RU2666746C1 - Device for achieving supersonic speeds - Google Patents
Device for achieving supersonic speeds Download PDFInfo
- Publication number
- RU2666746C1 RU2666746C1 RU2017117117A RU2017117117A RU2666746C1 RU 2666746 C1 RU2666746 C1 RU 2666746C1 RU 2017117117 A RU2017117117 A RU 2017117117A RU 2017117117 A RU2017117117 A RU 2017117117A RU 2666746 C1 RU2666746 C1 RU 2666746C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- conductor
- hemisphere
- insert
- discharge
- outlet
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Description
Предлагается устройство, обеспечивающее достижение сверхзвуковых скоростей воздушных потоков. Устройство позволит создать инструменты для обработки и резки твердых материалов.A device is proposed that ensures the achievement of supersonic air flow rates. The device will create tools for processing and cutting solid materials.
Известны устройства, названные рельсотронами [1, 2, 3], в которых ускоряемые тела располагаются между рельсами - двумя электродами проводниками - и ускоряются реактивным движением газового разряда при подключении рельс-проводников к высоковольтному импульсному источнику тока. В некоторых разработках предлагается размещать между рельсами легкоплавкую металлическую фольгу, способствующую зажиганию газового разряда в начале рельсов и превращающуюся при расплавлении в разрядную плазму. Протекающий по разряду (плазме) ток формирует мощное электромагнитное поле. Под действием силы Лоренца проводник, то есть плазма, начинает быстро перемещаться вдоль рельс. Таким образом, сгусток плазмы, газовый разряд, становится плазменным поршнем (как бы аналог порохового заряда в огнестрельном оружии).Known devices called railguns [1, 2, 3], in which accelerated bodies are located between the rails - two electrodes conductors - and are accelerated by the reactive movement of the gas discharge when connecting the rail conductors to a high voltage pulsed current source. In some designs, it is proposed to place fusible metal foil between the rails, which contributes to the ignition of a gas discharge at the beginning of the rails and turns into a discharge plasma upon melting. The current flowing through the discharge (plasma) forms a powerful electromagnetic field. Under the action of the Lorentz force, the conductor, that is, the plasma, begins to quickly move along the rail. Thus, a plasma clot, a gas discharge, becomes a plasma piston (like an analogue of a powder charge in a firearm).
Конструктивное исполнение таковых устройств определяется массой заряда, который перемещает вдоль рельс сила Лоренца.The design of such devices is determined by the mass of the charge, which moves the Lorentz force along the rail.
В качестве аналога предлагаемого устройства может быть принято устройство рельсотрона любого типа, упомянутого в [1, 2, 3].As an analogue of the proposed device, a railgun device of any type mentioned in [1, 2, 3] can be adopted.
Недостатком прототипов следует считать практическую невозможность использования плазменный поршень (газовый разряд) для формирования высокого давления газовой смеси в устройстве для его преобразования в кинетическую энергию массы заряда.The lack of prototypes should be considered the practical impossibility of using a plasma piston (gas discharge) to form a high pressure gas mixture in a device for converting it into kinetic energy of a charge mass.
Техническим результатом настоящего предложения является возможность конструирования инструмента для обработки твердыхThe technical result of this proposal is the ability to design a tool for processing solid
предметов и материалов газовой струей, скорость которой не менее 15 СЗВ (СЗВ - скорость звука в воздухе).objects and materials with a gas jet, the speed of which is at least 15 ° C S (C ° S is the speed of sound in air).
На базе предложенного устройства также возможно создание конструкции для запуска зарядов с массой до 1000 гр с указанной скоростью и выше.Based on the proposed device, it is also possible to create a structure for launching charges with a mass of up to 1000 g at a specified speed and above.
