Електромагнітний пристрій для метання тіл

Предлагаемое устройство относится к области электромагнитных метательных систем и может быть использовано в баллистических исследованиях, материаловедении и физике плазмы. Известно "Электромагнитное устройство для ускорения макротел", содержащее емкостной накопитель, плазменный якорь, рельсы (электроды), метаемое тело [1]. В устройстве обеспечивается метание тел до гиперскоростей. При этом в процессе работы данное устройство характеризуется эрозией электродов, образованием шунтир ующих пробоев и как следствие пониженной скоростью метания. Таким образом, недостатком этого устройства является низкий КПД преобразования запасенной электромагнитной энергии в кинематическую метаемого тела. Известно также "Двухсекционное электромагнитное устройство для метания тел", содержащее два емкостных накопителя, соединенных с разными участками ре лье (электродов), рельсы (электроды), плазменный якорь, метаемое тело [2]. К недостаткам данного устройства относятся эрозия электродов, а также низкий КПД преобразования электромагнитной энергии в кинетическую метаемого тела, Наиболее близким к предлагаемому техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является "Электромагнитное устройство для ускорения тел", содержащее емкостной накопитель, ключ, дополнительные первый и второй электроды, основной первый и второй электроды, плазменный якорь, метаемое тело. При этом одна из обкладок емкостного накопителя через ключ подсоединена к дополнительным последовательно подключенным первому и второму электродам, которые через первый основной электрод, плазменный якорь и второй основной электрод соединены со второй обкладкой емкостного накопителя [3]. Работа данного устройства заключается в следующем. При замыкании ключа, через дополнительные электроды, первый основной электрод, плазменный якорь, второй основной электрод происходит разряд емкостного накопителя. В результате на якорь и метаемое тело действуе т сила Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения заключается в повышении КПД преобразования. Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве, содержащем емкостной накопитель, ключ, дополнительные электроды, основные электроды, плазменный якорь и метаемое тело, профиль дополнительных электродов представляет ломаную, конфигурация которой повторяет последовательность импульсов типа меандр, вершины и основания которых расположены параллельно соответствующим основным электродам и удалены от них на одинаковое расстояние. Схема предлагаемого устройства представлена на чертеже (фиг.). Предлагаемое устройство содержит емкостной накопитель 1, ключ 2, дополнительные электроды 3 и 4, основные электроды 5 и 6, плазменный якорь 7, метаемое тело 8. В предлагаемом устройстве одна из обкладок емкостного накопителя 1 через ключ 2 подсоединена к последовательно подключенным дополнительным электродам 3 и 4, которые через первый основной электрод 5, плазменный якорь 7 и второй основной электрод 6 соединены со второй обкладкой емкостного накопителя 1. Основные электроды 5 и б удалены друг от друга на расстояние и параллельны друг другу. Профиль дополнительных электродов 3 и 4 представляет ломаную, конфигурацию которой повторяет последовательность импульсов типа меандр, вершины и основания которых расположены параллельно соответствующим основным электродам и удалены от них на одинаковое расстояние. Дополнительные электроды расположены симметрично относительной прямой, параллельной основным электродам и отстоящей от них на одинаковое расстояние. При этом, наименьшее расстояние между дополнительными электродами а их высота Продольный линейный размер дополнительных электродов совпадает с длиной основных электродов и равен Сечение основных и дополнительных электродов представляет собой прямоугольник, в частном случае, квадрат со стороной Эквивалентная электрическая схема данного типа электромагнитных устройств представляет последовательное соединение емкости заряженной до напряжения где - распределенная индуктивность основных электродов; - разрядный ток [4]. Однако в этом устройстве из-за малой величины распределенной индуктивности основных электродов не обеспечивается высокий КПД преобразования запасенной электромагнитной энергии в кинетическую энергию метаемого тела. Таким образом, недостатком устройства прототипа является низкий КПД преобразования электромагнитной энергии в кинетическую метаемого тела. В основу изобретения поставлена задача создать такое электромагнитное устройство для метания тел, которое за счет изменения конфигурации дополнительных электродов обладало бы повышенной скоростью метания. индуктивности подводящих токов активного сопротивления плазменного якоря Ом и переменной индуктивности электродов ускорителя распределенная индуктивность рельс, текущая координата метаемого тела, массой [5]. Работа предлагаемого устройства заключается в следующем. При замыкании ключа 2 происходит разряд емкостного накопителя 1 через дополнительные электроды 3 и 4, основной электрод 5, плазменный якорь 7 и электрод 6. Вокруг дополнительных и основных электродов возникает азимутальное магнитное поле, которое взаимодействует с током, протекающим по плазменному якорю согласно закону Ампера. В результате на якорь действует сила, ускоряющая метаемое тело, где - распределенная индуктивность основных электродов; - разрядный ток [4]. За счет изменения конфигурации дополнительных электродов, увеличивается величина взаимоиндукции между взаимосвязанными контурами [6], образованными основными и дополнительными электродами. Это приводит к росту эквивалентной распределенной индуктивности основных электродов 3 и 4. Как показывают результаты расчета при геометрических размерах контуров дополнительных см для электродов конфигурации типа меандр, квадратного со стороной сечения, длине рельс можно получить увеличение распределенной индуктивности в 1,4 раза по сравнению с вариантом прототипа, когда за счет повышения взаимоиндукции между взаимосвязанными контурами [6, 7]. При этом результаты математического моделирования процесса ускорения в данных электромагнитных устройствах [4], полученные при общих параметрах массе тела показывают, что увеличение распределенной индуктивности в 1,4 раза приводит к росту КПД преобразования запасенной электромагнитной энергии в кинетическую на ~14%, при этом учитывалось увеличение индуктивности за счет изменения конфигурации дополнительных рельс с 10Гн до 3 × 10-7Гн и увеличение активного сопротивления с 10-3Ом до 1,2 × 10-3Ом.