коаксиальный ускоритель

Формула изобретения

Коаксиальный ускоритель, выполненный в виде 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, причем ствол коаксиально размещен внутри соленоида, отличающийся тем, что цепь питания второй клеммой присоединена к первому 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.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники, 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 макротел до скоростей - несколько километров в секунду.

Известно коаксиальное устройство для ускорения макротел разрядом типа Z-пинч (см. Д. А.Андреев, А.А.Богомаз, Ф.Г.Рутберг, А.М.Шапиров. Ускорение тел малой массы сильноточным разрядом типа Z-пинч при высокой начальной плотности. ЖТФ, т. 63, в. 1, 1993, с. 203-205).

Основным недостатком этого устройства является низкий КПД преобразования электромагнитной энергии в кинетическую энергию метаемого тела, не превышающий 3%.

Наиболее близким к заявляемому ускорителю является коаксиальный ускоритель (сам. А. Д.Лебедев, Б.А.Урюков. Импульсные ускорители плазмы высокого давления. Новосибирск 1990 г., с. 18-21, рис. 1.10.2.). Устройство состоит из двух цилиндрических коаксиально расположенных электродов, разделенных изолятором, между которыми поджигается ускоряемый дуговой разряд. Система электродов коаксиально размещена внутри соленоида. Причем система электродов с ускоряемым разрядом и соленоид питаются отдельными источниками.

Недостатком данного устройства является также низкий КПД преобразования электромагнитной энергии в кинетическую, не более 4%, и сложности источника электропитания.

Основной технической задачей предложенного устройства является повышение КПД преобразования подведенной электромагнитной энергии в кинетическую энергию метаемого тела до 10%.

Указанная техническая задача достигается тем, что в коаксиальном ускорителе, выполненном в виде цилиндрического электропроводящего ствола, внутри которого размещены метаемое тело и плавкая перемычка, электрически соединяющая начало ствола и центральный электрод, который одной клеммой присоединен к цепи питания ускорителя, причем ствол коаксиально размещен внутри соленоида, согласно предложенному решению 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.

На приведенном чертеже (фиг. 1) показана схема коаксиального ускорителя, на фиг. 2 - схема коаксиального ускорителя в процессе работы. Устройство состоит из цилиндрического электропроводящего ствола 1, центрального электрода 2, соединяющей их плавкой электропроводной перемычки 3, соленоида 4, выполняющего роль индуктивного накопителя энергии, метаемого тела 5, изолятора 6 и контура электропитания.

Работа устройства заключается в следующем. При замыкании ключа K в контуре электропитания начинает протекать ток I от первичного накопителя энергии, например, конденсатора C, как показано стрелками на фиг. 1. При достижении нарастающим током I некоторого уровня плавкая перемычка 3 перегорает с образованием сильноточного дугового разряда. При этом в зазоре между метаемым телом 5 и изолятором 6 резко повышается давление, сообщающее начальный импульс метаемому телу 5 и приводя его в движение. Дуговой разряд сжимается магнитным полем собственного тока и приобретает грибообразную форму, как показано на фиг. 2. Его можно разделить на две части - плазменный жгут (Z-пинч) 7, являющийся продолжением центрального электрода, и плазменную круговую перемычку - 8. Такого типа дуговой разряд ускоренно углубляется в канал ствола, толкая метаемое тело 5 под действием силы Лоренца. Контур протекания тока I показан стрелками на фиг. 2. Эффективность работы силы Лоренца в такой системе определяется временем устойчивого существования дугового разряда. Устойчивое состояние его обеспечивается условием превышения внешнего магнитного давления под внутренним газокинетическим давлением. В предлагаемом устройстве более длительному сохранению устойчивого состояния способствует внешнее магнитное поле, создаваемое рабочим током I, протекающим по соленоиду 4, дополнительно сжигающее плазменный жгут.

Предложенное устройство испытано в следующих условиях:

емкость конденсатора-накопителя энергии - C=4810^-3 Ф;

индуктивность разрядного контура - 1,03510^-6 Гн;

индуктивность соленоида - 0,610^-6 Гн;

длина соленоида - 100 мм;

внутренний диаметр соленоида - 42 мм;

зарядное напряжение конденсатора - 1750 В;

длина ствола ускорителя - 350 мм;

калибр ствола - 17 мм;

масса метаемого тела - 3,5 г;

материал метаемого тела - - полиэтилен.

Метаемое тело 5 при атмосферном давлении воздуха было ускорено до 1,7 км/с, приобретя кинетическую энергию 5,06 кДж. За время нахождения тела в стволе на его разгон было затрачено 49,5 кДж энергии. КПД преобразования энергии составило 10,22%.