JP2571863B2 - Railgun type electromagnetic accelerator with distributed electrodes - Google Patents

Railgun type electromagnetic accelerator with distributed electrodes

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JP2571863B2
JP2571863B2 JP2102402A JP10240290A JP2571863B2 JP 2571863 B2 JP2571863 B2 JP 2571863B2 JP 2102402 A JP2102402 A JP 2102402A JP 10240290 A JP10240290 A JP 10240290A JP 2571863 B2 JP2571863 B2 JP 2571863B2
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洋三 角舘
州 薄葉
昌広 宮本
公 森田
宣紀 広重
彰 久保田
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Fuji Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電磁加速装置に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electromagnetic accelerator.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

電磁力を用いて巨視的な物体を高速に加速するレール
ガン型電磁加速装置(以下レールガンと呼ぶ)は、火薬
の燃焼ガスや高圧ガスの膨張力を用いる方式では達成が
困難な、秒速10kg/s以上の飛翔体速度を得ることが可能
とされ、近年注目されている。
Railgun-type electromagnetic accelerators (hereinafter referred to as railguns) that accelerate a macroscopic object at high speed using electromagnetic force are 10 kg / s per second, which is difficult to achieve using a method that uses the explosive force of combustion gas of explosives or high-pressure gas. It is possible to obtain the above flying object speed, and it has been paid attention in recent years.

レールガンの電気子のための材料としては、固体金属
とプラズマの2種類が用いられているが、特にプラズマ
電気子を用いる方式は、重量が数グラムの小型飛翔体を
超高速に加速する場合に主として採用され、例えば、物
質同志の衝突により1000万気圧以上の衝撃超高圧力を発
生させるための加速装置として、また宇宙空間での隕石
衝突問題シミュレーション装置として、さらには該融合
炉への固体水素燃料ペレット打ち込み装置等への利用が
期待され、実用化へ向けての開発が盛んに行なわれてい
る。
Two types of materials are used for railgun armatures: solid metal and plasma. Particularly, the method using plasma armatures is used to accelerate a small flying object weighing several grams at ultra-high speed. Mainly used, for example, as an accelerator for generating an impact ultra-high pressure of 10 million atmospheres or more due to collisions between materials, as a simulation device for meteorite collision problems in outer space, and as a solid hydrogen to the fusion reactor It is expected to be used for fuel pellet driving devices and the like, and development for practical use is being actively conducted.

レールガンの研究開発とその利用技術に関しては、IE
EE Transactions on Magnetics, vol.Mag−20(198
9),同、vol.Mag−19(1987),及び,同、vol.Mag−1
6(1985)の諸論文に紹介されている。
Regarding the research and development of railguns and their utilization technology,
EE Transactions on Magnetics, vol.Mag-20 (198
9), ibid, vol.Mag-19 (1987), and ibid, vol.Mag-1
6 (1985).

プラズマ電気子を用いる従来のレールガンの加速原理
および構造を第7図(a),(b),(c)に示した。
第7図(a)に従来形レールガンの一般的な断面形状を
示した。飛翔体及びプラズマ電気子が加速される加速孔
2は、2本のレール状電極1と2の絶縁物支持体の間の
空間に形成され、レール電極の内面は加速孔2内に直接
露出して加速孔断面を形作っている。第7図(b)に示
すように加速孔内に絶縁物の飛翔体3を設置し、その背
後にプラズマ電気子形成用の金属板あるいは金属箔4を
設置して、2本のレール電極間が電気的に接触するよう
にする。この状態でキャパシターバンク等の電源5を2
本のレールに接続してスイッチ6を閉じて電源電圧を付
加すると、第7図(c)のように金属板あるい金属箔は
大電流によりプラズマ化する。このプラズマ7はレール
間の電流を保ちつつ、電極誘導の法則による電磁力を受
けて飛翔体に力を及ぼし加速する。このプラズマは、飛
翔体と共に移動して常に飛翔体背後に位置する電気子と
しての役割を果たし、電流の2乗に比例する力で飛翔体
を加速し続ける。
FIGS. 7 (a), (b) and (c) show the acceleration principle and structure of a conventional rail gun using a plasma armature.
FIG. 7 (a) shows a general sectional shape of a conventional rail gun. An acceleration hole 2 for accelerating the flying object and the plasma electron is formed in a space between the two rail-shaped electrodes 1 and the insulator support body 2, and the inner surface of the rail electrode is directly exposed in the acceleration hole 2. To form a cross section of the accelerating hole. As shown in FIG. 7 (b), a flying object 3 of an insulator is installed in the acceleration hole, and a metal plate or a metal foil 4 for forming a plasma electron is installed behind the flying object 3, and a space between the two rail electrodes is provided. Make electrical contact. In this state, power supply 5 such as a capacitor bank is
When the power supply voltage is applied by connecting the switch 6 to the rail and closing the switch 6, the metal plate or the metal foil is turned into plasma by a large current as shown in FIG. 7 (c). The plasma 7 receives an electromagnetic force according to the law of electrode induction while applying a force to the flying object and accelerates while maintaining the current between the rails. The plasma moves together with the flying object and always serves as an armature located behind the flying object, and continues to accelerate the flying object with a force proportional to the square of the current.

