RU61856U1

RU61856U1 - COAXIAL MAGNETOPLASMA ACCELERATOR

Info

Publication number: RU61856U1
Application number: RU2006116407/22U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Юрьевич Герасимов; Анастасия Сергеевна Сайгаш; Александр Анатольевич Сивков
Original assignee: Федеральное государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт высоких напряжений"
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2007-03-10

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники и электрофизики, а именно к области экспериментальной физики и ускорительной техники для ускорения плазмы и макротел до гиперскоростей, и может быть использовано в области электрических машин для перемещения жесткого тела вдоль некоторой траектории. Коаксиальный ускоритель, выполненный в виде коаксиально размещенного внутри соленоида 6 цилиндрического электропроводящего ствола 1, внутри которого размещена плавкая перемычка 3, электрически соединяющая начало ствола 1 и центральный электрод 2, который присоединен к одной клемме цепи питания ускорителя, цепь питания второй клеммой присоединена к концу соленоида 6, удаленному от центрального электрода 2, второй конец соленоида 6 электрически соединен с началом ствола, а вершины центрального электрода 2, начало ствола 1 и начало соленоида 6 размещены в одной плоскости, перпендикулярной оси ствола 1, корпус узла центрального электрода 2 выполнен из магнитного материала и перекрывает зону размещения плавкой перемычки. Длина части перекрывающей зону размещения плавкой перемычки 3 составляет 40-50 мм, а ее внешняя поверхность выполнена конусообразной. Основной технической задачей предложенного устройства является выравнивание эрозии по длине ускорительного канала. 2 илл.The utility model relates to the field of electrical engineering and electrophysics, namely to the field of experimental physics and accelerator technology for accelerating plasma and macrobodies to hyper speeds, and can be used in the field of electrical machines to move a rigid body along a certain trajectory. A coaxial accelerator made in the form of a cylindrical conductive barrel 1 coaxially placed inside the solenoid 6, inside of which there is a fusible link 3, electrically connecting the beginning of the barrel 1 and the central electrode 2, 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 6, remote from the central electrode 2, the second end of the solenoid 6 is electrically connected to the beginning of the barrel, and the vertices of the central electrode 2, the beginning of the barrel 1 and the beginning of the solenoid 6 are placed in one plane perpendicular to the axis of the barrel 1, the body of the node of the central electrode 2 is made of magnetic material and overlaps the area of the fusible link. The length of the part overlapping the fusion bridge 3 is 40-50 mm, and its outer surface is conical. The main technical task of the proposed device is the alignment of erosion along the length of the accelerating channel. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и электрофизики, а именно к области экспериментальной физики и ускорительной техники для ускорения плазмы и макротел до гиперскоростей, и может быть использовано в области электрических машин для перемещения жесткого тела вдоль некоторой траектории.The utility model relates to the field of electrical engineering and electrophysics, namely to the field of experimental physics and accelerator technology for accelerating plasma and macrobodies to hyper speeds, and can be used in the field of electrical machines to move a rigid body along a certain trajectory.

Известен коаксиальный ускоритель (патент РФ №2119140, опубл. 20.09.1998 г., МПК 6 F 41 B 6/00), состоящий из цилиндрического электропроводящего ствола, внутри которого размещена плавкая перемычка, электрически соединяющая начало ствола и центральный электрод, который присоединен к одной клемме цепи питания ускорителя, а цепь питания второй клеммой присоединена к концу соленоида, удаленному от центрального электрода. Второй конец соленоида электрически связан с началом ствола, а вершина центрального электрода, начало ствола и начало соленоида размещены в одной плоскости, перпендикулярной оси ствола.Known coaxial accelerator (RF patent No. 2119140, publ. 09/20/1998, IPC 6 F 41 B 6/00), consisting of a cylindrical electrically conductive barrel, inside of which there is 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, and 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 top 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.

