NO870472L - Anordning for akselerasjon av prosjektiler. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen gjelder en anordning for akselerasjon av prosjektiler som befinner seg i et løp med lukket ende, ved hjelp av et elektrisk oppvarmet plasma slik det er angitt i innledningen til patentkrav 1.

Det er kjent at det med elektrisk oppvarmet plasma kan akselereres prosjektiler i metalliske rør til høye hastigheter (se Goldstein S.A. et.al. Final Report on Research and Development of a Plasma Jet Mass Accelerator as a Driver for Impact Fusion; GT-Devices, Alexandria, VA, USA, Contract DE-AC05-81-ER10846, May 1984). Ved disse kjente anordningene blir det i trange kanaler i isolermaterialet dannet plasmastråler som virker på prosjektilenden. Ved gassutladingens kontakt med kanal- eller kapillarveggene, skjer det en avriving av isolermaterialet og oppvarming av plasmaet. Resultatet blir plasmastråler som går ut av kanalåpningene.

Det er en særlig ulemepe ved disse kjente anordningene, at det kreves et forholdsvis stort startvolum som plasmaet skal dannes og oppvarmes i.

Hovedformålet ved oppfinnelsen er derfor å videreutvikle den kjente anordningen slik at startvolumet som plasmaet skal dannes og oppvarmes i blir minst mulig.

Ifølge oppfinnelsen blir dette løst ved de trekk som er angitt i den karakteriserende delen av patentkrav 1.

Underkravene gjengir særlig fordelaktig utforming av oppfinnelsen.

Detaljer og fordeler ved oppfinnelsen blir nedenfor beskrevet nærmere under henvisning til utførelseseksempler vist i tegningene, hvor: fig. 1 viser en kjent anordning for akselerasjon av prosjektiler ved hjelp av et elektrisk oppvarmet plasma,

fig. 2 viser et snitt gjennom en anordning i samsvar med oppfinnelsen, forut for tenningen av plasmaet,

fig. 3 viser snittet i fig. 2 etter tenningen av plasmaet,

fig. 4 viser et forenklet koblingsskjerna for en plasmakanon i samsvar med oppfinnelsen, mens

fig. 5 viser strømmens tidsmessige forløp.

fig. 6 viser det tidsmessige forløpet for strømmen i plasmakanonen.

I fig. 1 er det vist en kjent akselerasjonsanordning, f.eks. som beskrevet i den rapporten som det er vist til ovenfor.

I fig. 1 angir 1 et løp med en lukket ende, hvor det i enden er anordnet en første elektrode 2 i endeveggen. En ytterligere elektrode (ringelektrode) 3 er over ei spenningskilde 4 og en bryter forbundet med den første elektroden 2. Med de to elektrodene 2 og 3 blir det i løpet 1 definert et plasmakammer 6, som i området ved ringelektroden 3 i første omgang er lukket med et prosjektil 7 som skal akselereres. Etter lukkingen av bryteren 5 blir det mellom elektrodene 2 og 3 tent en lysbue og prosjektilet 7 blir akselerert av trykket fra litt lysbueplasma.

Som nevnt ovenfor, har denne anordningen den ulempen, at plasmakammeret 6 har et forholdsvis stort volum, hvor drivtrykket bygges opp forholdsvis langsomt.

Figurene 2 og 3 viser et utførelseseksempel av oppfinnelsen, hvor det er tilstrekkelig med et spalteformet plasmarom.

I fig. 1 er det vist et løp 1 med lukket ende hvor det i løpsbunnen er anordnet en første elektrode 2. En andre elektrode 3 (ringelektrode), som er elektrisk isolert anordnet i forhold til den første, er over ei spenningskilde 4 og en bryter forbundet med den første elektroden 2. De to elektrodene 2 og 3 avgrenser i løpet 1 et plasmakammer 6, som i området ved ringelektroden 3 i første omgang er lukket med et prosjektil 7 som skal akselereres.

Etter at bryteren 5 er lukket blir det mellom elektrodene 2 og 3 tent en lysbue og prosjektilet 7 blir akselerert av trykket fra lysbueplasmaet.

Som allerede nevnt har denne anordning den ulempen, at plasmakammeret 6 får et forholdsvis stort volum, hvor drivtrykket bygger seg langsomt opp.

Fig. 2 og 3 viser et utførelseseksempel av en anordning i samsvar med oppfinnelsen, hvor det er tilstrekkelig med et spalteformet plasmarom.

Med 10 betegnes løpet til en plasmakanon, hvilket samtidig danner ringelektroden 100 ved sin lukkete ende. Den koaksiale midtelektroden er betegnet med henvisningstall 11 og isoler legemet mellom denne og ringelektroden 100 er betegnet med henvisningstall 12.