このようにレールガンにおいては、形成されたプラズ
マ電気子に電流が供給される限り飛翔体が加速される筈
であるが、実際には飛翔体速度が5km/s以上になると、
飛翔体に働く電磁力は電流値から期待される値より著し
く減少して、加速効率が急速に低下することが知られて
いる。そのため加速孔内部のプラズマ電気子の挙動に関
する詳細な観察を行なった結果、以下の3種類の現象
が、電磁力による加速力を低下させる原因として考えら
れている。
In this way, in the railgun, the flying object should be accelerated as long as current is supplied to the formed plasma element, but actually, when the flying object speed becomes 5 km / s or more,
It is known that the electromagnetic force acting on the flying object is significantly reduced from the value expected from the current value, and the acceleration efficiency is rapidly reduced. Therefore, as a result of detailed observation of the behavior of the plasma electron inside the acceleration hole, the following three types of phenomena are considered to be factors that reduce the acceleration force by the electromagnetic force.

(1) プラズマ電気子は、その電流の空間的な分布に
対応した長さを持っているため、プラズマ電気子が加速
孔内を高速で移動すると、プラズマガスの粘性によりガ
ス中に乱流が生じ、その結果プラズマ電気子の長さに比
例し速度の2乗に比例する抵抗力が、プラズマ電気子全
体に働く。この粘性抵抗力によってプラズマ電気子の長
さは更に増加し、全抵抗力は急速に増加する。
(1) Since the plasma element has a length corresponding to the spatial distribution of the current, when the plasma element moves at high speed in the accelerating hole, turbulence flows in the gas due to the viscosity of the plasma gas. As a result, a resistive force proportional to the length of the plasma armature and proportional to the square of the velocity acts on the entire plasma armature. The viscous drag forces further increase the length of the plasma armature, and the total drag increases rapidly.

(2) プラズマ電気子の通過に伴い、加速孔内面の材
質が蒸発やアブレーション等によってプラズマ中に取り
込まれ、プラズマ電気子の十老が増加していく、その結
果、電気子の移動速度と重量増加率の両方に比例した減
速力が電気子に働く。
(2) With the passage of the plasma electron, the material of the inner surface of the acceleration hole is taken into the plasma by evaporation, ablation, etc., and the age of the plasma electron increases, resulting in the movement speed and weight of the electron. A deceleration force proportional to both the rate of increase acts on the armature.

(3) プラズマ電気子の長さの増加、即ち電流分布の
拡散や、電気子が通過した後のレール電極間の絶縁破壊
によって生じる再点弧により、プラズマ電気子の背後に
移動速度の遅い2次的の電流分布が発生する。そのため
プラズマ電気子電流が急速に2次電流分布の方に移行
し、飛翔体に作用する電磁力が急激に減衰してしまう。
(3) The moving speed is slow behind the plasma element due to an increase in the length of the plasma element, that is, diffusion of the current distribution and restriking caused by dielectric breakdown between the rail electrodes after the element has passed. The following current distribution occurs. As a result, the plasma electron current rapidly shifts to the secondary current distribution, and the electromagnetic force acting on the flying object is rapidly attenuated.

