Электротермический ускоритель твердых тел

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно, технике моделирования воздействия микрометеоритов и частиц космического мусора на элементы конструкции и конструкционные материалы космических аппаратов. Электротермический ускоритель твердых тел содержит разрядную камеру, в которой расположены емкостный накопитель электрической энергии, анод, катод, соединённые в электрическую цепь, изолятор, рабочее тело, инициатор заряда, присоединённые к разрядной камере баллистический ствол с установленным в нём ударником и вакуумная камера с расположенной в ней мишенью, причем ударник снабжён фланцем, герметично соединённым с торцом ствола, на фланце выполнена кольцевая канавка, форма и размеры которой выбраны из условия его среза заданным давлением рабочей среды, при этом срезаемый диаметр фланца меньше диаметра канала ствола. Технический результат - повышение скорости соударения ударника и мишени. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно, технике моделирования воздействия микрометеоритов и частиц космического мусора на элементы конструкции и конструкционные материалы космических аппаратов.

Известен электротермический ускоритель (ЭТУ), содержащий разрядную камеру, в которой установлены емкостный накопитель электрической энергии, катод, анод, соединенные в электрическую цепь, изолятор, рабочее тело, инициатор заряда в виде углеродной нити, присоединенные к разрядной камере баллистический ствол с установленным в нем ударником и вакуумная камера с расположенной в ней мишенью (Фиг. 1) [1].

В ЭТУ разгон ударника осуществляется давлением плазмы, образующейся при импульсном протекании электрического тока, который вызван разрядом емкостного накопителя. Резко возрастающее давление срывает ударник с места запрессовки в ствол и, преодолевая сопротивление его движению в стволе, разгоняет ударник. Для увеличения перепада давлений мишень устанавливается в вакуумной камере.

По данным работы [2] диаметр ударника больше диаметра ствола на 0,1 мм, т.е. он запрессовывается в ствол с большим натягом. В запрессованном состоянии происходит движение ударника в стволе, сопровождаемое смятием и срезом его поверхностных слоев, а также повреждением канала ствола.

Это создает большое сопротивление движению ударника и не позволяет достичь скоростей ударника выше 4,2 км/с при скорости потока плазмы до 15 км/с.При этом эффективность преобразования запасенной энергии емкостного накопителя в кинетическую энергию ударника составляет 3-5% [2].

Недостатками известных ЭТУ является низкая скорость вылета ударника вследствие низкого начального давления рабочего тела на ударник и торможение ударника при движении по стволу, которое определяется степенью натяга при запрессовке ударника в канал ствола. Величина давления не является заданным параметром, а является функцией величины натяга, который может удержать давление рабочего тела до определенного предела. Выше его происходит срыв ударника для движения.

Задачей изобретения является увеличение скорости соударения ударника и мишени (достижение технического результата)

Поставленная задача решается тем, что электротермический ускоритель твердых тел содержит разрядную камеру, в которой расположены емкостный накопитель электрической энергии, анод, катод, соединенные в электрическую цепь, изолятор, рабочее тело, инициатор заряда, присоединенные к разрядной камере баллистический ствол с установленным в нем ударником и вакуумная камера с расположенной в ней мишенью, причем ударник снабжен фланцем, герметично соединенным с торцом ствола, на фланце выполнена кольцевая канавка, форма и размеры которой выбраны из условия его среза заданным давлением рабочей среды, при этом срезаемый диаметр фланца меньше диаметра канала ствола.

Профиль кольцевой канавки выполнен в виде треугольника, одна сторона которого расположена перпендикулярно оси ствола. Кроме того, ударник установлен в канале ствола с натягом переходных посадок или с кольцевым зазором, а кольцевой зазор выбран минимальным и задан из условия отсутствия касания ударника и ствола.

На фиг 1. изображен электротермический ускоритель твердых тел.

На фиг 2. изображен ударник, снабженный фланцем.

Электротермический ускоритель твердых тел, содержит разрядную камеру, в которой установлены емкостный накопитель электрической энергии (1), катод (2), анод (3), соединенные в электрическую цепь, изолятор (4), рабочее тело (5), инициатор заряда (б) в виде углеродной нити, присоединенные к разрядной камере баллистический ствол (7) с установленным в нем ударником (8) и вакуумная камера (9) с расположенной в ней мишенью (10)(Фиг. 1).

