многоступенчатый электромагнитный ускоритель с датчиком ускорения

Формула изобретения

Многоступенчатый линейный электромагнитный ускоритель соленоидного типа для метания ферромагнитных снарядов, содержащий цилиндрический ствол из немагнитного материала с соосно закрепленными на нем тяговыми соленоидами со средствами коммутации их обмоток по сигналам управляющего устройства и конденсаторный источник энергии, отличающийся тем, что он снабжен датчиком измерения линейного ускорения ствола, предназначенным для использования измеряемого им значения ускорения ствола при его отдаче, в качестве сигнала для управления средствами коммутации.

Описание изобретения к патенту

В технике электромагнитного ускорения тел известны линейные многоступенчатые ускорители [1-9]. Включение ступеней ускорителя происходит поочередно, в зависимости от положения снаряда. Для слежения за положением снаряда ускоритель содержит в каждой ступени свой датчик положения снаряда.

Ближайшим аналогом заявляемого ускорителя является электромагнитный ускоритель [8], обладающий следующими недостатками: ускоритель имеет пониженную эффективность, вызываемую неполным использованием длины ствола вследствие размещения отдельных соленоидов с промежутками для датчиков, высокую сложность конструкции из-за применения отдельных датчиков в каждой ступени и низкую помехозащищенность, вызванную близким расположением силовых и сигнальных цепей каждой ступени.

Задачей предложенного решения является построение эффективного ускорителя с большим количеством ступеней, с размещением соленоидов на стволе вплотную, без промежутков по длине, имеющего высокую помехозащищенность за счет пространственного разнесения датчиков и силовых электрических цепей, повышение надежности ускорителя путем применения в конструкции только одного датчика положения снаряда, общего для всех ступеней.

Данная техническая задача решается следующим образом.

Многоступенчатый линейный электромагнитный ускоритель соленоидного типа содержит ферромагнитный снаряд, цилиндрический немагнитный ствол с соосно закрепленными на нем тяговыми соленоидами, датчик ускорения ствола, средства коммутации обмоток соленоидов по сигналам управляющего устройства и конденсаторный источник энергии.

Изобретение имеет следующие новые признаки, отличающие его от известных: точное определение необходимого момента переключения соленоидов происходит по уровню сигнала, поступающего в управляющее устройство от одного, общего для всех ступеней датчика линейного ускорения ствола, измеряющего ускорение отдачи.

На фиг.1 показана схема соединения основных частей ускорителя.

Цифрами на схеме обозначены:

1 - ферромагнитный снаряд;

2 - ствол;

3 - тяговый соленоид;

4 - управляющее устройство;

5 - датчик линейного ускорения ствола;

6 - средства поочередной коммутации обмоток соленоидов;

7 - конденсаторный источник энергии.

Многоступенчатый электромагнитный ускоритель устроен следующим образом: ферромагнитный снаряд 1 движется внутри цилиндрического немагнитного ствола 2 и ускоряется за счет магнитного поля тяговых соленоидов 3, соосно закрепленных на стволе и работающих поочередно.

В управляющее устройство 4 поступает от датчика 5 информация о линейном ускорении ствола, вызванном силой отдачи ускоряемого снаряда. На основе информации от датчика ускорения управляющее устройство производит управление средствами коммутации 6, поочередно подключая соленоиды к конденсаторному источнику 7.

Описание работы ускорителя.

На фиг.2 графически показана экспериментальная зависимость действующей на снаряд силы от положения снаряда относительно соленоида. Зависимость приведена для случая прохождения через обмотку соленоида постоянного тока. На графике указано исходное положение Х1 снаряда, при котором начинается работа ступени ускорения, и положение полного втягивания Х0, при котором ток в обмотке соленоида должен быть выключен. Если ток в соленоиде будет выключен позднее, когда снаряд уже пройдет положение Х0 и начнет вылетать из соленоида, возникнет торможение снаряда магнитным полем соленоида вследствие обратного втягивания. Как видно из графика фиг.2, при движении снаряда из положения Х1 в положение Х0 сила втягивания постепенно увеличивается, достигает некоторого максимума, и к положению Х0 сила спадает до нуля.

Упрощенно работа ускорителя происходит следующим образом.