上記の問題点を解決するために現在試みられている対
策として、 (A)電子加速される飛翔体を、高圧に圧縮された水素
ガスによって初期加速し、電磁加速初期のプラズマ電気
子の移動速度をできるだけ増して、上記(2)に示した
加速孔内面の蒸発やアブレーションを軽減すると共に、
水素ガスをプラズマ化して粘性の低いプラズマ電気子を
形成することにより、上記(1)に示した粘性抵抗を軽
減し、なおかつプラズマ電気子の背後に存在する高圧水
素ガスが電気子背後のレール電極間の耐電圧を増して、
上記(3)に示した再点弧による2次電流分布の発生を
防ぐ方法(例:R.S.HAWKE, et al.,IEEE,Transactions o
n Magnetics, vol.25,No.1,p219(1989)), (B)加速孔内の片方のレール電極表面を絶縁膜で覆
い、その内側に、長さが100mm程度の多数の金属薄板を
互いに絶縁された状態ではりつけ、それぞれの金属薄板
とレール電極をヒューズを介して接続しておき、プラズ
マ電気子がひとつの金属薄板の領域を通過する間にその
金属薄板に接続されているヒューズを作動させ、プラズ
マ電気子が次の金属薄板の領域に達した時点で、それ以
前の領域の金属薄板を全てレール電極から絶縁された状
態にしてしまうことで、再点弧の発生を防ぐ方式(例:
J.V.Parker,IEEE,Transactions on Magnetics, vol.25,
No.1,p412(1989))がある。
Measures currently being taken to solve the above problems include: (A) the initial speed of the electron-accelerated flying object by hydrogen gas compressed to high pressure, and the moving speed of the plasma armature at the beginning of electromagnetic acceleration As much as possible to reduce evaporation and ablation of the inner surface of the acceleration hole shown in (2) above,
By converting the hydrogen gas into plasma to form a low-viscosity plasma armature, the viscous resistance shown in the above (1) is reduced, and the high-pressure hydrogen gas existing behind the plasma armature is changed to a rail electrode behind the armature. Increase the withstand voltage between
Method for preventing the occurrence of secondary current distribution due to restriking shown in (3) above (eg, RSHAWKE, et al., IEEE, Transactions o
n Magnetics, vol.25, No.1, p219 (1989)), (B) One of the rail electrode surfaces in the acceleration hole is covered with an insulating film, and a number of thin metal plates with a length of about 100 mm are covered inside. Each metal sheet and the rail electrode are connected via a fuse in a state where they are insulated from each other, and the fuse connected to the metal sheet while the plasma armature passes through the area of one sheet metal. When activated, when the plasma armature reaches the area of the next metal sheet, all the metal sheets in the previous area are insulated from the rail electrode to prevent re-ignition ( Example:
JVParker, IEEE, Transactions on Magnetics, vol.25,
No. 1, p412 (1989)).

上記(A)の方式は現在実験が進行中であり、上記
(1),(2),(3)の全ての問題に対する有力な対
策としてその結果が期待されている。しかしこの方式
は、危険な水素ガスを高圧に圧縮して、数グラムの飛翔
体を5km/s以上に初期加速するための高性能な2段式ガ
ス銃を必要とし、また、レールガンに高速で流入する高
圧水素ガスを特定の場所で確実にプラズマ化する方法が
確立されていないという難点がある。上記(B)の方式
に関しては、プラズマ電気子のみの加速実験結果から、
その原理的な有効性が確認されている。しかしこの方式
で飛翔体加速を行なう場合、強大な電磁力を保持しつつ
飛翔体をスムーズに加速するための加速孔、及びその周
辺の構造が、電気的・機械的に非常に複雑になり、実用
的な飛翔体加速装置の開発にとって、この方式は現実的
ではない。
The method (A) is currently undergoing experiments, and its results are expected as effective countermeasures for all the problems (1), (2), and (3). However, this method requires a high-performance two-stage gas gun for compressing dangerous hydrogen gas to high pressure and initially accelerating several grams of a flying object to 5 km / s or more. There is a drawback that a method for reliably converting the flowing high-pressure hydrogen gas into plasma at a specific place has not been established. Regarding the method (B), from the results of the acceleration experiment using only the plasma armature,
Its principle effectiveness has been confirmed. However, when using this method to accelerate a projectile, the acceleration holes for smoothly accelerating the projectile while maintaining a strong electromagnetic force, and the structure around it become very complicated electrically and mechanically. This method is not practical for the development of a practical projectile accelerator.

以上(1),(2),(3)に述べたようなプラズマ
電気子の性質に関する問題点を他に、レールガンはその
構造上、以下のような問題点がある。
In addition to the problems related to the properties of the plasma armature as described in (1), (2), and (3) above, the rail gun has the following problems due to its structure.

(4) 加速孔内で大電流のアークプラズマが発生する
ため、加速孔内面の、特にレール電極表面の若干の損傷
が免れず、再度加速を行なうためには加速孔内面を円形
にして、リーマー切削加工で加速孔の径を広げる方式が
一般化しているが、金属と絶縁物によって構成された加
速孔内面の直径を、加速長全域に亘って精度よく広げる
のは実際困難であり、多大な労力を要する。
(4) Since a large current of arc plasma is generated in the accelerating hole, slight damage to the inner surface of the accelerating hole, especially the surface of the rail electrode, is unavoidable. Although the method of expanding the diameter of the acceleration hole by cutting has become common, it is actually difficult to precisely expand the diameter of the inner surface of the acceleration hole made of metal and insulator over the entire acceleration length, and it is enormous. It takes effort.

