Система для запуска артиллерийского снаряда с использованием сверхпроводника и способ осуществления запуска

Изобретение, относящееся к области военной техники. Технический результат - достижение высокой начальной скорости полета артиллерийского снаряда порядка 10³ м·с^-1 и выше. Система содержит шахту запуска, к внутренней стеке которой прикреплены электромагниты с сердечниками из ферромагнитного материала в форме буквы «О» с прорезью, нормально расположенные по отношению в оси симметрии шахты. Артиллерийский снаряд выполнен с прикрепленными к его внешней боковой поверхности сверхпроводящими при комнатной температуре пластинами и прикрепленными к ним вплотную с одной их плоской стороны магнитными экранами. Каждая пластина имеет размеры порядка нескольких сантиметров в ширину и длину и нормально расположена по отношению к оси симметрии артиллерийского снаряда, а магнитные экраны прикреплены к пластинам со стороны, находящейся впереди по ходу движения при запуске артиллерийского снаряда, и выполнены из листов ферромагнитного материала. Пластины и магнитные экраны закреплены крепежом из слабомагнитного материала в несколько рядов с параллельным расположением в каждом ряду. Электромагниты расположены в шахте запуска в несколько рядов с одинаковым расположением соседних магнитных полюсов и образуют ряды желобов для движения сверхпроводящих пластин с магнитным экраном артиллерийского снаряда вдоль оси симметрии желоба в прорезях электромагнитов. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к области технической физики. Изобретение относится к движителям, использующим нескомпенсированную силу, действующую на сверхпроводник со стороны магнитного поля, возникающую вследствие применения магнитного экрана, прикрепленного к сверхпроводящей пластине с одной ее плоской стороны.

Уровень техники. Аналоги не обнаружены.

Раскрытие изобретения.

Цель настоящего изобретения - достижение высокой начальной скорости полета артиллерийского снаряда порядка 10³ м·с^-1 и выше.

Разработана система для запуска артиллерийского снаряда с использованием сверхпроводника, содержащая шахту запуска, к внутренней стенке которой прикреплены электромагниты с сердечниками из ферромагнитного материала в форме буквы «О» с прорезью, нормально расположенные по отношению к оси симметрии шахты, а артиллерийский снаряд выполнен с прикрепленным к его внешней боковой поверхности сверхпроводящими при комнатной температуре пластинами и прикрепленными к ним вплотную с одной их плоской стороны магнитными экранами, при этом каждая пластина имеет размеры порядка нескольких сантиметров в ширину и длину и нормально расположена по отношению к оси симметрии артиллерийского снаряда, а магнитные экраны прикреплены к пластинам со стороны, находящейся впереди по ходу движения при запуске артиллерийского снаряда, и выполнены из листов ферромагнитного материала, причем пластины и магнитные экраны закреплены крепежом из слабомагнитного материала в несколько рядов с параллельным расположением в каждом ряду и отстоят друг от друга на расстоянии, превышающем в несколько раз или на порядок толщину магнитного экрана, а электромагниты расположены в шахте запуска в несколько рядов с одинаковым расположением соседних магнитных полюсов, параллельны между собой в ряду и отстоят друг от друга на расстоянии, меньшем или одного порядка с толщиной сердечника электромагнита, при этом электромагниты образуют ряды желобов для движения сверхпроводящих пластин с магнитным экраном артиллерийского снаряда вдоль оси симметрии желоба в прорезях электромагнитов. В качестве магнитного экрана может быть использован также лист из намагниченного вдоль плоскости листа материала постоянного магнита с осями намагничивания отдельных фрагментов листа, параллельных между собой и одинаково направленных в направлении магнитного поля желоба. Возможно расположение второго дополнительного магнитного экрана, аналогичного первому, со стороны магнитного экрана на расстоянии, в несколько раз или на порядок меньшем, чем расстояние между сверхпроводящими пластинами. Между сверхпроводящей пластиной и магнитным экраном может быть расстояние меньше или одного порядка с толщиной листа магнитного экрана. Желобы могут быть образованы прикрепленными к внутренней стенке шахты электромагнитами с сердечниками из ферромагнитного материала в форме полосы, изогнутой по дуге окружности поперечного сечения артиллерийского снаряда, причем электромагниты отстоят друг от друга на расстоянии, меньшем или одного порядка с толщиной сердечника электромагнита, и параллельны между собой в ряду с одинаковыми соседними магнитными полюсами, а ряды отстоят друг от друга с промежутком, причем в каждом промежутке магнитные полюса соседних рядов противоположны.

