Стенд для моделирования высокоскоростных встречных соударений плохопроводящих твердых тел

Изобретение относится к области высоковольтной импульсной техники. Устройство состоит из источника импульсного магнитного поля, выполненного в виде направляющих рельсов, последовательно подключенных к источнику импульсного тока, в которых установлен поддон с возможностью электрического взаимодействия, вследствие которого действующая на поддон электродинамическая сила направлена в сторону выходного конца рельсов. Каждый поддон с парой рельсов образует ступень ускорения, параллельно соединенную с другой ступенью ускорения относительно источника импульсного тока, а между каждыми двумя ступенями ускорения расположены две ступени торможения каждого из поддонов, каждая из которых представляет собой дополнительный источник импульсного магнитного поля. Ступени торможения образованы путём последовательно соединенных с источником импульсного тока дополнительных контуров подмагничивания и расположенных внутри каждого из них направляющих рельсов с возможностью электрического взаимодействия с соответствующим поддоном, вследствие которого возникает действующая на поддон электродинамическая сила, направленная против его первоначального движения. Ступени торможения соединены между собой параллельно относительно источника импульсного магнитного тока. Технический результат: устранение фактора уменьшения торможения. 1 ил.

 

Изобретение относится к области высоковольтной импульсной техники и может быть использовано для моделирования процессов высокоскоростных встречных соударений как плохопроводящих, так и диэлектрических тел (частиц, фрагментов) с элементами конструкций, в частности для исследований механических характеристик новых материалов, элементов конструкций летательных и космических аппаратов в прикладных научных направлениях.

Известны устройства для осуществления высокоскоростных встречных соударений тел, применяемые, например, при встречной клепке заклепок. Эти устройства содержат два бойка, служащих электропроводящими поддонами для соударяемых элементов, при этом бойки с соударяемыми элементами и источником импульсного магнитного поля, индуктивно связанным с бойками (поддонами), представляют собой два электромагнитных молотка, причем бойки-поддоны с соударяемыми элементами установлены с возможностью синхронного движения навстречу друг другу (статья "Клепку ведут магнитными молотками", Изобретатель-рационализатор, № 10, 1972 г.).

Однако известное устройство не позволяет проводить (моделировать) высокоскоростное встречное соударение плохопроводящих и диэлектрических тел без существенного искажения результатов налетающими остатками поддона - фрагментами, частицами, расплавленными металлом, имеющими ту же скорость, что и соударяемые тела.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для моделирования высокоскоростных встречных соударений плохопроводящих тел (патент на изобретение № 2174222 от 31.07.2000).

В этом устройстве для соударения тел, содержащем поддоны, индуктивно связанные с источником импульсного магнитного поля, с установленными на них соударяемыми телами, каждый источник импульсного магнитного поля выполнен в виде направляющих рельсов, последовательно подключенных к источнику импульсного тока, в которых установлен поддон с возможностью электрического взаимодействия, вследствие которого действующая на поддон электродинамическая сила направлена в сторону выходного конца рельсов, при этом каждый поддон с парой рельсов образует ступень ускорения, параллельно соединенную с другой ступенью ускорения относительно источника импульсного тока, а между каждыми двумя ступенями ускорения расположены две ступени торможения каждого из поддонов, каждая из которых представляет собой дополнительный источник импульсного магнитного поля, выполненный в виде последовательно соединенных с источником импульсного тока дополнительных контуров подмагничивания и направляющих рельсов с возможностью электрического взаимодействия с соответствующим поддоном, вследствие которого действующая на поддон электродинамическая сила направлена против его первоначального движения, при этом ступени торможения соединены между собой параллельно относительно источника импульсного тока.

Однако известное устройство имеет недостаток.

Ток разряда батареи конденсаторов к моменту торможения существенно снижается из-за затухания. Это связано с колебательным затухающим или апериодическим характером разряда тока. Зависит от степени снижения тока, метаемой массы, пути ускорения, торможения и других факторов. Вследствие всего этого возможно уменьшение усилия торможения, пролет метаемой массы через ступени торможения, срыв процесса качественного соударения тел, т.е. снижение надежности работы устройства.

Заявляемое изобретение решает задачу устранения фактора уменьшения торможения.