Пояснение и обоснование конструктивных особенностей и работы предложенного устройства представлено следующими рисунками и схемами:The explanation and justification of the design features and operation of the proposed device is presented in the following figures and diagrams:
Фиг. 1 - физическая модель, иллюстрирующая работу рельсотрона;FIG. 1 is a physical model illustrating the operation of the railgun;
Фиг. 2 - упрощенное представление предложенной конструкции коаксиального типа;FIG. 2 is a simplified representation of the proposed design of the coaxial type;
Фиг. 3 - зависимость степени ионизации α от давления p от отношения где ЕКЛ - величины напряженности электрического поля в разрядном промежутке Δ на единицу давления;FIG. 3 - addiction degree of ionization α from pressure p from the ratio where E CL - the magnitude of the electric field in the discharge gap Δ per unit pressure;
Фиг. 4 - предлагаемая конструкция устройства в виде КЛ, гдеFIG. 4 - the proposed design of the device in the form of CL, where
1 - внешний проводник КЛ, он же корпус устройства с1 - the external conductor of the cable, it is the casing
2 - манжетой проводника 1 с отверстиями для механического соединения;2 -
3 - внутренний проводник КЛ;3 - inner conductor KL;
4 - изолирующий диск;4 - an isolating disk;
5 - фланец изолирующего диска 4 с отверстиями для соединения с манжетой 2;5 - flange of an insulating disk 4 with holes for connection with a cuff 2;
6 - «ширма» или «бортик» поджига газового разряда;6 - "screen" or "side" of ignition of a gas discharge;
Δ - разрядный промежуток;Δ is the discharge gap;
lКЛ - длина КЛ;l KL - the length of the KL;
H - общая длина устройства;H is the total length of the device;
∅из - диаметр изолирующего диска;∅ from - the diameter of the insulating disk;
d - диаметр отверстий на манжете 2 и фланце 5;d is the diameter of the holes on the cuff 2 and the
∅кл - внешний диаметр КЛ (манжеты 2);∅ cells - outer diameter of the CL (cuff 2);
Фиг. 5 - полусферическая часть устройства, гдеFIG. 5 - hemispherical part of the device, where
7 - вставка с резьбовым видом установки в корпусе устройства 1;7 - insert with a threaded view of the installation in the housing of the
8 - отверстие во вставке 7 для выхода воздуха с массой m.8 - hole in the
Предложенное устройство для достижения сверхзвуковых скоростей включает в себя 2 металлических электрода с разрядным промежутком между ними, которые с одного конца устройства подключены к высоковольтному импульсному источнику тока и при этом один из электродов является внешним корпусом устройства.The proposed device for achieving supersonic speeds includes 2 metal electrodes with a discharge gap between them, which are connected from one end of the device to a high-voltage pulsed current source, and one of the electrodes is the external case of the device.
Устройство выполнено в виде коаксиальной линии (КЛ), с круглыми по сечению проводниками, в котором отношением внутреннего диаметра внешнего проводника dн к диаметру внутреннего проводника dвн задано волновое сопротивление КЛ ZКЛ, постоянное по длине линии, при этом внешний проводник выполнен в виде стакана, дно которого представляет собой полусферу с отверстием для установки в теле полусферы вставки из тугоплавкого металла, противоположный конец проводника выполнен в виде плоской воронки, развернутая часть которой завершена плоской манжетой с отверстиями, плоскость манжеты при этом перпендикулярна оси КЛ, а внутренний проводник КЛ в зоне полусферы внешнего проводника также имеет полусферическую форму при сохранении в зоне КЛ расстояния разрядного промежутка равного а противоположный конец внутреннего проводника жестко вакуумплотно зафиксирован в центре изолирующего диска, внешний диаметр которого также вакуумплотно соединен плоским металлическим фланцем с отверстиями, диаметры которых совпадают с фланцем и с размерами манжеты внешнего проводника для их механического жесткого соединения между собой, при этом у изолирующего диска на одном или на обоих проводниках КЛ размещен или размещены элементы для фиксации места поджига разряда.The device is made in the form of a coaxial line (CL), with conductors round in cross section, in which the line impedance KL Z CL , constant along the line length, is set by the ratio of the inner diameter of the outer conductor d n to the diameter of the inner conductor d nn , while the outer conductor is made in the form glass, the bottom of which is a hemisphere with a hole for installation in the body of the hemisphere of the insert of refractory metal, the opposite end of the conductor is made in the form of a flat funnel, the expanded part of which is completed by a flat m nzhetoy apertured sleeve plane wherein the perpendicular axis KL, KL and the inner conductor in the zone of the hemisphere of the outer conductor also has a hemispherical shape while maintaining a TC zone discharge gap distance equal and the opposite end of the inner conductor is rigidly vacuum-tightly fixed in the center of the insulating disk, the outer diameter of which is also vacuum-tightly connected by a flat metal flange with holes whose diameters coincide with the flange and with the dimensions of the cuff of the outer conductor for their mechanical rigid connection to each other, while the insulating disk is one or both of the CR conductors has or has placed elements for fixing the place of ignition of the discharge.
Еще в одном варианте устройства упомянутая вставка из тугоплавкого металла установлена в полусферическую часть внешнего проводника так, что ось вставки совпадает с осью КЛ, внутренняя форма вставки при ее установке сохраняет форму полусферы, а площадь выходного отверстия во вставке определяют из формулыIn another embodiment of the device, the said refractory metal insert is installed in the hemispherical part of the outer conductor so that the axis of the insert coincides with the axis of the CL, the internal shape of the insert retains the shape of the hemisphere when it is installed, and the area of the outlet in the insert is determined from the formula
где Sотв - площадь выходного отверстия,where S resp - the area of the outlet,
SКЛ - площадь кольца в рабочем объеме устройства,S KL - the area of the ring in the working volume of the device,
Vкон - скорость «поршня» на входе в область полусферы устройства,V con - the speed of the "piston" at the entrance to the hemisphere of the device,
Vвых - выходная скорость воздуха из выходного отверстия.V o - the outlet air velocity from the outlet.