Разработан способ запуска артиллерийского снаряда с системой для запуска артиллерийского снаряда с использованием сверхпроводника, включающий ориентацию сверхпроводящих пластин артиллерийского снаряда параллельно магнитным полям в желобах и нормально к осям симметрии желобов для движения сверхпроводящих пластин вдоль оси симметрии желобов при их взаимодействии с магнитными полями желобов и возникновения со стороны плоской поверхности сверхпроводящих пластин, не защищенной магнитным экраном, некомпенсированной силы, воздействующей на нее со стороны неоднородного магнитного поля, проникающего на незначительную глубину в толщу сверхпроводящей пластины, и направленной от незащищенной магнитным экраном плоской поверхности сверхпроводящей пластины в сторону ослабления магнитного поля, то есть в сторону магнитного экрана для ускорения сверхпроводящих пластин с магнитными экранами и связанного с ними артиллерийского снаряда в этом направлении, причем в процессе запуска артиллерийского снаряда для его ускорения кратковременно включают ток в обмотках электромагнитов при его заданных значениях.

Причем возможно регулировать ускорение артиллерийского снаряда электрической схемой с измерителем ускорения артиллерийского снаряда, которая увеличивает электрический ток через обмотки электромагнитов, если ускорение меньше заданной величины, и уменьшает электрический ток через обмотку электромагнитов, если ускорение, больше заданной величины.

Изобретение поясняется фиг.1-4.

На фиг.1 показана пластина из сверхпроводника, обозначенная как 1, и прикрепленный к ней с одной ее плоской поверхности магнитный экран, обозначенный как 2.

На фиг.2 показано, как ориентируется в изображенных тонкими линиями силовых линиях магнитного поля электромагнита с сердечником в форме буквы «О» с прорезью (зазором) пластина из сверхпроводника 1 с магнитным экраном 2 для обеспечения нескомпенсированной силы , действующей на свободную от магнитного экрана плоскую поверхность сверхпроводника в направлении магнитного экрана.

На фиг.3 показано, как ориентируется в изображенных тонкими линиями силовых линиях магнитного поля электромагнита с сердечником в форме полосы пластина из сверхпроводника 1 с магнитным экраном 2 для обеспечения нескомпенсированной силы , действующей на свободную от магнитного экрана плоскую поверхность сверхпроводника в направлении магнитного экрана.

На фиг.4 показано, как регулируется ускорение системы для запуска артиллерийского снаряда на сверхпроводнике электрической схемой, где 3 - измеритель на ускорение артиллерийского снаряда, развиваемого вверх, минус ускорение свободного падения; 4 - шунт, он же датчик обратной связи; 5 - электронный усилитель; 6 - элемент сравнения; 7 - обмотка электромагнита; 8 - значение ускорения, развиваемого артиллерийским снарядом вверх, минус ускорение свободного падения.

На обмотку электромагнита подается с элемента сравнения разность напряжений Δu между заданным напряжением u_зад и напряжением с электронного усилителя u_эу.

Оценка возможности предлагаемого устройства и способа запуска артиллерийского снаряда состоит в оценке силы , действующей на сверхпроводник, помещенный в магнитное поле.

Сила, действующая на вещество, помещенное в магнитное поле, определяется следующим образом [1] в CGSM:

где - величина силы, действующей на вещество в направлении x;

χ - величина объемной магнитной восприимчивости вещества;

ν - объем вещества;

Н - величина магнитного поля;

x - направление.