(5) 空気抵抗を避けるために加速孔内部を真空排気
する場合、従来のレールガンの基本構造が第7図(a)
に示すようなレール電極と絶縁物支持体を束ねた構造に
なっているため、O−リング等を用いる一般的な密閉方
法が採用できない。そのためレール電極を含めたレール
ガンの基本構造全体を真空容器内に収納する方式が採用
されているが、この方式は、レールガンの加速状況の診
断やメンテナンスを困難にするだけでなく、電気絶縁性
の確保という点で不利であり望ましくない。更に、第7
図(a)に示すようなレールガンの構造は、レールガン
を他の加速管と接続する場合においても、接続部の機械
的、電気的な設計を困難にしている。
(5) When the inside of the acceleration hole is evacuated to avoid air resistance, the basic structure of the conventional rail gun is shown in FIG. 7 (a).
Because of the structure in which the rail electrode and the insulator support are bundled as shown in (1), a general sealing method using an O-ring or the like cannot be adopted. For this reason, a method is adopted in which the entire basic structure of the rail gun, including the rail electrodes, is housed in a vacuum vessel. This method not only makes it difficult to diagnose and maintain the acceleration condition of the rail gun, but also makes it difficult to maintain electrical insulation. Disadvantageous and undesirable in terms of security. Furthermore, the seventh
The structure of the rail gun as shown in FIG. 1A makes it difficult to mechanically and electrically design the connection part even when the rail gun is connected to another acceleration tube.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

本発明は、従来型レールガンのプラズマ電気子に関す
る上記課題を解消するため、プラズマ電気子の電流分布
を加速孔外部から積極的に制御する方法を提供すると共
に、加速孔内面の修復、加速孔内の真空排気、及び他の
加速管との接続に関する従来の困難を解消するため、新
しいレールガンの構造を提供するものである。
The present invention provides a method for positively controlling the current distribution of the plasma armature from outside the acceleration hole, and also repairs the inner surface of the acceleration hole and solves the problem inside the acceleration hole, in order to solve the above-mentioned problems relating to the plasma armature of the conventional railgun. The present invention provides a new rail gun structure to solve the conventional difficulties related to evacuation and connection with other accelerator tubes.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

前記課題を解決するために、発明者らは鋭意研究を重
ねた結果、本発明をなすに至った。
In order to solve the above-mentioned problems, the inventors have conducted intensive studies, and as a result, have accomplished the present invention.

すなわち、本発明の構成は、レールガン型電磁加速装
置において、2本のレールを加速孔内に直接露出させ
ず、絶縁物飛翔体及びプラズマ電気子を加速するための
円形または方形の加速孔を有し、更に加速孔に沿って等
感覚にかつ加速孔の中心線に垂直で加速孔の中心に対し
て対称になるように、両側面から加速孔中心に向かって
あけられた多数の貫通孔を有する絶縁体加速管を2本の
レール電極で挟むように設置し、前記貫通孔のそれぞれ
に、一端をレール電極と直接あるいはヒューズ等のスイ
ッチング素子を介して電気的に接続された他端を前記加
速孔内面に露出する分岐電極を挿入して、互いに向かい
合い等感覚に配列する多数の分散電極面を加速孔内面に
形成し、レール電極を電源に接続し、加速孔内面に対向
する分散電極の間でアーク放電を発生させて、アークプ
ラズマをプラズマ電気子として加速孔内で加速すること
により、飛翔体を加速するプラズマ電気子の電流の空間
的分布を前記スイッチング素子等により制御し、なおか
つ放電後の加速孔内面の損傷修復を容易にし、また加速
孔内の減圧するためのガス密閉構造や他の加速管との接
合構造置の設計を容易にしたことを特徴とする電磁加速
装置である。すなわち、本発明では、レール電極に直接
あるいはヒューズ等のスイッチング素子を介して櫛状に
接続された多数の分岐電極と、各分岐電極の端面によっ
て形成される分散電極のその加速孔内に有する絶縁体加
速管の採用により、問題が解決された。
That is, in the configuration of the present invention, the railgun type electromagnetic accelerator has a circular or square acceleration hole for accelerating the insulator flying object and the plasma element without exposing the two rails directly in the acceleration hole. In addition, a large number of through holes drilled from both sides toward the center of the acceleration hole so that they are sensible along the acceleration hole and are symmetrical to the center of the acceleration hole, perpendicular to the center line of the acceleration hole. The insulator accelerating tube is installed so as to be sandwiched between two rail electrodes, and the other end of each of the through holes is electrically connected to the rail electrode directly or via a switching element such as a fuse. Inserting the branch electrodes exposed on the inner surface of the acceleration hole, forming a large number of dispersed electrode surfaces arranged in a sense such as facing each other on the inner surface of the accelerator hole, connecting the rail electrode to a power source, and forming the dispersed electrode facing the inner surface of the acceleration hole. A By generating arc discharge and accelerating the arc plasma as a plasma electron in the accelerating hole, the spatial distribution of the current of the plasma electron for accelerating the flying object is controlled by the switching element or the like, and furthermore, after the discharge. An electromagnetic accelerator characterized by facilitating repair of damage to the inner surface of the acceleration hole and facilitating the design of a gas sealing structure for reducing the pressure in the acceleration hole and a joint structure with another acceleration tube. That is, in the present invention, a large number of branch electrodes connected to the rail electrode directly or via a switching element such as a fuse in a comb-like manner, and the insulation provided in the accelerating hole of the dispersion electrode formed by the end face of each branch electrode. The problem was solved by adopting a body acceleration tube.

