Исследование мощных импульсных разрядов в плотных газовых средах для создания аппаратуры на базе импульсных генераторов плазмы тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.13 ВАК РФ

На правах рукописи

САВВАТЕЕВ АЛЕКСАНДР ФЕДОРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ РАЗРЯДОВ В ПЛОТНЫХ ГАЗОВЫХ СРЕДАХ ДЛЯ СОЗДАНИЯ АППАРАТУРЫ НА БАЗЕ ИМПУЛЬСНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ПЛАЗМЫ

01.04.13. - электрофизика, электрофизические установки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 2003

Работа выполнена в Институте проблем электрофизики РАН. Научный консультант:

академик РАН, д.т.н., Рутберг Филипп Григорьевич.

Официальные оппоненты:

д.т.н., профессор Дашук Павел Никонорович

член-корр. РАН, д.т.н., профессор Грехов Игорь Всеволодович

д.т.н., профессор Усков Владимир Николаевич

Ведущая организация: Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева Сибирского отделения Российской академии наук.

Защита состоится _2003 г. в "_" на заседании

диссертационного совета Д 002.131.01. по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук в Институте проблем электрофизики РАН по адресу: 191186, СЛетербург, Дворцовая наб. д. 18.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПЭФ РАН

Автореферат разослан "3 " /{О.аЬ^ХУ 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

к.т.н. с—^^ /Киселев А.А./

2.005 -Д

\b~j49

' Аытл/я

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

'Актуальность

Актуальность проблемы объясняется тем, что получение низкотемпературной плазмы, изучение её свойств и создание установок на базе источников низкотемпературной плазмы является в настоящее время важной научно-технической задачей. Разработка и создание генераторов плазмы различного типа, обладающих требуемыми параметрами, определяет ход дальнейших исследований в этих областях.

Область применения импульсных плазмотронов (ИП) определяется, в первую очередь, уникальностью достижимых параметров рабочего тела, которые могут достаточно легко меняться в широких пределах в зависимости от начальных условий. Этими параметрами являются:

- плотность газовой плазмы;

- температура и давление газовой плазмы;

- возможность насыщения плазмы частицами и парами различных

материалов;

- достижимая скорость истечения газа свыше 10 км/с;

- напряженность электрического поля, сила и скорость нарастания тока;

- температура дуги до нескольких десятков эВ.

Первыми устройствами, созданными на базе ИП, следует считать сверх-и гиперзвуковые аэродинамические трубы. Необходимость их создания была вызвана быстрым развитием авиационно-космической техники. В последующие годы спектр применения ИП значительно расширился. Возрастающий в настоящее время интерес к импульсной технике определяется как быстро развивающимися плазменными технологиями, так и удобством использования ИП при проведении целого ряда научных исследований, таких как: изучение свойств мощного электрического разряда в плотных средах, изучение излучательной способности электрической дуги в видимой, ультрафиолетовой и рентгеновской областях, гиперскоростное ускорение тел, использование импульсной техники для создания источников фор-плазмы при исследовании в области термоядерного синтеза, создание газодинамических лазеров, исследование высокоскоростного взаимодействия, моделирование условий входа космических аппаратов в атмосферу и т.д.

Основой всех отмеченных выше исследований является изучение свойств самой электрической дуги в широком диапазоне изменения основных её параметров. Увеличение амплитуды тока, протекающего через дугу, скорости его нарастания и уровня удельной энергии, вводимой в дугу, оказывает сильное влияние на излучательные и транспортные свойства дуги, а режим её горения определяет интенсивность теплообмена с окружающим газом. Результаты фундаментальных исследований свойств дуги позволят не только усовершенствовать существующие установки на базе ИП, но и разрабатывать новые.

Вопросам исследования электрического разряда в газовой среде посвящено достаточно большое количество экспериментальных и теоретических работ. Здесь, однако, следует отметить, что наиболее хорошо изученной областью является физика газового разряда при начальном давлении до нескольких десятков атмосфер, в то время как все больший интерес представляет сильноточный разряд при высокой концентрации заряженных частиц в канале разряда и при высоких начальных параметрах (давлении и плотности) рабочего газа. Результаты исследований показывают, что увеличение начальной плотности рабочего газа ведет повышению эффективности теплообмена дуги с газом, что имеет большое значение при разработке установок на базе ИП. Очевидно также, что увеличение начальной плотности рабочего газа позволит получить плазму с большей концентрацией частиц и при более высоком давлении.

Достоинства ИП позволяют успешно применять их для решения целого ряда научных и технологических задач.

1. Возможность в широком диапазоне изменять такой параметр плазмы как её плотность (концентрация частиц 10|4-1021 см"3 при плотности окружающего газа выше 1023 см'3) чрезвычайно важна при изучении взаимодействия потоков плазмы с материалами и разработке различного рода технологических процессов.

2. Возможность получения высокоскоростных газовых струй (гиперзвуковые аэродинамические трубы и технологическое применение).

Возможность получения квазистационарных гиперзвуковых газовых потоков при достаточно высокой статической температуре газа (чтобы исключить его конденсацию) позволяет моделировать такие процессы как вход ЛА в атмосферу и соударение с частицами при космических скоростях их полета.

3. Высокоскоростное метание.

Быстрый нагрев легкого газа в разрядной камере электроразрядного ускорителя обеспечивает достижение высокого давления (сотни МПа) при температуре в несколько тысяч К. Такие параметры рабочего газа обеспечивают скорость его истечения порядка 10 км/с, что позволяет получить скорость метаемого тела свыше 6 км/с при его достаточной массе.

4. Создание источников ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения и источников фор-плазмы для исследований в области термоядерного синтеза.

Очевидно, что развитие плазменных технологий требует разработки и создания новых типов ИП. Являясь главным элементом многих существующих установок, ИП определяет их основные характеристики. Поэтому совершенствование образцов импульсной техники зависит как от повышения характеристик самого ИП, так и от возможности его успешной работы в составе различных систем. Надо отметить, что широкий диапазон рабочих параметров ИП позволяет, обычно, полностью удовлетворить второе

I условие, а повышение характеристик ИП напрямую зависит от результатов

1 исследования параметров сильноточных газовых разрядов.

Предмет исследования

Ключевой задачей в области разработки и создания новых типов | приборов па основе ИП является исследование физики сильноточного

газового разряда в широком диапазоне начальных условий. Эти работы включают в себя параметрические исследования влияния начальных условий эксперимента на основные характеристики электрической дуги и генерируемой плазмы, как с целью достижения более высоких предельных параметров, так и с целью повышения эффективности преобразования энергии. Полученные данные служат основой для создания установок на базе ИП и улучшения их характеристик. В настоящей диссертации представлены результаты исследования сильноточного разряда в плотных газовых средах и рассмотрены конструкции ряда установок, созданных в лаборатории. В работе также приводятся результаты проведенных на них исследований. В области гиперскоростного ускорения исследована работа ускорительной системы комбинированного типа и системы ускорения разработанной на основе процессов, происходящих при высокоскоростном соударении многослойного ударника. Изучены процессы высокоскоростного взаимодействия тел различной формы с полубесконечными преградами, с ' песком и процесс многоэлементного соударения. На экспериментальных

стендах, оснащенных электроразрядными ускорителями (ЭРУ) и гиперзвуковой импульсной аэродинамической трубой, проведены исследования в области сверхзвуковой аэродинамики.

