МЕТАЕМОЕ ТЕЛО ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО УСКОРИТЕЛЯ Российский патент 2002 года по МПК F42B12/72 

Изобретение относится к технике гиперскоростного метания снарядов путем электромагнитного воздействия на ускоряемое тело и может быть использовано в системах противоракетной и противовоздушной обороны, а также в составе технологического и лабораторного оборудования для получения сверхвысоких нагрузок и скоростей.

Известно метаемое тело для электродинамической метательной установки, в котором метаемое тело имеет отверстие, ось которого лежит в плоскости токопроводящих рельс и перпендикулярна им, хвостовая часть метаемого тела выполнена в виде пластины, соединенной с головкой частью посредством опорных элементов с образованием отверстия между частями метаемого тела и опорными элементами, причем толщина пластины h определена соотношением:

где σ_в - предел прочности материала метаемого тела;
S - площадь сечения опорного элемента;
ΔP - разность давлений между передней и задней кромками отверстия;
d - диаметр столба разряда;
l - длина хвостовой части;
b - ширина хвостовой части;
а - ускорение;
ρ - плотность материала,
причем в межрельсовых изоляторах выполнены пазы, в которых установлена хвостовая часть метаемого тела с опорными элементами (патент РФ 2009439, МПК F 41 В 6/00 - аналог).

Для разгона описанного в аналоге метаемого тела в стволах электромагнитных ускорителей широко используется токопроводящий плазменный поршень, в объеме которого возникает пондеромоторная сила как результат взаимодействия магнитного поля электрического тока, протекающего по рельсам ствола ускорителя, с электрическим током в плазме. Действие этой силы передается на метаемое тело. При этом работоспособность электромагнитного ускорителя определяется способностью метаемого тела выдерживать газовое давление со стороны плазменного поршня. Метаемое тело испытывает тепловые и инерционные нагрузки. Расчеты и экспериментальные данные показывают, что динамическое приложение нагрузок вызывает перегрузки порядка 100000g, вызванные высокими скоростями (6-20 км/с) при выходе из ствола ускорителя, достигаемыми за короткое время порядка 10^-6 с. При таких перегрузках метаемое тело в аналоге разрушается при выходе из ствола метательной установки.

Описанные в литературе метаемые тела состоят, как правило, из головной части (пуля), изготовленной на основе титановых сплавов, и диэлектрика, расположенного вокруг "пули" и обеспечивающего ее изоляцию и стабилизацию в полете. Прочностные характеристики этих материалов обеспечивают работу метаемого тела только на начальном этапе движения по стволу ускорителя (до 1/3 длины).

Аналогом является снаряд для сверхскоростного метания в электромагнитном ускорителе, выполненный из диэлектрических материалов графита и тефлона (Моделирование сопротивления и эрозии при электромагнитном метании тел. Ракетная техника и космонавтика, том 19, 11, ноябрь, 1981, с. 156-163 - аналог).

Известно также метаемое тело (снаряд) для электромагнитной пушки, представляющее собой куб, выполненный из диэлектрика (Электромагнитные ускорители в военном деле. Зарубежное военное обозрение, 5, 1986, с. 19-22 - прототип).

Основным недостатком описанных метаемых тел является их неспособность выдерживать большие тепловые, электромагнитные и инерционные перегрузки при движении в стволе электромагнитного ускорителя и их разрушение при выстреле. Следует отметить, что при выстреле под воздействием плазменной дуги и электромагнитного поля разрушается не только снаряд (метаемое тело), но и сам рельсовый электромагнитный ускоритель.

Задача изобретения - обеспечение необходимой прочности метаемого тела в процессе движения по направляющим электромагнитной пушки до момента вылета из канала ствола.

Технический результат изобретения достигается за счет выбора материала диэлектрика, обеспечивающего необходимую прочность при действующих тепловых, электромагнитных и инерционных нагрузках.