〔作用〕[Action]

具体的に説明すると、第1図(a)は本発明の概念図
である。レール電極1には多数の分岐電極8が、等間隔
に、直接またはヒューズ等のスイッチング素子9を介し
て接続されている。それぞれの分岐電極の端面は、2本
のレール電極間に設置された絶縁体加速管10の加速孔2
内に露出し、等間隔で互いに向き合った分散電極面を形
成している。このレール電極を電源に接続して、加速管
内の対向した電極間に何らかの方法でアーク放電を発生
させると、アーク電流は電磁力を受けて移動するプラズ
マ電気子7として働き、絶縁物飛翔体3を加速する。こ
の場合第1図(b)に示すように電気子の通過に伴いヒ
ューズ9が次々に作動して分岐電極をレール電極から絶
縁していくので、電気子の電流分布は常に飛翔体背後の
限定された領域に閉じこめられる。この方式によれば、
前述の2次電流分布の発生を防ぐことが可能であるのみ
ならず、ヒューズの作動速度を調節して電流分布の長さ
を微妙に制御することも可能であり、前述プラズマガス
の粘性及び質量増加による加速力の減衰が最小になるよ
うに、プラズマ電気子の長さを最適化することができ
る。また、第2図に示すように、レール電極間の絶縁体
加速管10を一体の絶縁物で成形できるので、他の加速管
11との接続部の機械的・電気的設計が容易になり、また
加速孔内部の真空排気に関しても、各分岐電極や他の加
速管との接続部におけるガス密閉法としてO−リング12
等の標準的な方法が採用できる。更に、第3図に示すよ
うに、各分岐電極をネジ構造にできるので、大電流によ
り各分岐電極の端面が損傷を受けた場合、分岐電極を回
転して端面を僅かに加速孔内部に突出させ、突出した部
分のみを加速孔内部からリーマー等で切削することで、
容易に電極面を修復が可能になる。
More specifically, FIG. 1A is a conceptual diagram of the present invention. A large number of branch electrodes 8 are connected to the rail electrode 1 at regular intervals directly or via switching elements 9 such as fuses. The end face of each branch electrode is connected to the accelerating hole 2 of the insulator accelerating tube 10 installed between the two rail electrodes.
To form dispersed electrode surfaces which are exposed to each other and face each other at equal intervals. When this rail electrode is connected to a power source and an arc discharge is generated between the opposing electrodes in the accelerating tube by any method, the arc current acts as a plasma armature 7 which moves by receiving an electromagnetic force, and the insulator flying object 3 To accelerate. In this case, as shown in FIG. 1 (b), the fuse 9 operates one after another as the armature passes to insulate the branch electrode from the rail electrode, so that the current distribution of the armature is always limited behind the flying object. Is trapped in the area that has been set. According to this method,
Not only can the occurrence of the secondary current distribution described above be prevented, but also the operating speed of the fuse can be adjusted to finely control the length of the current distribution, and the viscosity and mass of the plasma gas can be controlled. The length of the plasma armature can be optimized so that the attenuation of the acceleration force due to the increase is minimized. Further, as shown in FIG. 2, since the insulator accelerating tube 10 between the rail electrodes can be formed of an integral insulator, other accelerating tubes can be formed.
The mechanical / electrical design of the connection part with the O-ring 12 becomes easy, and the evacuation of the inside of the accelerating hole is performed by using an O-ring 12 as a gas sealing method at the connection part with each branch electrode and other accelerating tubes.
And other standard methods can be adopted. Further, as shown in FIG. 3, since each branch electrode can be formed into a screw structure, when the end face of each branch electrode is damaged by a large current, the branch electrode is rotated to slightly project the end face into the inside of the acceleration hole. By cutting only the protruding part from inside the acceleration hole with a reamer, etc.,
The electrode surface can be easily repaired.