En del av løpets indre overflate er ved den lukkete enden kledd med et brannsikkert kontaktmåteriale 13, f.eks. med et sintermateriale av wolfram og kobber. Prosjektilet 14, ringelektrodens 100 innervegg og den koaksiale midtelektroden danner et spalteformet utladningsrom 15. For å akselerere prosjektilet 14 blir dette anordnet umiddelbart foran henholdsvis slik at det spalteformete utladningsrommet 15 dannes. Akselerasjonen blir innledet ved at bryteren 5 (fig. 3) lukkes slik at det startes en utladning i spalta 15 mellom prosjektilet 14 og isolerstykket 12 henholdsvis den koaksiale midtelektroden 11. Under den raske stigningen av strømmen i skjer det en fordamping og oppvarming av materialet i endeområdene til den varme lysbuen. I tillegg blir det ved den nære kontakten mellom lysbuen og spalteveggene fordampet ytterligere materiale. Trykket som på denne måten oppstår driver prosjektilet 14 i retning mot løpsenden. Under akselerasjonen danner det seg i det økende plasmarommet bak prosjektilet 14 et plasma 16.

Fig. 4 viser et forenklet koblingsskjerna 20 for drift av en plasmakanon 9 i samsvar med oppfinnelsen. Løpet og ringelektroden er betegnet med henvisningstall 10 og den første elektroden med henvisningstall 11.

I koblingsskjemaet 20 finnes et drivaggregat 21, f.eks. en motor drevet med flytende drivstoff, og en likestrøms-generator 22. Spenningen som dannes av likestrømsgeneratoren blir over en bryter 23 påtrykt en kondensator 24 som virker som kapasitivt energilager. Kondensatoren 24 er på en side forbundet med den første elektroden over en bryter 25 og på den andre over en strømbegrensende induktivitet 27 med den andre elektroden 10.

Dessuten kan kondensatoren 113 kortsluttes over en bryter 115.

Ved begynnelsen av akselerasjonsfor løpet er kondensatoren 113 oppladet med spenning U . Etter innkoblingen av bryteren 114 på tidspunkt t=0 (se også fig. 6) vil energilageret utlades over induktiviteten 116 og over plasmaet i akseleratoren. Når strømmen på tidspunkt t = t har nådd sin maksimalverdi i , blir kortslutningsbryteren 105 lukket,

max

Den avtakende strømmen over akselerasjonsplasmaet blir deretter opprettholdt av induktiviteten eller spolen 116.

Ved en praktisk utførelseseksempel av anordningen ble det med en ladespenning på 9 kV akselerert et aluminiumslegeme med masse på m=15g. Strømmen nådde etter t^Sus sitt maksium på i =282kA og falt deretter lineært. Prosjektilets

max

flyhastighet utgjorde da 1020m/s.

Ved alle de gjennomførte forsøkene har det vist seg, at virkemåten til plasmakanonen ikke avhenger vesentlig av spalta 15 mellom prosjektilet 14 og den koaksiale elektroden 10 (se fig. 2 og fig. 3). Det har også vært mulig å plassere prosjektilet 15 direkte foran den koaksiale indre elektroden 11, uten avstand mellom elektrode og prosjektil.

Fortrinnsvis kan imidlertid det spalteformete mellomrommet 15 være fylt med et lett gassende materiale, f.eks polyetylen. Som lett gassende materialer betegnes her slike stoffer, som brytes opp i molekyler (gasser) med lav molekylvekt (molekylvekt <30) under virkningen av lysbueutladning. Gjennom den ekstra materialfordampningen av dette stoffet blir energiomsetningen i plasmaet styrt og plasmatrykket økes, slik at prosjektilet forlater løpet 10 med høyere hastighet.

Claims (4)

1. Akselerasjon av et prosjektil som befinner seg i et løp med lukket ende, ved hjelp av et elektrisk oppvarmet plasma, hvor det for dannelse av plasmaet finnes to elektroder, idet den første elektroden er anordnet koaksialt i løpets ende og den andre elektroden er utformet som ringelektrode, karakterisert ved at den andre elektroden er anordnet i løpets (10) endeflate og at de to elektrodene (11, 10) sammen med prosjektilet (14) som skal akselereres danner et spalteformet utladningsrom (15).

2. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det i det spalteformete utladningsrommet (15) befinner seg lett gassende stoffer.

3. Anordning i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at den andre elektroden dannes av løpet (10).

4. Anordning i samsvar med krav 3, karakterisert ved at løpet (10) ved den lukkete enden er foret med brannfast kontaktmåteriale (13).