Цей серйозний проект показує, як отримати імпульс електромагнітної енергії в кілька мегават, який може завдати непоправної шкоди електронного комп'ютеризованому і чутливого до електромагнітних завад комунікаційному обладнанню. Ядерний вибух викликає подібний імпульс, для захисту від нього електронних пристроїв необхідно вживати спеціальних заходів. Цей проект вимагає накопичення смертельного кількості енергії, і його не слід намагатися реалізувати поза спеціалізованої лабораторії. Подібний пристрій можна використовувати для виведення з ладу комп'ютерних систем управління автомобілем з метою зупинки автомобіля в неординарних випадках викрадення або якщо за кермом знаходиться п'яний
Мал. 25.1. Лабораторний електромагнітний імпульсний генератор
і небезпечний для оточуючих автомобілістів водій. Електронне обладнання можна протестувати за допомогою електронного імпульсного генератора на чутливість до потужних імпульсних перешкод - до блискавок і потенційному ядерного вибуху (це актуально для військового електронного обладнання).
Проект описаний тут без вказівки всіх деталей, вказані тільки основні компоненти. Використовується дешевий відкритий іскровий розрядник, але він дасть тільки обмежені результати. Для досягнення оптимальних результатів необхідний газовий або радіоізотопне розрядник, який ефективний для створення перешкод як при потенційному ядерному вибуху (рис. 25.1).
Загальний опис пристрій
Генератори ударної хвилі здатні виробляти сфокусовану акустичну або електромагнітну енергію, яка може руйнувати предмети, застосовуватися в медичних цілях, наприклад, для руйнування каменів у внутрішніх органах людини (нирках, сечовому міхурі і т.д.). Генератор електромагнітних імпульсів може виробляти електромагнітну енергію, яка може руйнувати чутливу електроніку в комп'ютерах і микропроцессорном обладнанні. Нестабілізовані індуктивно-ємнісні ланцюга LC можуть виробляти імпульси в кілька гігават за рахунок використання пристроїв підривання дроти. Ці імпульси високої енергії - електромагнітні імпульси (в іноземній технічній літературі ОМР - ElectroMagnetic Pulses) можна використовувати для тестування твердості металу параболічних і еліптичних антен, гудків та інших спрямованих дистанційних впливів на предмети.
Наприклад, в даний час ведуться дослідження по розробці системи, яка буде виводити автомобіль з ладу під час небезпечної погоні на високих швидкостях за людиною, яка вчинила протиправну дію, наприклад, викрадачем або п'яним водієм. Секрет полягає в генерації володіє достатньою енергією імпульсу для спалювання електронних керуючих процесорних модулів автомобіля. Це набагато простіше виконати, коли автомобіль покритий пластиком або оптоволокном, ніж коли він покритий металом. Екранування металом створює додаткові проблеми досліднику, що розробляє практично застосовну систему. Можна побудувати пристрій і для цього важкого випадку, але воно може бути дорогим і зробити шкідливий вплив на дружні пристрої, заодно виводячи їх з ладу. Тому дослідники знаходяться в пошуку оптимальних рішень для мирних і військових цілей застосування електромагнітних імпульсів (ОМР).
Мета проекту
Мета проекту полягає в генерації пікового імпульсу енергії для тестування на міцність електронного обладнання. Зокрема, даний проект досліджує використання подібних пристроїв для виведення з ладу транспортних засобів за рахунок руйнування мікросхем комп'ютера. Ми проведемо експерименти по руйнуванню ланцюгів електронних пристроїв за допомогою спрямованої ударної хвилі.
ризик
Увага! Донний проект використовує смертельно небезпечну електричну енергію, яка при неправильному контакті може вбити людину миттєво.
Система високої енергії, яка буде зібрана, використовує вибухає провід, який може створити ефекти, подібні шрапнелі. Розряд системи може серйозно пошкодити електроніку близько розташованих комп'ютерів та іншого аналогічного устаткування.
теорії
Конденсатор З заряджається від джерела струму до напруги джерела живлення протягом певного періоду часу. Коли він досягає напруги, відповідного певному рівню збереженої енергії, йому дається можливість швидко розрядитися через індуктивність резонансного LC-контуром ра. Генерується потужна, недемпфірованная хвиля на власній частоті резонансного контуру і на її гармоніках. Індуктивність L резонансної ланцюга може складатися з котушки і індуктивності пов'язаного з нею дроти, а також власної індуктивності конденсатора, яка становить близько 20 нГн. Конденсатор ланцюга є накопичувачем енергії і також впливає на резонансну частоту системи.