На фиг. 1 представлена физическая модель рельсотрона, где сила F - сила Лоренца газового разряда обеспечивает высокую скорость его перемещения по КЛ. Силу F в этом случае определяют по формулеIn FIG. Figure 1 shows the physical model of the railgun, where the force F is the Lorentz force of the gas discharge provides a high speed of its movement along the CR. The force F in this case is determined by the formula
μ - магнитная проницаемость (μ=1,26⋅10-6 Гн/м=12,6 т.к. 1 Гн=109 см),μ - magnetic permeability (μ = 1.26⋅10 -6 Gn / m = 12.6 since 1 Gn = 10 9 cm),
I - ток, протекающий по рельсам,I is the current flowing along the rails,
d и r - соответственно диаметр рельс и расстояние между ними.d and r are respectively the diameter of the rail and the distance between them.
В авторском представлении конструкция предложенного рельсотрона коаксиального типа также может формироваться и при большем количестве рельс, расположенных по кругу, с равными разрядными промежутками. И в такой конструкции внешние рельсы могут быть объединены в единый внешний кольцевой проводник, а внутренние рельсы - в единый внутренний проводник. При определенной длине проводников и возникает коаксиальная линия КЛ с бегущим по нему токовым разрядом (плазменным поршнем), как показано на фиг. 1.In the author's presentation, the design of the proposed coaxial railgun can also be formed with a larger number of rails arranged in a circle with equal discharge gaps. And in this design, the external rails can be combined into a single external ring conductor, and the internal rails into a single internal conductor. With a certain length of conductors, a coaxial cable line with a current discharge running along it (a plasma piston) appears, as shown in FIG. one.
По условию в предлагаемом устройстве сила F, которую создает газовый разряд, подобна пороховому поршню, толкающему заряд в стволе стрелкового оружия, то есть она воздействует на газовую смесь массой m в течение времени Δtвозд According to the condition in the proposed device, the force F generated by the gas discharge is similar to a powder piston pushing a charge in the barrel of a small arms, that is, it acts on the gas mixture of mass m for a time Δt air
m - масса, на которую воздействует сила Fвозд чтобы за время Δtвозд достигнуть на границе перехода внешнего проводника в полусферическую форму конечной скорости Vкон, равной Vкон=10⋅Сзв=3,4⋅105 см/с.m is the mass affected by the force F air in order to reach the final velocity V kon equal to V kon = 10⋅C sv = 3.4⋅10 5 cm / s at the hemispherical shape of the external conductor during the time Δt air .
Приравняв выражения (1) и (2) вычисляем значение тока I в устройстве выражениемEquating expressions (1) and (2), we calculate the value of current I in the device by the expression
Рассмотрим работу предлагаемого устройства при формировании на выходе газовой струи со скоростью см/с.Consider the operation of the proposed device when forming at the exit of a gas jet at a speed cm / s.
Для этого случая зададим в выражение (3) ожидаемые значения входящих величин:For this case, we set in expression (3) the expected values of the input quantities:
m=2⋅10-4⋅1293=0,2 г - вес воздуха в объеме устройства, который может изменяться от 1,6⋅10-4 м3 (примем значение ),m = 2⋅10 -4 ⋅1293 = 0.2 g - the weight of air in the volume of the device, which can vary from 1.6⋅10 -4 m 3 (take the value ),
так как rн и rвн - радиусы наружного и внутреннего диаметров dн и dвн, то приняв отношение получим и примем среднее значение since r n and r VN are the radii of the outer and inner diameters d n and d VN , then taking the ratio we get and take the average value
В этом случае величина I оказывается зависимой от времени Δtвозд, числовые значения которых приведены в таблице 1.In this case, the value of I turns out to be time-dependent Δt air , the numerical values of which are given in table 1.
Для определения параметров блока импульсного питания при емкости Сб и индуктивности батареи Lб найдем энергию, необходимую для достижения массой m скорости 15 Сзв To determine the parameters of the pulsed power supply unit with a capacitance C b and a battery inductance L b, we find the energy necessary to reach a speed of 15 C sv with mass m
В качестве условия примем, что энергия Em полностью обеспечивается энергией конденсаторной батареи, то естьAs a condition, we assume that the energy E m is fully provided by the energy of the capacitor bank, i.e.
