Исследование электротермической установки (калибр - 122 мм, длина канала ствол - 5,06 м, масса снаряда - 26,7 кг)

Балтийский Государственный Технический Университет

«ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова

Лабораторная работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЙ  УСТАНОВКИ

Выполнил: Якушев Р.С.

группа Е-191

Проверил: Захаренков В.Ф.

Санкт-Петербург

2014

Исходные данные:

- калибр   122 - мм

- начальный объем каморы   9343,5 - см3

- марка и масса основного порохового заряда ndt18/11;  6,75 кг

- длина канала ствол 5,06 - м

- масса снаряда 26,7 - кг

- параметры  конденсаторной батареи:

емкость  2000 мкФ

напряжения 7000 В индуктивность 300 нГн сопротивление цепи 0,01 Ом

2. Цель работы

Ознакомление с принципом работы установки

3. Предварительные сведения

Перед экспериментом в разрядную камеру (1) внутренняя поверхность которой выполнена из эрозионостойкого материала - лейнер (2) под высоким начальным давлением (10¸40 МПа) закачивается легкий газ (водород или гелий). В этой среде между катодом (3), покрытом слоем изоляции (4), и анодом, которым является корпус камеры, организуется дуговой разряд. Для зажигания дуги между электродами устанавливается инициирующая проволочка (6). При протекании электрического тока на дуге выделяется энергия расходуемая на нагрев (и повышение давления) рабочего газа. При достижении определенной величины давления (обычно 60¸100 МПа) рвется диафрагма (5) и снаряд (7) начинает ускоренно двигаться по стволу (8).

Схема преобразования энергии в электроразрядном ускорителе приведена на рисунке 3.

Часть энергии E₀ запасенной в емкостном выделяется в виде джоулева тепла на дуге E_arc. Коэффициент преобразования h₁ определяется соотношением активных сопротивлений разрядного контура и дуги. Отмечена слабая и не очень четкая зависимость коэффициента h₁ (а, следовательно, и активного сопротивления дуги) от начального давления газа в разрядной камере.

Джоулево тепло за счет различных механизмов теплопередачи (излучение, конвекция, теплопроводность) расходуется как на нагрев рабочего газа, так и на эрозию электродов и стенок камеры. Доля энергии E_arc преобразуемая во внутреннюю энергию газа E_gas определяется коэффициентом h₂. Обработка экспериментальных данных показала удовлетворительную зависимость h₂ от безразмерного комплекса , где W-свободный объем, p₀ - начальное давление газа.

Нагретый рабочий газ имеет возможность расширяться, толкая снаряд. Коэффициент преобразования внутренней энергии газа в кинетическую энергию снаряда h₃ определяется, главным образом, степенью расширения рабочего газа и массой снаряда. Максимальная общая эффективность установки определяемая как h=h_1·h_2·h₃ может составлять до 20-30 %.

Необходимость получения сверхвысоких скоростей метания тел заставляет обращаться не только к новым баллистическим схемам пороховых установок, но и к нетрадиционным источникам энергии, в частности, к  электрической.

При этом в качестве рабочего тела целесообразно использовать легкие газы водород, гелий жидкие или твердые (сублиматоры) метательные вещества с молекулярным весом, меньшим, чем у порохов. Перспективность использования электрической энергии для метания тел заключается в том, что здесь имеется  возможность преодоления порохового (химического) энергетического барьера необходимым вводом  энергии  в рабочую  среду от внешних  источников  электрической энергии. Баллистическое устройство, используемое для размещения  начальной массы  легкого газа  или химических  продуктов, способных их  генерировать в процессе нагрева и термического разложения, будем называть электротермической каморой, а сочетание электротермической каморы  с конструктивным элементом труба с поршнем - электротермической (электроразрядной) метательной установкой.

Таким образом, основными элементами электротермической метательной установки являются источник электрической энергии, электротермическая (электроразрядная) камора и труба с поршнем. Разряд электрической  энергии в газе приводит к образованию между электродами плазменного жгута с температурой  до 3-5 электрон-вольт и более (1 эв равен 11610 градусов Кельвина), который  и  разогревает окружающий  газ (либо сублиматор, испаряя его), повышая  его  температуру, а следовательно, и давление, воздействующее  на метаемое тело