stringtranslate.com

Электромагнитная пушка пушечного калибра

Пусковая установка Cannon -Caliber Electromagnetic Gun ( CCEMG ) — это скорострельная рельсовая пусковая установка, разработанная военными США в начале 1990-х годов для изучения и проверки жизнеспособности электромагнитного оружия. [1]

Описание

Пусковая установка CCEMG (версия III) представляла собой серийный усиленный рельсотрон, способный стрелять тремя пятизарядными залпами пусковых пакетов весом 185 г со скоростью 1850 м/с с частотой стрельбы 5 Гц. Это была охлаждаемая водой на гликоле пусковая установка длиной 2,25 м с прямоугольным каналом ствола диаметром 30 мм, которая достигала скорострельной работы с помощью компульсатора CCEMG, который обеспечивал множественные пиковые импульсы силой 835 кА. [1] [2] Пусковая установка CCEMG имела общую массу всего 273 кг, несмотря на ее сплошную арматуру и ее конструктивно жесткую конструкцию, что стало результатом включения в ее конструкцию направленного механизма предварительной загрузки, керамических боковых стенок и композитной оболочки. Эффективность пусковой установки CCEMG зависела от направленного механизма предварительной загрузки системы, называемого «flatjacks», который располагался между основными и дополнительными рельсами рельсотрона. Плоские домкраты противодействовали электромагнитной нагрузке и оказывали давление на основные рельсы, так что керамические боковые стенки (изготовленные из оксида алюминия марки AD-96) оставались сжатыми на протяжении всего разряда. Они должны были быть сжаты до 138 МПа для полного выстрела током и должны были выдерживать смещение около 1,3 мм. Намотанная на волокна композитная оболочка, состоящая из 82 процентов графитовых волокон и 18 процентов стекловолокна, реагировала на предварительную нагрузку и обеспечивала жесткость пусковой установки в осевом направлении. Рельсы были изготовлены из хромистой меди из-за ее прочности (текучесть 310 МПа), проводимости (82 процента IACS), относительно низкой стоимости и размерной стабильности. [1] [3] Основные рельсы были разрезаны поперек оси пусковой установки до середины керамической стенки, чтобы достичь эффективности казенной части (кинетическая энергия якоря, деленная на энергию, поступающую в казенную часть пушки) в 50 процентов. [1] [4]

Характеристики

В следующих таблицах показаны параметры пусковой установки CCEMG:

Разработка

Пусковая установка CCEMG была разработана в начале 1990-х годов в рамках программы Cannon-Caliber Electromagnetic Gun (CCEMG) для демонстрации жизнеспособности электромагнитного многозарядного оружия. Программа CCEMG спонсировалась Центром исследований, разработок и инжиниринга вооружений армии США и Корпусом морской пехоты США. В рамках проекта Центру электромеханики Техасского университета в Остине (UT-CEM) было поручено построить пусковую установку, а также обеспечить импульсный источник питания и разработку арматуры, в то время как Kaman Science Corporation было поручено разработать интегрированный пусковой пакет (ILP) для рельсотрона. [6] Для проектирования пусковой установки CCEMG был разработан алгоритм оптимизации под названием EXCaliber (сокращение от Electromagnetic eXperimental Caliber), чтобы учесть детали, окружающие требования к конструкции арматуры и ствола, а также проанализировать влияние различных условий среды запуска на размер и массу источника питания. Уравнения, управляющие конструкцией арматуры и ствола, были закодированы в структуре программы FORTRAN , а тепловые и структурные ограничения конструкции как для арматуры, так и для ствола были смоделированы взаимозависимо. EXCaliber использовался для расчета минимального баса арматуры и ствола, а также минимально необходимого энергопотребления казенной части орудия. На основе этих расчетов алгоритм оптимизации определил, что минимальное энергопотребление казенной части имело место при скорости запуска 1,85 км/с и что энергопотребление казенной части для конструкций с одним витком (простая направляющая) увеличивалось с большей скоростью, чем для конструкций с двумя или тремя витками (увеличенная) по мере увеличения скорости запуска. Результаты EXCaliber также пришли к выводу, что прямоугольное поперечное сечение канала ствола обеспечивало более высокую эффективность запуска, чем конструкция с круглым каналом ствола. [7]