Цель работы и задачи

Целью настоящей работы является исследование параметров сильноточного разряда в плотной газовой среде. В настоящее время достаточно большое количество экспериментальных и теоретических работ посвящено исследованию физики газового разряда при относительно низком начальном давлении (десятки атмосфер), в то время как все больший интерес представляет сильноточный разряд при высокой концентрации заряженных частиц в канале разряда и при высоком начальном давлении рабочего газа. Плазма с концентрацией электронов 1019-1021 см"3 и температурой 105-106 К может быть использована в качестве мощного источника излучения, в качестве источника форплазмы для термоядерных исследований, в электроразрядных ускорителях и различного типа электрофизических устройствах. В разрядах со скоростью нарастания тока <11/сН~1014-1016 А/с указанные выше и значительно большие параметры плазмы получаются в перетяжках пинчевых разрядов (горячие точки), при схлопывании плазменной оболочки (плазменный фокус), при разряде через тонкие проволочки и замороженные дейтериевые нити. Однако, время существования плазмы с такими параметрами меньше 1 мке, а объем порядка нескольких кубических миллиметров. При этом для получения таких параметров используется

сложная ускорительная техника. Наряду с этим плазма с близкими параметрами может быть получена в разрядах с сИ/с1М08-10'2 А/с, токах 10510 А, длительностях разряда порядка 10"4 с, с начальной концентрацией плазмообразующего газа см". Объем генерируемой плазмы может

достигать нескольких кубических сантиметров. Такие разряды обладают повышенным энергосодержанием и большей устойчивостью; в качестве источников питания могут применяться простые и сравнительно дешевые устройства (конденсаторные батареи и ударные генераторы). Для выполнения поставленной задачи необходимо, в первую очередь, создать исследовательские установки, которые позволили бы проводить эксперименты при максимально возможных значениях начальных параметров, таких как разрядный ток, напряжение, плотность и давление рабочего газа. Конструкция этих стендов должна обеспечивать возможность точной диагностики параметров дуги и рабочего газа. Сложность проведения таких исследований обусловлена как высокими газодинамическими параметрами плазмы в разрядной камере (давление в сотни мегапаскалей при длительности процесса в десятки миллисекунд и среднемассовой температуре несколько тысяч градусов), так и высокими электрическими параметрами источника питания - рабочим напряжением в десятки киловольт при токах в несколько мегаампер.

На созданных установках проводятся исследования в области гиперскоростного ускорения, высокоскоростного соударения различных типов, что позволит определить основные параметры этих процессов. Другим направлением является исследование сверхзвуковой аэродинамики и аэродинамическое проектирование метаемых тел.

На основе результатов данных исследований должны быть разработаны новые конструкции установок на базе ИП и повышена эффективность существующих типов установок. Проводимые исследования позволят разработать новые виды плазменных технологий и мощной импульсной аппаратуры.

Методы исследования

Поставленные в работе задачи решались посредством проведения экспериментальных исследований как в части изучения свойств сильноточного разряда в плотном газе, так и при создании и испытании новых типов аппаратуры на базе ИП. Исследование разряда проводилось на специально разработанной установке, позволявшей достигать высокой начальной концентрации молекул газа и проводить все необходимые измерения. Полученные результаты послужили основой при создании нового типа ускорителя.

Большой объем работ посвящен применению установок, разработанных на базе ИП, для проведения экспериментальных исследований в области сверх- и гиперзвуковой аэродинамики и высокоскоростного соударения.

Представлен анализ характеристик ИП различного типа и сделан вывод об их применимости для различных областей техники.

Научная новизна

Автором проведены экспериментальные исследования свойств сильноточного разряда в водороде при начальной концентрации молекул (1-3)х1022 см"3. При указанных начальных условиях получен устойчивый разряд. Выявлены и исследованы особенности разряда при высокой начальной плотности водорода. При этом эффективность передачи энергии от дуги в газ превышает 90%. На базе полученного экспериментального материала определены закономерности и количественные соотношения, характеризующие влияние начальных условий (в первую очередь плотности рабочего газа) на основные характеристики сильноточного разряда в плотном газе. Создана система ИП сочетающая в себе предварительное адиабатическое сжатие рабочего газа с последующим его дуговым нагревом, что дает возможность легко получать желаемые газодинамические параметры в разрядных камерах установок на базе ИП.

Создана система комбинированного гиперскоростного ускорителя, обладающая преимуществами по сравнению с существующими.

Предложен метод аэродинамической стабилизации метаемых тел, применяемых в электроразрядных, электротермических и электротермохимических ускорителях, основанный на организации отрывного обтекания их головной части.

Изучено высокоскоростное взаимодействие тел различной формы с полубесконечными преградами и с песком и многоэлементное высокоскоростное взаимодействие. Построены зависимости, позволяющие рассчитать основные параметры этих процессов.

Практическая ценность

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что получены новые данные о влиянии начальной плотности газа на характеристики сильноточного разряда в диапазоне выше 1022 см"3 и амплитуде разрядного тока 80-500 кА. На базе этих данных была разработана конструкция комбинированного гиперскоростного ускорителя.

Полученные в работе результаты позволяют:

- создавать новые конструкции аппаратуры на базе ИП и улучшать характеристики существующих;

- создавать новые аэродинамические формы метаемых тел для электрических ускорителей;

- определять основные параметры высокоскоростного взаимодействия таких типов, как многоэлементное соударение и взаимодействие с песком.

Реализация и внедрение результатов исследований

Большинство полученных в работе экспериментальных результатов обобщены и использованы при разработке устройств на базе импульсных

генераторов плазмы: электроразрядных ускорителей, аэродинамических труб и исследовательских стендов.

На основе результатов, полученных в ходе исследований, разработаны ТЗ на выполнение НИР по Программе фундаментальных исследований Президиума РАН (исследование импульсного разряда в плотных газовых средах, гиперскоростное ускорение и высокоскоростное взаимодействие) и контракта с министерством науки и технологии (генерация сверхплотных долгоживущих (до 10 мкс) плазменных образований в водороде и гелии с концентрацией заряженных частиц до 1021 см"3).

Разработана и создана конструкция гиперскоростного ускорителя, сочетающая в себе предварительное адиабатическое сжатие рабочего газа с последующим его дуговым нагревом, и показаны преимущества данной схемы.

Построены полуэмпирические зависимости, позволяющие рассчитывать основные параметры различных видов высокоскоростного соударения.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 6 глав с выводами по каждому из них, заключения, списка литературы и приложения.