В начальный момент по сигналу управляющего устройства включается ток в обмотке первого соленоида. Сила электромагнитного взаимодействия, возникающая между соленоидом и снарядом, действует на оба этих объекта, вызывая их встречное ускорение, противоположное по направлению. При этом сила, действующая на снаряд, вызывает его ускоренное движение внутрь соленоида, в сторону цели, а сила, действующая на соленоид, вызывает разгон всего ускорителя в сторону, противоположную движению снаряда - возникает отдача. Датчик ускорения движется совместно со стволом и вырабатывает информационный сигнал, пропорциональный мгновенному значению ускорения ствола. В это время снаряд продолжает втягиваться внутрь соленоида. По мере приближения снаряда к положению полного втягивания сила взаимодействия соленоида и снаряда уменьшается и в положении полного втягивания становится равной нулю. В этот момент для предотвращения торможения снаряда при дальнейшем движении из соленоида необходимо отключить ток в этом соленоиде и включить ток в следующем. В этот же момент снаряд, покидая соленоид, движется по инерции вперед, в сторону цели, к следующему соленоиду, а весь ускоритель под действием отдачи первой ступени движется по инерции назад. В точке полного втягивания снаряда внутрь соленоида ускорение снаряда и сила отдачи равны нулю, и датчик ускорения выдает сигнал нулевого уровня. Такое значение сигнала от датчика является информацией о точном нахождении снаряда в положении полного втягивания внутри соленоида. На основе этого сигнала датчика управляющее устройство выключает ток в отработавшем соленоиде и включает ток в соленоиде следующей ступени. Снаряд и следующий соленоид начинают взаимодействие и снова появляется ускорение, увеличивающее скорость движения снаряда к цели и увеличивающее отдачу, увеличивая скорость движения всего ускорителя в направлении, противоположном движению снаряда. На датчике ускорения снова возникает сигнал, соответствующий ускорению ствола при отдаче. Как только сигнал прекратится, управляющее устройство выключит ток во втором соленоиде и включит ток в следующем, третьем соленоиде. Таким образом происходит поочередное включение всех ступеней ускорителя на основе сигнала единственного датчика ускорения.

В реальной конструкции после отключения соленоида от конденсаторного источника ток в обмотке соленоида исчезает не мгновенно, а вследствие индуктивности обмотки снижается за некоторое время выключения, зависящее от цепей гашения ЭДС самоиндукции обмотки соленоида и перегрузочной способности средств коммутации. Поэтому управляющее устройство начинает переключение ступеней заблаговременно, не дожидаясь точного положения полного втягивания снаряда в соленоид. Для этого за время работы каждой ступени управляющее устройство фиксирует максимальный уровень сигнала от датчика, соответствующий максимальному ускорению ступени, и начинает отключение соленоида при снижении ускорения ниже некоторого значения, зависящего от зафиксированного максимального уровня. Таким образом к моменту полного втягивания снаряда ток в обмотке соленоида успевает снизиться до несущественной величины и при работе не происходит торможения снаряда при его вылете из соленоида.

Применение предложенных технических решений позволяет повысить эффективность ускорителя за счет более плотного размещения соленоидов на всей длине ствола, без промежутков, и производить коммутацию ступеней ускорителя в оптимальные моменты времени с помощью одного датчика ускорения, общего для всех ступеней. При этом достигается высокая помехозащищенность системы, так как сигнальные цепи датчика и силовые цепи питания соленоидов пространственно разнесены друг от друга.

Источники информации

1. Патент России №2267074. Электромагнитный ускоритель метаемого тела. МПК: F41В 6/00.

2. Патент России №2258885. Электромагнитный ускоритель с вращением снаряда. МПК: F41В 6/00.

3. Патент США №5168118. Method for electromagnetic acceleration of an object. МПК: F41В 6/00.

4. Патент США №5125321. Apparatus for and method of operating a cylindrical pulsed induction mass launcher. МПК: F41В 6/00.

5. Патент США №5024137. Fuel assisted electromagnetic launcher. МПК: F41В 6/00.

6. Патент США №4926741. Apparatus for driving a coil launcher. МПК: F41F 1/02.

7. Патент США №3611783. Electromagnetically energized impact forming device. МПК: B21J 7/30.

8. Патент США №2235201. Electrcic gun. US cl.: 124/3 89/8 310/14.

9. Патент США №1241333. Gun. US cl.: 124/3 89/8 310/14.