Поскольку магнитное поле выталкивается из сверхпроводника и поскольку глубина проникновения магнитного поля в сверхпроводник составляет 10^-5÷10^-6 см [2], следовательно на этой глубине возникает сравнительно высокий градиент магнитного поля ∂Н/∂x со стороны сверхпроводника, не защищенной магнитным экраном, обеспечивающий сравнительно высокую силу , действующую на поверхность сверхпроводника, свободную от магнитного экрана. При этом сверхпроводник как идеальный диамагнетик выталкивается из области более сильного магнитного поля в сторону ослабления магнитного поля.

Параметры артиллерийского снаряда с системой ускорения на сверхпроводнике определяются из (1) следующим естественным образом в CGSM по формуле для определения ускорения артиллерийского снаряда:

где М - масса артиллерийского снаряда;

а - ускорение артиллерийского снаряда;

χ - величина объемной магнитной восприимчивости сверхпроводника;

Н - величина магнитного поля;

S' - площадь сверхпроводящей пластины;

S - площадь поперечного сечения артиллерийского снаряда;

N - число сверхпроводящих пластин.

Длина шахты для запуска артиллерийского снаряда рассчитывается следующим образом:

где L - длина шахты для запуска артиллерийского снаряда;

V - величина скорости артиллерийского снаряда на выходе из шахты;

а - величина ускорения артиллерийского снаряда в шахте.

Поскольку величина магнитного поля в желобе из электромагнитов может быть разная [3], выберем три варианта: H=10³ Э, H=10⁴ Э и H=10⁵ Э. Тогда для сверхпроводящих пластин размером S'=5 см · 5 см, при N=10² и S=10² см² или, что то же самое, при N=10⁴ и S=10⁴ см², при χ=-1CGSM, при грузоподъемности артиллерийского снаряда M/S=10² г·см^-2=10³ кг·м^-2 необходимо:

В действительности длина шахты для запуска артиллерийского снаряда будет в несколько раз больше расчетной, так как в области проникновения магнитного поля в сверхпроводник абсолютная величина магнитной восприимчивости сверхпроводника уменьшается и величина магнитного поля уменьшается, и это обстоятельство вносит свои коррективы в оценочную формулу (2). Но путем регулирования величины магнитного поля Н в желобе из электромагнитов или путем увеличения количества сверхпроводящих пластин N или путем снижения грузоподъемности M/S можно добиться приемлемого значения параметра L.

Шахта для запуска артиллерийского снаряда с содержащимися в ней желобами из электромагнитов может быть от вертикального до горизонтального расположения.

Шахта для запуска артиллерийского снаряда может быть снабжена направляющими рельсами, а корпус артиллерийского снаряда - соответствующими полозьями или колесами, входящими в рельсы при движении артиллерийского снаряда в шахте, для исключения вибрации и уменьшения трения при ускорении для запуска артиллерийского снаряда в шахте.

Можно использовать предлагаемое изобретение для запуска реактивных самолетов, это способствует сокращению длины взлетной полосы, что весьма существенно при запуске самолетов с кораблей-авианосцев.

Краткое описание чертежей: Фиг.1. Один из фрагментов системы для запуска артиллерийского снаряда на сверхпроводнике.

Фиг.2. Способ запуска артиллерийского снаряда на сверхпроводнике в магнитном поле электромагнитов с сердечником в форме буквы «О» с прорезью (с зазором).

Фиг.3. Способ запуска артиллерийского снаряда на сверхпроводнике в магнитном поле электромагнитов с сердечником в форме полосы.

Фиг.4. Способ регулирования ускорения системы для запуска артиллерийского снаряда на сверхпроводнике с помощью электрической схемы.

Осуществление изобретения: Средство, реализующее данное устройство и способ еще не создано. Но из приведенных в описании изобретения расчетов следует возможность его осуществления.

Литература

1. П.Селвуд, Магнетохимия, Москва, изд. ИЛ, 1958 г., с.13.

2. Малая Советская Энциклопедия, Государственное научное издательство «Советская энциклопедия», издание третье, т.8, с.254-255.

3. С.В.Вонсовский, Магнетизм, Москва, изд. «Наука», 1971, с.419.

