исследование поля давления ударно-акустической волны при электрическом взрыве кольцевой фольги

Интерес к высокоэнергетическим импульсным воздействиям на вещество связан с физическими особенностями протекания электрического взрыва проводников (ЭВП). Электрический взрыв проводников в плотных конденсированных средах используется в промышленности как источник высокоэнергетических импульсных давлений, под воздействием которых обрабатываемые материалы могут изменять свои структурные свойства, подвергаться разрушению, формообразованию и т.д. [1]. Важнейшими параметрами ЭВП являются протекающий ток электрического разряда, плотность тока, напряжение, давление ударной волны, возникающей в конденсированной среде. Электрические взрывающиеся проволочки генерируют цилиндрическую ударно-акустическую волну. Для получения плоского волнового фронта используются плоские фольги, в частности, в виде плоского кольца [2]. На сегодняшний день существующие методики регистрации и измерения параметров электрического взрыва проводника находятся на пути дальнейшего становления, развития, обеспечивающее повышение точности измерения параметров. Следовательно, исследование гидродинамических возмущений в конденсированных средах, генерируемых электрическими разрядами, изучение влияния мощных импульсных воздействий на обрабатываемый объект приобретает все большую актуальность.

Целью работы является экспериментальное исследование поля давления ударно-акустической волны электрического взрыва плоской кольцевой фольги в конденсированной среде с использованием пьезокерамических преобразователей.

Экспериментальное исследование проводилось на основе информационно-измерительной системы, блок-схема которой представлена на рис. 1, где ПИН, ПИТ, ПИД – преобразователи импульса напряжения, тока и давления, соответственно; КИК – коммутатор информационных каналов; Ос – осциллограф; ПК – компьютер. [3]

Рис. 1. Блок-схема информационно-измерительной системы

Энергетическая установка, используемая в экспериментальных исследованиях, представляет собой накопитель энергии конденсаторного типа с сопутствующим оборудованием. Накопитель установки набирался из конденсаторов в количестве 32 шт. марки КБГ-П-2 и емкостью каждая, соединенных между собой параллельно, полная электрическая емкость батареи составляла . Индуктивность разрядного контура определялась экспериментально с помощью измерителя иммитанса Е7-14. Активное сопротивление разрядного контура без учета сопротивления кольцевой фольги составляла . Эксперименты проводились при зарядном напряжении [4]. Максимальная запасенная энергия в накопителе составляла .

Рис. 2. Схема экспериментальной установки

На рис. 2 представлена схема экспериментальной установки, где 1 – взрывающаяся кольцевая фольга; 2 – кольцевой электрод; 3 – центральный электрод; 4 – диэлектрический цилиндр; 5 – пьезокерамические преобразователи давления. Взрывающаяся фольга с электродной системой цилиндрической геометрии установлена в верхней части взрывной камеры с конденсированной средой. Линейка пьезокерамических преобразователей давления в количестве 5 шт. располагается на расстоянии от взрывающейся фольги и с периодом расположения относительно друг друга . Первый пьезопреобразователь находится на оси взрывающейся кольцевой фольги.

В ходе проведенных экспериментов получены характерные осциллограммы (рис.3) разрядного тока электрического взрыва плоской кольцевой фольги (ЭВКФ) и импульса давления ударно-акустической волны, регистрируемого соответствующими пьезопреобразователями давления (ЦТС-19).

Рис. 3. Осциллограмма импульса напряжения U(t)

На рис. 4 представлены осциллограммы, регистрируемые первым и последним пьезопреобразователем давления с использованием переводных коэффициентов по току ­– и по давлению – в замкнутом пространстве с конденсированной средой.

Рис. 4. Осциллограммы разрядного тока ЭВКФ и импульса давления ударно-акустической волны

Таким образом, проведенные эксперименты, на основе представленной информационно-измерительной системы, позволяют осуществить исследование электрического взрыва плоской кольцевой фольги в замкнутой камере с конденсированной средой, определять физические параметры электрического взрыва и возбуждаемых ударно-акустических волн.

Литература:

1. Бурцев В.А. Электрический взрыв проводников и его применение в электрофизических установках / В.А. Бурцев, Н.В. Калинин, А.В. Лучинский.- М: Энергоиздат, 1990.- 217 с.

2. В.А. Суркаев, М.М. Кумыш. Электрогидроимпульсный способ запрессовки труб в труднодоступных местах. Пат. 2378075 РФ, МПК В 21 D 26/10, B 21 D 39/04- 10.01.2010.

3. Муха Ю.П., Суркаев А.Л., Кумыш М.М., Усачев В.И. Исследование давления ударно-акустической волны электрического взрыва кольцевой фольги в конденсированной среде // Известия ВолгГТУ. Серия «Электроника, измерительная техника, радиотехника и связь». Вып. 6: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - № 6. - Волгоград, 2012. г. C. 69-74.

4. Кумыш М.М., Суркаев А.Л., Усачев В.И. Исследование миллисекундного электрического взрыва металлических проводников // Письма в ЖТФ, 2011, том 36, вып.23. С. 97-104.