〔実施例〕〔Example〕

以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to examples.

第4図に示すように全長400mm、加速長255mmの分散電
極型のレールガンと6kVに充電された1500μFのキャパ
シターバンクを用いて、プラズマ電気子のみの加速実験
を大気圧下で行ない、加速孔内部におけるプラズマ電気
子の挙動、及びヒューズの効果を調べ、従来型レールガ
ンとの比較を行なった。第5図(a),(b)に第4図
の分散電極型レールガンの部分拡大図およびその断面図
を示す。レール電極1は断面が20mm×20mmの銅製で、直
径4mmの銅棒材製の分岐電極8を、20mm間隔で13本ずつ
各レール電極に取り付けた。これらの分岐電極は厚さ5m
mのF.R.P.層を通って断面が20mm×14mmのF.R.P.製加速
孔内面に露出して、分散電極は直接接合せず、ポリカー
ボネードチューブ13で絶縁した後、直径0.8mmの銅細線
製ヒューズ9を介して接続した。このヒューズ付分散電
極型レールガンの他に、レール電極と分岐電極をヒュー
ズを介さず直接接続したヒューズ無し分散電極型レール
ガンと、分岐電極を持たない従来型レールガンも用い
た。アーク放電の発生は、キャパシターの初期の放電電
流を加速孔側面の線爆発回路14に導き、線爆発によって
発生したプラズマを加速孔側面の細孔から吹き込む方式
により行なった。プラズマ電気子の電流分布の観察は、
加速孔に沿って6カ所に配置されたサーチコイル15を用
いて電気子電流による各点の磁場の時間変化を求め、電
流分布の様子を定性的に評価した。
As shown in Fig. 4, an acceleration experiment using only a plasma electron was performed under atmospheric pressure using a distributed electrode type rail gun with a total length of 400 mm and an acceleration length of 255 mm and a 1500 μF capacitor bank charged to 6 kV. The behavior of the plasma armature and the effect of the fuse were examined, and compared with the conventional railgun. 5 (a) and 5 (b) are a partially enlarged view and a sectional view of the distributed electrode type rail gun shown in FIG. The rail electrodes 1 were made of copper having a cross section of 20 mm × 20 mm, and 13 branch electrodes 8 each made of a copper bar having a diameter of 4 mm were attached to each rail electrode at intervals of 20 mm. These branch electrodes are 5m thick
Exposed to the inner surface of the FRP accelerating hole with a cross section of 20 mm x 14 mm through the FRP layer of m, the dispersed electrode was not directly bonded, but was insulated with a polycarbonate tube 13, and then passed through a 0.8 mm diameter copper thin wire fuse 9. Connected. In addition to the distributed electrode type railgun with a fuse, a distributed electrode type railgun without a fuse in which the rail electrode and the branch electrode were directly connected without using a fuse, and a conventional railgun having no branch electrode were also used. The arc discharge was generated by guiding the initial discharge current of the capacitor to the line explosion circuit 14 on the side of the acceleration hole, and blowing the plasma generated by the line explosion from the pore on the side of the acceleration hole. Observation of the current distribution of the plasma armature
Using the search coils 15 arranged at six places along the acceleration hole, the time change of the magnetic field at each point due to the armature current was obtained, and the state of the current distribution was qualitatively evaluated.

その結果、第6図(a),(b),(c)に示すよう
な結果が得られた。第6図(a)は、従来型レールガン
の実験結果で、各点での磁場変化16〜21と共に全電流波
形22も任意スケールで示した。各点での磁場波形から、
本実験条件では2次電流分布は生成せず、極在化した電
流分布を持つプラズマ電気子が形成され、約2.6km/sで
移動していることがわかった。
As a result, the results shown in FIGS. 6 (a), (b) and (c) were obtained. FIG. 6 (a) shows the experimental results of the conventional railgun, showing the total current waveform 22 on an arbitrary scale together with the magnetic field changes 16 to 21 at each point. From the magnetic field waveform at each point,
Under the conditions of this experiment, it was found that no secondary current distribution was generated, and a plasma electron having a polarized current distribution was formed and moved at about 2.6 km / s.

第6図(b)はヒューズ無し分散電極形レールガンの
結果で、磁場波形が細かい折れ曲がりから分散電極間の
放電が約2.5km/sで伝播していることがわかるが、電流
分布は第6図(a)とは対称的に幅広く拡散してしまう
ことがわかる。
FIG. 6 (b) shows the results of the distributed electrode type railgun without a fuse. It can be seen that the discharge between the dispersed electrodes propagates at about 2.5 km / s from the fine bending of the magnetic field waveform, but the current distribution is shown in FIG. It can be seen that the light diffuses widely and symmetrically with respect to FIG.

