Электродинамический ускоритель масс – Рельсотрон

Электродинамический ускоритель масс – Рельсотрон

Общий вид рельсотрона:
а – канал, б – баллистическая трасса, в – энергоустановка.

Общее описание

Электродинамический ускоритель масс (рельсотрон) предназначен для ускорения мелкомасштабных объектов до высоких гиперзвуковых скоростей. На установка можно решать широкий спектр задач в космической, военной технике, а также задач фундаментальных научных исследований. Принцип работы ускорителя основан на превращении электрической энергии в кинетическую энергию снаряда. Используемый в ИТПМ СО РАН рельсотрон является импульсным электромагнитным ускорителем масс с каналом прямоугольного сечения с расположенными параллельно электропроводящими шинами, вдоль которых под действием электромагнитных сил движется электропроводящая масса (плазменный поршень). 

В качестве ускоряемого тела может быть применен любой диэлектрический материал, обладающий достаточной прочностью, чтобы выдержать ускорение до 107g. Для ускорения металлических объектов используется контейнер из непроводящего материала, который после вылета из канала разделяется под действием аэродинамических сил. 

Уникальность

Рельсотрон позволяет ускорить тела различной геометрии и из различных материалов до скоростей, не достижимых для баллистических установок с пороховым ускорением тел. Предельные числа Маха, которые можно получить на данной установке при атмосферном давлении окружающей среды, составляют М = 14. Применение технологии плазменного поршня позволяет исключить деформацию тела, заключённого в ускоряемый контейнер, до момента соударения. Разработана технология плавного разгона тела в канале рельсотрона с помощью серии распределенных импульсов тока, что снижает степень разрушения стенок канала и позволяет использовать его повторно.

Основные параметры

 

Площадь сечения канала, мм

от 10×10 до 17×17

Ускоряемая масса, г

1 – 20 

Диапазон реализации скоростей тел, м/с

500 – 5000 

Зависимость максимально достижимой скорости ускоряемого тела от его массы.

Типовые виды испытаний

 

Виды испытаний

Измеряемый параметр, метод измерения, число точек и т.д.

Исследование высокоскоростного взаимодействия твёрдых деформируемых тел

Скорость и ускорение ударника (высокоскоростная камера Photron SA-Z, частота кадров 480 кГц, точность определения скорости ≤ 10 м/с);

топология результата взаимодействия (сканирующий микроскоп, разрешение 1 мкм)

Исследование свойств материалов для моделирования процессов пробития

Скорость ударника, топология результата взаимодействия, определение динамической твёрдости материалов на высоких скоростях.

Исследование аэродинамических характеристик тел на трассе свободного полёта при атмосферном давлении

Скорость и ускорение тела, вращение тела под действием аэродинамических сил, ударно-волновая структура обтекания (высокоскоростная камера, метод полос) 

 

 

Измерительный комплекс

Определение скорости ускоренного тела и визуализация результата взаимодействия осуществляются с помощью высокоскоростной видеокамеры Photron Fastcam SA-Z.

Измерительный комплекс установки позволяет регистрировать:

  • электрические параметры эксперимента (ток, напряжение);
  • динамические параметры эксперимента (ускорение тела в канале, скорость и ускорение тела на трассе свободного полёта);
  • визуализацию обтекания тела на трассе свободного полёта;• визуализацию взаимодействия тела с мишенью;
  • исследование топологии результата взаимодействия тела с мишенью;

Для расчета параметров работы установки разработана программа на основе уравнений механики и электродинамики.