ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ УСКОРИТЕЛЬ СНАРЯДОВ
ELECTROMECHANICAL ACCELERATOR OF SHELLS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к метательным устройствам и может быть использовано, например, в военной сфере, в частности как метательное оружие, или для лабораторного исследования характеристик материала при ударном воздействии.
Уровень техники
Известным аналогом является огнестрельное оружие [Жук Л.Б. Стрелковое оружие. Револьверы, пистолеты, винтовки, пистолеты-пулеметы, автоматы / Воениздат: 1992, с.735], основным недостатком которого можно считать ограничение скорости выпущенного снаряда скоростью протекания реакции при воспламенении порохового заряда и скоростью движения пороховых газов в стволе. Принцип действия автоматики одноствольного огнестрельного оружия не позволяет обеспечить сверхвысокую скорострельность.
Известно устройство многоступенчатого электромагнитного ускорителя [Патент RU №2331033, МПК: F41B 6/00, опубл. 10.08.2008, бюл. №22], в котором для разгона боеголовки используется электромагнитная энергия.
Недостатком многоступенчатого электромагнитного ускорителя является то, что чем больше скорость движения снаряда, тем быстрее необходимо коммутировать тяговые катушки, а само-ЭДС катушки при отключении питания стремится поддержать протекание тока в катушке, тем самым препятствует ее отключению. В результате высоких потерь на перемагничивание и в воздушном зазоре между снарядом и стволом у установки низкий КПД.
Известно устройство электромагнитного ускорителя с вращением снаряда [Патент RU №2258885, МПК: F41B 6/00, опубл. 20.08.2005. бюл. №23], содержащее нарезной ствол из немагнитного материала. В результате продольного движения снаряда в нарезном стволе ему сообщается стабилизирующее вращение вокруг оси снаряда, однако из-за работы сил трения скольжения КПД установки становится еще меньше, а износ ствола увеличивается.
В качестве наиболее близкого аналога для заявленного техническою решения принята электромагнитная катапульта [Патент RU №2291816, МПК: B64F 1/00, B64F 1/06, опубл. 20.01.2007, бюл. №2], состоящая из индуктивных катушек типа соленоида, надетых на трубу из диамагнитного материала, внутри которой свободно перемещается железный сердечник, за которым закреплен трос, а на другом конце троса закреплено кольцо, надевающееся на крюк самолета для взлета его с палубы авианосца.
Недостатком данной конструкции является низкий КПД электромагнитного привода используемого типа. Подобная конструкция катапульты рассчитана на периодическое действие, при этом после каждого пуска кинетическая энергия сердечника гасится в тормозных устройствах и не используется для следующего пуска.
Раскрытие изобретения
Заявленным изобретением решается задача создания метательного устройства непрерывного действия с повышенным КПД и стабильностью полета снаряда за счет придания ему поступательного и вращательного движения, причем для метания снаряда не используется энергия пороховых газов.
Поставленная задача решается тем, что в электромеханическом ускорителе снарядов, содержащем привод с электродвигателем и тяговым элементом, сцепление жестко закрепленное на тяговом элементе и направляющую, согласно заявляемому изобретению тяговый элемент выполнен непрерывным, огибающим приводное и натяжное колеса, сцепление выполнено в виде пропущенного сквозь вилку с возможностью осевого перемещения стержня, взаимодействующего с центральным отверстием снаряда, выполненного в виде тела вращения. Причем для вращения тягового колеса используется роторный электродвигатель.
Так как КПД роторного электродвигателя всегда выше чем у линейного, то это позволит ограничиться малыми токами в проводниках, снизить тепловые потери, упростить систему питания и уменьшить массогабаритные показатели двигателя.
В качестве тягового элемента могут быть использованы цепь или ремень, работающие в паре с двумя цепными колесами или шкивами соответственно.
Сцепление обеспечивает временную связь шайбы с приводом, увлекая за собой снаряд вдоль направляющей. Снаряд катится внешним диаметром по направляющей, при этом ему сообщается вращательное движение вокруг собственной оси, причем движению снаряда препятствует сила трения качения в отличие от огнестрельного оружия, где движению снаряда в стволе препятствует сила трения скольжения.
Для обеспечения высокой начальной скорости снаряда приводное и натяжное колесо должны вращаться с большой угловой скоростью. Это приведет к появлению значительных гироскопических сил, которые придадут устойчивость метательной установке в целом и повысят кучность боя. После сцепления привода с шайбой импульс ударного взаимодействия будет намного слабее, чем отдача при производстве выстрела из огнестрельного оружия, так как нет необходимости гасить импульс от подвижных частей механики оружия и пороховых газов, а накопленная кинетическая энергия во вращающихся частях привода используется для разгона следующих снарядов.
Предложенная конструкция позволяет изменять скорострельность при метаний серии снарядов.
Для непрерывного питания установки снарядами в конструкции предусмотрен магазин с прижимным устройством.
Предложенная конструкция не исключается использование двигатель другого типа, например турбины, с подходящими характеристиками.
Осуществление изобретения
Предлагаемое устройство представлено на чертеже, где показана компоновка устройства в изометрии.
Электромеханический ускоритель снарядов состоит из направляющей 1, по которой движется снаряд (шайба) 2, остальные снаряды находятся в магазине 3. Сцепление, состоящие из стержня 4 и втулки 5, обеспечивает механическую связь тягового элемента (цепи) 6 со снарядом 2. Тяговый элемент 6 натянут между двух (цепных) колес 7.
Электромеханический ускоритель снарядов работает следующим образом. Привод, состоящий из двигателя (не показан) и двух (цепных) колес с натянутым между ними тяговым элементом (цепью), раскручивается до расчетной частоты вращения. Для этого роторный электродвигатель или другой привод, например турбина, раскручивает приводное колес 7, вместе с ними приходит в движение тяговый элемент 6 с закрепленным на ней сцеплением, которое состоит из стержня 4 во втулке 5 и линейною привода стержня (не показан). На этапе разгона стержень 4 втянут во втулку 5, так что он не может контактировать со снарядом 2. Снаряд 2 устанавливается на направляющую 1 из магазина 3.
После достижения расчетной частоты вращения, при которой скорость тягового элемента 6 на прямом участке между колесами 7 будет достаточна для метания снарядов (шайб) 2, стержень 4 выдвигается из втулки 5 линейным приводом. В выдвинутом положении стержень 4 взаимодействует со снарядом 2 и увлекает его вдоль направляющей 1. При этом снаряд 2 катится по контактирующей поверхности направляющей 1 и раскручивается относительно собственной оси. После прохождения прямого участка стержень 4 втягивается во втулку 5 освобождая снаряд 2. В результате снаряду сообщается скорость вдоль направляющей 1 и крутящий момент вдоль собственной оси.
Следующий снаряд устанавливается на направляющую 1 из магазина 3 поджимающим устройством (не показано). Сцепление продолжает движение по траектории тягового элемента 6. В момент, когда сцепление находится напротив следующего снаряда, стержень 4 выдвигается из втулки 5 и процесс повторяется.
Частота колебаний стрежня 4 во втулке 5 определяет скорострельность метательной установки при производстве серии выстрелов.