第6図(c)はヒューズ付き分散電極型レールガンの
結果で、13個のヒューズのうち11番目迄が作動してい
た。電流分布はヒューズの働きにより従来型レールガン
と同程度に極在化しており、僅かではあるが、移動速度
も増加していることがわかった。この結果は、ヒューズ
付き分散電極構造を用いる本発明により、従来型レール
ガンの場合と同等な電流分布を持つプラズマ電気子を、
外部からの積極的な制御のもとに形成できることを示し
たいる。
FIG. 6 (c) shows the result of a distributed electrode type railgun with a fuse, in which up to eleventh of the thirteen fuses were activated. It was found that the current distribution was poled to the same degree as that of the conventional railgun due to the function of the fuse, and the movement speed was increased, albeit slightly. This result shows that, according to the present invention using a distributed electrode structure with a fuse, a plasma armature having a current distribution equivalent to that of a conventional railgun is obtained.
It shows that it can be formed under active external control.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、レール電極に直接あるいはヒュ
ーズ等のスイッチング素子を介して櫛状に接続された多
数の分岐電極と、各分岐電極の端面によって形成される
分散電極をその加速孔内に有する絶縁体加速管を採用す
る本発明により、電磁加速の効率に大きな影響を与える
プラズマ電気子の電流分布を外部から制御することが可
能になるだけでなく、放電後の加速孔内面の損傷修復が
容易に行なえ、また加速孔内を真空排気するためのガス
密閉構造や他の加速管との接合部の設計を容易に行なう
ことができる。
As described above, a large number of branch electrodes connected to the rail electrode directly or via a switching element such as a fuse in a comb-like manner, and an insulating material having a dispersion electrode formed by the end face of each branch electrode in its acceleration hole. The present invention, which employs a body acceleration tube, not only enables external control of the plasma electron current distribution, which greatly affects the efficiency of electromagnetic acceleration, but also facilitates repair of damage to the inner surface of the accelerating hole after discharge. In addition, it is possible to easily design a gas sealing structure for evacuating the inside of the acceleration hole and a joint portion with another acceleration tube.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図(a),(b),および第2図、第3図は本発明
を説明するための模式図、第4図,および第5図
(a),(b)は実施例の実験方法の説明図、第6図
(a),(b),(c)は実施例の結果の説明図、第7
図(a),(b),(c)は従来型レールガンの加速原
理及び一般的構造を示す模式図。 1:レール電極、2:加速孔、3:飛翔体、4:プラズマ形成材
料、5:電源、6:スイッチ、7:プラズマ電気子、8:分岐電
極、9:ヒューズ、10:絶縁体加速管、11:他の加速管、1
2:O−リング、13:ポリカーボネートチューブ、14:線爆
発回路、15:サーチコイル、16〜21:各サーチコイル位置
での磁場波形、22:全電流波形。
FIGS. 1 (a), (b) and FIGS. 2, 3 are schematic diagrams for explaining the present invention, and FIGS. 4, 5 (a), (b) are experiments of the embodiment. FIGS. 6 (a), (b) and (c) are explanatory diagrams of the results of the embodiment, and FIGS.
(A), (b), (c) is a schematic diagram showing the acceleration principle and general structure of a conventional rail gun. 1: rail electrode, 2: acceleration hole, 3: flying object, 4: plasma forming material, 5: power supply, 6: switch, 7: plasma armature, 8: branch electrode, 9: fuse, 10: insulator accelerating tube , 11: other accelerator tube, 1
2: O-ring, 13: polycarbonate tube, 14: wire explosion circuit, 15: search coil, 16-21: magnetic field waveform at each search coil position, 22: total current waveform.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 修三 茨城県つくば市東1丁目1番地 工業技 術院化学技術研究所内 (72)発明者 青木 勝敏 茨城県つくば市東1丁目1番地 工業技 術院化学技術研究所内 (72)発明者 吉田 正典 茨城県つくば市東1丁目1番地 工業技 術院化学技術研究所内 (72)発明者 角舘 洋三 茨城県つくば市東1丁目1番地 工業技 術院化学技術研究所内 (72)発明者 薄葉 州 茨城県つくば市東1丁目1番地 工業技 術院化学技術研究所内 (72)発明者 宮本 昌広 神奈川県横須賀市長坂2丁目2番1号 株式会社富士電機総合研究所内 (72)発明者 森田 公 神奈川県横須賀市長坂2丁目2番1号 株式会社富士電機総合研究所内 (72)発明者 広重 宣紀 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 久保田 彰 東京都千代田区有楽町1丁目1番2号 旭化成工業株式会社内 (72)発明者 田 実 京都府京都市中京区御池通烏丸東入一筋 目仲保利町191番地の4 上原ビル3階 ニチコン株式会社内 審査官 土屋 保光 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Shuzo Fujiwara 1-1, Higashi, Tsukuba City, Ibaraki