Диссертация изложена на 262 страницах машинописного текста, включает 148 рисунков, 16 таблиц и список литературы из 224 наименований.

Основные положения, выносимые на защиту или представляемые к защите

- результаты экспериментальных исследований характеристик сильноточного разряда в сверхплотной газовой среде;

- качественная оценка параметров дуги при высокой начальной плотности газа;

- создание диагностического стенда для исследования сильноточного разряда в сверхплотной газовой среде;

- создание нового типа системы комбинированных гиперскоростных ускорителей;

- полуэмпирические модели высокоскоростного взаимодействия тел различной формы с песком и многоэлементного высокоскоростного соударения;

- методика улучшения аэродинамических характеристик сверхзвуковых летательных аппаратов за счет организации срывного обтекания их головной части;

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации и дан обзор работ, посвященных исследованию сильноточного разряда в газовых средах и

использованию импульсных плазмотронов в науке и технике. Здесь показаны основные достоинства импульсных плазмотронов, которые определяют области их использования. Рассмотрены трудности, возникающие при проведении экспериментальных исследований, и основные направления исследований в области изучения физики сильноточного газового разряда. Указаны предельные параметры, достигнутые на различного рода установках, созданных на базе импульсных плазмотронов. Высокие значения давления и температуры рабочего газа и достаточная легкость их варьирования в широком диапазоне делают ИП уникальным приборами, которые используются в таких областях как сверх- и гиперзвуковая аэродинамика, высокоскоростное метание и т.п. Высокие электрические параметры газового разряда в ИП позволяют применять эти устройства для исследования характеристик самой дуги.

Показано, что разработка новых типов установок на базе ИП и новых плазменных технологий, а также улучшение характеристик существующих установок будет определяться, в первую очередь, результатами исследований сильноточного разряда в плотных газовых средах.

В первой главе рассмотрены конструкции мощных импульсных плазмотронов и приведена их классификация, основным параметром которой является конструкция главной части ИП - электродной системы. Электродная система является важнейшей частью ИП и определяет его основные характеристики, а, следовательно, области возможного применения этих устройств. По конструкции электродной системы и характеру горения дуги ИП можно разделить на четыре основных типа:

- ИП со стержневыми электродами;

- коаксиальные ИП;

- коаксиальные ИП с фиксированной длиной дуги;

- коаксиальные ИП с самоустанавливающейся длиной дуги.

Отмечены достоинства и недостатки каждого типа ИП.

Характерными особенностями ИП со стержневыми электродами

являются:

- высокая стабильность горения дуги при малых мсжэлсктродных расстояниях;

- сравнительно малые падения напряжения на дуге;

- низкая эффективность теплопередачи от дуги в газ;

- высокая плотность тока на электродах.

Для ИП с соосным расположением электродов следует также отметить практически постоянную длину дуги. При рассмотрении их конструктивных и эксплуатационных характеристик можно сделать вывод, что данная схема обладает целым рядом серьезных недостатков, главными из которых являются следующие:

- наличие большого числа изолирующих элементов снижает надежность работы ИП, поскольку по сравнению с другими конструкциями увеличивается вероятность электрического пробоя;

- малая длина дуги (увеличение длины дуги приводит к потере её устойчивости) обусловливает низкую неэффективность теплообмена в разрядной камере;

- высокая плотность тока на поверхности электродов и локализованность пятен привязки дуги, что при высоких уровнях вкладываемой энергии резко снижает ресурс работы электродов;

- низкое падение напряжения на дуге из-за её малой длины и, как следствие, ограниченность по уровню вкладываемой в разряд энергии.

В настоящее время разрядные камеры данного типа не используют в мощных установках, а применяют только при проведении фундаментальных исследований сильноточных разрядов при низких уровнях энерговклада. Здесь проявляются такие их достоинства, как относительная простота конструкции и стабильность параметров дуги при фиксированных начальных условиях проводимых экспериментов.

В разрядных камерах с коаксиальными электродами два электрода образуют систему, состоящую из центрального - аксиального и наружного -коаксиального электродов. Режим горения дуги в таких разрядных камерах имеет характерную особенность - подвижность дуги или, как называют этот эффект отдельные авторы, "магнитное дутьё". Сущность этого явления заключается в том, что после инициирования дуга перемещается вдоль разрядной камеры, вытягиваясь по направлению к сопловому блоку. Положительным свойством такого поведения дуги является интенсивное перемешивание газа в камере, вызванное перемещением дуги и электродными струями, что способствует активному теплообмену между дугой и газом и ускоряет установление термодинамического равновесия в объёме разрядной камеры. К отрицательным свойствам следует отнести быстрое погасание дуги (из-за её вытягивания и интенсивного охлаждения).

Камеры коаксиальных ИП с фиксированной длиной дуги обладают целым рядом достоинств:

- большая и практически постоянная во времени длина дуги, которая определяется межэлектродным расстоянием, и как следствие этого -высокое и стабильное падение напряжения на дуге;

- высокая степень заполнения объёма разрядной камеры столбом дуги определяющая интенсивную теплопередачу от дуги к газу;

- подвижность анодной привязки дуги и связанная с этим возможность поперечного перемещения столба дуги, вызывающего активное перемешивания рабочего газа и, как следствие, улучшение теплообмена в камере.

Основным недостатком данного типа камер является трудность зажигания длинной дуги при высоком начальном давлении рабочего газа и нестабильность её горения, а также высокие тепловые нагрузки на электроды, сложность и низкая надежность изоляции.

Разрядные камеры с самоустанавливающейся длиной дуги близки по своей конструкции к коаксиальным камерам с фиксированной длиной дуги.

Их принципиальное отличие заключено в отсуиггвии изолирующей втулки на внутренней поверхности камеры, то есть вторым электродом является корпус самой камеры 2 (рис. 1.).

Рис. 1. Разрядная камера с самоустанавливающейся длиной дуги.

В процессе горения дуга перемещается по поверхности анода в сторону диафрагменного узла под действием электродинамической силы. Одной из важных особенностей ИП такой конструкции является возможность реализации в них многоимпульсного режима, когда при увеличении длины дуги, вследствие роста падения напряжения на ней, происходит её самошунтирование (возникновение вторичной дуги в месте наименьшего межэлектродного расстояния). Этот процесс может повторяться несколько раз. Таким образом, происходит саморегулирование параметров дуги. Помимо этого, разрядные камеры данного типа обладают всеми достоинствами коаксиальных конструкций:

- высоким падением напряжения на дуге из-за её большой максимальной длины;

- высокая (до 90%) эффективность передачи энергии от дуги к газу, вследствие активного перемешивания газа дугой;

- малым временем установления термодинамического равновесия в объёме разрядной камеры;

- данные ИП могут стабильно работать при большой величине начального давления рабочего газа, которая для таких устройств составляет 40- 120 МПа и при импульсном давлении до 600 МПа. При этом, максимально допустимая величина импульсного давления определяется не условием стабильного горения дуги, а механической прочностью корпуса разрядной камеры.