Из выражения (4), если примем Uб=3⋅104 В, Сб будет равнаFrom the expression (4), if we take U b = 3⋅10 4 V, C b will be equal to
Как правило, емкость батарей Сб, используемых для высоковольтного импульсного питания, имеет значение не менее 1 мкФ [4]. Вследствие того, что значение тока I из выражения (3) является минимальным, то его максимальное значение Iмах может быть определено из равенстваAs a rule, the battery capacity C b used for high-voltage switching power supply has a value of at least 1 μF [4]. Due to the fact that the current value I from expression (3) is minimum, its maximum value I max can be determined from the equality
откуда where from
В этом случае при с Imax=1,7⋅104 А,In this case, when with I max = 1.7⋅10 4 A,
а при Δtвозд=10-5 c Imax=1,7⋅103 А.and at Δt air = 10 -5 c I max = 1.7⋅10 3 A.
Определим требование к индуктивности батареи питания Lб при условии, что длительность Δtвозд равна полупериоду контура, образованного Cб и Lб We define the requirement for the inductance of the power battery L b , provided that the duration Δt air is equal to the half-cycle of the circuit formed by C b and L b
Для уменьшения рабочих значений I длительность Δtвозд следует устанавливать в диапазоне (1÷5)⋅10-5 с и Lб соответственно будет равна 0,4⋅10-5 Гн и. 10-4 Гн.To reduce the operating values of I, the duration Δt air should be set in the range (1 ÷ 5) ⋅10 -5 s and L b will be equal to 0.4⋅10 -5 GN and. 10 -4 G.
Расчетное значение Lб следует использовать и учитывать при выборе типа конденсаторной батареи.The calculated value of L b should be used and taken into account when choosing the type of capacitor bank.
Вычисление размеров проводников устройства произведем из условия, что падение напряжения не должно превышать 5% от Uб, то естьThe calculation of the dimensions of the conductors of the device will produce from the condition that the voltage drop should not exceed 5% of U b , that is
I⋅Rпр=0,05⋅Uб, откуда при Imax=3⋅104 АI⋅R pr = 0.05⋅U b , whence at I max = 3⋅10 4 A
Сопротивление проводников КЛ Rпр определяется его материалом и размером известной зависимостьюThe resistance of the CR conductors R pr is determined by its material and the size of the known dependence
, где where
ρ - удельное сопротивление материала ом ρ - resistivity of the material ohm
(ρ составляет для меди - 0,0175, для серебра - 0,016),(ρ is 0.0175 for copper and 0.016 for silver),
Sпр - поперечное сечение внутреннего проводника в мм2,S CR - the cross section of the inner conductor in mm 2 ,
lпр - длина проводника в м.l CR - the length of the conductor in m
Определим длину проводника lКЛ (то есть длину КЛ до границы перехода внешнего проводника в полусферу) полагая, что в конце длины скорость поршня достигнет значения Vкон.We define the length of the conductor l CR (that is, the length of the CR to the boundary of the transition of the external conductor to the hemisphere) assuming that at the end of the length the piston speed reaches V con .
и для двух значений Δtвозд - 10-5 с и 5⋅10-5 сand for two values of Δt air - 10 -5 s and 5⋅10 -5 s
длина КЛ составит 2,5 см и 12,7 см.the length of the cable will be 2.5 cm and 12.7 cm.
Примем м и при ρ=0,0175Will accept m and at ρ = 0.0175
Так как воздействие на КЛ импульсное, то ток будет протекать при с по поверхности проводников с глубиной проводящего слоя мм. В этом случае радиус внутреннего проводника КЛ rвн может быть вычислен из равенстваSince the effect on CR is pulsed, the current will flow at c along the surface of the conductors with a depth of the conductive layer mm In this case, the radius of the inner conductor KL r vn can be calculated from the equality
откуда where from
Полученное малое по величине расчетное значение rвн дает право свободного выбора диаметра внутреннего проводника dвн из целесообразности достижения механической прочности внутреннего проводника как консоли в конструкции устройства, так и для исключения перегрева проводника при работе устройства.The obtained small value of the calculated value of r vn gives the right to freely choose the diameter of the inner conductor d vn from the desirability of achieving the mechanical strength of the inner conductor as a console in the design of the device, and to prevent overheating of the conductor during operation of the device.
Установим диаметр dвн=8 мм (rвн=4 мм), тогда индуктивность LКЛ и емкость CКЛ рассчитываются по известным [5] формуламWe establish the diameter d int = 8 mm (r int = 4 mm), then the inductance L KL and the capacitance C KL are calculated according to the known formulas [5]
где ε - диэлектрическая проницаемость 8,85⋅10-12 ,where ε is the dielectric constant 8.85⋅10 -12 ,
а при диапазоне изменения отношения значение тогда CКЛ=0,95⋅10-13 Ф и LКЛ=7,3⋅10-8 Гн.and with a range of changes in the ratio value then C KL = 0.95⋅10 -13 F and L KL = 7.3⋅10 -8 G.