Поставленная задача достигается тем, что в метаемом теле для электромагнитного ускорителя, состоящем из диэлектрика, диэлектриком является стекловолокно, выполненное с хаотичным расположением волокон и спрессованное с варьируемой плотностью прессовки.

Поставленная задача достигается также тем, что стекловолокно содержит добавки и армировано.

Стекловолокно для метаемого тела с хаотичным расположением волокон упаковывается прессованием с варьируемой плотностью прессовки, что обеспечит необходимое демпфирование при динамическом ударном импульсе, изоляцию и изотропность распределения нагрузок по всему объему.

Как правило, для объектов военной техники совсем не обязательно иметь в качестве снаряда тело с высокой прочностью. При высоких скоростях для выведения из строя объектов военной космической техники достаточно воздействовать на них динамическим ударным импульсом объекта с произвольной массой. "Зарубежные военные специалисты полагают, что с помощью электромагнитных пушек можно "выстреливать" снаряды со скоростями порядка 100 км/с и поражать баллистические ракеты на любом участке траектории. По их мнению, например, электромагнитная пушка способна создавать на дальности 2000 км при скорости полета инертных боеприпасов 10-20 км/с более высокую плотность энергии на единицу площади по сравнению с другими перспективными видами оружия, в том числе мощными лазерами и ядерными боеприпасами" (Электромагнитные ускорители в военном деле. Зарубежное военное обозрение, 5, 1986, с. 20).

Преимущества выполнения метаемого тела из стекловолокна.

Во-первых, неупорядоченная структура создает свободное пространство между молекулами, что обеспечивает внутреннее демпфирование.

Во-вторых, анализ массово-частотных характеристик метаемого объекта (тела, снаряда, пули) предполагает в качестве оптимального метаемый объект с высокой степенью пластичности материала метаемого объекта и одновременно с высокой плотностью его. При этом метаемое тело должно выдерживать очень высокие тепловые нагрузки и быть изолятором.

Прочностные характеристики основной нити стекловолокна (модуль упругости Е, толщина и др.), количество волокон в пучке, степень запрессовки и другие подбираются исходя из оптимальных характеристик и назначения электромагнитного ускорителя (электрическая мощность, время работы, длина направляющих, скорострельность и другие).

При высоких температурах стекловолокно не испаряется, остается пластичным, выдерживает большие давления и перегрузки.

Выполнение стекловолокна с добавками или армированием позволяет регулировать реакцию метаемого тела на тепловые воздействия (испарение, пластичность и др.) и перераспределять внутренние усилия согласно расчетной схемы.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое метаемое тело для электромагнитного ускорителя, выполненное из стекловолокна, удовлетворяет поставленной задаче по обеспечению прочности в процессе движения по направляющим электромагнитной пушки до момента вылета из нее.

Изобретение относится к технике гиперскоростного метания снарядов путем электромагнитного воздействия на ускоряемое тело и может быть использовано в системах противоракетной и противовоздушной обороны, а также в составе технологического и лабораторного оборудования для получения сверхвысоких нагрузок и скоростей. В качестве диэлектрика для изготовления метаемого тела для электромагнитного ускорителя предлагается стекловолокно, выполненное с хаотичным расположением волокон и спрессованное с варьируемой плотностью прессовки, причем стекловолокно может содержать добавки и быть армированным. Использование изобретения позволяет обеспечить необходимую прочность метаемого тела в процессе движения по направляющим электромагнитной пушки до момента вылета из канала ствола. 2 з.п.ф-лы.

1. Метаемое тело для электромагнитного ускорителя, состоящее из диэлектрика, отличающееся тем, что диэлектриком является стекловолокно, выполненное с хаотичным расположением волокон и спрессованное с варьируемой плотностью прессовки. 2. Метаемое тело по п.1, отличающееся тем, что стекловолокно содержит добавки. 3. Метаемое тело по пп.1 и 2, отличающееся тем, что стекловолокно армировано.