Для разрядных камер с самоустанавливающейся длиной дуги вполне достижимы уровни энерговклада в несколько мегаджоулей при потенциальной возможности их многократного увеличения.

Суммируя вышесказанное, можно сделать следующее заключение об основных областях возможного применения ИП. Наиболее перспективной, с точки зрения эффективности преобразования электрической энергии во

1

внутреннюю энергию плазы, является конструкция разрядной камеры с самоустанавливающейся длиной дуги. Как уже было сказано, важнейшими её достоинствами являются высокая эффективность энергообмена дуги с рабочим газом, надежность и простота конструкции. С другой стороны, нестабильность параметров разряда у такого типа камер представляет собой серьезный недостаток в экспериментах по исследовании сильноточных дуг. Для исследовательских установок более удобной является камера со стержневыми соосными электродами, конструкция которой обеспечивает практически постоянные длину и положение дуги.

Достоинства и недостатки ИП различного типа определяют области их возможного применения:

Для проведения различных измерений (электрических параметров, давления, температуры, проводимости, скорости истечения и химического состава плазмы и др.) весьма желательно обеспечить стабильность основных параметров разряда. Практически всем этим требованиям удовлетворяет камера со стержневыми электродами.

Для ускорителей важнейшим критерием эффективности работы ускорителей является возможность создания оптимальных параметров рабочего газа в камере при минимальных затратах энергии. Для ЭРУ предельное давление в камере ограничивается прочностью изоляции и составляет 500-600 МПа, а среднемассовая температура газа должна составлять 2500-3000° К. Для этого типа ускорителей наиболее рационально использовать камеры с коаксиальными электродами или с самоустанавливающейся длиной дуги. При этом последняя обладает явными преимуществами по эффективности теплообмена между дугой и газом. В электротермохимических ускорителях ИП могут быть реально использованы для эффективного поджига новых видов топлива (в частности, при повышенной плотности заряжания) и для интенсификации последующего горения. В этом случае требуется инжектор плазмы с относительно невысоким уровнем энерговвода, работающий при невысоком начальном давлении. Наиболее подходящей является камера с коаксиальными или стержневыми электродами с фиксированной длиной дуги.

Желаемые параметры потока в рабочей части сверх- и гиперзвуковых аэродинамических труб определяют требования к параметрам рабочего газа в камере плазмотрона. Одним из важных условий является достаточно высокая температура, позволяющая избежать конденсации при большой степени расширения сопла. В качестве основного элемента могут быть успешно использованы ИП с сомоустанавливающейся длиной дуги, обладающие по сравнению с плазмотронами других типов преимуществами в эффективности энергообмена.

Ещё одно из возможных применений МИП - создание стендов для испытания различных материалов при экстремальных условиях. В целом такая установка повторяет конструкцию гиперзвуковой аэродинамической трубы, но с более широким спектром выходных параметров.

Ещё одним перспективным направлением использования МИЛ представляется создание установок для полной деструкции высокотоксичных химических соединений, например, боевых ОВ. Температура в несколько тысяч градусов, которая является нормальной рабочей температурой МИЛ, вполне достаточна для полного разложения любых химических соединений. При этом существует возможность быстрого охлаждения • продуктов разложения при их истечении через сверхзвуковое сопло ("закалка"), что препятствует образованию новых соединений.

Кроме вышеперечисленных областей применения МИП следует упомянуть газодинамические лазеры, исследования связанные с изучением термоядерного синтеза и др. В целом, происходящее последние десятилетия интенсивное развитие космической, авиационной и энергетической отраслей техники, а также физики высоких плотностей энергии предъявляет новые требования к разрабатываемым образцам МИП и открывает новые перспективы их применения.

Во второй главе рассматриваются конструкции ускорителей, которые являются одним из наиболее распространенных типов устройств на основе ИП. К ним относятся электроразрядные (ЭРУ), электротермические (ЭТ) и электротермохимические (ЭТХ) ускорители (в английском варианте EDL, ЕТ и ETC). Для различных типов ускорителей доля электрической энергии в общем энергетическом балансе может составлять от нескольких процентов в некоторых типах ЭТХ до практически 100 % в ЭРУ и ЭТ. Главным определяющим фактором целесообразности применения того или иного типа ускорителя является требуемый скоростной диапазон. В главе приводятся максимальные показатели, достигнутые к настоящему времени для разных типов ускорителей, их достоинства и недостатки. Здесь рассматриваются конструкции, разработанных в разное время ускорителей, и их характеристики. На основе сравнения показателей существующих ускорителей делается вывод о применимости ускорителей каждого типа в различных областях.

Основные различия ЭРУ, ЭТ и ЭТХ заключены в типе рабочего тела и доли электрической энергии в общем энергетическом балансе. Для первых ЭРУ рабочим телом является легкий газ (водород или гелий) и доля электрической энергии составляет более 90% от общей энергии газа, для ЭТ рабочим телом являются углеводороды или вода и доля электрической энергии составляет практически 100% общей энергии газа, для ЭТХ рабочим телом являются различные горючие смеси и доля электрической энергии колеблется от 1 до 50% от общей энергии газа. Большинство проводимых в настоящее время работ с ЭТХ направлено на исследование поджига и интенсификации последующего горения топлива за счет инжекции плазмы. Для этой цели используется инжектор на основе ИП, создающий струю низкотемпературной плазмы, либо организуется разряд относительно малой мощности прямо в камере сгорания. Электрическая энергия в этом случае составляет единицы процентов от общей энергии, а размеры и вес источника соответственно малы. Применение данной схемы позволяет успешно

применять новые сорта топлива, либо увеличивать плотность заряжания. Суммируя рассмотренные выше достоинства и недостатки ЭРУ, ЭТ и ЭТХ можно сделать выводы о применимости этих типов ускорителей в различных областях науки и техники. Очевидно, что по величине максимально достижимой скорости метаемого тела ЭРУ обладают значительным преимуществом по сравнению с ЭТ и ЭТХ. С помощью ЭРУ были достигнуты скорости свыше 6 км/с. Это достоинство ЭРУ обусловлено высокой скоростью звука в рабочем газе (водороде или гелии), вследствие его малого молекулярного веса. Для ЭТ и ЭТХ ускорителей получение такой же скорости звука в рабочем газе (а, следовательно, и высокой скорости его истечения) возможно только за счет его сильного нагрева (свыше 10000° К), что представляет собой большую техническую проблему.

Достоинством ЭРУ по сравнению с другими типами ускорителей (рельсотроны и легкогазовые пушки) является то, что ЭРУ позволяют проводить большое количество пусков без замены или ремонта основных элементов. Известно, что в ЛГП обычно после каждого пуска необходимо заменять поршень, а у рельсотронов возникает сильная эрозия рельс, что вызывает необходимость частого ремонта или замены рельсовой сборки. Эти причины делают ЭРУ наиболее удобным научным инструментом. Этот ускоритель позволяет проводить экспериментальные исследования в области сверх- и гиперзвуковой аэродинамики и высокоскоростного взаимодействия в диапазоне скоростей исследуемых тел от 1 до 6 км/с.