Ударник (8) выполнен с герметично закрепленным к торцу ствола (7) фланцем (11), на котором выполнена кольцевая канавка, концентричная оси ударника (12), обеспечивающая срезание фланца по диаметру меньше диаметра ствола (Фиг. 2).

Для снижения сопротивления при движении ударника (8) в стволе (7) и снижения повреждаемости ствола (7), он устанавливается с натягом переходных посадок, который значительно меньше, чем натяг при запрессовке. Требуемое давление плазмы удерживается фланцем ударника (11) до его среза и натягом при установке ударника (8), задается параметрами фланца (11) и кольцевой канавки (12) и позволяет, в отличие от прототипа, использовать любую степень натяга ударника (8) в стволе (7).

Возможна установка ударника (8) в стволе (7) с зазором. Тогда параметры фланца (11) рассчитываются из условия удержания требуемого давления плазмы.

При установке ударника (8) в стволе (7) с минимальным кольцевым зазором, величина которого задана из условия сохранения в нем непрерывности потока плазмы, предотвращается их касание и исключается внешнее трение между ними. После среза фланца (11) поток плазмы давит на торец ударника (8), задавая ему движение в стволе (7), и устремляется в кольцевой зазор ударника (8) и ствола (7). Имея более высокую скорость, чем ударник (8), он разделяет ударник (8) и ствол (7) от соприкосновения, снимает сопротивление его движению по стволу и, обтекая ударник (8), создает ему дополнительную тягу по боковой поверхности. В результате возрастает скорость его удара по мишени.

Предлагаемое изобретение позволит повысить к.п.д.

электротермического ускорителя и существенно увеличить скорость вылета ударника из ствола за счет повышения начального давления в разрядной камере и снижения сопротивления при движении ударника в баллистическом стволе вследствие снижения натяга ударника. При установке ударника с зазором и отсутствии касания ударника и ствола сопротивление его движению определяется только силами инерции ударника. Также уменьшается повреждаемость ствола.

Литература

1. Воробьев А.А. Теоретико-экспериментальное исследование процессов внутренней баллистики электротермического ускорителя макротел. Прикладная механика и техническая физика. Т. 59, №4, с. 10-18, 2018.

2. А.В. Козлов, А.В. Котов, В.П. Полищук, А.В. Шурупов. «Легкоплазменный» электротермический ускоритель. Вестник ОИВТ РАН, №1, с. 22-25, 2018.

1. Электротермический ускоритель твердых тел, содержащий разрядную камеру, в которой расположены емкостный накопитель электрической энергии, анод, катод, соединённые в электрическую цепь, изолятор, рабочее тело, инициатор заряда, присоединённые к разрядной камере баллистический ствол с установленным в нём ударником и вакуумная камера с расположенной в ней мишенью, отличающийся тем, что ударник снабжён фланцем, герметично соединённым с торцом ствола, на фланце выполнена кольцевая канавка, форма и размеры которой выбраны из условия его среза заданным давлением рабочей среды, при этом срезаемый диаметр фланца меньше диаметра канала ствола.

2. Электротермический ускоритель твёрдых тел по п. 1, отличающийся тем, что профиль кольцевой канавки выполнен в виде треугольника, одна сторона которого расположена перпендикулярно оси ствола.

3. Электротермический ускоритель твёрдых тел по п. 1, отличающийся тем, что ударник установлен в канале ствола с натягом переходных посадок.

4. Электротермический ускоритель твёрдых тел по п. 1, отличающийся тем, что ударник установлен в канале ствола с кольцевым зазором.

5. Электротермический ускоритель твёрдых тел по п. 4, отличающийся тем, что кольцевой зазор выбран минимальным и задан из условия отсутствия касания ударника и ствола.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области создания непрерывных пучков ионов путем их экстракции из плотной плазмы, создаваемой в открытой магнитной ловушке мощным излучением миллиметрового диапазона длин волн.

Изобретение относится к устройствам высокочастотного возбуждения и поддержания разряда газоразрядной плазмы в ионных источниках, ионных двигателях космических аппаратов с преобразованием энергии источника постоянного напряжения в радиочастотную электромагнитную энергию поля индуктора, взаимодействующего с объемом плазмы через взаимную индуктивность.

