PL224824B1

PL224824B1 - Impulsowa wyrzutnia magnetyczna

Info

Publication number: PL224824B1
Application number: PL407863A
Authority: PL
Inventors: Piotr Kłoskowski; Zdzisław Gosiewski
Original assignee: Politechnika Białostocka
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2017-02-28
Also published as: PL407863A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest wyrzutnia magnetyczna, służąca do wystrzeliwania obiektów, a w szczególności do wspomagania startu bezzałogowych aparatów latających lub jako wyrzutnia ruchomego celu np. na potrzeby wojska w celach treningowych.

Znane są dwa podstawowe rodzaje wyrzutni magnetycznych: typu szynowego (ang. railgun) i cewkowego (ang. coilgun). Wyrzutnie typu szynowego składają się w ogólnym przypadku z dwóch szyn, pomiędzy którymi umieszczany jest pocisk, którego przewodząca część służy do zamknięcia obwodu elektrycznego. Układ elektryczny wyrzutni szynowej podłączony jest to układu zasilania umożliwiającego generowanie impulsu prądowego o dużym natężeniu. W momencie wystrzału prąd przepływający przez szyny generuje pole magnetyczne, które oddziaływuje na ładunki elektryczne przepływające przez przewodzącą część pocisku. Skutkiem tego jest siła napędowa napędzająca pocisk, przemieszczająca go wzdłuż szyn. Podstawową zaletą tego typu wyrzutni jest możliwość uz yskania dużych prędkości wylotowych pocisku - rzędu kilku km/s. Drugim znanym rodzajem wyrzutni magnetycznej jest wyrzutnia cewkowa, która składa się z jednej bądź kilku cewek magnetycznych umieszczonych jedna za drugą. Obiektem przyspieszanym może być cylindryczny rdzeń wykonany z przewodnika niewykazującego własności magnetycznych, materiału ferromagnetycznego lub m agnesu trwałego. Rodzaj materiału pocisku ma zasadniczy wpływ na sposób generowania siły napędowej. Działanie wyrzutni cewkowej opiera się na zjawiskach: wypychania diamagnetycznego lub paramagnetycznego rdzenia poza obszar pola magnetycznego generowanego przez cewkę, wciągania ferromagnetycznego rdzenia do środka cewki generującej pole magnetyczne lub sekwencyjnego przyciągania i odpychania rdzenia wykonanego z magnesu trwałego, w zależności od orientacji biegunowej i wzajemnego położenia cewki i rdzenia.

Istotą wynalazku jest impulsowa wyrzutnia magnetyczna składająca się ze stojana zbudowanego z minimum trzech obwodów magnetycznych, obiektu napędzanego, wewnątrz którego nawinięte są cewki magnetyczne oraz układu zasilania generującego impulsy prądowe, w której układ zasilania składa się z minimum dwóch niezależnych źródeł impulsów prądowych w postaci oddzielnych baterii kondensatorów, spełniających następujące zależności:

a. pierwsza bateria kondensatorów, zasilająca pierwszy stopień przyspieszania charakteryzuje się napięciem początkowym (U₀) spełniającym zależność U₀<400[V],

b. ostatnia bateria kondensatorów, zasilająca ostatni stopień przyspieszania charakteryzuje się napięciem początkowym spełniającym zależność U₀>2000[V].

Uzwojenia nawinięte na każde ze skrzydeł obiektu napędzanego składają się ze z minimum dwóch cewek nawiniętych „jedna na drugą” z zachowaniem jednakowego kierunku nawinięcia oraz symetryczności uzwojeń poszczególnych skrzydeł względem osi obiektu wyrzucanego, a połączenie elektryczne pomiędzy cewkami znajdującymi się na jednym poziomie jest realizowane w sposób szeregowy pomiędzy cewkami, zaś połączenie elektryczne pomiędzy poszczególnymi układami cewek znajdującymi się na różnych poziomach realizowane jest w sposób równoległy poprzez układy cewek. Liczba zwojów dla każdej z cewek znajdujących się na tym samym poziomie jest jednakowa.

