Электродинамический ускоритель снарядов рельсового типа

 

Изобретение относится к технике гиперскоростного метания снарядов путем электромагнитного воздействия на ускоряемое тело и может быть использовано как средство поражения, в промышленных технологиях , связанных с получением сверхвысоких импульсных давлений и мощных ударных волн в твердых веществах, для выведения грузов в космическое пространство и т.д. Цель изобретения - повышение скорости метания, КПД ускорителя и его ресурса, а также снижение габаритов и стоимости. Электродинамический ускоритель снарядов рельсового типа содержит несколько пар токопроводящих параллельных шин, подключенных со стороны казенной части ускорителя к источнику тока. Шины образуют через токо про водящие перемычки 2, 3 и перемычки 4, b последовательные витки тока , включенные согласно. Шины размещены в радиальных пазах 12 на поверхности центрального отверстия 8 изоляционного блока. Снаряд выполнен с радиальными выступами , входящими в пазы 12. Токопроводящие перемычки 3 расположены в пазах на выступах и выполнены гофрированными в направлении, перпендикулярном направлению шин. Изобретение позволяет повысить скорЬсть метания за счет увеличения погонной индуктивности. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. СЛ С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

О

О

Ф

Ф 4 (21) 4927203/23 (22) 27.02.91 (46) 28.02.93. Бюл. М 8 (71) Высоковольтный научно-исследовательский центр Всесоюзного электротехнического института им. В.И.Ленина (72) Ю.А.Берюляев, Е,И.Лапшин, В.Н,Бондалетов и Ю.К.Бобров (73) Высоковольтный научно-исследовательский центр Всесоюзного электротехнического института им. В.И.Ленина (56) Патент США ЬЬ 4433608, кл. F 41 В 6/ОО, 1984.

ПатентСША %4485720, кл, Р41 В 6/00, 1984, (54) ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ УСКОРИТЕЛЬ СНАРЯДОВ РЕЛЬСОВОГО ТИПА (57) Изобретение относится к техникетиперскоростного метания снарядов путем электромагнитного воздействия на ускоряемое тело и может быть использовано как средство поражения, в промышленных технологиях, связанных с получением сверхвысоких

„„5U,, 1799447 АЗ (51)5 F 41 В 6/00

2 импульсных давлений и мощных ударных волн в твердых веществах, для выведения грузов в космическое пространство и т.д.

Цель изобретения — повышение скорости метания, КПД ускорителя и его ресурса, а также снижение габаритов и стоимости.

Злектродинамический ускоритель снарядов рельсового типа содержит несколько пар токопроводящих параллельных шин, подключенных со стороны казенной части ускорителя к источнику тока. Шины образуют через токопроводящие перемычки 2, 3 и перемычки 4, Ь последовательные витки тока, включенные согласно. Шины размещены в радиальных пазах 12 на поверхности центрального отверстия 8 изоляционного блока. Снаряд выполнен с радиальными выступами, входящими в пазы 12, Токопроводящие перемйчки 3 расположены в пазах на выступах и выполненй гофрированными в направлении, перпендикулярном направлению шин. Изобретение позволяет повысить скорость метания за счет увеличения погонной индуктивности. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1799447

Изобретение относится к технике гиперскоростного метания снарядов путем электромагнитного воздействия на ускоряемое тело и может быть использовано как средство поражения. в промышленных тех- 5 нологиях, связанных с получением сверхвысоких импульсных давлений и мощных ударных волн в твердых веществах, для выведения грузов в космическое пространство и т,д.

Целью изобретения является повышение скорости метания, КПД ускорителя и его ресурса, а также снижение габаритов и стоимости.

Поставленная цель достигается эа счет того, что в электродинамическом ускорителе снарядов, содержащем ступень предва- . рительного ускорения, несколько пар токопроводящих параллельных щин, подключенных со стороны казенной части уско- 20 рителя через коммутатор к индуктивному накопителю энергии и образующих через токопроводящие перемычки, расположенные в пазах снаряда и изолированные друг от друга, .последовательные витки тока, 25 включенные согласно, причем шины размещены в несущем изоляционном блоке,.выполненном с центральным отверстием и жестко закрепленном в бандажном устройстве, на поверхности центрального отвер- 30 стия несущего изоляционного блока выполнены равномерно распределенные по окружности радиальные пазы длиной, равной длине ускорителя, в которых закреплены шийы, при этом шины с токами одного 35 направления являются образующими цилиндрической поверхности одного радиуса, а шины стоками противоположного направления являются образующими цилиндрической поверхности другого радиуса, причем 40 на боковой поверхности снаряда выполнены выступы для взаимодействия с пазами изоляционного блока, повторяющие форму свободного пространства пазов, а пазы, в которых установлены токопроводящие пе- 45 ремычки, выполнены на боковых поверхностях выступов. При этом токопроводящие перемычки выполнены гофрированными в направлении, перпендикулярном наПравлению шин, 50