Изобретение относится к средствам формирования сильноточных пучков ионов путем их экстракции из плотной плазмы ЭЦР разряда, создаваемой в открытой магнитной ловушке мощным излучением миллиметрового диапазона длин волн.

Изобретение относится к области плазменной техники, в частности к плазменным источникам для генерирования пучка заряженных частиц. Источник содержит: плазменную камеру, оборудованную впускным патрубком для впуска газа и отверстием для вывода заряженных частиц из плазменной камеры; радиочастотный модуль генерирования плазмы для генерирования плазмы внутри плазменной камеры, причем радиочастотный модуль генерирования плазмы содержит первый и второй резонансные контуры, каждый из которых настроен на, по существу, одну и ту же резонансную частоту, причем первый резонансный контур содержит первую антенну и первый, радиочастотный, источник питания, выполненный с возможностью приведения первого резонансного контура в действие на частоте, по существу, равной его резонансной частоте, а второй резонансный контур содержит вторую антенну, причем в рабочем режиме первый резонансный контур индуцирует во второй антенне радиочастотный сигнал благодаря наличию между ними резонансной связи, причем второй резонансный контур выполнен с возможностью подачи индуцированного радиочастотного сигнала в плазменную камеру для генерирования в ней плазмы; и модуль ускорения частиц для вывода заряженных частиц из плазмы и ускорения заряженных частиц для формирования пучка, причем модуль ускорения частиц содержит второй источник питания, выполненный с возможностью создания разности потенциалов между плазменной камерой и ускоряющим электродом, причем область, расположенная между плазменной камерой и ускоряющим электродом, образует ускорительную колонну.

Изобретение относится к плазменной технике, в частности к плазменным генераторам. Технический результат - сокращение потерь мощности, вызванных рекомбинацией ионов/электронов на стенках. В заявке описан плазменный генератор, имеющий корпус, который охватывает ионизационную камеру с по меньшей мере одним имеющимся у нее выходным отверстием, по меньшей мере один входящий в ионизационную камеру подвод для подачи рабочего газа и по меньшей мере одну электрическую катушечную систему, охватывающую по меньшей мере часть ионизационной камеры и электрически соединенную с источником переменного тока высокой частоты, от которого к по меньшей мере одной катушке катушечной системы подводится переменный электрический ток высокой частоты, при этом предусмотрен еще один источник тока, от которого к по меньшей мере одной катушке катушечной системы подводится постоянный ток или переменный ток меньшей частоты, чем у переменного тока высокой частоты от его источника.

Изобретение относится к области создания пучков многозарядных ионов (МЗИ) путем их экстракции из плотной плазмы, создаваемой в открытой магнитной ловушке мощным излучением миллиметрового диапазона длин волн, которые необходимы для формирования сильноточных пучков многозарядных ионов, востребованных в ряде приложений (ускорительной технике, медицине, ионной имплантации, фундаментальных исследованиях и пр.).

Изобретение относится к области плазменной обработки при изготовлении полупроводников. .

Изобретение относится к технике СВЧ и может использоваться при создании радиоаппаратуры для связи, радиолокации, в измерительной технике, в научном приборостроении.

Изобретение относится к электронике, в частности к электронно-лучевым СВЧ-приборам, предназначенным для усиления или генерации мощного излучения, и может быть использовано в аппаратуре научного и прикладного назначения.

Изобретение относится к электронно-лучевым и пучково-плазменным приборам СВЧ и предназначено для использования в качестве усилителя или генератора мощного излучения в аппаратуре научного и прикладного назначения.

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно, технике моделирования воздействия микрометеоритов и частиц космического мусора на элементы конструкции и конструкционные материалы космических аппаратов. Электротермический ускоритель твердых тел содержит разрядную камеру, в которой расположены емкостный накопитель электрической энергии, анод, катод, соединённые в электрическую цепь, изолятор, рабочее тело, инициатор заряда, присоединённые к разрядной камере баллистический ствол с установленным в нём ударником и вакуумная камера с расположенной в ней мишенью, причем ударник снабжён фланцем, герметично соединённым с торцом ствола, на фланце выполнена кольцевая канавка, форма и размеры которой выбраны из условия его среза заданным давлением рабочей среды, при этом срезаемый диаметр фланца меньше диаметра канала ствола. Технический результат - повышение скорости соударения ударника и мишени. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх