|
Магнито-импульсные установки для проведения ударных испытаний Владимирский государственный университет Научный руководитель: Татмышевский Константин Вадимович, к.т.н. При исследовании поведения материалов и конструкций под действием импульсных ударных нагрузок основной задачей является ускорение макротел до сверхвысоких скоростей. Одним из перспективных методов ускорения тел является метод магнито-импульсного метания, описываемый законом Био-Савара-Лапласа. Метод заключается в возникновении электромеханических сил взаимодействия между магнитным полем индуцированного в метаемом теле (инденторе) тока с магнитным полем тока в индукторе. Возникающие силы, носящие импульсный характер, сообщают индентору запас кинетической энергии. Скорость метания при этом может достигать при оптимальных условиях несколько километров в секунду.Метод магнито-импульсного ускорения тел положен в основу принципа действия магнито-импульсных установок, которые являются эффективным средством изучения поведения материалов при ударном нагружении методом обращенного пуска. Энергия, скорость, сила удара метаемого тела по преграде, к.п.д. процесса метания в магнито-импульсной системе сильно зависят от ее основных параметров: габаритных размеров и числа витков индуктора, емкости накопительного конденсатора, разрядного напряжения, размеров шин коммутации разрядного контура и т.д. Для теоретической оценки влияния этих факторов разработана математическая модель, представляющая собой систему интегро-дифференциальных уравнений, составленных по электрической схеме замещения магнито-импульсной системы. В основу математической модели магнито-импульсного ускорения положено уравнение движения проводящего тела под действием электромагнитных сил отталкивания (1):
где i1, i2 – ток разрядного контура и ток контура метаемого тела соответственно;М – взаимная индуктивность контуров; x – аксиальная координата ускоряемого проводника; m – масса метаемого тела. Анализ математической модели позволяет определить все параметры движения проводника: ускорение, скорость, перемещение и, следовательно, оптимальный путь разгона и массу проводника при заданных параметрах системы “индуктор – метаемый проводник”, а также рассчитать кривые разрядного тока в цепи индуктора и наведенного тока в цепи метаемой пластины. Процессу математического моделирования магнито-импульсного метания предшествует расчет основных параметров магнитной системы, оказывающих наибольшее влияние на процесс ускорения. Расчет проводится по методике, разработанной с использованием расчетной схемы “индуктор – метаемый проводник” и позволяющей определить основные конструктивные и электрические параметры магнито-импульсной установки. С целью упрощения исследования процесса ускорения, в среде DELPHI разработана программа, которая на основе введенных пользователем-конструктором необходимых начальных данных, осуществляет расчет параметров магнито-импульсной системы согласно разработанной методике и проводит анализ математической модели процесса магнито-импульсного метания. Результатом выполнения программы являются кривые перемещения, скорости и ускорения метаемого тела, а также графики изменения токов в цепях индуктора и метаемого проводника.Для проведения экспериментальных исследований разработан опытный образец магнито-импульсной установки. В состав опытной установки входят: силовой блок, содержащий емкостной накопитель и коммутирующее устройство, индуктор, пульт дистанционного управления, цифровой измеритель скорости метания. При метании компактных тел с помощью поддонов используется отсекатель. Опытная магнито-импульсная метательная установка имеет следующие технические характеристики:
Предусмотрена возможность увеличения скорости и массы метаемых тел за счет повышения емкости накопителя с повышением общей накапливаемой энергии до 25-30 кДж. При опытной эксплуатации подтверждены основные достоинства магнито-импульсного способа метания, а именно высокая производительность испытаний, воспроизводимость испытаний, бесшумность работы, отсутствие продуктов горения и взрыва в зоне испытаний, удобство и безопасность эксплуатации, широкая номенклатура метаемых изделий, малый путь разгона метаемого тела до максимальной скорости. Список публикаций:
|
,
(1)| (c) АСФ России, 2001 |