Випромінювання енергетичного імпульсу може бути досягнуте за допомогою провідної конічної секції або металевої структури у формі рупора. Деякі експериментатори можуть використовувати полуволновой елементи з харчуванням, що подається на центр котушкою, пов'язаної з котушкою резонансної ланцюга. Ця полуволновой антена складається з двох чвертьхвильових секцій, налаштованих на частоту резонансної схеми. Вони являють собою котушки, намотування яких має приблизно однакову довжину з довжиною чверті хвилі. Антена має дві радіально спрямовані частини, паралельні довжині або ширині антени. Мінімальна випромінювання відбувається в точках, розташованих по осі або на кінцях, але ми не перевіряли на практиці цей підхід. Наприклад, газорозрядна лампа буде спалахувати яскравіше на відстані від джерела, індіціруя потужний спрямований імпульс електромагнітної енергії.
Наша тестова імпульсна система виробляє електромагнітні імпульси в декілька мегават (1 МВт широкосмугового енергії), які поширюються за допомогою конічної секційної антени, що складається з параболічного рефлектора діаметром 100-800 мм. Розширюється металевий рупор 25 × 25 см також забезпечує певну ступінь впливу. спеціальний
Мал. 25.2. Функціональна схема імпульсного електромагнітного генератора Примітка:
Базова теорія роботи пристрою:
Резонансна схема LCR складається із зазначених на малюнку компонентів. Конденсатор С1 заряджається від зарядного пристрою постійного струму струмом lc. Напруга V на С1 ОЗУ * а 'ouivwrcs. співвідношенням:
V = lt / C.
Іскровий розрядник GAP встановлений на запуск при напрузі V трохи ніже50000 В. При запуску піковий струм досягає значення:
di / dt-V / L.
Період відгуку схеми є функцією від 0,16 х (LC) 5. Kj jhj /> »- гп ц> потім i ьтерное гея в індуктивність схеми за VaX, причому пікове значення струму призводить до вибуху дроти і перериває етотток йог» з {№лстшнно перед тим, як він досягне пікового значення. Иц '. ^ Сп * »*» ^ енергія (LP) віа * / »-« здається в вигляді вчрьва і в jftpcxa цл ^ хтігггуктосго електромагнітного випромінювання. Пікова потужність іпрмоьл * тз1 описаним нижче чином і щ »« ** і * рр багато мегавати!
1. Цикл заряд а: dv = ldt / C.
(Висловлює напруга заряду на конденсаторі в функції часу, де I - постійний струм.)
2. Накопичена енергія в С як функція від напруги: £ = 0,5CV
(Висловлює енергію в джоулях при збільшенні напруги.)
3. Час відгуку V * циклу пікового струму: 1,57 (LC) 0-5. (Висловлює час для першого піку резонансного струму при запуску іскрового розрядника.)
4. Піковий струм вточке V * циклу: V (C / Ц05 (Висловлює піковий струм.)
5. Вихідний відгук у функції від часу:
Ldi / dt + iR + 1 / С + 1 / CioLidt = 0.
(Висловлює напруга як функцію від часу.)
6. Енергія котушки індуктивності в д жоулях: E = 0,5U2.
7. Відгук, коли схема розімкнути при максимальному струмі через L: LcPi / dt2 + Rdi / dt + it / С = dv / dt.
З цього виразу видно, що енергія котушки повинна спрямовуватися куди-небудь протягом дуже короткого часу, результатом чого є вибуховий поле вивільнення енергії Е х В.
Потужний імпульс в багато мегават вд іапазонеулирвниілс <* хчастот можна отримати зарахунок д естабілізаціі LCR- схеми, як показано вище. Єдиним обмежуючим фактором є власний опір, яке завжди присутнє в різних формах, наприклад: дроти, півірхністн-лй ефект, втрати в діелектриках і перемикачах і т.д- Втрати можуть бути мінімізовані для досягнення оптимальних результатів. електромагнітна хвиля рвадіхастль повинна випромінюватися антеною, яка можетбит' у вигляді параболічної тарілки мікрохвильової печі або налаштованого їх ** »in> чг>; * Твіз. iM. <Гп1гч електромагнітна хвиля будетзавісет'отгеометріі конструкції. Велика довжина г * Х'бодз забезпечить кращі характеристики магнітного поля В, а короткі пріесда більшою мірою утворюють поле електричне поле Е. Ці параметри увійдуть в рівняння взаємодії ефективності випромінювання антени. Найкращим підходом тут є експериментування з конструкцією антени для досягнення оптимальних результатів з використанням ваших математичних знань для поліпшення основних параметрів. Пошкодження схеми зазвичай є результатом дуже високого di / dt (поле «В») імпульсу. Це предмет для обговорення!
