коаксиальный ускоритель

Формула изобретения

Коаксиальный ускоритель, выполненный 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, отличающийся тем, что в водородонасыщенном веществе равномерно размещен порошкообразный бор в количестве не менее 5·10^-3 г/Кл заряда, переносимого разрядом в ускорителе.

Описание изобретения к патенту

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.

Известен коаксиальный ускоритель (патент РФ №2119140, опубл. 20.09.1998 г., МПК ⁶ 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.

Недостатком этого устройства является низкий КПД преобразования электромагнитной энергии в кинетическую энергию метаемого тела, не более 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.

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.

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%).

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 5·10 ³ г/Кл заряда, переносимого разрядом в ускорителе.

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.

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.

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.

Результаты испытаний известного (№1 п/п) и предложенного (№2-5 п/п) ускорителей приведены в таблице.

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.