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, выбранный нами за прототип (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 размещена 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, а вершины центрального электрода, начало ствола и начало соленоида размещены в одной плоскости, перпендикулярной оси ствола. Корпус узла центрального Closest to the claimed accelerator is the coaxial accelerator that we have chosen for the prototype (RF patent No. 2150652 publ. 10.06.2000, IPC7 F 41 B 6/00), which consists of a cylindrical electrically conductive barrel coaxially placed inside the solenoid, inside of which there is a fusible a jumper 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 the same plane perpendicular to the axis of the barrel. Central unit housing

электрода выполнен из магнитного материала и перекрывает зону размещения плавкой перемычки.the electrode is made of magnetic material and overlaps the zone of placement of the fusible jumper.

Недостатком данного устройства является неравномерность электроэрозионного износа по длине ускорительного канала, обусловленная повышением эрозии на начальном участке ствола длиной 40-50 мм, что при многократном использовании ствола может привести к обгоранию начального участка ствола и невозможности его дальнейшего использования.The disadvantage of this device is the uneven erosion along the length of the accelerating channel, due to increased erosion in the initial section of the barrel 40-50 mm long, which with repeated use of the barrel can lead to burning of the initial section of the barrel and the inability to use it further.

Основной технической задачей предложенного устройства является выравнивание эрозии по длине ускорительного канала.The main technical task of the proposed device is the alignment of erosion along the length of the accelerating channel.

Основная техническая задача достигается тем, что в коаксиальном магнитоплазменном ускорителе, выполненном в виде коаксиально размещенного внутри соленоида цилиндрического электропроводящего ствола, внутри которого размещена 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, а вершина центрального электрода, начало ствола и начало соленоида размещены в одной плоскости, перпендикулярной оси ствола, корпус узла центрального электрода выполнен из магнитного материала и перекрывает зону размещения плавкой перемычки, согласно предложенному решению длина части перекрывающей зону размещения плавкой перемычки составляет 40-50 мм, а ее внешняя поверхность выполнена конусообразной.The main technical problem is achieved in that in a coaxial magnetoplasma accelerator made in the form of a cylindrical electrically conductive barrel coaxially placed inside the solenoid, inside of which there is a fusible bridge electrically connecting the barrel beginning and the central electrode, which is connected to one terminal of the accelerator power circuit, the power circuit is the second terminal attached 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 and the central electrode, the beginning of the barrel and the beginning of the solenoid are placed in the same plane perpendicular to the axis of the barrel, the body of the central electrode assembly is made of magnetic material and overlaps the fusion bridge placement zone, according to the proposed solution, the length of the part of the fused bridge overlapping the placement zone is 40-50 mm, and its outer surface is conical.

На фиг.1, изображен коаксиальный магнитоплазменный ускоритель, на фиг.2 - зависимости дифференциального интегрального электроэрозионного износа Δm ускорительного канала от его длины l_ук для известного и предложенного ускорителей.Figure 1, shows a coaxial magnetoplasma accelerator, figure 2 - dependence of the differential integrated electrical discharge erosion Δm of the accelerator channel on its length l _UK for the known and proposed accelerators.

Коаксиальный магнитоплазменный ускоритель (фиг.1) состоит из цилиндрического электропроводящего ствола 1, центрального электрода 2, соединяющей их плавкой электропроводящей перемычки 3, состоящей из Coaxial magnetoplasma accelerator (figure 1) consists of a cylindrical electrically conductive barrel 1, a Central electrode 2, connecting them with a fusible electrically conductive jumper 3, consisting of