Полученные расчетные значения CКЛ и LКЛ, являясь фактической нагрузкой для конденсаторных батарей, практически не оказывают влияния на формирование длительности Δtвозд (см. выражение (5).The calculated values C CR and CR L, being the actual load for the capacitor banks have practically no influence on the formation of duration Δt Air (see. The expression (5).
Проанализируем условия формирования газового разряда в промежутке rн-rвн=Δ. Из общей теории электропроводности в газах известно, что в газовой среде между электродами напряжения, равного напряжению зажигания Uзаж, в промежутке возникает разряд (пробой).We analyze the conditions for the formation of a gas discharge in the gap r n -r int = Δ. From the general theory of electrical conductivity in gases, it is known that in a gas medium between electrodes of a voltage equal to the ignition voltage U zag , a gap (breakdown) occurs in the gap.
Достижение разряда при давлении газа P осуществляется при выполнении условия [6]The discharge is achieved at gas pressure P if the condition [6]
где α - коэффициент первичной ионизации (коэффициент Таунсенда), γ - коэффициент вторичной электронной эмиссии катода (внутреннего проводника КЛ). Отметим, что значение коэффициента γ для различных металлов, из которых может изготавливаться устройство (медь, железо, алюминий и др.), лежит в диапазоне от 0,01 до 0,1.where α is the primary ionization coefficient (Townsend coefficient), γ is the coefficient of secondary electron emission of the cathode (inner CR conductor). Note that the value of the coefficient γ for various metals from which the device can be made (copper, iron, aluminum, etc.) lies in the range from 0.01 to 0.1.
На фиг. 3 приведена зависимость степени ионизации то есть зависимости числа ионов α, возникающих на длине в 1 м при давлении 1 мм рт.ст. от величины напряженности электрического поля EКЛ на единицу давления в мм рт.ст. откуда Uб=Δ⋅p.In FIG. 3 shows the dependence of the degree of ionization that is, the dependences of the number of ions α arising over a length of 1 m at a pressure of 1 mm Hg from the magnitude of the electric field strength E CR per unit pressure in mm Hg whence U b = Δ⋅p.
Используем выражение (9) и зависимость из фиг. 3 для оценки режима работы устройства при следующих параметрах:We use expression (9) and the dependence from FIG. 3 to assess the operating mode of the device with the following parameters:
а) атмосферном давлении в устройстве - 760 мм рт.ст.,a) atmospheric pressure in the device - 760 mm RT.article,
б) разрядный промежуток Δ - 10 и 12 мм,b) the discharge gap Δ - 10 and 12 mm,
в) значение а рассчитывается из (9) c) the value of a is calculated from (9)
Результаты расчетов сведены в таблице 2.The calculation results are summarized in table 2.
Из табл. 2 следует, что при уменьшении Uб до предложенного значения 3⋅104 возможно увеличение γ (например, до 0,07), что позволяет уменьшить Δ.From the table. 2 it follows that with a decrease in U b to the proposed value of 3⋅10 4, an increase in γ is possible (for example, to 0.07), which allows to reduce Δ.
Следует напомнить, что при значении Δ⋅p<0,005 потенциал зажигания начинает резко расти. Причина этого заключается в том, что средняя длина свободного пробега электрона становится соизмерима с разрядным промежутком Δ, вследствие чего уменьшается вероятность их столкновений с молекулами газа.It should be recalled that with a value of Δ⋅p <0.005, the ignition potential begins to increase sharply. The reason for this is that the mean free path of the electron becomes comparable with the discharge gap Δ, as a result of which the probability of their collisions with gas molecules decreases.
Приведенное обоснование выбора параметров Δ, EКЛ и p свидетельствует о возможном комбинировании их значений для выбора оптимальных конструктивных решений.The justification for the choice of the parameters Δ, E, and CL indicates the possible combination of their values to select the optimal design solutions.
Проведем оценку возможности работы КЛ разряда как плазменного поршня.Let us evaluate the possibility of the CR operation as a plasma piston.
