Электродинамический ускоритель снарядов рельсового типа Советский патент 1993 года по МПК F41B6/00 

Я

VJ ю о

4bw х|

СА)

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.

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

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

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

0

5

0

5

5

0

5

0

5

индуктивной связи между обтекаемыми током парами токоп.одводящих шин:

NKN L1 (1).

где L(N) погонная индуктивность ускорителя с числом N последовательно включенных пар токоподводящих шин, (i) - погонная индуктивность ускорителя с одной паройто- коподводящих шин, KN - показатель степени, причем KN 1 при отсутствии индуктивной связи между парами шин и KN 2 при наличии идеальной индуктивной связи между ними. При этом величина погонной индуктивности L N возрастает приблизительно в ЬГ2 раз по 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 В 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 отво- п дящими ток шинами, образуя замкнутый кольцевой магнитный поток. При этом во внешнем пространстве в области расположения бандажа образуется быстрозатухаю- щий мультипольный поток рассеяния, не приводящий к уменьшению погонной индуктивности. За счет увеличения погонной индуктивности при упомянутых условиях бандажирования, при условии

I «AL

to 2

где Ln - индуктивность накопителя, Л L LI - полное изменение индуктивности 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 полный КПД, так как омическое сопротивление шин и контактное сопротивление возрастает в N раз, но из условия равенства ускоряющей силы может быть в VN 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

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 направлении, 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, на фиг.З - 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 пар токопроводящих параллельных шин 1, выполненных из тугоплавкого металла, например молибдена (фиг.1), и подключенных со стороны казенной части ускорителя через коммутатор К2 (фиг,2) к источнику однопо- лярного тока (ИТ) с индуктивным накопителем энергии LH, гасящим сопротивлением 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 б 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 направления являются образующими цилиндрической поверхности другого радиуса г. Снаряд 6 состоит из легкого изоляционного каркаса 13, выполнеяного из прочного термостойкого изоляционного (например,

композитного) 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, входящие в пазы 12 изоляционного блока, повторяют форму свободного пространства пазов в несущем изоляционном блоке 7. На боковых поверхностях выступов выполнены

пазы, в которых установлены токопроводящие перемычки 3, выполненные гофрированными в направлении, перпендикулярном направлению шин. Предлагаемый электродинамический

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

с замыкания ключа К1, в результате чего в индуктивном накопителе LH начинает нарастать ток. Когда ток в накопителе LH 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 б входят в контакт с шинами ускорителя, ключ К2 замыкается и,одновременно, размыкается ключ К1, в результате чего ток накопителя LH начинает обтекать внешние перемычки ускорителя 4,5, шины ускорителя 1 и проводящие перемычки 3 метаемого снаряда в

направлении, показанном на фиг,2 стрелками, и создает импульсное магнитное поле в тракте ускорения. В результате взаимодействия тока в перемычках снаряда Зс магнитным полем между рельсами возникает

ускоряющая электродинамическая сила, воздействующая на радиальные выступы снаряда 15 и направленная вдоль оси ускорителя. При выходе ускоренного снаряда 6 из ствола ускорителя ключ К1 замыкается, а

ключ К2 размыкается, в результате чего ос гAL IQCT

таточная энергия - Е0ст , накопленная в собственной индуктивности ускорителя Д L, рассеивается на гасящем сопротивлении Rr и остаточный ток ОСт быстро затухает. Изобретение позволяет повысить скорость метания за счет увеличения погонной индуктивности. Увеличение КПД электродинамического ускорителя позволяет снизить энергоемкость накопителя и, соответственно, его габариты и стоимость. Поскольку при этом одновременно достигается снижение величины ускоряющего тока и уровень коммутационных потерь, снижаются также габариты и стоимость коммутирующей аппаратуры К1 и К2.

Формула изобретения 1. Электродинамический ускоритель снарядов рельсового типа, содержащий ступень предварительного ускорения, несколько пар токопроводящих параллельных шин, подключенных со стороны казенной части ускорителя через коммутатор к индуктивному накопителю энергии и образующих через токопроводящие перемычки, расположенные в пазах снаряда и изолированные друг от друга, последовательные витки тока, включенные согласно, при этом шины размещены в несущем изоляционном блоке, выполненном с центральным отверстием и жестко закрепленном в бандажном устройстве, отличающийся тем, что, с целью

0

5

0

5 /5

повышения скорости метания, КПД ускорителя и его ресурса, а также снижения габаритов и стоимости, в нем на поверхности центрального отверстия несущего изоляционного блока выполнены равномерно распределенные по окружности радиальные пазы длиной равные длине ускорителя, в которых закреплены шины, при этом шины с токами одного направления являются образующими цилиндрической поверхности одного радиуса, а шины с токами противоположного направления являются образующими цилиндрической поверхности другого радиуса, причем на боковой поверхности снаряда выполнены выступы для взаимодействия с пазами несущего изоляционного блока, повторяющие форму свободного пространства пазов, а пазы, в которых установлены токопроводящие перемычки, выполнены на боковых поверхностях выступов.

2. Ускоритель по п.1, от л и ч а ю щ ий- с я тем, что токопроводящие перемычки выполнены гофрированными в направлении, перпендикулярном направлению шин.

Фи г А

/

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 то- копроводящих 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. Токопрово- дящие 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