PL230585B1 - Przyspieszacz szynowy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przyspieszacz szynowy, przeznaczony do nadawania prędkości liniowej i mający zastosowanie w pracowniach fizycznych, szczególnie do obserwacji rzutów oraz do celów badawczych i edukacyjnych.

Przyspieszacz szynowy opisany jest w artykule Maksymiliana Dury, pt. „Artyleria bez prochu railgun”, opublikowanym w czasopiśmie „Raport Wojsko Technika Obronność”, w 2007 r., nr 4, s. 52-58. Znany przyspieszacz szynowy, nazywany też „działem szynowym”, zawiera dwie płaskie prowadnice, wykonane z materiału przewodzącego prąd elektryczny. W początkowej części prowadnic umieszczana jest poprzeczna zwora, również wykonana z materiału przewodzącego prąd i mająca w środkowej części szerszy odcinek z ostrzem skierowanym w stronę końca prowadnic. Początki prowadnic są przyłączane są do baterii wysokonapięciowych kondensatorów o dużej pojemności elektrycznej. Zasada działania znanego przyspieszacza polega na tym, że baterię kondensatorów ładuje się i przyłącza do początków prowadnic. W wyniku tego następuje przepływ impulsu prądu elektrycznego o dużym natężeniu przez początkowe odcinki prowadnic i zworę. Prąd ten wytwarza pole magnetyczne, skierowane prostopadle do płaszczyzny prowadnic. Zwora znajdująca się w tym polu jest przewodnikiem z prądem, płynącym prostopadle do kierunku tego pola. Skutkiem tego na zworę działa siła elektrodynamiczna, zwrócona do końców prowadnic. Siła ta przesuwa zworę po prowadnicach i rozpędza do dużej prędkości, powodując w końcu jej wyrzucenie z prowadnic.

W artykule Mirosława Usidusa, pt. „Działa elektromagnetyczne”, opublikowanym w czasopiśmie „Młody Technik” w 2006 r., nr 5, s. 36-39, opisane jest działo elektromagnetyczne, zbudowane podobnie, jak w artykule Maksymiliana Dury, z tą różnicą, że szyny, oznaczone jako dodatnia i ujemna, mają przekrój kwadratowy. Na tych szynach znajduje się oprawa pocisku w kształcie strzałki, spełniająca funkcję zwory i zaopatrzona w środkowej części w rdzeń w kształcie walca, zakończonego w przedniej części stożkiem, który jest pociskiem. Wystrzelenie oprawy wraz pociskiem odbywa się tak samo, jak w przypadku działa opisanego poprzednio. Ponadto, w tym samym artykule przedstawione jest działo wielostopniowe, w którym każda z szyn została podzielona na trzy odcinki, rozdzielone izolatorami. Każda z trzech par odcinków umieszczonych naprzeciw siebie szyn zasilana jest z oddzielnej baterii kondensatorów, przy czym w obwodzie pierwszej baterii, znajdującej się na początku szyn, jest umieszczony wyłącznik. Zasada działania znanego rozwiązania polega na tym, że po uprzednim naładowaniu wszystkich baterii kondensatorów, umieszcza się oprawę z pociskiem na początku szyn. Po tym zamyka się wyłącznik, co powoduje rozładowanie pierwszej baterii i nadanie oprawie prędkości początkowej, w taki sam sposób, jak opisany w artykule Maksymiliana Dury. Skutkiem tego oprawa przesuwa się do drugiej pary odcinków szyn i je zwiera. Powoduje to rozładowanie drugiej baterii kondensatów i dalszy wzrost prędkości oprawy, zgodnie z wcześniej opisaną zasadą. W efekcie tego oprawa trafia na trzecią parę szyn. Tutaj oprawa uzyskuje ostatni przyrost prędkości, w ten sam sposób, co poprzednio i zsuwając się z szyn zostaje wystrzelona wraz z pociskiem. Takie samo zbudowane i tak samo pracujące działa elektromagnetyczne opisane są też w artykule Mirosława Usidusa, pt. „Działo elektromagnetyczne”, zamieszczonym w czasopiśmie „Młody Technik” w 2012 r., nr 3, s. 30-32, przy czym jedno z tych dział zostało zamontowane na podstawie, przesuwanej po pokładzie statku obok baterii kondensatorów.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że przyspieszacz szynowy zawiera podstawę, połączoną zawiasowo za pomocą osi z prostokątną płytą uchylną, której nachylenie do poziomu jest ustalane przy pomocy wkręcanej w nią śruby oraz łukowo wygiętej listwy, przymocowanej do podstawy i zaopatrzonej w podziałkę kątową. Do płyty uchylnej przymocowany jest od góry korpus, wykonany z materiału nieferromagnetycznego i elektroizolacyjnego, korzystnie z tekstolitu, mający podłużną wnękę o przekroju poprzecznym w kształcie równoramiennego krzyża. W każdym z ramion wnęki znajduje się magnes w kształcie listwy, wykonany korzystnie ze spieku żelazowo-neodymowo-borowego, do którego przylegają dwa płaskie nabiegunniki, wykonane z materiału o dużej przenikalności magnetycznej, korzystnie z żelaza chemicznie czystego, przy czym kierunek namagnesowania każdego magnesu jest prostopadły do nabiegunników i zwrócony w tę samą stronę, natomiast otwarte końce nabiegunników zwrócone do osi podłużnej korpusu. Między każdą z par nabiegunników znajduje się szyna z pryzmatycznym wycięciem, zwróconym do osi podłużnej korpusu, oddzielona od nabiegunników oraz magnesów folią elektroizolacyjną, wykonaną korzystnie z teflonu. Dwie sąsiednie szyny przyłączone są równolegle za pomocą przewodów do dodatniego bieguna źródła zasilania, a dwie pozostałe szyny przyłączone są też równolegle za pomocą przewodów do ujemnego bieguna tego źródła. W środkowej