1. Система для запуска артиллерийского снаряда с использованием сверхпроводника, содержащая шахту запуска, к внутренней стенке которой прикреплены электромагниты с сердечниками из ферромагнитного материала в форме буквы «О» с прорезью, нормально расположенные по отношению в оси симметрии шахты, а артиллерийский снаряд выполнен с прикрепленными к его внешней боковой поверхности сверхпроводящими при комнатной температуре пластинами и прикрепленными к ним вплотную или на расстоянии с одной их плоской стороны магнитными экранами, при этом каждая пластина имеет размеры порядка нескольких сантиметров в ширину и длину и нормально расположена по отношению к оси симметрии артиллерийского снаряда, а магнитные экраны прикреплены к пластинам со стороны, находящейся впереди по ходу движения при запуске артиллерийского снаряда, и выполнены из листов ферромагнитного материала, причем пластины и магнитные экраны закреплены крепежом из слабомагнитного материала в несколько рядов с параллельным расположением в каждом ряду и отстоят друг от друга на расстоянии, превышающем в несколько раз или на порядок толщину магнитного экрана, а электромагниты расположены в шахте запуска в несколько рядов с одинаковым расположением соседних магнитных полюсов, параллельны между собой в ряду и отстоят друг от друга на расстоянии меньшем или одного порядка с толщиной сердечника электромагнита, при этом электромагниты образуют ряды желобов для движения сверхпроводящих пластин с магнитным экраном артиллерийского снаряда вдоль оси симметрии желоба в прорезях электромагнитов.

2. Система по п.1, в которой в качестве магнитного экрана использован лист из намагниченного вдоль плоскости листа материала постоянного магнита с осями намагничивания отдельных фрагментов листа параллельных между собой и одинаково направленных в направлении магнитного поля желоба.

3. Система по п.1, в которой со стороны магнитного экрана на расстоянии в несколько раз или на порядок меньшем, чем расстояние между сверхпроводящими пластинами, расположен второй дополнительный магнитный экран, аналогичный первому.

4. Система по п.1, в которой расстояние между сверхпроводящей пластиной и магнитным экраном меньше или одного порядка с толщиной листа магнитного экрана.

5. Система по п.1, в которой желоба образованы прикрепленными к внутренней стенке шахты электромагнитами с сердечниками из ферромагнитного материала в форме полосы, изогнутой по дуге окружности поперечного сечения артиллерийского снаряда, причем электромагниты отстоят друг от друга на расстоянии меньшем или одного порядка с толщиной сердечника электромагнита и параллельны между собой в ряду с одинаковыми соседними магнитными полюсами, а ряды отстоят друг от друга с промежутком, причем в каждом промежутке магнитные полюса соседних рядов противоположны.

6. Способ осуществления запуска артиллерийского снаряда с использованием системы для запуска артиллерийского снаряда по любому из пп.1-5, включающий ориентацию сверхпроводящих пластин артиллерийского снаряда параллельно магнитным полям в желобах и нормально к осям симметрии желобов для движения сверхпроводящих пластин вдоль оси симметрии желобов при их взаимодействии с магнитными полями желобов и возникновения со стороны плоской поверхности сверхпроводящих пластин, не защищенной магнитным экраном, нескомпенсированной силы, воздействующей на нее со стороны неоднородного магнитного поля, проникающего на незначительную глубину в толщу сверхпроводящей пластины, и направленной от незащищенной магнитным экраном плоской поверхности сверхпроводящей пластины в сторону ослабления магнитного поля, то есть в сторону магнитного экрана для ускорения сверхпроводящих пластин с магнитными экранами и связанного с ними артиллерийского снаряда в этом направлении, причем в процессе запуска артиллерийского снаряда для его ускорения кратковременно включают ток в обмотках электромагнитов при его заданных значениях.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что ускорение артиллерийского снаряда регулируют электрической схемой с измерителем ускорения артиллерийского снаряда, при этом увеличивают электрический ток через обмотки электромагнитов, если ускорение артиллерийского снаряда меньше заданной величины, и уменьшают электрический ток через обмотки электромагнитов, если ускорение больше заданной величины.