Проведем оценку возможности работы в КЛ разряда как разрядного поршня. В исходном состоянии число молекул в газовой смеси nмол при заданном давлении определяется известной формулой % Let us evaluate the possibility of working in a CR discharge as a discharge piston. In the initial state, the number of molecules in the gas mixture n mol at a given pressure is determined by the well-known formula %
где p - давление в объеме V,where p is the pressure in the volume V,
nо - число молекул в 1 м3 равное 3,54⋅1022 при p=1 мм рт.ст.n o - the number of molecules in 1 m 3 equal to 3.54 × 10 22 at p = 1 mm Hg
При принятом объеме (возможно изменение от 1,6⋅10-4 м3) число молекул будет равноWith the accepted volume (a change from 1.6⋅10 -4 m 3 is possible) the number of molecules will be equal
nмол=3,54⋅1022⋅760⋅1,6⋅10-4=4,3⋅1021 мол,n mol = 3.54⋅10 22 ⋅760⋅1.6⋅10 -4 = 4.3⋅10 21 mol,
число зарядов одного знака (электронов) при токе 5⋅104 Аthe number of charges of the same sign (electrons) at a current of 5⋅10 4 A
где e - заряд электрона 1,6⋅10-19 Кл, и число электронов равноwhere e is the electron charge of 1.6⋅10 -19 C and the number of electrons is
nэл=2⋅1018 эл.n email = 2⋅10 18 email
Понятно, что при равномерном распределении молекул воздуха nмол в рабочем объеме устройства будет выполняться условие nэл≈nмол, то есть плотность воздуха перед «поршнем» всегда будет соизмерима с числом зарядов разряда.It is clear that with a uniform distribution of air molecules n mole in the working volume of the device, the condition n el ≈n mole will be fulfilled, that is, the air density in front of the “piston” will always be comparable with the number of discharge charges.
На основании изложенного, предложенное устройство на фиг. 4 представлено в виде коаксиальной линии.Based on the foregoing, the proposed device in FIG. 4 is presented as a coaxial line.
Внешний проводника 1 имеет вид цилиндрического стакана с дном в виде полусферы с одной стороны и переходом стакана в плоскую коническую форму с манжетой 2 со сквозными отверстиями в ней с противоположной стороны стакана.The
Внутренний проводник 3 - круглый металлический стержень, один конец которого жестко вакуумплотно зафиксирован в центре изолирующего диска 4, плоскость которого перпендикулярна оси КЛ. Противоположный конец проводника 3 также имеет форму полусферы.The
Разрядный промежуток Δ в КЛ определен отношением , где dн и dвн соответственно внутренний диаметр внешнего проводника и диаметр внутреннего проводника, которые определяют волновое сопротивление КЛ ZКЛ.The discharge gap Δ in the CR is determined by the ratio , where d n and d vn, respectively, the inner diameter of the outer conductor and the diameter of the inner conductor, which determine the wave impedance KL Z KL .
Изолирующий диск 4 по внешнему диаметру вакуумплотно жестко соединен с металлическим фланцем 5, размеры которого и отверстия в котором совпадают с размерами и отверстиями манжеты 2.The insulating disk 4 on the outer diameter is vacuum tightly connected to a
Для предотвращения пробоя по поверхности изоляционного диска 4 его форма при подключении к источнику питания может быть сложной (она показана на фиг. 4.)To prevent breakdown on the surface of the insulating disk 4, its shape when connected to a power source can be complex (it is shown in Fig. 4.)
В зоне изоляционного диска 4 на одном из проводников КЛ (это внутренний проводник 3 на фиг. 4) показано размещение «ширмы» 6 из легкоплавкой фольги для фиксирования места поджига газового разряда. Возможно иное формирование места поджига - на внутреннем проводнике в месте расположения фольги выполняется выступающий «бортик» высотой не более 0,6 Δ с плавным спадом до dвн на длине не менее 2Δ (на фиг. 4 «бортик»).In the zone of the insulating disk 4 on one of the cable conductors (this is the
На фиг. 5 представлена полусферическая часть внешнего проводника устройства, где заменяемая вставка 7 из тугоплавкого металла изображена с отверстием 8, из которого в процессе действия разряда с высокой скоростью и под большим давлением выходит воздух. При этом расстояние Δ и в этой части устройства остается постоянным. Ось отверстия 8 во вставке 7 и ось КЛ - едины.In FIG. 5 shows the hemispherical part of the external conductor of the device, where the replaceable
Длина КЛ lКЛ определяется длиной внутреннего проводника 3. Общая длина устройства H определяет его длину по внешнему проводнику 1 от фланца 5 на изоляционном диске 4. Диаметр изоляционного диска 4 - ∅из, диаметр отверстий на фланце 5 и манжете 2 - ∅отв, внешний диаметр манжеты 2 - ∅КЛ.L CR CR length determined by the length of the
Соединение устройства с импульсным высоковольтным источником тока выполняют механическими бытовыми стяжками, внутренний проводник снаружи делается для этого резьбовым. Подключение корпуса устройства 1 также механическое с использованием отверстий для болтовой стяжки.The device is connected to a pulsed high-voltage current source by mechanical household ties, the inner conductor from the outside is threaded for this. The connection of the housing of the
Рассчитаем давление, которое возникает в области полусферы устройства Vп/сф (фиг. 5).We calculate the pressure that occurs in the hemisphere of the device V p / sf (Fig. 5).
