RU2243474C1

RU2243474C1 - Coaxial accelerator

Info

Publication number: RU2243474C1
Application number: RU2003124106/02A
Authority: RU
Inventors: Д.Ю. Герасимов (RU); Д.Ю. Герасимов; А.А. Сивков (RU); А.А. Сивков
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2004-12-27
Also published as: RU2003124106A

Abstract

FIELD: electrical engineering and electrophysics, in particular, electromagnetic starting installations, applicable in experimental physics and accelerating equipment for acceleration of plasma and macrobodies to hyperspeeds.

SUBSTANCE: the coaxial accelerator consists of a conducting channel, central electrode and a fusible conducting crosspiece, positioned inside the channel together with the propelled body, and electrically connects the beginning of the channel and the central electrode. The beginning of the solenoid is electrically connected to the body. The area of location of the fusible crosspiece is filled with a hydrogensaturated agent, in which powdered boron (at least 5·10^-3 h/C of the charge) is uniformly distributed.

EFFECT: reduced electrical erosion of the accelerating channel and enhanced velocity at the barrel end.

1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области электротехники и электрофизики, а именно к области электрических машин для перемещения жесткого тела вдоль некоторой траектории, и может быть использовано в экспериментальной физике и ускорительной технике для ускорения плазмы и макротел до гиперскоростей.The invention relates to the field of electrical engineering and electrophysics, in particular to the field of electrical machines for moving a rigid body along a certain trajectory, and can be used in experimental physics and accelerator technology to accelerate plasma and macrobodies to hyper speeds.

Известен коаксиальный ускоритель (патент РФ №2119140, опубл. 20.09.1998 г., МПК⁶ F 41 B 6/00), который состоит из цилиндрического электропроводящего ствола, центрального электрода, соединяющей их плавкой электропроводящей перемычкой соленоида, выполняющего роль индуктивного накопителя энергии, метаемого тела, изолятора и контура электропитания.Known coaxial accelerator (RF patent No. 21119140, publ. 09/20/1998, IPC ⁶ F 41 B 6/00), which consists of a cylindrical electrically conductive barrel, a central electrode connecting them with a fusible electrically conductive jumper of the solenoid, which acts as an inductive energy storage, throwing body, insulator and power circuit.

Недостатком этого устройства является низкий КПД преобразования электромагнитной энергии в кинетическую энергию метаемого тела, не более 11%.The disadvantage of this device is the low efficiency of the conversion of electromagnetic energy into kinetic energy of the propelled body, not more than 11%.

Наиболее близким к заявленному ускорителю является коаксиальный ускоритель (патент РФ №2150652 опубл. 10.06.2000 г., МПК⁷ F 41 B 6/00), который состоит из коаксиально размещенного внутри соленоида цилиндрического электропроводящего ствола, внутри которого размещены метаемое тело и плавкая перемычка, электрически соединяющая начало ствола и центральный электрод, который присоединен к одной клемме цепи питания ускорителя. Цепь питания второй клеммой присоединена к концу соленоида, удаленному от центрального электрода. Второй конец соленоида электрически связан с началом ствола, а вершины центрального электрода, начало ствола и начало соленоида размещены в одной плоскости, перпендикулярной оси ствола. Корпус узла центрального электрода выполнен из магнитного материала, а остальные металлические элементы ускорителя - из немагнитных материалов, причем прикрепленная к цилиндрическому электропроводящему стволу часть корпуса узла центрального электрода перекрывает зону размещения плавкой перемычки. Поперечное электрическое сопротивление стенки единицы длины ствола постоянно по всей длине ствола, охваченной соленоидом, включая зону сопряжения с корпусом узла центрального электрода. Кроме того, плавкая перемычка выполнена в виде расходящихся от центрального электрода проволочек. Донная часть метаемого тела выполнена с углублением, в котором размещена плавкая перемычка, а зона размещения плавкой перемычки заполнена водородонасыщенным веществом.Closest to the claimed accelerator is a coaxial accelerator (RF patent No. 2150652 publ. 10.06.2000, IPC ⁷ F 41 B 6/00), which consists of a coaxially placed inside the solenoid of a cylindrical electrically conductive barrel, inside of which there is a missile body and a fusible link electrically connecting the beginning of the barrel and the central electrode, which is connected to one terminal of the accelerator power circuit. The power circuit of the second terminal is connected to the end of the solenoid, remote from the central electrode. The second end of the solenoid is electrically connected to the beginning of the barrel, and the vertices of the central electrode, the beginning of the barrel and the beginning of the solenoid are placed in one plane perpendicular to the axis of the barrel. The casing of the central electrode assembly is made of magnetic material, and the remaining metal elements of the accelerator are made of non-magnetic materials, and the part of the casing of the central electrode assembly attached to the cylindrical electrically conductive barrel overlaps the area of the fusible link. The transverse electrical resistance of the wall per unit length of the barrel is constant over the entire length of the barrel covered by the solenoid, including the interface zone with the body of the central electrode assembly. In addition, the fusible jumper is made in the form of wires diverging from the central electrode. The bottom part of the missile body is made with a recess in which the fusible link is placed, and the fusible link area is filled with a hydrogen-saturated substance.