В то же время ЭТ и ЭТХ ускорители имеют более простую конструкцию. Кроме этого ЭТХ ускорители, использующие ввод относительно небольшого количества электрической энергии для поджига и интенсификации горения топлива, могут быть сконструированы на базе стандартных артиллерийских систем. Для таких ускорителей не требуется большой дополнительный источник электрической энергии, что существенно уменьшает размеры и вес установки. Эти достоинства ЭТХ ускорителя, несмогря на его относительно небольшое преимущество в дульной скорости по сравнению с классическими артиллерийскими системами, делают его наиболее реальным прототипом для разработки мобильных систем.

Поскольку основным элементом ЭРУ, ЭТ и ЭТХ является ИП, то для улучшения характеристик этих ускорителей требует проведения исследований сильноточного электрического разряда в газе и совершенствования конструкций ИП на базе получаемых результатов.

В третьей главе описана конструкция стенда импульсных плазмотронов и рассмотрены виды экспериментальных исследований, проводимых на нем.

Интенсивное развитие космической, авиационной и энергетической отраслей техники, а также физики высоких плотностей энергии, происходящее в последние десятилетия определяет необходимость фундаментального исследование процесса сильноточного разряда в плотных газах. Для проведения таких исследований в лаборатории разрабатывались и изготавливались экспериментальные стенды, оборудованные специальной диагностической аппаратурой и позволяющие проводить широкомасштабные

исследования физики сильноточных разрядов в плотных газовых средах. В качестве источников питания использовались конденсаторные батареи с различными параметрами.

В состав стенда ИП входят:

- емкостной накопитель энергии;

- секционированный токовый коллектор;

- баллистическая трасса длиной 48 м;

- камера взаимодействия;

- система вакуумирования и газоподачи;

- измерительная аппаратура.

На стенде проводились следующие виды экспериментальных исследований: исследование сильноточного электрического разряд в различных средах, исследование работы и совершенствование конструкции электрических ускорителей различных типов, аэродинамическое проектирование сверх- и гиперзвуковых летательных аппаратов с использованием, как высокоскоростных метательных установок, так и аэродинамических труб, исследование высокоскоростного соударения и взаимодействия различных материалов с высокоэнтальпийными газовыми потоками.

Предельные параметры, достигнутые на различных установках стенда, следующие:

запасаемая электрическая энергия - 8 МДж;

зарядное напряжение - 25 кВ;

разрядный ток - 10 МА;

длительность импульса - 3 мс;

начальное статическое давление газа - 40 МПа;

импульсное давление в разрядной камере - 650 МПа;

Четвертая глава диссертации посвящена установкам, которые были разработаны и созданы в лаборатории на базе ИП.

Одной из таких установок является комбинированный легкогазовый ускоритель. Основной параметр работы таких ускорителей — максимальная скорость метаемо! о тела, зависит от молекулярного веса рабочего газа и его температуры, которые определяют скорость звука в нем, а, следовательно, и максимально возможную скорость его истечения. Для получения максимальной дульной скорости 'газовых' пушек, реально существуют два способа: первый - использование рабочего газа с минимально возможным молекулярным весом, второй - повышение температуры газа. Молекулярный вес // зависит от рода газа и степени его загрязнения (например, продуктами эрозии материала стенок камеры). Необходимая температура может быть достигнута либо за счет адиабатического сжатия, как это происходит в классических двухступенчатых легкогазовых ускорителях, либо за счет дугового нагрева газа в камере электроразрядного ускорителя.

Достижение желаемой температуры газа в классических двухступенчатых легкогазовых ускорителях связано с необходимостью сильного сжатия газа. Как показывает практика, конечное давление в камере такого ускорителя

обычно составляет около 30000 атм, что предъявляет весьма высокие требования к прочности конструкции ускорителя. Учитывая сказанное, весьма перспективной представляется конструкция комбинированного ускорителя с первоначальным адиабатическим сжатием газа и последующим его дуговым нагревом. Такая последовательность работы ступеней ускорителя определяется тем, что эффективность передачи энергии от дуги в газ растет при увеличении его плотности. В противоположном случае рост начальной температуры газа ведет к увеличению тепловых потерь в стенки канала сжатия. Конструкция ускорителя представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Конструкция комбинированного ускорителя. 1 - разрядная камера, 2 - бандажное кольцо, 3 - канал сжатия, 4 -переходной узел, 5 - хомут, 6 - поршень, 7 - пороховой заряд, 8 - запорный узел, 9 - катод, 10 - кабели, 11 - токоподвод, 12 - газоподвод, 13 - обратный клапан, 14-ствол, 15-диафрагма, 16-диафрагменный узел, 17-снаряд,

18 - датчики давления.

Запуск емкостного накопителя энергии происходит либо при достижении определенного давления в разрядной камере, либо при замыкании контакта поршнем. Толщина диафрагмы выбиралась такой, чтобы обеспечить её открытие, когда поршень ещё не достиг конечного положения. В этом случае начало разряда совпадает с конечной стадией перемещения поршня, и разрядный ток достигает максимума приблизительно в момент времени, когда

давление в камере также "" достигает максимума.

Типичная кривая давления в разрядной камере ускорителя показана на рис. 3. Результаты эксперимента показали, что поглощательная способность водорода в исследуемом диапазоне начальных

Рис. 3. Давление в разрядной камере, концентраций частиц достаточна Инициирование дуги в момент времени высока и даже при малом I = 5,0 мс межэлектродном расстоянии

эффективность передачи энергии от дуги в газ превышает 90%. Главным результатом работы явилось создание на базе ИП ускорителя, параметры рабочего газа в разрядной камере которого могут легко варьироваться в широком диапазоне. Анализ полученных данных показал, что по сравнению с электроразрядным ускорителем те же массо-скоростные показатели могут быть достигнуты более легко, то есть при меньшем давлении в камере либо при более низкой температуре рабочего газа. Кроме этого, оптимизация газодинамических параметров в камере ускорителя позволяет в среднем в 2 раза снизить эрозию стенок камеры и заходной части ствола. По сравнению с легкогазовыми пушками значительно уменьшаются размеры канала сжатия и требуемое количество пороха, а также снижаются требования к прочности камеры. По сравнению с электроразрядными установками в 2-3 раза уменьшается необходимый запас электрической энергии, а, следовательно, масса и объем емкостного накопителя.