Przedmiot wynalazku pokazany jest na rysunkach, gdzie fig. 1 przedstawia obiekt napędzany w widoku, fig. 2 pokazuje układ obwodów magnetycznych stojana, fig. 3 widok wzajemnego położenia stojana i obiektu napędzanego, fig. 4 pokazuje kierunek nawijania uzwojeń pocisku, zaś fig. 5 kierunek wektora indukcji magnetycznej przepływającego przez kolejne obwody magnetyczne.

Wyrzutnia magnetyczna wg wynalazku jest połączeniem rozwiązań stosowanych zarówno w wyrzutni szynowej, jak i cewkowej, oraz w elektrycznych płaskich napędach liniowych. Impulsowa wyrzutnia magnetyczna składa się ze stojana (fig. 2), układu zasilania i obiektu napędzanego (fig. 1). Stojan zbudowany jest z szeregu obwodów magnetycznych z magnesami trwałymi 2, ferromagnetyc znymi magnetowodami 1 oraz szczelinami o wysokości L1 stanowiącymi strefy przyspieszania pocisków. Elementy składowe stojana służące do mocowania poszczególnych obwodów magnetycznych są zbudowane z materiałów nieferromagnetycznych. Poszczególne obwody magnetyczne są od siebie oddalone na odległość L3. Układ zasilania stanowi bateria kondensatorów wyzwalana przełącznikiem tyrystorowym lub na zasadzie zwarcia, w zależności od wartości natężenia prądu. Obiekt napędzany (fig. 1) składa się ze skrzydeł 3, wewnątrz których nawinięte są cewki magnetyczne 4, części prowadzącej 5 ustalającej tor lotu wewnątrz stojana, oraz wyprowadzeń 6 pozwalających na uzyskanie p ołączenia elektrycznego pomiędzy uzwojeniami a układem zasilania. W momencie przepływu prądu przez układ na skrzydła znajdujące się w szczelinach powietrznych dwóch sąsiednich obwodów maPL 224 824 B1 gnetycznych (fig. 3), działa siła powodująca ruch obiektu napędzanego. W momencie gdy uzwojenia cewek wychodzą poza obszar szczelin powietrznych pierwszej pary obwodów magnetycznych następuje przerwanie obwodu elektrycznego. Poruszający się bezwładnie obiekt napędzany przemieszcza się wchodząc w obszar drugiej pary obwodów magnetycznych, gdzie następuje ponowne zwarcie obwodu elektrycznego z odwrotną (w stosunku do poprzedniego etapu przyspieszania) polaryzacją uzwojeń, co pozwala na utrzymanie stałego zwrotu siły napędowej.

Claims

1. Impulsowa wyrzutnia magnetyczna składająca się ze stojana zbudowanego z minimum trzech obwodów magnetycznych, obiektu napędzanego, wewnątrz którego nawinięte są cewki magnetyczne oraz układu zasilania generującego impulsy prądowe, znamienna tym, że układ zasilania składa się z minimum dwóch niezależnych źródeł impulsów prądowych w postaci oddzielnych baterii kondensatorów, spełniających następujące zależności:

2. Impulsowa wyrzutnia magnetyczna według zastrz. 1, znamienna tym, że uzwojenia nawinięte na każde ze skrzydeł obiektu napędzanego składają się ze z minimum dwóch cewek nawiniętych „jedna na drugą” z zachowaniem jednakowego kierunku nawinięcia oraz symetryczności uzwojeń poszczególnych skrzydeł względem osi obiektu wyrzucanego a połączenie elektryczne pomiędzy cewkami znajdującymi się na jednym poziomie jest realizowane w sposób szeregowy (połączenie pomiędzy cewkami (8a) i (8b), zaś połączenie elektryczne pomiędzy poszczególnymi układami cewek znajdującymi się na różnych poziomach realizowane jest w sposób równoległy (układ cewek (8a) i (8b) połączony równolegle z układem cewek (9a) i (9b).

3. Impulsowa wyrzutnia magnetyczna według zastrz. 1, znamienna tym, że liczba zwojów dla każdej z cewek znajdujących się na tym samym poziomie jest jednakowa.