PL 230 585 B1 części wnęki znajduje się strzałka, złożona z rury, zaopatrzonej w ramiona, ścięte na końcach, wchodzące między nabiegunniki i dotykające szyn, przy czym rura i ramiona wykonane są z materiału o małej rezystywności, korzystnie z miedzi, zaś otwór rury wypełniony jest rdzeniem o dużej gęstości, korzystnie wykonanym z wolframu i zaopatrzonym w przedniej części w stożkowy koniec. Ponadto, wnęka w korpusie zamknięta jest od strony osi przez płytę oporową, wykonaną z materiału nieferromagnetycznego i elektroizolacyjnego, korzystnie z tekstolitu.

Głównymi zaletami przyspieszacza szynowego są duża prędkość wylotowa rury przy niewielkim natężeniu impulsu prądu oraz trwałość grafitowych prowadnic.

Przyspieszacz szynowy według wynalazku pokazany jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 stanowi widok z boku i przekrój podłużny korpusu, natomiast fig. 2 uwidacznia przekrój poprzeczny jego korpusu.

Przyspieszacz szynowy zawiera podstawę 1, połączoną zawiasowo za pomocą osi 2 z prostokątną płytą uchylną 3, której nachylenie do poziomu jest ustalane przy pomocy wkręcanej w nią śruby 4 oraz łukowo wygiętej listwy 5, przymocowanej do podstawy 1 i zaopatrzonej w podziałkę kątową. Do płyty uchylnej 3 przymocowany jest od góry korpus 6, wykonany z materiału nieferromagnetycznego i elektroizolacyjnego, korzystnie z tekstolitu, mający podłużną wnękę o przekroju poprzecznym w kształcie równoramiennego krzyża 7. W każdym z ramion wnęki znajduje się magnes w kształcie listwy 8, wykonany korzystnie ze spieku żelazowo-neodymowo-borowego, do którego przylegają dwa płaskie nabiegunniki 9, 10 wykonane z materiału o dużej przenikalności magnetycznej, korzystnie z żelaza chemicznie czystego, przy czym kierunek namagnesowania każdego magnesu 8 jest prostopadły do nabiegunników 9, 10 i zwrócony w tę samą stronę, natomiast otwarte końce nabiegunników zwrócone do osi podłużnej korpusu 6. Między każdą z par nabiegunników znajduje się szyna 11 z pryzmatycznym wycięciem, zwróconym do osi podłużnej korpusu i oddzieloną od nabiegunników oraz magnesów folią elektroizolacyjną 12, wykonana korzystnie z teflonu. Dwie sąsiednie szyny 11, przyłączone są równolegle za pomocą przewodów 13, 14 do dodatniego bieguna źródła zasilania, a dwie pozostałe szyny przyłączone są też równolegle za pomocą przewodów 15, 16 do ujemnego bieguna tego źródła. W środkowej części wnęki 7 znajduje się strzałka, złożona z rury 17, zaopatrzonej w ramiona 18, ścięte na końcach, wchodzące między nabiegunniki 9, 10 i dotykające szyn 11, przy czym rura 17 i ramiona 18 wykonane są z materiału o małej rezystywności, korzystnie z miedzi, zaś otwór rury 17 wypełniony jest rdzeniem o dużej gęstości 19, korzystnie wykonanym z wolframu i zaopatrzonym w przedniej części w stożkowy koniec 20. Ponadto, wnęka 7 w korpusie 6 zamknięta jest od strony osi 2 przez płytę oporową 21, wykonaną z materiału nieferromagnetycznego i elektroizolacyjnego, korzystnie z tekstolitu.

