1.2 Классификация средств высокоскоростного метания.

По принципу разгона тела указанные устройства могут быть разделены на два класса.

1. Газодинамические установки, в которых модель разгоняется газом (АГУ)

2. Электродинамические установки, в которых модель разгоняется силами, возникающими за счёт взаимодействия токов или за счёт магнитного поля. Электродинамические установки подразделяются на контактные и неконтактные.

Газодинамические легкогазовые устройства по конкретному принципу подразделяются на одноступенчатые и многоступенчатые. В одноступенчатых устройствах энергия к рабочему газу подводится непосредственно, либо за счёт горения, либо за счёт электрического разряда: принципиальным преимуществом этих установок является их простота.

В многоступенчатых устройствах подвод энергии к рабочему газу происходит через промежуточные ступени, например, разгоняется поршень, а затем кинетическая энергия поршня превращается в потенциальную энергию сжатого газа и т.о.

По принципу подвода энергии к рабочему газу газодинамические установки делятся на три группы :

А) установки с механическим сжатием ( поршнем или ударной волной)

Б) установки с электронагревом

В) установки с горением

В окончательном виде классификация показана на рисунке

Высокоскоростные

баллистические установки

Газодинамические Электродинамические

Одноступенчатые Многоступенчатые Контактные Индуктивные

Химические Электрические Поршневые Диафрагменные

Дроссельные

Комбинированные

Для наиболее полного представления о приведённых в классификации схемах рассмотрим наиболее типичные из них.

1.3.Одноступенчатые газодинамические метательные устройства.

Самой простой можно считать ЛГУ, в которой рабочим телом является лёгкий газ (Н₂),

нагреваемый пороховым зарядом. В этом случае при сгорании получается смесь с молекулярным весом меньшим, чем у пороховых газов, но с несколько меньшей температурой. Максимальная скорость, достигнутая при метании тел из устройства такого типа, близка к скорости, достигаемой на обычных пусковых системах, и поэтому практическое применение эти системы не получили. Хотя данная система данная схема при определённых условиях может дать определённый выигрыш по сравнению с поршневой. V≈2,5 км/с

Следующим шагом в развитии одноступенчатых установок явилось применение в качестве рабочего газа смеси, состоящие из кислорода, водорода и гелия (КВГС)

Схема такой установки показана на рисунке.

О₂ Н₂ Не

На графике приведены основные характеристики этого рабочего газа в зависимости от процентного содержания в смеси гелия. Наибольшая скорость звука получается при

ε ≈ 70-75 %. В этом случае a₀=2330 м/с.

На установках, использующих КВТС, может достигаться скорость метания 3500-4000 м/с. Перспективной среди установок рассматриваемого типа является установка с электрическим подогревом лёгкого газа. В качестве источников энергии для таких установок могут быть использованы аккумуляторные и конденсаторные батареи, индукционные накопители и т.д. В случае электрического подогрева температура газа может достигать 10000 К и более. Ограничения температуры рабочего газа в этом случае связаны с теплопередачей через стенки и вопросами живучести.

Реальная температура с точки зрения живучести ствола для электроимпульсных установок считается Т≈ 8000 – 10000 К, предельная скорость метания 10 км/с. Фактическая скорость метания зависит от конкретных особенностей электроимпульсной камеры, в частности от давления газа и соотношения между массой метаемого тела и массой газа и будет ниже предельной из-за значительного увеличения молекулярного веса газа за счёт эрозии электродов (обычно 4-5 км/с). Следует отметить сложность при создании таких установок, которая связана с мощными источниками электрической энергии !!! Например, удельная энергоемкость существующих конденсаторных батарей ≈ 100 Дж/кг (пороха ≈ 4 МДж/кг) не говоря уж о габаритах. Поэтому на сегодняшний день существуют установки такого класса только в лабораториях. Кроме того, трудности работы определяется с высокими токами, напряжениями.