Такое выполнение ускорителя позволяет погонную индуктивность увеличить как минимум в N раз, где N — число пар шин, подводящих ток к снаряду, поскольку пары шин при таком соединении в процессе ускорения.снаряда оказываются включенными в электрическую цепь последовательно, На самом деле, погонная индуктивность будет несколько больше за счет существования индуктивной связи между обтекаемыми током парами токоподводящих шин:

L(g)=N ((1), где L (N) — погонная индуктивность ускорителя с числом N последовательно включенных пар токоподводящих шин, L(1) — погонная ! индуктивность ускорителя с одной парой токоподводящих шин, KN — показатель степени, причем Kq = 1 при отсутствии индуктивной связи между парами шин и

К(ч = 2 при наличии идеальной индуктивной связи между ними. При этом величина погонной индуктивности (и возрастает приI близительно в И раз Ilo сравнению с погонной индуктивностью двухрельсового ускорителя и приблизительно в N раз по сравнению с четырехрельсовым ускорителем (3} при условии одинаковых условий бандажирования с помощью стальной трубы на расстоянии 1,5 дульных размеров от шин, что приводит к увеличению скорости метания. 8 предлагаемой конструкции расположение бандажной трубы практически не оказывает влияния на величину погонной индуктивности ускорителя, поскольку магнитный поток, создаваемый протекающим в ускорителе током, замыкается в основном в пространстве между подводящими и отводящими ток шинами, образуя замкнутый кольцевой магнитный поток. При этом во внешнем пространстве в области расположения бандажа образуется быстрозатухающий мультипольный поток рассеяния, .не приводящий к уменьшению погонной индуктивности. За счет увеличения погонной индуктивности при упомянутых условиях бандажирования, при условии

h,i (-л

2 где 4 — индуктивность накопителя, Л (= L I — полное изменение индуктивности

I ускорителя в, процессе пуска снаряда, кинетический КПД ускорителя (КПД, в котором учитываются только коммутационные потери) увеличивается по сравнению с прототипом с 0,67 до 0,98 (на 38 ), На такую же величину и близкую к ней увеличится в предлагаемой установке пол- ный КПД, так как омическое сопротивление шин и контактное сопротивление возрастает в Й раз, но из условия равенства ускоряющей силы может быть в V/К раз снижена величина протекающего тока, баз снижения выходных характеристик, при этом омические потери будут иметь сопоставимую величину в обеих установках. Уменьшение величины протекающего тока облегчает работу шин и скользящих контактов, что приводит к увеличению ресурса. Уменьшение

1799447 контактного нажатия при этом скомпенсировано за счет того, что в ускорителе использованы перемычки, гофрированные в направлении, перпендикулярном направлению шин, В этом случае контактное нажатие является результатом одновременно разгибающей электродинамической силы между наклонными частями перемычек и силой, связанной с деформацией перемычки, в на-. правлении, перпендикулярном к направлению шин, под действием основной ускоряющей силы, направленной вдоль шин.

На фиг.1 представлено поперечное сечение электродинамического ускорителя, имеющего 12 пар токопроводящих направляющих шин, на фиг.2 — схема соединения токопроводящих, направляющих движение снаряда шин ускорителя между собой и источником тока со стороны казенной части ускорителя, нэ фиг.3 — пространственное расположение токопроводящей перемычки относительно шин на изоляционном каркасе снаряда, на фиг,4 — продольное сечение участка ускорителя вместе со снарядом.

Электродинамический ускоритель снарядов содержит ступень предварительного ускорения (на чертеже не показана), 12 пэр токопроводящих параллельных шин 1; выполненных из тугоплавкого металла, нап ример молибдена (фиг.1), и подключенных со стороны казенной части ускорителя через коммутатор К2 (фиг.2) к источнику однополярного тока (ИТ) с индуктивным накопителем энергии L<, гасящим соп ротивлением Rr и шунтирующим коммутатором К1. Шины образуют через токопроводящие перемычки 2, 3 и перемычки 4, 5 (фиг,2) последовательные витки тока, включенные согласно.