Давление Pвозд связано с энергией поступательного движения молекул воздуха выражениемThe pressure P air is related to the energy of translational motion of air molecules by the expression
где Vп/сф - объем воздуха, заключенного в полусферической части,where V p / sf is the volume of air enclosed in the hemispherical part,
mj и Vj - соответственно масса и скорость i молекулы воздуха.m j and V j are the mass and velocity i of the air molecule, respectively.
При достижении «поршнем» устройства скорости Vкон, в частности следующего значения - Vкон=15⋅Сзв=5,1⋅105 см/с, объемный поток воздуха, поступающий в полусферическую часть устройства под действием силы Лоренца равен Vкон⋅SКЛ,When the piston reaches the speed V con , in particular the following value - V con = 15⋅C sv = 5.1⋅10 5 cm / s, the volume air flow entering the hemispherical part of the device under the action of the Lorentz force is equal to V con ⋅ S KL ,
где Where
Полагая, что весь уплотненный поток воздуха выйдет через отверстие вставки dотв площадью Sотв, тогда скорость выходящего потока Vвых может быть вычислена из равенстваAssuming that the entire flow of the compressed air comes out through an insertion hole area S d of holes of holes, then the speed V O of the effluent may be calculated from the equation
и при мм Sотв=3,14⋅10-2 см2, что превышает 1-ую космическую скорость. Расчет показывает, что значение Vвых может быть уменьшено путем уменьшения Vкон, то есть уменьшения длины устройства LКЛ.and with mm holes S = 3,14⋅10 -2 cm 2, which exceeds the 1st cosmic velocity. The calculation shows that the value of V o can be reduced by decreasing V con , that is, reducing the length of the device L KL .
Давление, которое формирует выходящая струя воздуха Pвозд, рассчитывается по (12) и при условии, чтоThe pressure that the outgoing air stream P air generates is calculated according to (12) and provided that
m=0,2 г, а Vкон=5,1⋅105 см/с получаемm = 0.2 g, and V con = 5.1⋅10 5 cm / s, we obtain
откуда where from
Волновое сопротивление КЛ равно [7, 8]The CL impedance is [7, 8]
где ε - диэлектрическая проницательность,where ε is the dielectric constant,
вследствие чего при заданных значениях rвн=4 мм и rн=14 мм Ом, а для зоны нахождения изоляционного диска с диаметром ∅из целесообразно рекомендовать диэлектрик с меньшим значением (при ε=3 ∅из=70 мм).as a result, at given values of r int = 4 mm and r n = 14 mm Ohm, and for the zone of location of the insulating disk with a diameter of ∅ of it is advisable to recommend a dielectric with a lower value (with ε = 3 ∅ of = 70 mm).
По мнению авторов, предложенное устройство способно проводить механическую обработку твердых материалов (металл, камень, дерево и пр.).According to the authors, the proposed device is capable of machining solid materials (metal, stone, wood, etc.).
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА:REFERENCES:
[1] «Реактивное движение при газовом разряде от внешнего токопровода» - М.: РАН, ЖЭТФ письма, т. 13, №15, 1989 г.[1] “Jet propulsion during a gas discharge from an external current lead” - M .: RAS, JETP Letters, vol. 13, No. 15, 1989
[2] Агеев А.А. «Электромагнитная пушко-оружие будущего», сайт «Техкульт», 21.09.2011 г.[2] Ageev A.A. “Electromagnetic gun-weapon of the future”, Techkult website, 09/21/2011
[3] «Российский космос», журнал №9, 2011 г.[3] Russian Cosmos, journal No. 9, 2011
[4] ЗАО «Русская Технологическая группа 2» RTG-2 - высоковольтные источники питания, конденсаторы, разрядники, системы управления; e-mail: rastgr2@yandex.ru.[4] Russian Technology Group 2 CJSC RTG-2 - high-voltage power supplies, capacitors, dischargers, control systems; e-mail: rastgr2@yandex.ru.
