Электродинамический ускоритель снарядов рельсового типа

(71) Высоковольтный научно-исследовательский центр Всесоюзного электротехнического института им. В.И,Ленина(73) Высоковольтный научно-исследовательский центр Всесоюзного электротехнического института им, В.И.Ленина(54) ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ УСКОРИТЕЛЬ СНАРЯДОВ РЕЛЬСОВОГО ТИПА(57) Изобретение относится к техникетиперскоростного метания снарядов путем электромагнитного воздействия на ускоряемоетело и может быть использовано как средство поражения, в промышленных технологиях, связанных с получением сверхвысоких ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР)(ОПИСАНИ Я 2 17994 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 иперемычки 4, Ь последовательные витки тока; включенные согласно. Шины размещены в радиальных пазах 12 на поверхности центрального отверстия 8 изоляционного блока, Снаряд выполнен с радиальными вы- Б ступами, 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 э,п. ф-лы, 4 ил.Изобретение относится к технике гиперскоростного метания снарядов путем электромагнитного воздействия на ускоряемое тело и может быть использовано как средство поражения. в промышленных тех нологиях, связанных с получением сверхвысоких импульсных давлений и мощных ударных волн в твердых веществах, для выведения грузов в космическое пространство и т,д.10Целью 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 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, 25 включенные согласно, причем шины размещены в несущем изоляционном блоке,.выполненном с центральным отверстием и жестко закрепленном в бандажном устройстве, на поверхности центрального отвер- З 0 стия несущего изоляционного блока выполнены равномерно распределенные по окружности радиальные пазы длиной, равной длине ускорителя, в которых закреплены шины, при этом шины с токами одного З 5 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 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 Й раз, где Й - число пар шин, подводящих ток к снаряду, поскольку пары шин при таком соединении в процессе ускорения снаряда оказываются включенными в электрическую цепь последовательно, Насамом деле, погонная индуктивность будет несколько больше за счет существования индуктивной связи между обтекаемыми током парами токоподводящих шин:.(й) = Й1 (1),гделч) - погоннаяиндуктивность ускорителя с числом Й последовательно включенныхпар токоподводящих шин, 1 (1) - погоннаяиндуктивность ускорителя с одной парой токоподводящих шин, Ки - показатель степени, причем Ки = 1 при отсутствиииндуктивной связи между парами шин иКи = 2 при наличии идеальной индуктивнойсвязи между ними, При этом величина погонной индуктивностии возрастает приблизительно в Й раз по сравнению спогонной индуктивностью двухрельсовогоускорителя и приблизительно в Й раз посравнению с четырехрельсовым ускорителем (3) при условии одинаковых условийбандажирования с помощью стальной трубы на расстоянии 1,5 дульных размеров отшин, что приводит к увеличению скоростиметания. 8 предлагаемой конструкции расположение бандажной трубы практическине оказывает влияния на величину погоннойиндуктивности ускорителя, поскольку магнитный поток, создаваемый протекающим вускорителе током, замыкается в основном впространстве между подводящими и отводящими ток шинами, образуя замкнутыйкольцевой магнитный поток. При этом вовнешнем пространстве в области расположения бандажа образуется быстрозатухающий мультипольнцй поток рассеяния, .неприводящий к уменьшению погонной индуктивности. За счет увеличения погоннойиндуктивности при упомянутых условияхбандажирования, при условииЬ.-и2где Ь - индуктивность накопителя,Л 1 =1 ) - полное изменение индуктивностиускорителя в, процессе пуска снаряда,кинетический КПД ускорителя (КПД, в котором учитываются только коммутационныепотери) увеличивается по сравнению с прототипом с 0,67 до 0,98 (на 38;),На такую же величину и близкую к нейувеличится в предлагаемой установке пол-ный КПД, так как омическое сопротивлениешин и контактное сопротивление возрастает в Й раз, но из условия равенства ускоряющей силы может быть в /К раз сниженавеличина протекающего тока, баз снижениявыходных характеристик, при этом омические потери будут иметь сопоставимую величину в обеих установках. Уменьшениевеличины протекающего тока облегчает работу шин и скользящих контактов, что приводит к увеличению ресурса. Уменьшение10 20 25 40 50 55 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 К 2 (фиг.2) к источнику однополярного тока (ИТ) с индуктивным накопителем энергии Ь, гасящим соп ротивлением йг и шунтирующим коммутатором К 1. 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 Й, а шины с токами противоположного нап раел ения явля ются образующими цилиндрической поверхности другого радиуса г, 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, входящие 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 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 К 1 и К 2 источника тока разомкнуты. Пуск снаряда начинается с замыкания ключа К 1, в результате чего в индуктивном накопителе Ь начинает нарастать ток, Когда ток в накопителе Ь 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 контактс шинамиускорителя, ключ К 2 замыкается и,одновременно, размыкается ключ К 1, в результате чего.ток накопителя Ь, 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 ускоренияВ 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 К 1 замыкается, а ключ К 2 размыкается, в результате чего осЛ 1 остгтаточная энергия - Еост2, накопленная в собственной индуктивности ускорителя Ь ., рассеивается на гасящем сопротивлении йг и остаточный ток Ьст быстро затухает.Изобретение позволяет повысить скорость метания за счет увеличения погонной индуктивности, Увеличение КПД электро1799447 7 позволяет сни- повышения скорости метания, КПД ускориб ителя и, соответ- теля и егои стоимость, ритов и ст ствен го га Ритыменно достига- центрального Поскольку при этом одновременн д к яю его тока 5 онного лака вб выполнены равномерно расется снижение величины ускоряющте ь, снижа- пределенны е по окружности радиальные и уровень коммутационных пот р,равные длине ускорителя, всть комм ти- пазы длинои ются также габариты и стоимос укоторых закреплены шины, при этом шины рующей аппаратуры К 1 и К 2,с токами одного направления являются обе т е н и я 10 разующими цилиндрической поверхности формула изобретения адиуса а шины с токами противомю являются б аз юско итель одного радиуе жа ийсту- положногонап снарядов Рельсового К содржащния, несколь- щими цилиндр пень предварительного ускореи ичем на боковой поверхности15 выполнены выступы для мви аллельных шин, радиуса, при подключенных со стороны казезенной части снарядк ин ктивно- - действия с па эами несущего изоляционноускорителя через коммутатор к инду . мунакопителюэнергиииобра у щ з ю их через го лока, и б овторяющие форму свободногоа пазов, а пазы, в которых устаки асположен- пространстваеремычки вынные г . новлены тт га, последовательные витки тока, 20 полнены на о : включенные согласно, при это2. 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 рг ф ированными в направлении,бан ажном устрой- полнены го ри жестко закрепленном анд стае, от е, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, ц с елью перпе6фиг.З ЮСоставитель Н.Козло Тех ред М.Моргентэл Тираж И Государственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, РауПодписноеениям и открытиям при ГКНТ Сая наб 4/5