Один из основных параметров любого ускорителя - диапазон возможных скоростей для различных начальных условий (массо-скоростные характеристики). Для этой цели используется коэффициент Сй (Сч=т/с13, где: т - масса тела, г; </ - калибр, см). Для ЭРУ при Сд> 5 (тяжелый снаряд) скорость 2 км/с считается предельно достижимой. На комбинированном ускорителе была получена скорость более 2 км/с для тела с Сч=6.8. Для тела массой 7,5 г {Сч=3,75) достигнута скорость 2,9 км/с.

Одним из самых первых типов установок, созданных на базе ИП, являлись сверх- и гиперзвуковые аэродинамические трубы. В зависимости от числа Маха потока требуется начальная температура газа от 1000 до 4000 К. Максимальные параметры установок с омическим нагревом газа ограничены располагаемой мощностью источника питания, поэтому в настоящее время этот способ применяется при числах Маха не превышающих 10. ИП являются практически единственными устройствами, обеспечивающими достаточный уровень вводимой мощности для нагрева рабочего газа. Для создания высокоскоростных газовых потоков была разработана и создана установка на

1 - разрядная камера, 2 - сопло, 3 - хомут, 4 - вольфрамовая вставка, 5 -диафрагменный узел, 6 - диафрагма, 7 - защитный экран, 8 - токоввод, 9 -анод, 10 - катод, 11 - коническая втулка, 12 - поджигающая проволочка, 13 — газоподвод, 14 - датчики давления, 15 - пояс Роговского.

Разработанная установка испытывалась с различными сверхзвуковыми соплами (профилированными и коническими), рассчитанными на числа Маха от 5 до 15. Истечение осуществлялось в камеру, которая была оборудована оптическими окнами и, в зависимости от условий эксперимента, могла вакуумироваться до давления 5* 1О'2 мм рт. ст. Максимальный диаметр критического сечения сопла равнялся 4,7 мм (для сопла на М=5). Для снижения нагрузки на электродную систему и уменьшения эрозии использовался режим программируемого разряда с примерно постоянным

разрядным током <300 к А и общим временем разряда порядка 500 ¡дс.График разрядного тока приведен на рис. 5. Для определения параметров потока

использовалась гребенка с 8 приемниками полного давления на базе датчиков ДМИ. С её помощью измерялось давление торможения потока за прямым скачком уплотнения Рт и по отношению этого давления и давления в камере Ро определялось число М, согласно соотношению для показаний трубки Пито за прямым скачком уплотнения.

Рис. 5. Разрядный ток.

: А/*-1

1

1 — —м:

А + 1

м: -

к-1 к + \

где М: =

м1

2 к~1,1,2

----+--м

к+1 А+1

Промер поля скоростей показал, что размер ядра потока составляет 0,8-0,9 диаметра выходного сечения сопла О (рис. 6.).

-Й-]

г ' * V

\

( е- 1

4 ■

2 ■

-е_

-0,5 0 ^ 0,5

сечение сопла, и

Рис. 6. Распределение чисел Маха потока по выходному сечению сопла.

В пределах ядра потока числа Маха, рассчитанные по данному методу, отличаются не более чем на 1%. Время квазистационарного истечения в зависимости от диаметра критического сечения сопла составляло от 50 до 150 мс. Итогом проведенных экспериментов было создание надежной установки, являющейся источником сверхзвуковых потоков газа с числами Маха 5-15. Разработанная и испытанная установка использовалась в качестве основного элемента импульсной гиперзвуковой аэродинамической трубы и в составе испытательных стендов.

В течение прошедших двадцати лет в ИПЭФ РАН была разработана и изготовлена целая серия импульсных генераторов плазмы (ИП) различной мощности, работающих на воздухе, азоте, аргоне, гелии и водороде при начальном давлении 1-40 МПа. Результаты проведенных исследований показали, что сильнейшее влияние на параметры разряда оказывает начальная плотность газа. Была создана установка предназначенная для исследования электрического разряда при сверхвысокой начальной плотности газа.

В этой двухступенчатой установки объединены ступень быстрого адиабатического сжатия газа и разрядная камера, в которой происходит мощный электрический разряд емкостного накопителя энергии. Конструкция этой установки представлена на рисунке. 7.

Рис. 7. Конструкция установки. 1 - канал сжагия, 2 - поршень, 3 - пороховой заряд, 4 - разрядная камера, 5 - газоподвод, 6 - токовый коллектор, 7 - катод, 8 - анод, 9 - датчики давления, 10 - диафрагма, 11 - оптическое окно, 12 - узел истечения.

Объем разрядной камеры - Ув=70 см3, объем канала сжатие - Ус=600 см3, что позволяет получать максимальную степень сжатия газа Кс = (Ус+У0)/У[)=9,5. Начальное давление газа варьируется от 6 до 20 МПа. Разряд накопителя энергии происходит по сигналу системы запуска при замыкании контакта поршнем в его конечном положении. График давления в разрядной камере представлен на рис. 8. В различных экспериментах доля электрической энергии, вводимой в разрядную камеру, составляла от 30% до

а.00 2.56 5.12 7.ее

Рис. 8. Давление в разрядной камере. Инициирование дуги в момент времени 1=5.0 мс.

В.пОп 84.00т-73.30

60% от суммарной внутренней энергии газа (оценивалась при максимуме давления. На рис.9 представлены графики

сопротивления дуги при различной начальной

плотности водорода. Сразу обращает на себя внимание практически постоянное сопротивление дуги в течение почти всего процесса разряда за исключением начального момента стабилизации дуги (50-100 цс).

Первой особенностью электрического разряда в водороде при

рассматриваемой начальной концентрации частиц является очень медленно

уменьшающееся напряжение на дуге после её стабилизации (начиная приблизительно с 100й мс), несмотря на значительно более быстрое уменьшение тока (рис. 10.). В случае разряда при меньшей начальной концентрации частиц напряжение на дуге уменьшается практически синхронно с током при тех же самых параметрах разрядной цепи (тот же самый емкостной накопитель

энергии).

Результаты экспериментов показывают, что зависимость напряжения на дуге от межэлектродного расстояния близка к линейной рис. 11.

О.ОО 121.30 243.00 364.50 486.00

Рис. 9. Сопротивление дуги при различной величине межэлектродного промежутка: 1 - Л1=6 мм, 2 - Л/= 14 мм.

Рис. 10. Разрядный ток и напряжение на дуге, и а=2><1 О22 сш'3.

и 2,5

я Я 2

К в X и 1 со я а 1,5

с 1 -

в

и В В д 0,5 -

я С 0 -

Длина дуги, мм

Рис. 11. Падение напряжения на дуге. ▲ - иА = (1,7-2,3)х1022 см'3, стальные электроды;

♦ - иА = (1,5-1,9)х10~ см'3, вольфрамовые электроды;

• -/!(, = (2,8-3,3)х1022 см"3, стальные электроды;

■ - щ = 1,9x1021 см"3, стальные электроды (ман. бомба); ж - яА = 5,4x1021 см"3, стальные электроды

Здесь приведены полученные зависимости падения напряжения на дуге от величины межэлектродного промежутка. Обнаружено, что увеличение начальной концентрации молекул приводит к существенному увеличению падения нанряжения на дуге. При близких величинах зарядного напряжения в диапазоне межэлектродных расстояний 10-20 мм напряженность поля в проведенных экспериментах составляет приблизительно 700 В/см при иЛ =

(2,1-2,3)х1022 см"3

230-280 В/см в случае яА=Ю20-1022 см"3, рис. 12.