Prefecture Inside the Institute of Chemical Technology, Institute of Industrial Technology (72) Inventor Katsutoshi Aoki 1-1-1, Higashi, Tsukuba City, Ibaraki Prefecture, Japan Inside the Technical Research Institute (72) Inventor Masanori Yoshida 1-1-1 Higashi, Tsukuba, Ibaraki Pref.Industry and Technology Research Institute Chemical Research Laboratory (72) Inventor Yozo Kakudate 1-1-1 Higashi, Tsukuba, Ibaraki Pref. 72) Inventor, Hyoha Prefecture 1-1, Higashi, Tsukuba, Ibaraki Pref., Industrial Technology Institute, Research Institute of Chemical Technology (72) Inventor, Masahiro Miyamoto 2-2-1 Nagasaka, Yokosuka City, Kanagawa Prefecture, Fuji Electric Research Institute, Ltd. (72) Inventor: Kimi Morita 2-2-1 Nagasaka, Yokosuka City, Kanagawa Prefecture Inside Fuji Electric Research Laboratory Co., Ltd. (72) Norihiro Hiroshige 1-1, Tanabeshinda, Kawasaki-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Inside Fuji Electric Co., Ltd. (72) Inventor Akira Kubota 1-2-1, Yurakucho, Chiyoda-ku, Tokyo Asahi Kasei Kogyo Co., Ltd. (72) Inventor Tada Actual Examiner, Nichicon Co., Ltd., Nichicon Co., Ltd. Examiner Yasumitsu Tsuchiya, 3rd floor, Uehara Bldg.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】レールガン型電磁加速装置において、2本
のレールを加速孔内に直接露出させず、絶縁物飛翔体及
びプラズマ電気子を加速するための円形または方形の加
速孔を有し、さらに加速孔に沿って等間隔にかつ加速孔
の中心線に垂直で加速孔の中心に対して対称になるよう
に、両側面から加速孔中心に向かってあけられた多数の
貫通孔を有する絶縁体加速管を2本のレール電極で挟む
ように設置し、前記貫通孔のそれぞれに、一端をレール
電極と直接あるいはヒューズ等のスイッチング素子を介
して電気的に接続され他端を前記加速孔内面に露出する
分岐電極を挿入して、互いに向かい合い等間隔に配列す
る多数の分散電極面を加速孔内面に形成し、レール電極
を電源に接続し、加速孔内面に対向する分散電極の間で
アーク放電を発生させて、加速孔内の磁場とアーク放電
電流との相互作用によりアークプラズマをプラズマ電気
子として加速孔内で加速することにより、飛翔体を加速
するプラズマ電気子の電流分布を前記スイッチング素子
等により制御し、なおかつ放電後の加速孔内面の損傷修
復を容易にし、また加速孔内を減圧するためのガス密閉
構造や他の加速管との接合構造の設計を容易にしたこと
を特徴とする分散電極を有するレールガン型電磁加速装
置。
1. A railgun type electromagnetic accelerator having a circular or rectangular accelerating hole for accelerating an insulator flying object and a plasma element without exposing two rails directly in the accelerating hole. An insulator having a large number of through-holes drilled from both sides toward the center of the acceleration hole so as to be symmetrical with respect to the center of the acceleration hole at equal intervals along the acceleration hole and perpendicular to the center line of the acceleration hole An acceleration tube is installed so as to be sandwiched between two rail electrodes, and one end of each of the through holes is electrically connected to the rail electrode directly or via a switching element such as a fuse, and the other end is connected to the inner surface of the acceleration hole. Insert the exposed branch electrodes, form a large number of dispersed electrode surfaces facing each other at equal intervals on the inner surface of the acceleration hole, connect the rail electrode to the power supply, and arc discharge between the dispersed electrodes facing the inner surface of the acceleration hole. Occurs Then, the arc plasma is accelerated as a plasma electron in the acceleration hole by the interaction between the magnetic field in the acceleration hole and the arc discharge current, so that the current distribution of the plasma electron that accelerates the flying object is changed by the switching element or the like. Dispersion characterized by facilitating control and repairing damage to the inner surface of the accelerating hole after discharge, and facilitating the design of a gas-sealed structure and a joint structure with other accelerating tubes for reducing the pressure in the accelerating hole. Railgun type electromagnetic accelerator with electrodes.
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