металлических проволочек, расходящихся от центрального электрода 2 и огибающих торцевую часть изолятора 4 центрального электрода 2. Корпус 5 узла центрального электрода 2, выполненный из магнитного материала, конструкционной стали, сопрягается со стволом, укрепляя узел центрального электрода 2, и перекрывает зону размещения плавкой перемычки. Длина части перекрывающей зону размещения плавкой перемычки составляет 40-50 мм, а ее внешняя поверхность выполнена конусообразной. Соленоид 6 может быть выполнен за одно целое с фланцем 7 и цилиндрической казенной частью 8, в которой размещается корпус 5 узла центрального электрода 2 и укрепляется резьбовой заглушкой 9. Соленоид 6 укреплен прочным стеклопластиковым корпусом 10 и стянут мощными токопроводящими шпильками 11 между фланцем 7 и стеклопластиковым упорным кольцом 12. Токопроводящие шпильки 1 электрически соединены токопроводящим кольцом 13, а к одной или нескольким токопроводящим шпилькам 11 присоединен шинопровод 14 внешней схемы электропитания. Второй шинопровод 15 схемы электропитания присоединен к центральному электроду 2.metal wires diverging from the central electrode 2 and enveloping the end part of the insulator 4 of the central electrode 2. The housing 5 of the node of the central electrode 2, made of magnetic material, structural steel, mates with the barrel, strengthening the node of the central electrode 2, and overlaps the area of the fusible link. The length of the part overlapping the fusion bridge placement zone is 40-50 mm, and its outer surface is conical. The solenoid 6 can be made integral with the flange 7 and the cylindrical breech portion 8, which houses the housing 5 of the central electrode assembly 2 and is fastened with a threaded plug 9. The solenoid 6 is strengthened by a strong fiberglass housing 10 and pulled together by powerful conductive studs 11 between the flange 7 and the fiberglass thrust ring 12. The conductive studs 1 are electrically connected by a conductive ring 13, and a busbar 14 of an external power supply circuit is connected to one or more conductive studs 11. A second busbar 15 of the power supply circuit is connected to the central electrode 2.

Работа устройства заключается в следующем. При замыкании ключа К в контуре электропитания коаксиальном магнитоплазменном ускорителя, начинает протекать ток от конденсаторной батареи первичного накопителя энергии - контура С. 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. Плазма сильноточного разряда сжимается магнитным полем собственного тока и приобретает грибообразную форму. В предложенном устройстве конусообразная часть корпуса 5 узла центрального электрода 2, перекрывает зону размещения плавкого элемента и формирования плазменной структуры, The operation of the device is as follows. When the key K is closed in the power supply circuit of the coaxial magnetoplasma accelerator, current starts flowing from the capacitor bank of the primary energy storage device, circuit C. 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 wires , as well as the presence of a cylindrical channel in the insulator of the central electrode 2. The plasma of a high-current discharge is compressed by magnetic field of its own current and takes on a mushroom shape. In the proposed device, the cone-shaped part of the housing 5 of the node of the Central electrode 2, overlaps the area of the fusible element and the formation of the plasma structure,

экранирует эту зону в течение некоторого времени и исключает вращение грибообразной плазменной перемычки, уменьшая эрозию ствола.shields this zone for some time and excludes the rotation of the mushroom-shaped plasma bridge, reducing the erosion of the trunk.

Известное и предложенное устройство испытывались в следующих условиях: емкость конденсаторной батареи С=42·10^-3 Ф; зарядное напряжение U_зар.=3.2 кВ; длина ускорительного канала l_ук=275 мм; калибр ускорительного канала d_ук=21 мм; материал ствола - титан.The known and proposed device was tested under the following conditions: capacitance of a capacitor bank C = 42 · 10 ^-3 F; charging voltage U _charge = 3.2 kV; the length of the accelerating channel l _UK = 275 mm; caliber accelerator channel d _UK = 21 mm; barrel material - titanium.

Результаты испытаний представлены на фиг.2 в виде зависимости дифференциального интегрального электроэрозионного износа Δm ускорительного канала от его длины l_ук, кривая 1 - для предложенного, кривая 2 - для известного ускорителя. Из сравнения кривых видно, что при использовании предложенного устройства исключается пик эрозии на начальном участке ствола, что обеспечивает выравнивание электроэрозионного износа по длине ускорительного канала.The test results are presented in figure 2 in the form of the dependence of the differential integrated electrical discharge erosion Δm of the accelerator channel on its length l _yk , curve 1 for the proposed curve 2 for the known accelerator. A comparison of the curves shows that when using the proposed device eliminates the peak of erosion in the initial section of the barrel, which ensures the alignment of erosion wear along the length of the accelerating channel.

Claims

Coaxial accelerator, made in the form of a coaxially placed inside a solenoid cylindrical electrically conductive barrel, inside of which there is a fusible bridge 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 a plane perpendicular to the barrel axis, the housing assembly of the center electrode is made of a magnetic material and covers the accommodation zone fusible webs, characterized in that the length of the portion overlapping the accommodation zone fusible jumpers is 40-50 mm, and its outer surface is conical.