При проектировании пусковой установки CCEMG UT-CEM и Kaman Science Corporation получили определенный набор требований, которым должна была соответствовать пусковая установка. (См. таблицу ниже)

Для того чтобы соответствовать этим целевым спецификациям, было сделано несколько конструктивных решений для CCEMG, чтобы оптимизировать его производительность. Якорь CCEMG, который должен был переносить ускоряющий ток и распределять ускоряющую силу на субснаряд, был спроектирован так, чтобы его можно было сбросить после запуска и соприкоснуться с рельсом в двух разных местах. EXCaliber также рассчитал, что пусковой комплект имеет общую массу 180 граммов, которая была равномерно разделена между якорем и субснарядом. Другие конструктивные решения включали включение керамических боковых стенок, внутреннюю предварительную нагрузку и хромомедные рельсы. Для ILP корпорация Kaman Science Corporation спроектировала пусковой комплект для работы со скоростью запуска 1850 м/с, чтобы соответствовать требованиям по проникновению на дальности, что привело к пиковому осевому ускорению 2,06 x 10 6 м/с 2 или 210 000 g. Импульсный источник питания (PPS) для пусковой установки CCEMG состоял из восьми банков, каждый из которых был номинально 200 кДж при номинальном максимальном напряжении заряда 10 кВ. [7] В качестве источника питания пусковой установки CCEMG воздушный компрессор весил 2045 кг и сохранял 40 МДж при 12 000 об/мин. [4] По завершении процесса разработки программы CCEMG были построены два однозарядных рельсотрона (известные как пусковые установки CCEMG IIA и IIB) и охлаждаемый водой гликолем скорострельный рельсотрон (пусковая установка CCEMG III). Единственное указанное отличие пусковых установок IIA и IIB от пусковой установки III заключалось в том, что пусковая установка III имела охлаждающие каналы для охлаждения рельсовых наборов между залпами и направляющую замедления, необходимую для автоматического заряжания . [5]

Тесты

Испытания пусковой установки IIA

Предварительные испытания пусковой установки CCEMG IIA проводились в UT-CEM и в Исследовательской лаборатории армии США (ARL) с 1994 по 1995 год. [1] Основной целью экспериментального испытания была проверка производительности однозарядной пусковой установки и ILP для определения того, соответствуют ли они системным требованиям CCEMG. Улучшения и модификации пусковой установки и ILP были сделаны на различных этапах испытаний. [6]

Тестирование CEM-UT

Пусковая установка CCEMG IIA произвела в общей сложности 11 выстрелов в UT-CEM. Пусковая установка была оснащена 1 МДж/импульсным железным сердечником, и выстрелы производились с постепенным увеличением энергии системы. [1] [5] Отклонение осевой линии канала ствола измерялось до и после нагнетания давления в плоском домкрате перед электрическими испытаниями, чтобы определить, оказали ли плоское домкратное устройство влияние на прямолинейность канала ствола, что указывало на целостность адгезионных связей между рельсами и боковой стенкой, а также на симметрию предварительной нагрузки конструкции. [1] [4] Прямолинейность канала ствола изменилась очень мало даже после 11-го выстрела, отклонившись от прямой линии максимум на 0,2 мм, что говорит о том, что либо к конструкции прикладывалась равномерная величина осевой деформации, либо осевые деформации плоского домкрата оказали минимальное влияние на конструкцию. Пусковая установка IIA продемонстрировала свои самые высокие характеристики при выстреле 7, который имел пиковый ток 552 кА. Во время последнего выстрела испытатели обнаружили дефект изоляции внутри пусковой установки. В результате были внесены изменения в конструкцию электроизоляции пусковых установок IIB и III, такие как утолщение слюдяной изоляции , добавление композитного изолирующего барьера между областью коллектора плоского домкрата и усиливающими рельсами, а также включение дополнительного слоя стекловолокна в отверстие композитной оболочки. [1] [5]