1700

и 1300-1400 В/см при яА=(2,8-3,3)х1022 см"', в отличие от

20 21 22

Начальная концентрация части 1§(п), (п, см-3).

Рис. 12. Влияние начальной концентрации частиц на напряженность поля при разряде в водороде.

Экстраполяция кривых на рис. 11. предполагает величину суммарных приэлектродных падений напряжения Un для стальных электродов порядка 450-550 В, а для вольфрамовых порядка 750 В, что ниже, чем в экспериментах при меньшей п¡, (приблизительно 1000 V). Такое же влияние материала электродов на величины суммарных приэлектродных падений напряжения (максимальные величины Un были получены в экспериментах с вольфрамовыми электродами) было обнаружено и при исследовании разряда при начальной концентрации частиц около Ю20 см*3.

Сопротивление канала дуги в представленных экспериментах значительно выше, чем в экспериментах при тех же самых параметрах разрядной цепи (емкость накопителя 00.018 F, зарядное напряжение t/=4kV) но более низкой nh, что является косвенным подтверждением того, что при рассматриваемых условиях диаметр канала дуги мал. Увеличение начальной концентрации частиц п0 от 2.3x10 см" до 3.3x10 см' приводит к увеличению сопротивления дуги. Следует отметить, что такая же тенденция (увеличение сопротивления дуги с увеличением Пи) наблюдалась ранее, в экспериментах на ЭРУ в диапазоне начальных концентраций частиц п„ порядка 1021-1022 см"3.

Для оценки параметров канала дуги были сделаны некоторые допущения. Использовалась каналовая модель разряда, которая предполагает существование центрального канала с постоянной температурой и переходного слоя, через который происходит отвод тепла за счет излучения и теплопроводности. Предполагается, что в переходном слое из-за высокой плотности газа ток практически отсутствует. Для данной модели характерна высокая температура дугового канала, при которой потери энергии из дуги определяются, главным образом, излучением. Кроме того, обнаруженная в ходе экспериментов высокая эффективность передачи энергии от дуги в газ при неподвижной дуге может быть объяснена только высокой поглощательной способностью газа. Такое возможно только в случае, когда энергия фотонов, излучаемых плазмой дугового разряда, превышает потенциал ионизации водорода - 13.6 эВ. Это означает, что температура излучающей плазмы (принимая во внимание Планковское распределение энергии фотонов) - составляет не менее 4,5 эВ. Проведенные оценочные расчеты показывают, что при температуре переходного слоя ~5 эВ и концентрации частиц ~1021 см'3 коэффициент лучистой теплопроводности более чем на порядок превышает коэффициент электронной теплопроводности. Предполагая что диаметр канала дуги не превышает размера пятна привязки дуги на поверхности катода, можно рассчитать минимальную температуру дуги более точно.

Такая оценка параметров канала дуги была выполнена на основе полученных экспериментальных данных: тока разряда I, напряженности поля Е и давления газа в камере Р в момент максимума тока. Температура поверхности дуги Т„ и радиус канала дуги г0 была оценена предварительной от системы уравнений:

1Е = Аа,Т*1щ Е 1

I Щст(Т)

Где, ст5 - постоянная Стефана-Болыдмана, а- проводимость.

Первое уравнение описывает отвод энергии с поверхности дуги

Ьу/

х

посредством излучения в полосе прозрачности водорода - Г -(Ьс, где

о ех

ку=13.6 ЭВ - потенциал ионизации водорода. Коэффициент А может быть рассчитан как:

"%т з

А= ' е\~1

СО Л

1ех-1

Для температуры 7-10 эВ Л«0.1. Проводимость а(Т) пропорциональна Г*"5ЛпЛ и в первом приближении может быть рассчитана по формуле Спитцера для полностью ионизированного газа. Кулоновский логарифм для рассматриваемых условий принимается равным 3.5-5.

Решение системы дает первое грубое приближение Т^-Ю эВ и гд-0.15 см (для /тдл=105 и Е-1 ООО В/см). Вследствие высокой температуры канала разряда (не ниже ^-ЮэВ) плазма в нем является прозрачной для собственного излучения, поскольку длина пробега фотона с энергией ЗкТ (ТМДхЮ3 К) значительно больше диаметра канала. В переходном слое передача энергии происходит за счет лучистой теплопроводности (диффузия фотонов) и толщина этого слоя на несколько порядков меньше диаметра канала, что определяется малой длиной Росселандова пробега. Для температуры переходного слоя ~ 5 эВ и концентрации заряженных частиц порядка 1021 см"3 величина Росселандова пробега составляет ~ 10'3 см для энергии кванта 4кГ=20 эВ. Длина пробега квантов увеличивается с уменьшением температуры и плазма становится полупрозрачной. Оценки, в которых были использованы расчетные данные по проводимости водородной плазмы, показали, что полупрозрачная зона не вносит существенного вклада в полный ток разряда. Поэтому ток разряда течет по центральной зоне с температурой Т0 и диаметром гц.

Параметры канала дуги могут быть определены более точно при использовании следующей системы уравнений.

Qrein • ,-0 = 5.35 x 10 22 z V,T„ "\t • ri = IE E 1

/ 7tr^a(T0,n„)

/2

(l + a)nnkTe = P + Pm. где Pv = 1.6 x 10"4 —

Ro (cm), T0(K), и n0 (cm") - ради)с центральной зоны, ее температуры и концентрация частиц внутри зона; пе и и,- концентрации электронов и ионов; г - зарядка иона; а{Т0, nd) - проводимоеib: А - постоянная Больцмана; Р„ -давление газа в разрядной камере; Р„ - магншное давление в канале разряда

Первое уравнение в этой системе описывает потери вводимой электрической энергии посредством рекомбинационного и ¡лучения сквозь непрозрачный переходный слой. Диапазоны температуры и концентрации частиц в канале разряда, оцененные из первой системы уравнений, соответствуют почти полной (а~0.9) ионизации. Тогда пе=п,=по и мы может использовать третье уравнение для расчета давления в канале разряда, потому что влияние неидеальносш плазмы на величину давления значительно меньше, чем на величину проводимое i и (по сравнению с формулой Спитцера). Можно предположить, что расширение канала дуги незначительно (размер пяша привязки дуги на поверхности катода не превышает 4 мм) и давление в канале разряда равно сумме статического давления газа и магнитного давления.

Расчет при /„ил=105 А, £-1000 В/см и Р.=300 МГТа был выполнен следующим образом. Сисгема уравнений 5 и 7 была решена относительно Т0 и го при нескольких фиксированных значениях п0. Результаты этих вычисления сведены в таблицу 1.

