Электроэрозионный износ канала коаксиального магнитоплазменного ускорителя

• Автор: Герасимов, Дмитрий Юрьевич
• Шифр специальности: 05.14.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 190 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список сокращений и обозначений

ВВЕДЕНИЕ

1 Литературный обзор.

1.1 Рельсовые ускорители.

1.2 Коаксиальные ускорители

1.3 Электрическая эрозия электродов и динамика ускорения

плазменной перемычки в электромагнитных ускорителях

2 Устройство и принцип действия ускорительной системы на

основе коаксиального магнитоплазменного ускорителя.

2.1 Пульт управления и регистрации.

2.2 Источник питания стенда, зарядное устройство.
2.3 Емкостной накопитель энергии.
2.4 Работа емкостного накопителя на нагрузку КМПУ
2.5 Устройство коаксиального магнитоплазменного ускорителя
2.6 Принцип действия коаксиального магнитоплазменного
ускорителя
3 Динамика ускорения и дифференциальный электроэрозионный
износ поверхности ускорительного канала КМПУ.
3.1 Динамика ускорения.
3.2 Дифференциальный электроэрозионный износ поверхности ускорительного канала.
3.3 Влияние энергии емкостного накопителя
3.4 Изменение энергетических характеристик путем отсечки хвостовой части импульса тока.
3.5 Влияние условий снаряжения канала формирования плазменной структуры на характеристики ввода энергии, динамику ускорения
и дифференциальный электроэрозионный износ.
3.5.1 Влияние числа ЭВП и длины КФГ1С.
3.5.2 Влияние газогенерирующего вещества.
3.6 Влияние давления газа в свободном пространстве рабочей
камеры
4 Интегральный электроэрозионный износ поверхности ускорительного канала коаксиального магнитоплазменного ускорителя
4.1 Наиболее значимый фактор электроэрозионного износа. Анализ результатов исследования электрической эрозии поверхности
стволов из нержавеющей стали.
4.2 Электроэрозионный износ поверхности УК стволов из меди, дюралюминия, титана
4.3 Анализ результатов по интегральному электроэрозионному
износу поверхности УК из разных металлов.
4.4 Снижение электроэрозионного износа поверхности УК
4.4.1 Использование высокоуглеродистых нержавеющих сталей .
4.4.2 Снижение электроэрозионного износа поверхности УК
введением в плазму разряда порошкообразного бора В и кремния .
4.5 Влияние скорости плазменного течения на интегральный электроэрозионный износ.
5 Повышение эффективности электроэрозионной наработки материала за счет оптимизации электромагнитной системы
коаксиального магнитоплазменного ускорителя.
5.1 Влияние направления аксиального внешнего магнитного поля соленоида и полярности электродов КМПУ
5.2 Влияние степени экранирования стенкой ствола ускорительного канала
5.3 Влияние короткозамкнутого фланца соленоида внешней индукционной системы
6 0 возможностях технологии нанесения покрытий с
использованием коаксиального магнитоплазменного
ускорителя
6.1 Нанесение медного покрытия на алюминиевые контактные поверхности.
6.2 Нанесение покрытий состава нержавеющей стали на металлические поверхности.
6.3 Нанесение сверхтвердых покрытий на основе титана на
металлические поверхности
6.3.1 Сверхтвердые покрытия на стальной подложке
6.3.2 Сверхтвердые покрытия на подложке из алюминиевого
сплава
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


После замыкания ключа К и пробоя промежутка между электродами 1 и 2 в системе возникает ток 5, текущий в РУ по двум направляющим стержнямрельсам, в КУ по внутреннему и наружному коаксиальным цилиндрам. Между ними ток протекает по некоторому проводящему объему сгустку плазмы. Вокруг направляющих в РУ и внутреннего электрода в КУ возникает азимутальное магнитное поле В, которое взаимодействует с полем тока, протекающего по плазменному промежутку, и создает силу У7, направленную в сторону, противоположную местам подвода тока к электродам. Направление действия этой силы не зависит от направления тока, так как со сменой знака У меняется и знак В. Токовая петля, состоящая из электродов и плазменного промежутка, стремится, как бы расшириться, увеличить свои линейные размеры. А
Рисунок 1. Схемы ускорителей а рельсового б коаксиального. Этот принцип лежит в основе действия всех электродинамических ускорителей. Различие между теми или иными конкретными устройствами заключается лишь в их геометрическом исполнении, направлении движения тока и схем наложения ВМП служащих либо для улучшения равномерности заполнения плазмой межэлектродного промежутка, либо для увеличения движущей силы. Важным, в особенности для ускорителей работающих на газе высокого давления, является то, что проводимость плазмы, по которой протекает ток, не бесконечна. Поэтому она обладает сопротивлением, и при прохождении по ней электрического тока выделяется джоулева теплота, которая частично теряется в окружающем пространстве и уходит в стенки ускорителя вследствие излучения и теплопроводности. Оценить значение этого эффекта в зависимости от начального давления газа можно, сопоставив силы электромагнитную и теплового расширения. Газокинетическое давление можно оценить по формуле 7
где Л гЭ объем, подвергнутый воздействию разряда Бплощадь сечения ускорителя, путь, пройденный фронтом разряда. Термодинамические свойства среды опосредованно влияют на параметры , Яд, г. Наиболее просто эту зависимость можно установить для г, записав уравнение движения массы сгустка плазмы с1Миск Рэ Рд Р. Итак, в зависимости от давления рабочей среды поразному должны расставляться акценты при оптимизации процесса ускорения. Если при низких давлениях основное внимание необходимо уделять эффективному преобразованию электромагнитной энергии, то при больших тепловой. Вопросы разгона макрочастиц до больших скоростей интересуют исследователей с точки зрения решения широкого круга фундаментальных и прикладных задач, одной из которых является исследование поведения вещества в критических состояниях, т. Выделяющаяся при этом энергия соизмерима с энергией химических связей, происходит изменение электрических, магнитных и оптических свойств среды 8, оказывается даже возможным осуществление контролируемой реакции ядерного синтеза 9. В работе даны анализ и оценки предельных возможностей существующих методов ускорения макрочастиц до гиперскоростей с
1. Дальнейшее развитие эти оценки получили в работах 9, , . В качестве перспективных рассматривались легкогазовые пушки с электроподогревом , абляционные и комбинированные 9, ускорители микро и макрочастиц. Основой последних является воздействие на метаемое тело МТ потока плазмы с плотностью см3 и скоростью
истечения смс, создаваемого различными плазменными ускорителями или излучением лазера. На рисунке 1. ЭМУ, в том числе РУ, привлекли внимание исследователей после публикаций работ . Это связано с тем, что при метании твердых тел со скоростью г кмс на единице площади мишени создаются более высокие плотности энергии по сравнению с мощными лазерными и ядерными системами. Кажущаяся простота конструкции и наличие компактных источников энергии сразу поставили эти системы в ряд наиболее перспективных видов оружия, включая космическое , , несмотря на определенные сомнения , касающиеся быстрого осуществления проектов создания РУ в связи с большим числом нерешенных физических задач. Не осталась без внимания эта проблема и у нас в стране . Большинство исследований проводилось на основе РУ с жесткой обтюрацией МТ гладкоствольный вариант типа дробовик, предложенного учеными Австралии и США.