ARL-тестирование

ARL-тестирование пусковой установки CCEMG IIA проводилось на EM-объекте на трансзвуковом полигоне в Абердинском испытательном полигоне (APG) , штат Мэриленд. Пусковая установка питалась от импульсного источника питания на основе конденсатора мощностью 1,55 МДж, состоящего из восьми банков, каждый из которых мог заряжаться до разных начальных напряжений и запускаться независимо во времени. [1] [5] На протяжении всего тестирования начальная скорость измерялась с использованием различных методов, таких как регистрация скорости изменения индукционного поля в канале ствола якоря. Другие методы включали использование мазковой камеры , импульсного рентгеновского излучения и радара. Радар также использовался для оценки снижения скорости субснаряда, которое происходило на дальности полета. Пятнадцать карт рыскания, которые служили картонными мишенями, использовались для оценки аэродинамики свободного полета снаряда, запущенного из рельсотрона. [6] [8] [9]

Всего было произведено 39 выстрелов по APG, из которых выстрелы с 1 по 9 были сосредоточены на характеристике компонентов, выстрелы с 10 по 16 — на развитии якоря, выстрелы с 17 по 27 — на динамике запуска, выстрелы с 28 по 32 — на возможностях псевдомногозарядки, а выстрелы с 33 по 39 — на пиковой производительности. Выстрелы с 28 по 32 были произведены без обслуживания канала ствола между пятью последовательными выстрелами для оценки окончательной многозарядной работы пусковой установки CCEMG. [1] Во время выстрелов с 33 по 39 пусковая установка IIA подвергалась максимальным уровням напряжения за счет увеличения начального напряжения заряда конденсатора и результирующего пикового тока, подаваемого на пусковую установку. [6] Следовательно, выстрел 39 продемонстрировал наивысшую производительность с пиковым током 766 кА, а также наивысшим дульным током в 384 кА. Однако, поскольку пусковая установка не была рассчитана на выдерживание такого уровня силы на дульном срезе, впоследствии были обнаружены существенная структурная деформация и износ рельсов на дульном срезе. [1] По завершении испытания было установлено, что пусковая установка IIA стала непригодной к использованию из-за полученного повреждения, а оставшийся плоский домкрат был подвергнут давлению до отказа, чтобы определить его верхний предел конструкции. Плоский домкрат достиг потолка давления 30 ksi без отказа, но вскоре после этого нагнетание давления прекратилось, чтобы предотвратить повреждение усиливающих рельсов, которые были спасены для повторного использования. После разборки пусковой установки IIA было обнаружено несколько трещин в боковых стенках, вероятно, из-за концентрации напряжений. Однако рельсовые связи и поверхности отверстий рельсов с алюминиевым покрытием получили очень незначительные повреждения. [1] [5]

Тестирование Launcher III

Тест производительности пусковой установки CCEMG III был проведен CEM-UT в 1996 году. Несмотря на то, что это была многозарядная система, пусковая установка III прошла только однозарядное испытание во время этой оценки с целью проверки точности компьютерного моделирования, установления надежности системы управления и определения необходимых параметров для системы импульсной мощности. Многозарядное испытание проводилось с постепенным увеличением энергии системы в последующих испытаниях. Всего было произведено шесть одиночных выстрелов для этого испытания, из которых шестой выстрел продемонстрировал самую высокую дульную энергию в 279 кДж. Результаты показали отсутствие повреждений рельса или боковой стенки пусковой установки, за исключением незначительной дуговой эрозии, вызванной последним выстрелом. [4]