[5] Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. «Справочник по элементарной физике» » - М.: «Наука», 1965 г.[5] Koshkin N.I., Shirkevich M.G. "Reference to elementary physics" "- M .:" Science ", 1965
[6] Линч П., Николайдес А. «Задачи по физической электронике» - М.: изд. «Мир», 1975 г.[6] Lynch P., Nikolaydes A. "Tasks on physical electronics" - M .: ed. The World, 1975
[7] Атабеков Г.И. « Теоретические основы электротехники» - М.: Энергия, 1970 г.[7] Atabekov G.I. "Theoretical Foundations of Electrical Engineering" - M .: Energy, 1970
[8] Ганстон М.А. «Справочник по волновым сопротивлениям фидерных линий СВЧ» (перевод с англ. Фрадкина А.С.) - М.: Связь, 1976 г.[8] Gunston M.A. "Guide to wave impedances of microwave feeder lines" (translation from English. A. Fradkina) - M .: Communication, 1976
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017117117A RU2666746C1 (en) | 2017-05-17 | 2017-05-17 | Device for achieving supersonic speeds |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017117117A RU2666746C1 (en) | 2017-05-17 | 2017-05-17 | Device for achieving supersonic speeds |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2666746C1 true RU2666746C1 (en) | 2018-09-12 |
Family
ID=63580440
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017117117A RU2666746C1 (en) | 2017-05-17 | 2017-05-17 | Device for achieving supersonic speeds |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2666746C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4841181A (en) * | 1987-11-16 | 1989-06-20 | Westinghouse Electric Corp. | Electromagnetic launcher with post-firing energy recovery for slow or rapid fire operation |
JPH02267700A (en) * | 1989-04-10 | 1990-11-01 | Oki Electric Ind Co Ltd | Drag anchor predicting device |
RU2066434C1 (en) * | 1993-03-15 | 1996-09-10 | Научно-исследовательский центр теплофизики импульсных воздействий научного объединения ИВТАН РАН | Rail electromagnetic accelerator for solids |
JP3267700B2 (en) * | 1992-10-14 | 2002-03-18 | 株式会社パーマケム・アジア | Preservative for fiber treatment oil |
EA201100766A1 (en) * | 2011-04-07 | 2012-10-30 | Зарецкий, Александр Константинович | METHOD OF ELECTRIC POWER SUPPLY OF A RAIL ELECTROMAGNETIC ACCELERATOR, ELECTROMAGNETIC CONSTRUCTION OF RELSOTRON, RAIL JET |
-
2017
- 2017-05-17 RU RU2017117117A patent/RU2666746C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4841181A (en) * | 1987-11-16 | 1989-06-20 | Westinghouse Electric Corp. | Electromagnetic launcher with post-firing energy recovery for slow or rapid fire operation |
JPH02267700A (en) * | 1989-04-10 | 1990-11-01 | Oki Electric Ind Co Ltd | Drag anchor predicting device |
JP3267700B2 (en) * | 1992-10-14 | 2002-03-18 | 株式会社パーマケム・アジア | Preservative for fiber treatment oil |
RU2066434C1 (en) * | 1993-03-15 | 1996-09-10 | Научно-исследовательский центр теплофизики импульсных воздействий научного объединения ИВТАН РАН | Rail electromagnetic accelerator for solids |
EA201100766A1 (en) * | 2011-04-07 | 2012-10-30 | Зарецкий, Александр Константинович | METHOD OF ELECTRIC POWER SUPPLY OF A RAIL ELECTROMAGNETIC ACCELERATOR, ELECTROMAGNETIC CONSTRUCTION OF RELSOTRON, RAIL JET |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mesyats | Pulsed power | |
CN102771196B (en) | RF resonator cavity and accelerator | |
Prakash et al. | Movement of particles in compressed SF/sub 6/GIS with dielectric coated enclosure | |
Kovalchuk et al. | Pulse generators based on air-insulated linear-transformer-driver stages | |
Leopold et al. | Optimizing the performance of flat-surface, high-gradient vacuum insulators | |
CN107061210A (en) | It is a kind of that the pulsed plasma thruster accelerated is mixed based on electrothermal and electromagnetic | |
RU2666746C1 (en) | Device for achieving supersonic speeds | |
JPWO2018042690A1 (en) | Gas-insulated switchgear and method for trapping foreign metal in gas-insulated switchgear | |
US4602376A (en) | Soft X-ray source with cylindrical plasma compression | |
CN109327208B (en) | Coaxial Marx generator | |
RU2362244C2 (en) | Gas-filled discharger | |
CN109578233B (en) | Ablation type pulse plasma propeller based on multi-anode electrode structure | |
RU2711093C1 (en) | Device of electrically explosive current circuit breaker for commutation of disk explosion-magnetic generator current into load | |
Kharlov | High action gas switches | |
Xun et al. | A ceramic radial insulation structure for a relativistic electron beam vacuum diode | |
Kharlov | High-coulomb switches and their applications in pulsed power | |
Kovalchuk et al. | Techniques for shaping of the output pulse in high current generators | |
CN107659291B (en) | High-voltage pulse generator with low jitter | |
RU2646845C2 (en) | Device for forming pulse of high-current electron accelerator | |
Brussaard et al. | A 2.5-MV subnanosecond pulser with laser-triggered spark gap for the generation of high-brightness electron bunches | |
Reddy et al. | Investigation of gas pressure on metallic particle contaminationin 1-Ø gas insulated busduct | |
CN112930019B (en) | Compact synchrotron radiation produces device | |
RU2210875C2 (en) | Plasma accelerator | |
CN111834915B (en) | Method and system for back-flushing extinguishing arc plasma | |
Kuehn et al. | Solid fuel vacuum arc thrusters-new concepts for space propulsion |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190518 |