Перемычки 2, 3 расположены в пазах снаряда 6 и изолированы друг от друга, Шины 1 размещены в несущем изоляционном блоке

7, выполненном с центральным отверстием

8 из прочной тугоплавкой керамики, например алунда (фиг,2). Изоляционный блок 7 жестко закреплен и предварительно сжат вместе с шинами в бандажном устройстве, выполненном в виде внешней. бандажной трубы 9, внутренних бандажных накладок

10 и стягивающих болтов 11, изготовленных, например, из высокопрочной стали, Центральное отверстие 8 (фиг.2) выполнено с равномерно распределенными по окружности сквозными по длине ускорителя радиальными пазами 12, в которых закреплены шины 1 таким образом, что шины с токами одного направления являются образующими цилиндрической поверхности одного радиуса R, а шины с токами противоположного нап равл ения явля ются образующими цилиндрической поверхности другого радиуса

r, Снаряд 6 состоит из легкого изоляционного каркаса 13, выполненного из прочного термостойкого изоляционного (например. компоэитного) материала, в котором запрессован полезный метаемый груз 14. Снаряд 6 выполнен с радиальными выступами

15,. количество которых равно количеству радиальных пазов 12 в несущем изоляционном блоке 7 ускорителя. Выступы 15, входя10 водящие перемычки 3, выполненные гофрированными в направлении, перпендикулярном направлению шин.

Предлагаемый электродинамический

20 ускоритель снарядов работает следующим образом. В исходном состоянии снаряд 6 выведен за пределы центрального отверстия 8 ускорителя. Ключи К1 и К2 источника тока разомкнуты. Пуск снаряда начинается

25 с замыкания ключа К1, в результате чего в индуктивном накопителе (н начинает нарастать ток, Когда ток в накопителе L< достигнет максимального значения, в центральное отверстие ускорителя 8 с помощью дополнительного известного ускоряющего устройства с начальной скоростью вводится снаряд 6. В тот момент, когда проводящие перемычки 3 метаемого снаряда 6 входят в

KoHTBKT ñ шинами ускорителя, ключ К2 замыкается и,одновременно, размыкается ключ К1, в результате чего.ток накопителя Lu начинает обтекать внешние перемычки ускорителя 4, 5, шины ускорителя 1 и проводящие перемычки 3 метаемого снаряда в направлении, показанном на фиг,2 стрелка40 ми, и создает импульсное магнитное поле в тракте ускорения..В результате взаимодействия тока в перемычках снаряда 3 с магнитным полем между рельсами возникает ускоряющая злектродинамическэя сила, воздействующая на радиальные выступы снаряда 15 и направленная вдоль оси ускорителя, При выходе ускоренного снаряда 6 из ствола ускорителя ключ К1 замыкается, а

50 ключ К2 размыкается, в результате чего ос L- ост г таточная энергия — E«>—

2, накопленная в собственной индуктивности ускорителя Л L, рассеивается на гасящем сопротивлении Вг и остаточный ток 4,т быстро затухает.

Изобретение позволяет повысить скорость метания за счет увеличения погонной индуктивности. Увеличение КПД электро55 щие в пазы 12 изоляционного блока, повторяют форму свободного пространства пазов в несущем изоляционном блоке 7. На, боковых поверхностях выступов выполнены

15 пазы, в которых установлены токопро1799447

7 позволяет сни- повышения скорости метания, КПД ускориб ителя и, соответ- теля и его и стоимость, ритов и ст стае н . го га риты менно достига- центрального

Поскольку при этом одновременн д к яю его тока 5 онного лака в б выполнены равномерно расется снижение величины ускоряющ те ь, снижа- пределенны е по окружности радиальные и уровень коммутационных пот р, равные длине ускорителя, в сть комм ти- пазы длинои ются также габариты и стоимос у которых закреплены шины, при этом шины рующей аппаратуры К1 и К2. с токами одного направления являются обе т е н и я 10 разующими цилиндрической поверхности

Формула изобретения адиуса а шины с токами противо м ю являются брав ю ско итель одного радиу е жа ий сту- положного нап снаp é рельсo содеp ÷ ния, несколь- щими цилиндр пень предварительного ускоре и ичем на боковой поверхности

15 а выfl0llH8Hbl выступы pþ 833MMQи аллельных шин, радиуса, при подключенных со стороны казе зенной части снаряд к ин ктивно- - действия с па зами несущего изоляционноускорителя через коммутатор к инду мунакопителюэнергиииобра у щ

3 ю их через ro лока, и б овторяющие форму свободного а пазов, а пазы, в которых устаки асположен- пространства о овО щ л нные r . новлены т т га, последовательные витки тока. 20 полнены на о

: включенные согласно, при это

2. Ускоритель по п.1, о т л и ч а ю щ и ймещены в несущем изоляционном блоке, м отве стием и с я тем, что токопроводящие перемычки выьыполненном с центральным о р г ф ированными в направлении, бан ажном устрой- полнены го ри жестко закрепленном стае, от е, отличающийся тем, что, ц с елью перпе б

ФиГ. I

1799447

Фиг.3

Составитель Н.Козлова

Техред М.Моргентэл Корректор M.Ã1åòðoaà

Редактор Т.Орлова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 792 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5