Последующие эксперименты

В 1999 году исследователи из ARL провели серию экспериментов на пусковой установке CCEMG на трансзвуковом экспериментальном объекте в Абердине, чтобы изучить влияние электромагнетизма на процесс отделения поддона и на субснаряд во время запуска. [10] [11]

Ссылки

  1. ^ abcdefghijklm Зелински, Александр; Верст, Майкл (июль 1995 г.). Скорострельный рельсотрон для электромагнитной системы пушки пушечного калибра. 8-й симпозиум по электромагнитному запуску. Балтимор, Мэриленд.
  2. ^ Фонтани, Гарри (10 ноября 1999 г.). Электрический запуск: неизбежная технология. 18-й Международный симпозиум по баллистике. Сан-Антонио, Техас. С. 325–326. ISBN 9781566769013.
  3. ^ Ценг, Джером; Шмидт, Эдвард (2004). «Современные материалы приближают технологию электромагнитного оружия на один шаг к полю боя». AMPTIAC Quarterly . 8 (4): 79–84. CiteSeerX 10.1.1.383.9304 . 
  4. ^ abcde Werst, Michael; Hotz, Thomas; Kitzmiller, Jon; Penney, Chuck; Telander, RM (январь 1997 г.). «Испытание скорострельного рельсотрона калибра Cannon». IEEE Transactions on Magnetics . 33 (1): 613–618. Bibcode : 1997ITM....33..613W. doi : 10.1109/20.560084. hdl : 2152/30557 .
  5. ^ abcdefgh Зелински, Александр; Верст, Майкл (январь 1997 г.). "Электромагнитная пусковая установка пушечного калибра". IEEE Transactions on Magnetics . 33 (1): 630–635. Bibcode : 1997ITM....33..630Z. doi : 10.1109/20.560087.
  6. ^ abcde Зелински, Александр; Вайнахт, Пол; Уэбб, Дэвид; Соенксен, Кейт (март 1997 г.). Исследование баллистических характеристик электромагнитного снаряда, запускаемого из пушки (отчет). Исследовательская лаборатория армии США. ADA326880. Архивировано из оригинала 25 апреля 2022 г. – через Центр технической информации Министерства обороны.
  7. ^ ab Price, JH; Yun, HD; Kajs, JP; Kitzmiller, JR; Pratap, SB; Werst, MD (январь 1995 г.). «Отказ от оптимизации арматуры и ствола для электромагнитной пусковой системы пушечного калибра». IEEE Transactions on Magnetics . 31 (1): 225–230. Bibcode : 1995ITM....31..225P. doi : 10.1109/20.364697. hdl : 2152/30918 .
  8. ^ Зелински, AE; Соенксен, K.; Уэбб, DW; Вайнахт, P. (январь 1997 г.). «Характеристики интегрированного пускового пакета в пусковой установке пушечного калибра». IEEE Transactions on Magnetics . 33 (1): 163–168. Bibcode : 1997ITM....33..163Z. doi : 10.1109/20.559936.
  9. ^ Зелински, А.; Хильденбранд, Д. (январь 1997 г.). «Наблюдение и моделирование характеристик контакта арматуры в электромагнитной пушке пушечного калибра». IEEE Transactions on Magnetics . 33 (1): 157–162. Bibcode : 1997ITM....33..157Z. doi : 10.1109/20.559935.
  10. ^ Зелински, А. Е.; Вайнахт, П. (январь 1999 г.). «Влияние электродинамики рельсотрона на динамику запуска снаряда». IEEE Transactions on Magnetics . 35 (1): 118–123. Bibcode : 1999ITM....35..118Z. doi : 10.1109/20.738388.
  11. ^ Зелински, AE; Вайнахт, П.; Пауэлл, Дж. Д. (январь 1999 г.). «Влияние электродинамики рельсотрона на отбраковку арматуры». Труды IEEE по магнетизму . 35 (1): 112–117. Bibcode : 1999ITM....35..112Z. doi : 10.1109/20.738387.