Задача решается тем, что в устройстве для соударения тел, содержащем поддоны, индуктивно связанные с источником импульсного магнитного поля, с установленными на них соударяемыми телами, каждый источник импульсного магнитного поля выполнен в виде направляющих рельсов, последовательно подключенных к источнику импульсного тока, в которых установлен поддон с возможностью электрического взаимодействия, вследствие которого действующая на поддон электродинамическая сила направлена в сторону выходного конца рельсов, при этом каждый поддон с парой рельсов образует ступень ускорения, параллельно соединенную с другой ступенью ускорения относительно источника импульсного тока, а между каждыми двумя ступенями ускорения расположены две ступени торможения каждого из поддонов, каждая из которых представляет собой дополнительный источник импульсного магнитного поля, дополнительный источник импульсного магнитного поля в виде ступеней торможения образован путем последовательно соединенных с источником импульсного тока дополнительных контуров подмагничивания и расположенных внутри каждого из них направляющих рельсов с возможностью электрического взаимодействия с соответствующим поддоном, вследствие которого возникает действующая на поддон электродинамическая сила, направленная против его первоначального движения, при этом ступени торможения соединены между собой параллельно относительно источника импульсного магнитного тока.

На чертеже приведена функциональная схема прелагаемого способа моделирования, где:

I, I' - ступени ускорения тел с поддонами;

II, II' - ступени торможения поддонов;

С - батарея конденсаторов;

Р - коммутирующий разрядник;

1, 1' - рельсы ступеней ускорения, являющиеся источником импульсного магнитного поля;

2, 2' - электропроводящие поддоны;

3, 3' - плохопроводящие тела;

4, 4' - токоподводы;

5, 5' - рельсы ступеней торможения;

6, 6' - контуры подмагничивания ступеней торможения.

При этом батарея конденсаторов С соединена с коммутирующим разрядником Р и токопроводами 4, 4'. В рельсах ступеней ускорения 1, 1′ установлены электропроводящие поддоны 2, 2', на которых расположены плохопроводящие тела 3, 3', предназначенные для высокоскоростного встречного ускорения. Рельсы ступеней торможения 5, 5' с дополнительными контурами подмагничивания ступеней торможения 6, 6' размещены между рельсами ступеней ускорения 1, 1', причем рельсы ступеней ускорения 1, 1' внутри контуров подмагничивания 6, 6' и соединены с ними последовательно.

Работа устройства происходит следующим образом.

При срабатывании коммутирующего разрядника Р предварительно заряженная батарея конденсаторов С разряжается на ступени ускорения I и I', представляющие собой рельсотронные ускорители. Разрядный ток I последовательно протекает по токоподводам 4, 4', рельсам ступеней ускорения 1, 1' и ускоряющим электропроводящим поддонам 2, 2'. Возникают электродинамические силы, направленные в сторону выходного конца рельсов согласно правилу "левой руки". При сходе с рельсов 1, 1' поддонов 2, 2' с телами 3, 3' происходит разрыв электрических цепей рельсотронных ускорителей, возникает "пауза" тока. Дальнейшее вхождение ускоряемых поддонов 2, 2' с телами 3, 3', образующих ускоряемую массу в рельсы 5, 5' с контурами подмагничивания 6, 6' ступеней торможения II, II', приводит к закорачиванию их электрических цепей с последующим протеканием разрядного тока i, последовательно по токоподводам 4, 4', контурам подмагничивания 6, 6', рельсам ступеней торможения 5, 5' ступеней II, II' и электропроводящим поддонам 2, 2'. Возникают электродинамические силы, действующие только на электропроводящие поддоны 2, 2' в направлении против их первоначального движения. Происходит торможение электропроводящих поддонов, а диэлектрические тела продолжают движение навстречу друг другу до соударения.

При этом снижение тока разряда компенсируется путем размещения вокруг рельсов ступеней торможения дополнительных контуров подмагничивания с индукцией В и В', а усилие торможения определится согласно формуле

,

где - плотность тока (в поддонах 2 и 2');

s - сечение поддонов;

В - индукция магнитного поля контуров подмагничивания (6 и 6').

Устройство для соударения тел, содержащее источник импульсного магнитного поля, выполненный в виде направляющих рельсов, последовательно подключенных к источнику импульсного тока, в которых установлен поддон с возможностью электрического взаимодействия, вследствие которого действующая на поддон электродинамическая сила направлена в сторону выходного конца рельсов, при этом каждый поддон с парой рельсов образует ступень ускорения, параллельно соединенную с другой ступенью ускорения относительно источника импульсного тока, а между каждыми двумя ступенями ускорения расположены две ступени торможения каждого из поддонов, каждая из которых представляет собой дополнительный источник импульсного магнитного поля, отличающееся тем, что дополнительный источник импульсного магнитного поля в виде ступеней торможения образован путём последовательно соединенных с источником импульсного тока дополнительных контуров подмагничивания и расположенных внутри каждого из них направляющих рельсов с возможностью электрического взаимодействия с соответствующим поддоном, вследствие которого возникает действующая на поддон электродинамическая сила, направленная против его первоначального движения, при этом ступени торможения соединены между собой параллельно относительно источника импульсного магнитного тока.