РЕЛЬС ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО УСКОРИТЕЛЯ МАСС С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ОХЛАЖДЕНИЯ

Заявляемая полезная модель относится к устройствам охлаждения электромагнитного ускорителя масс и может быть использовано для вывода полезного груза на орбиту.
Известен электромагнитный ускоритель масс по патенту США № US 8,371,205 В1. Электромагнитный ускоритель масс (ЭМУ) содержит, по меньшей мере, два удлиненных высоковольтных рельса, скользящую арматуру, которая электрически контактирует с каждой шиной высокого напряжения, по меньшей мере, двумя удлиненными металлическими опорными балками, выполненными с возможностью обеспечения механической прочности ЭМУ, причем опорные балки параллельны высоковольтным рельсам и множество металлических опорных пластин, выровненных по периметру вокруг опорных балок, и по длине рельсового пути упомянутые опорные пластины, выполненные с возможностью обеспечения дополнительной механической прочности ЭМУ: при этом опорные пластины электрически изолированы друг от друга и от опорных балок.
Известен электромагнитный ускоритель масс по патенту США № US 8,302,584 В1, включающий в своем составе рельс и снаряд, причем на снаряде располагается обмотка в форме катушки индуктивности. При работе этого ускорителя, ток протекает через эту обмотку.
Недостатком аналогов является низкая надежность по причине интенсивного нагрева их рельс, вызванного механическим взаимодействием снаряда и рельс и прохождением тока высокой интенсивности.
Наиболее близкими к сущности заявляемой полезной модели являются: классический ускоритель, описанный в статье «На орбиту - на электровозе» журнала «Российский космос» (№9, 2011), а так же «Электродинамический ускоритель масс», описанный Львом Арцимовичем.
Ускоритель состоит из 2-х параллельных элементов, называемых рельсами, подключенных к источнику постоянного тока. На рельсах располагают массу, которую необходимо ускорить.
Ускоритель масс по прототипу работает следующим образом: подается ток на одну рельс, он проходит через эту рельс, далее через снаряд и через вторую рельс возвращается к источнику. В результате образуется магнитное поле, которое при взаимодействии с протекающем в снаряде электрическим током, обуславливает возникновение силы Ампера, приложенной к снаряду и приводящей его в движение с ускорением.
Недостаток прототипа - интенсивный нагрев рельс, что приводит к низкой надежности электромагнитного ускорителя масс, снижению дальности и скорости на выходе у метаемого объекта.
Техническая задача, вытекающая из критики аналогов и прототипа: увеличение надежности ЭМУ путем дополнительного охлаждения его рельс.
Указанная техническая задача решается тем, что рельсы выполнены полыми, а на их внутреннюю поверхность нанесен слой из материала с низкой работой выхода электронов.
На входе в рельс, с одного конца, установлен источник передачи энергии рабочему телу; на противоположном конце рельса (выход) расположен элемент - анод, воспринимающий электроны из потока рабочего тела. Анод последовательно через электрическую нагрузку соединен с рельсом и эмиссионным слоем. Рельс и эмиссионный слой образуют катод. При этом, анод, гидравлически последовательно, через трубопровод, обратный клапан и источник передачи энергии рабочему телу, связан со входом в рельс. К трубопроводу подсоединен источник хранения рабочего тела через отсечной клапан.
При разгоне снаряда рельс нагревается до температуры, при которой с их внутренней поверхности начинают выходить электроны, забирая с собой большое количество тепла. Рельс при этом охлаждается.
Электроны попадают в рабочее тело и уносятся им в направлении анода. В результате ликвидируется пространственный заряд, препятствующий дальнейшей эмиссии. Затем они попадают на анод и направляются в полезную нагрузку, где совершают полезную работу.
Очевидно, что тепло преобразуется в электрическую энергию. Изначально рабочее тело хранится в емкости и в качестве рабочего тела могут выступать инертные газы или слабоионизированная плазма (например, цезий).
Технический результат, получаемый в результате реализации полезной модели, заключается в том, что увеличивается надежность ЭМУ за счет обеспечения электронного охлаждения, снижения температуры и температурных напряжений рельс ЭМУ при термоэлектронной эмиссии, при этом увеличивается ресурс рельсов, появляется возможность увеличить скорострельность. При этом не требуется сложной системы охлаждения, которая уменьшала бы массу конструкции.
Заявляемая полезная модель представлена на чертеже. Устройство охлаждения рельс электромагнитного ускорителя включает в своем составе: 1 - снаряд; 2 - токопроводящая рельса; 3 - эмиссионный слой; 4 - источник тока; 5 - трубопровод; 6 - анод; 7 - полезная нагрузка; 8 - источник подвода энергии к рабочему телу; 9 - обратный клапан; 10 - клапан; 11 - источник рабочего тела.
Снаряд 1, предназначен для получения ускорения под действием силы Ампера; токопроводящий рельс 2, служит для обеспечения направленного движения снаряда; эмиссионный слой 3, обеспечивает эмиссию электронов; источник тока 4, служит для движения снаряда под действием силы Ампера; трубопровод 5, служит для направленного движения рабочего тела по контуру; анод 6, служит для восприятия всех электронов, вышедших из эмиссионного слоя; полезная нагрузка 7, служит для охлаждения электронов путем совершения полезной работы; источник подвода энергии к рабочему телу 8, служит для компенсации гидравлических потерь в рабочем теле; обратный клапан 9, предотвращает циркуляцию рабочего тела к аноду от емкости хранения рабочего тела; клапан 10, служит для того, чтобы открывать доступ рабочего тела в трубопровод; источник рабочего тела 11, служит для хранения рабочего тела.
Заявляемая полезная модель работает следующим образом: в начальный момент времени от источника тока (4) начинает двигаться ток, который идет по рельсам (2). Снаряд (1) начинает движение с ускорением, при этом за счет трения и выделения Джоуля тепла рельсы (2) и эмиссионный слой (3) начинают греться до температуры, при которой с из внутренней поверхности начинают выходить горячие электроны, забирая с собой энергию в следствии чего рельсы (2) охлаждаются. Одновременно открывается клапан (10) и рабочее тело из емкости (11) для хранения рабочего тела под давлением (11) поступает в трубопровод (5) и устремляется в направлении источника подвода энергии к рабочему телу (8). Движению рабочего тела к аноду (6) препятствует обратный клапан (9). При поступлении рабочего тела в источник подвода энергии к рабочему телу (8) ему придается энергия для последующего движения вдоль эмиссионного слоя (3). Вышедшие горячие электроны попадают в поток рабочего тела и сносятся им в направлении анода (6) (ликвидируется пространственный заряд, препятствующий дальнейшей эмиссии). Далее электроны воспринимаются анодом (6) и от него отправляются в электрический нагрузку (7), где совершают полезную работу, охлаждаясь при этом. Затем, остывшие электроны возвращаются в рельс (2) и к эмиссионному слою (3), и цикл охлаждения повторяется заново.
После анода (6) рабочее тело проходит через обратный клапан (9), от него к источнику подвода энергии к рабочему телу (8), и цикл движения рабочего тела непрерывно повторяется заново.
Технический результат, получаемый в результате реализации полезной модели, заключается в том, что увеличивается надежность ЭМУ за счет обеспечения электронного охлаждения, снижения температуры и температурных напряжений рельс ЭМУ при термоэлектронной эмиссии, при этом увеличивается ресурс рельсов, появляется возможность увеличить скорострельность. При этом не требуется сложной системы охлаждения, которая уменьшала бы массу конструкции.