RU2204777C2

RU2204777C2 - Коаксиальный ускоритель сивкова

Info

Publication number: RU2204777C2
Application number: RU99127510/02A
Authority: RU
Inventors: А.А. Сивков
Original assignee: Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2003-05-20

Abstract

Изобретение относится к электротехнике и электрофизике, а именно к электромагнитным ускорителям, и может быть использовано для гиперскоростного метания плазмы и твердых тел. Техническим результатом является увеличение эффективности преобразования подведенной электромагнитной энергии в кинетическую. Устройство состоит из цилиндрического электропроводящего ствола с метаемым телом, прикрепленного к металлическому корпусу казенной части, кольцевого заряда взрывчатого вещества и цилиндрического разрушаемого токовода, изолированного от корпуса казенной части изолятором и от центрального электрода изолятором, соленоида и изолятора. 3 ил.

Description

Изобретение относится к электротехнике и электрофизике, а именно к электромагнитным ускорителям, и может быть использовано для гиперскоростного метания плазмы и твердых тел.

Известен коаксильный ускоритель (см. А.А.Сивков, А.Н.Коваленко. Исследование режима ввода электрической энергии во взрывоэлектродинамическом пинч-ускорителе твердых тел. Теплофизика высоких температур. 1992. Том 30. 2. С. 385-392), ускоритель состоит из электропроводящего ствола с метаемым телом, прикрепленного к металлическому корпусу казенной части, внутри которого расположен кольцевой заряд взрывчатого вещества, охватывающий цилиндрический разрушаемый токовод, в котором коаксильно размещен и связан с ним электрически центральный электрод с конусным наконечником. Разрушаемый токовод электрически связан с началом ствола и корпусом казенной части. Источник электропитания ускорителя подключается одной клеммой к центральному электроду, а второй клеммой к корпусу казенной части.

Основным недостатком этого устройства является то, что оно не может работать в схеме с применением индуктивного накопителя, а в связи с этим не может развивать большую мощность.

Наиболее близким к заявляемому ускорителю является выбранный нами за прототип коаксильный ускоритель (см. А. А. Сивков. Взрывная коммутация в электродинамических ускорителях масс. Известия ВУЗов. Физика. 1996. 4. С. 164-172). Устройство выполнено в виде цилиндрического электропроводящего ствола с метаемым телом, прикрепленного к металлическому корпусу казенной части, внутри которого расположен кольцевой заряд взрывчатого вещества, охватывающий цилиндрический разрушаемый токовод, в котором коаксильно размещен изолированный центральный электрод, конец которого, обращенный к метаемому телу, выполнен конусным. Центральный электрод электрически соединен с одним полюсом источника питания, который электрически связан с одним концом соленоида. Второй конец соленоида электрически связан с корпусом казенной части, началом ствола и одним концом разрушаемого токовода. Второй конец разрушаемого токовода соединен с другим полюсом источника питания.

Недостатком данного устройства является низкая эффективность преобразования электромагнитной энергии, подведенной к ускорителю, в кинетическую энергию метаемого тела, особенно при скорости метания более 1,5 км/с.

Основной технической задачей предложенного решения является увеличение эффективности преобразования подведенной электромагнитной энергии в кинетическую - до 20% и более.

Указанная техническая задача достигается тем, что в коаксильном ускорителе, выполненном в виде цилиндрического электропроводящего ствола с метаемым телом, прикрепленного к металлическому корпусу казенной части, внутри которого расположен кольцевой заряд взрывчатого вещества, охватывающий цилиндрический разрушаемый токовод, в котором коаксильно размещен изолированный центральный электрод, конец которого, обращенный к метаемому телу, выполнен конусным, центральный электрод электрически соединен с одним полюсом источника питания, который электрически связан с одним концом соленоида, второй конец соленоида электрически связан с корпусом казенной части, началом ствола и одним концом разрушаемого токовода, второй конец разрушаемого токовода соединен с другим полюсом источника питания, согласно предложенному решению при правой намотке соленоида относительно его конца, соединенного с корпусом казенной части, к другому концу соленоида подключен минусовой полюс источника питания.

Согласно п.2 при левой намотке соленоида относительно его конца, соединенного с корпусом казенной части, к другому концу соленоида подключен плюсовой полюс источника питания.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественных всем признакам заявляемого устройства, отсутствуют. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию патентоспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

На фиг.1 изображена схема коаксиального ускорителя, на фиг.2-3 - динамика его работы.

Устройство (фиг.1) состоит из цилиндрического электропроводящего ствола 1 с метаемым телом 2, прикрепленного к металлическому корпусу казенной части 3, внутри которого расположен кольцевой заряд взрывчатого вещества 4, цилиндрического разрушаемого токовода 5, изолированного от корпуса казенной части 3 изолятором 6 и от центрального электрода 7 изолятором 8, соленоида 9 и изолятора 10. Электропитание ускорителя осуществляется от любого типа источника G, который включается оперативным ключом К.