Недостатком данного устройства является большая электрическая эрозия ускорительного канала (0,367 г/Кл). Причем эродированная масса в виде металлической плазмы частично накапливается в плазменной структуре и ускоряется вместе с полезной массой, снижая тем самым скорость на срезе ствола (2,2 км/с) и эффективность преобразования электромагнитной энергии в кинетическую.The disadvantage of this device is the large electrical erosion of the accelerator channel (0.367 g / C). Moreover, the eroded mass in the form of a metal plasma partially accumulates in the plasma structure and accelerates along with the useful mass, thereby reducing the velocity at the cut of the barrel (2.2 km / s) and the efficiency of converting electromagnetic energy into kinetic.

Основным техническим результатом предложенного устройства является уменьшение электрической эрозии ускорительного канала до 0,245 г/Кл (на 34%) и повышение скорости на срезе ствола до 2,4 км/с (на 9%).The main technical result of the proposed device is to reduce the electrical erosion of the accelerator channel to 0.245 g / C (by 34%) and increase the speed at the cut of the trunk to 2.4 km / s (by 9%).

Основной технический результат достигается тем, что в коаксиальном ускорителе, выполненном в виде коаксиально размещенного внутри соленоида цилиндрического электропроводящего ствола, внутри которого размещены метаемое тело и плавкая перемычка, электрически соединяющая начало ствола и центральный электрод, который присоединен к одной клемме цепи питания ускорителя, цепь питания второй клеммой присоединена к концу соленоида, удаленному от центрального электрода, второй конец соленоида электрически соединен с началом ствола, начало ствола и начало соленоида размещены в одной плоскости, перпендикулярной оси ствола, причем зона размещения плавкой перемычки заполнена водородонасыщенным веществом, согласно предложенному решению в водородонасыщенном веществе равномерно размещен порошкообразный бор в количестве не менее 5·10³ г/Кл заряда, переносимого разрядом в ускорителе.The main technical result is achieved by the fact that in a coaxial accelerator made in the form of a cylindrical electrically conductive barrel coaxially placed inside the solenoid, inside which there is a throwable body and a fuse link electrically connecting the barrel beginning and the central electrode, which is connected to one terminal of the accelerator power circuit, the power circuit the second terminal is connected to the end of the solenoid remote from the central electrode, the second end of the solenoid is electrically connected to the beginning of the barrel, beginning with the barrel and the beginning of the solenoid are placed in the same plane perpendicular to the axis of the barrel, the fusible link area is filled with a hydrogen-saturated substance, according to the proposed solution, powdered boron is evenly placed in a hydrogen-saturated substance in an amount of at least 5 × 10 ³ g / C of charge transferred by the discharge in the accelerator.

На приведенном чертеже (фиг.1) изображен коаксиальный ускоритель, состоящий из цилиндрического электропроводящего ствола 1, центрального электрода 2, соединяющей их плавкой электропроводящей перемычкой 3, состоящей из металлических проволочек, расходящихся от центрального электрода 2 и огибающих торцевую часть изолятора 4 центрального электрода 2, обращенного к метаемому телу 5. Корпус 6 узла центрального электрода 2, выполненный из магнитного материала, конструкционной стали, сопрягается со стволом, например, с помощью резьбового соединения, укрепляя узел центрального электрода 2. Начало соленоида 7 электрически соединено с корпусом 6. Зона размещения плавкой перемычки заполнена водородонасыщенным веществом 8. Контур электропитания содержит первичный накопитель энергии, состоящий из конденсаторной батареи 9 и ключа 10.The drawing (Fig. 1) shows a coaxial accelerator consisting of a cylindrical electrically conductive barrel 1, a central electrode 2, connecting them with a fusible electrically conductive jumper 3, consisting of metal wires diverging from the central electrode 2 and enveloping the end part of the insulator 4 of the central electrode 2, facing the missile body 5. The housing 6 of the node of the Central electrode 2, made of magnetic material, structural steel, mates with the barrel, for example, using a threaded connection Ia, reinforcing assembly central electrode 2. Starting solenoid 7 is electrically connected with the housing 6. The accommodation zone is filled with a fusible jumpers hydrogen storage material 8. The circuit power supply comprises a primary power storage, consisting of the capacitor bank 9 and the key 10.