конденсатор 0,5 мкФ з малою індуктивністю заряджається за 20 с за допомогою пристрою іонного заряду, описаного в розділі 1 «Антигравітаційний проект», і допрацьовується, як показано. Можна досягти більш високої швидкості заряду за допомогою систем з більш високим струмом, які можна отримати за спеціальним замовленням для більш серйозних досліджень через сайт www.amasingl.com.
Радіочастотний імпульс високої енергії можна генерувати також і в разі, де вихід імпульсного генератора взаємодіє з повнорозмірною полуволновой антеною з центральним харчуванням, налаштованої на частоти в діапазоні 1-1,5 МГц. Реальна дальність дії при частоті 1 МГц - понад 150 м. Така робоча відстань може бути надлишкова для багатьох експериментів. Однак це нормально для коефіцієнта випромінювання, рівного 1, у всіх інших схемах цей коефіцієнт менше 1. Можна зменшити довжину реальних елементів з допомогою налаштованої четвертьволновой секції, що складається з 75 м дроту, намотаних через інтервали або з використанням двох-трьох метрових трубок з полівінілхлориду PVC. Ця схема виробляє імпульс низькочастотної енергії.
Будь ласка, майте на увазі, як це вже зазначалося раніше, що імпульсний вихід цієї системи може завдати шкоди комп'ютерам і будь-яким приладів з мікропроцесорами та іншими аналогічними схемами на значній відстані. Завжди будьте обережні при тестуванні і використанні цієї системи, вона може пошкодити пристрої, які просто знаходяться поруч. Опис основних частин, використаних в нашій лабораторній системі, дає рис. 25.2.
конденсатор
Конденсатор С, який використовується для подібних випадків, повинен володіти дуже низькою власної індуктивністю і опором розряду. У той же час цей компонент повинен мати здатність до накопичення достатньої енергії для генерації необхідного імпульсу високої енергії заданої частоти. На жаль, два цих вимоги вступають в суперечність один з одним, їх важко виконати одночасно. Конденсатори високої енергії завжди будуть мати більшу індуктивністю, ніж конденсатори низької енергії. Іншим важливим фактором є використання порівняльного високої напруги для генерації сильних струмів розряду. Ці значення необхідні для подолання власного комплексного імпедансу послідовно з'єднаних індуктивного і резистивного опорів на шляху розряду.
У даній системі використовується конденсатор 5 мкФ при 50000 В з індуктивністю 0,03 мкГн. Необхідна нам основна частота для схеми низької енергії становить 1 МГц. Енергія системи становить 400 Дж при 40 кВ, що визначається співвідношенням:
Е = 1/2 CV2.
Котушка індуктивності
Виготовити котушку для отримання низькочастотного радиоимпульса легко. Індуктивність, позначена як L1, являє собою суму паразитного індуктивності проводів, іскрового розрядника, пристрої підривання дроти і власної індуктивності конденсатора. Ця індуктивність входить в резонанс в широкому діапазоні частот і повинна витримати високочастотний розрядний імпульс струму I. Величина загальної індуктивності становить 0,05-0,1 мкГн. Розмір провідників повинен враховувати струм імпульсу, який в ідеалі дорівнює Vx (C / L) 1/2. При перехідному процесі ток прагне протікати по поверхні провідника внаслідок високочастотного поверхневого ефекту.
Ви можете використовувати котушку з декількох витків для експериментів з низькими частотами з подвійною антеною. Розміри визначаються формулою індуктивності повітря:
Мал. 25.7. Установка іскрового розрядника для з'єднання з антеною під час роботи з низькою частотою
застосування пристрій
Дана система призначена для дослідження чутливості електронного обладнання до електромагнітних імпульсів. Систему можна видозмінити для використання в польових умовах і роботи від перезаряджаються акумуляторних батарей. Її енергію можна збільшити до рівня імпульсів електромагнітної енергії в кілька кілоджоулів, на власний страх і ризик користувача. Не можна робити спроб виготовлення своїх варіантів пристрою або використовувати даний пристрій, якщо ви не маєте достатнього досвіду у використанні імпульсних систем високої енергії.
Імпульси електромагнітної енергії можна сфокусувати або запускати паралельно з допомогою параболічного відбивача. Експериментальної мішенню може служити будь-який електронний обладнання і навіть газорозрядна лампа. Спалах акустичної енергії може викликати звукову ударну хвилю або високий звуковий тиск на фокусній відстані параболічної антени.
Джерела придбання компонентів і деталей
Пристрої заряду високої напруги, трансформатори, конденсатори, газові іскрові розрядники або радіоізотопні розрядники, імпульсні генератори MARX до 2 MB, генератори ОМР можна придбати через сайт www.amasingl.com [21].