Работа устройства заключается в следующем. При замыкании ключа К по контуру, обозначенному стрелками на фиг.1, начинает протекать ток i₁. При достижении током i₁ максимального уровня и максимальной зарядке индуктивного накопителя энергии (ИНЭ), роль которого выполняет соленоид 9, производится подрыв заряда взрывчатого вещества 4 по внешней цилиндрической поверхности с помощью генератора многоточечного инициирования. Под воздействием сходящейся цилиндрической взрывной волны начинает схлопываться часть разрушаемого токовода 5, охваченная кольцевым зарядом взрывчатого вещества 4, как показано на фиг. 2. При этом происходит сжатие газа (воздуха) 11, находящегося в полости обжимаемой полости разрушаемого токовода 5, и формирование газокумулятивного течения, воздействующего на донную часть метаемого тела и сообщающего ему начальный импульс движения. В процессе схлопывания разрушаемого токовода 5 происходит одновременно разрыв его контакта с началом ствола 1 с образованием кольцевого зазора и кольцевого сильноточного разряда и замыкание с конусной частью центрального электрода 7. В результате замыкания первичный источник питания G оказывается замкнутым накоротко, а индуктивный накопитель-соленоид 9 начинает разряжаться на нагрузку - сильноточный разряд (i₁). Таким образом реализуется кроубар-режим. В результате размыкания в кольцевой зазор устремляются продукты детонации 12, передавая свою кинетическую энергию плазме разряда и метаемому телу 2, как показано на фиг.3. Кроме того, под воздействием охватывающего потока продуктов детонации и магнитного поля собственного тока кольцевой разряд стягивается на вершину конусной части центрального электрода 7 и в дальнейшем формируется плазменная структура, состоящая из плазменного жгута-пинча 13 и круговой плазменной перемычки-поршня 14. Такого типа токонесущая плазменная структура ускоренно движется вглубь ствола под действием сил кондукционной и индукционной электродинамики, толкая метаемое тело. При этом стабилизация устойчивого состояния плазменной структуры сильноточного разряда типа Z-пинч дополнительно обеспечивается внешним полем соленоида 9. Способ подключения соленоида: при правой намотке относительно его конца, соединенного с корпусом казенной части 3, к другому концу соленоида подключен минусовой полюс источника, а при левой намотке - плюсовой, обеспечивает направление вектора напряженности внешнего поля по направлению разгона, что позволяет получать максимальную эффективность работы ускорителя.

Сравнительные испытания прототипа и предложенного устройства проведены в следующих условиях:
- первичный источник питания - батарея конденсаторов с емкостью - 48•10^-3 Ф,
- индуктивность соленоида - 0,6•10^-6 Гн,
- длина ствола - 200 мм,
- калибр ствола - 15 мм,
- метаемая масса - 3,5 г.

Рабочий ток, энергия индуктивного накопителя энергии и подведенная энергия менялись за счет изменения зарядного напряжения батареи конденсаторов. Испытания проведены в диапазоне изменения подведенной энергии от 20 до 60 кДж. При этом прототип обеспечивает увеличение скорости от 1,5 до 2,0 км/с, а эффективность преобразования энергии уменьшается с 19,7 до 11,7%. Предложенное устройство разгоняет метаемое тело до скоростей от 1,52 до 2,63 км/с с постоянной эффективностью 20%.

Claims

1. Коаксиальный ускоритель, выполненный в виде цилиндрического электропроводящего ствола для размещения метаемого тела, прикрепленного к металлическому корпусу казенной части, внутри которого расположен кольцевой заряд взрывчатого вещества, охватывающий цилиндрический разрушаемый токовод, в котором коаксиально размещен изолированный центральный электрод, конец которого, обращенный к месту размещения метаемого тела, выполнен конусным, причем центральный электрод электрически соединен с одним полюсом источника питания, который электрически соединен с одним концом соленоида, второй конец соленоида электрически соединен с корпусом казенной части, началом ствола и одним концом разрушаемого токовода, второй конец которого соединен с другим полюсом источника питания, отличающийся тем, что ствол расположен коаксиально внутри соленоида и при правой намотке соленоида относительно его конца, соединенного с корпусом казенной части, к другому концу соленоида подключен минусовой полюс источника питания.

2. Коаксиальный ускоритель, выполненный в виде цилиндрического электропроводящего ствола для размещения метаемого тела, прикрепленного к металлическому корпусу казенной части, внутри которого расположен кольцевой заряд взрывчатого вещества, охватывающий цилиндрический разрушаемый токовод, в котором коаксиально размещен изолированный центральный электрод, конец которого, обращенный к месту размещения метаемого тела, выполнен конусным, причем центральный электрод электрически соединен с одним полюсом источника питания, который электрически соединен с одним концом соленоида, второй конец соленоида электрически соединен с корпусом казенной части, началом ствола и одним концом разрушаемого токовода, второй конец которого соединен с другим полюсом источника питания, отличающийся тем, что ствол расположен коаксиально внутри соленоида и при левой намотке соленоида относительно его конца, соединенного с корпусом казенной части, к другому концу соленоида подключен плюсовой полюс источника питания.