Работа устройства заключается в следующем. При замыкании ключа 10 в контуре электропитания ускорителя начинает протекать ток от конденсаторной батареи 9 первичного накопителя энергии. При достижении нарастающим током некоторого уровня плавкая перемычка 3 взрывается с образованием сильноточного дугового разряда, начальная форма плазменной структуры которого задается конфигурацией и расположением проволочек, а также наличием цилиндрического канала в изоляторе центрального электрода 2. Электровзрывной эффект и эффект электротермического разложения смеси водородонасыщенного вещества, в частности технического вазелина и порошкообразного бора, обеспечивает резкое повышение давления, сообщающее начальный импульс метаемому телу 5 и приводящее его в движение. Плазма сильноточного разряда сжимается магнитным полем собственного тока и приобретает грибообразную форму. Такого типа сильноточный разряд под действием электродинамических сил ускоренно углубляется в канал ствола, толкая метаемое тело 5. В предложенном устройстве цилиндрическая стенка корпуса 6 узла центрального электрода 2, выполненная из магнитной стали, перекрывающая зону размещения плавкого элемента и формирования плазменной структуры, экранирует эту зону в течение некоторого времени в зависимости от толщины магнитного материала и исключает вращение грибообразной плазменной перемычки.The operation of the device is as follows. When the key 10 is closed in the power supply circuit of the accelerator, current starts flowing from the capacitor bank 9 of the primary energy storage device. When the rising current reaches a certain level, fuse jumper 3 explodes with the formation of a high-current arc discharge, the initial shape of the plasma structure of which is determined by the configuration and arrangement of the wires, as well as by the presence of a cylindrical channel in the insulator of the central electrode 2. The electric explosive effect and the effect of electrothermal decomposition of a mixture of hydrogen-saturated substance, in particular technical petroleum jelly and powdered boron, provides a sharp increase in pressure, imparting an initial impulse to melted body 5 and causing it to move. The plasma of a high-current discharge is compressed by the magnetic field of its own current and takes on a mushroom shape. This type of high-current discharge, under the action of electrodynamic forces, accelerates deeper into the bore, pushing the missile body 5. In the proposed device, the cylindrical wall of the housing 6 of the central electrode assembly 2, made of magnetic steel, overlapping the area of the fusible element and the formation of the plasma structure, shields this zone in for some time, depending on the thickness of the magnetic material and excludes the rotation of the mushroom-shaped plasma bridge.

Предложенное устройство испытанно в следующих условиях: емкость конденсаторной батареи, С=48·10^-3 Ф, зарядное напряжение, U_зар=3,0 кВ, длина соленоида, L_инд=300 мм, длина ствола ускорителя, L_ст=500 мм, калибр ствола, d_ст=16 мм, материал ствола - нержавеющая сталь, масса метаемого тела, m_т=3,5 г, материал метаемого тела - полиэтилен высокой плотности, масса технического вазелина (в смеси с порошкообразным бором), m_ваз.=0,5 г.The proposed device was tested under the following conditions: capacitor bank capacity, C = 48 · 10 ^-3 F, charging voltage, U _zar = 3.0 kV, solenoid length, L _ind = 300 mm, accelerator barrel length, L _article = 500 mm, barrel caliber, d _article = 16 mm, barrel material - stainless steel, missile mass, m _t = 3.5 g, missile material - high density polyethylene, mass of petroleum jelly (mixed with powder boron), m _vases. = 0.5 g.

Результаты испытаний известного (№1 п/п) и предложенного (№2-5 п/п) ускорителей приведены в таблице.The test results of the known (No. 1 p / p) and the proposed (No. 2-5 p / p) accelerators are shown in the table.

Как видно из приведенной таблицы, электрическая эрозия ускорительного канала при испытаниях предложенного ускорителя снизилась до 0,245 г/Кл, а скорость на срезе ствола увеличилась до 2,4 км/с.As can be seen from the table, the electric erosion of the accelerator channel during testing of the proposed accelerator decreased to 0.245 g / C, and the velocity at the cut of the barrel increased to 2.4 km / s.

Claims

Coaxial accelerator made in the form of a cylindrical electrically conductive barrel coaxially placed inside the solenoid, inside of which there is a throwable body and a fusible link electrically connecting the beginning of the barrel and the central electrode, which is connected to one terminal of the accelerator power circuit, the power circuit of the second terminal is connected to the end of the solenoid remote from the central electrode, the second end of the solenoid is electrically connected to the beginning of the barrel, the beginning of the barrel and the beginning of the solenoid are placed in one plane, erpendikulyarnoy barrel axis, the placement area is filled fusible jumpers hydrogen storage material, characterized in that the hydrogen storage material is uniformly placed powdered boron in an amount of not less than 5 · 10 ^-3 g / C charge transferred discharge in accelerator.