Zasada działania przyspieszacza szynowego polega na tym, że rurę strzałki 17 wsuwa się do wnęki 7, aż do oparcia jej o płytę 21. Po tym przykłada się impulsowe napięcie do szyn 11 za pomocą przewodów 13, 14 i 15, 16. W wyniku tego następuje przepływ prądu elektrycznego o dużym natężeniu przez przeciwległe pary ramion 18 i rurę strzałki 17. Ponieważ ramiona 18 znajdują się w polu magnetycznym, wytwarzanym przez magnesy 8 i skierowanym prostopadle do kierunku przepływu prądu, to na ramiona 18 działają siły elektrodynamiczne, skierowane wzdłuż osi wnęki 7. Siły te powodują nadanie strzałce przyspieszenia i wyrzucenie jej z wnęki 7. Grafitowe szyny 11 z pryzmatycznymi wcięciami, dotykającymi ramion 18, pozwalają na łatwy przepływ prądu o dużym natężeniu, są odporne na wypalanie podczas iskrzenia i zapewniają małe tarcie. Nabiegunniki 9, 10, umożliwiają zwiększenie indukcji pola magnetycznego w obszarze ramion 18, które spełniają też dodatkową rolę stateczników po wyrzuceniu z wnęki 7. Rdzeń 19, wykonany z materiału o dużej gęstości, spełnia rolę masy bezwładnościowej i umożliwia zwiększenie zasięgu strzałki. Po wylocie rury strzałki 17 z korpusu 6, można wsunąć do niego kolejną rurę strzałki i powtórzyć opisane czynności w celu jej wyrzucenia.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Przyspieszacz szynowy, mający podstawę, połączoną zawiasowo za pomocą osi z prostokątną płytą uchylną, której nachylenie do poziomu jest ustalane przy pomocy wkręcanej w nią śruby oraz łukowo wygiętej listwy, przymocowanej do podstawy i zaopatrzonej w podziałkę kątową, znamienny tym, że zawiera korpus (6), przymocowany od góry do uchylnej płyty (3), wykonany z materiału nieferromagnetycznego i elektroizolacyjnego, mający podłużną wnękę o przekroju poprzecznym w kształcie równoramiennego krzyża (7), ponadto w każdym z ramion tej wnęki znajduje się magnes w kształcie listwy (8), do którego przylegają dwa płaskie

   PL 230 585 B1 nabiegunniki (9, 10), wykonane z materiału o dużej przenikalności magnetycznej, przy czym kierunek namagnesowania każdego magnesu (8) jest prostopadły do nabiegunników (9, 10) i zwrócony w tę samą stronę, natomiast otwarte końce nabiegunników (9, 10) zwrócone do osi podłużnej korpusu (6), a ponadto między każdą z par nabiegunników (9, 10) znajduje się szyna (11) z pryzmatycznym wycięciem, zwróconym do osi podłużnej korpusu, oddzielona od nabiegunników (9, 10) oraz magnesów (8) folią elektroizolacyjną (12), a dwie sąsiednie szyny (11), przyłączone są równolegle za pomocą przewodów (13, 14) do dodatniego bieguna źródła zasilania, natomiast dwie pozostałe szyny przyłączone są też równolegle za pomocą przewodów (15, 16) do ujemnego bieguna tego źródła, przy czym w środkowej części wnęki (7) znajduje się strzałka, złożona z rury (17), zaopatrzonej w ramiona (18), ścięte na końcach, wchodzące między nabiegunniki (9, 10) i dotykające szyn (11), a ponadto rura (17) i ramiona (18) wykonane są z materiału o małej rezystywności, zaś otwór rury wypełniony jest rdzeniem o dużej gęstości (19), zaopatrzonym w przedniej części w stożkowy koniec (20), zaś wnęka (7) w korpusie (6) zamknięta jest od strony osi (2) przez płytę oporową (21), wykonaną z materiału nieferromagnetycznego i elektroizolacyjnego.
2. 2. Przyspieszacz według zastrz. 1, znamienny tym, że korpus (6) i płyta oporowa (21), wykonane są korzystnie z tekstolitu.
3. 3. Przyspieszacz według zastrz. 1, znamienny tym, że magnes (8), wykonany jest korzystnie ze spieku żelazowo-neodymowo-borowego.
4. 4. Przyspieszacz według zastrz. 1, znamienny tym, że nabiegunniki (9, 10), wykonane są korzystnie z żelaza chemicznie czystego.
5. 5. Przyspieszacz według zastrz. 1, znamienny tym, że folia elektroizolacyjna (12) wykonana jest korzystnie z teflonu.
6. 6. Przyspieszacz według zastrz. 1, znamienny tym, że rura (17) i ramiona (18) wykonane są korzystnie z miedzi.
7. 7. Przyspieszacz według zastrz. 1, znamienny tym, że rdzeń (19) wykonany jest korzystnie z wolframu.