Таблица 1.

1 2 1 3 4 5 i

По, см'3 Го, ; 7>ю4, 1 j

см ! к (Q-см)"' (Q-cw)"1 j

6х1019 0.260 | 17.6 471 2800 i

8х1014 0.187 : 14.5 910 2500 i

10м 0.145 13 1620 2200

1.1x1020 0.13 1 12.4 1880 2000

1.4x10:о 0.1 : и 3184 1150

После этого, величина проводимости, рассчитанной на основе экспериментальных данных аехр согласно уравнению (6) в системе (столбец 4 в таблице 1) сравнивалась с расчешой величиной проводимости <т1(,/с (столбец 5 в таблице 1). При вычислении аи,и принималась во внимание неидеальность плазмы, вызванная высокой концентрацией частиц. Легко видеть, что совпадение этих величин соответствует следующим параметрам дуги: Го^ОЛЗ см, Го«124000 К и «И.1хЮ20 см"3. Такие же оценки проводились для

нескольких экспериментов (при различных величинах мсжэлекгродного промежужа и начальной концентрации частиц, таблица 2).

Таблица 2.

1 № опыта 1 Е, В/см п„, см"3 | Т,„ К Гц, см

1 ' 600 7.0-1019 | 1.5-105 0.20

1 720 1.0-10'° 1 1 1.8-103 0.15

• # ! з ! 1170 1.2-10"" | 1.3-10' 0.14

Результаты этих вычислений показывают, что в любом случае диаметр канала дуги не превышает 4 мм, и температура канала дуги меняется от 10 до !6 эВ. Эти данные хорошо совпадают с результатами предыдущих оценочных расчетов.

В пятой главе работы приводятся результаты экспериментальных исследований различных типов высокоскоростного взаимодействия. В данных исследованиях применялись созданные в лаборатории установки на базе ИП. В качестве ускорителей использовались ЭРУ различного калибра. Первым этапом данных исследований являлось аэродинамическое проектирование метаемых тел, которые использовались в ходе экспериментов. Выбор аэродинамической формы метаемого тела, обеспечивающей его надежную стабилизацию и низкое лобовое сопротивление на атмосферном участке движения, производился на основании результатов, полученных при продувках в импульсной аэродинамической трубе. На втором этапе для проверки прочности конструкции составных тел при их разгоне в стволе ускорителя и надежности их аэродинамической стабилизации в полете проводились отстрелы метаемых тел в баллистической трассе с использованием ЭРУ.

Для стабилизации тел большого удлинения (л=1/с1>5) использовался традиционный стабилизирующий элемент - донный конус ("юбка").

Конструкция метаемого тела с ударником большого удлинения приведена па рис. 13. Использовался плас1Иковый разделяющийся (3-х элементный) обтюратор 2 и пластиковый поддон 4 со стальным подпятником 3. Для ударников 1 с удлинением более 10 применялся также передний ведущий элемент 5 (алюминиевый). После выхода метаемого гела из ствола ускорителя происходило разделение элементов и

Рисунок 13. Конструкция метаемого тела с ударником большого чдлинения.

ISk

Рисунок 14.

аэродинамическим увод и торможение частей обтюратора, что исключало влияние этих элементов на процесс взаимодействия ударника с преградой рис. 14, Для стабилизации тел малого удлинения и многоэлемен гных метаемых тел применялся эффект "головной стабилизации". При продувках в аэродинамической трубе было обнаружено, что в случае установки на затупленное тело головного дискового насадка (рис. 15.) в пространстве между диском и А передним торцем корпуса тела 3У образуется замкнутая циркуляционная зона. Это явление приводит к сильному изменению режима обтекания тела Рисунок 15. (режим отрывного обтекания), что

вызывает значительное изменение аэродинамических характеристик тела. Возникновение такого отрывного обтекания тела приводит к многократному (до 5 раз) уменьшению аэродинамического сопротивления затупленного тела, так что его величина становится близкой к Сч тела с коническим обтекателем.

Было установлено, что

Р/Рг

А

— " у V

W

Рис. 16.

Распределение давления на переднем торце тела с головным дисковым насадком при

несимметричном обтекании (Р( -скоростной напор).

оптимальные, с точки зрения минимума С\ геометрические параметры дискового насадка (вылет иглы 1 = 1/И и диаметр диска </ = <///), где й - диаметр переднего торца тела)

определяются параметрами

набегающего потока, в первую очередь, числом Маха Мо. В целом, с увеличением Мх оптимальная величина </ уменьшается, а / -увеличивается. При

несимметричном обдуве тела с головным дисковым насадком возникает асимметрия

распределения давления на переднем торце корпуса тела рис. 16.,что приводит к появлению восстанавливающего момента из-за

смещения линии действия суммарной силы лобового сопротивления относительно продольной оси тела. Проведенные в баллистической трассе отстрелы тел такой формы показали, что головной дисковый насадок позволяет стабилизировать тела цилиндрической формы с удлинением корпуса Х<4 при сверхзвуковых скоростях полета. Малая величина Сх тел с головным дисковым насадком позволяет существенно уменьшить аэродинамическое торможение тел с на участке атмосферного полета.

Разработанные конструкции метаемых тел использовались при исследовании таких видов высокоскоростного взаимодействия, как:

взаимодействие ударников большого удлинения с полубесконечными преградами;

- многоэлементное взаимодействие с полубесконечными преградами; взаимодействие с песком; высокоскоростной рикошет.

Эксперименты по изучению высокоскоростного взаимодействия тел с полубесконечной преградой имели целью построение полуэмпирических зависимостей, позволяющих рассчитать основные параметры этого процесса. Существующие модели взаимодействия показывают, что скорость проникновения ударника в преграду остаётся практически постоянной на большей части его движения в материале преграды за исключением начального переходного и конечного этапов. Характерной величиной для такого рода взаимодействия является гидролимит - максимальная глубина проникновения длинного ударника в преграду Ртах, зависящая, в первую очередь, от соотношения плотностей материалов ударника и преграды.

Рп,ахЛ = VРу/Рм

Здесь: Ь - длина ударника, ру - плотность материала ударника, рм -плотность материала мишени.

Существуют зависимости, которые позволяют рассчитать глубину проникновения ударника в зависимости от скорости соударения для различных материалов мишени и ударника. Так для вольфрамового ударника (плотностью 17 г/см3), взаимодействующего со стальной мишенью:

Р/Ь = -0.212 + 1.044К - 0.194/« ( ¿/Д)

Здесь: Р - глубина проникновения, Ь - длина ударника, У = У/У0, V -скорость взаимодействия, Уо = 1 км/с - характерная скорость.

Для проведения экспериментов была разработана и испытана конструкция разделяющегося снаряда с сердечником большого удлинения (рис. 13.). Продольный разрез мишени представлен на рис. 17.

> ! --! с. Г 1

Рис. 17. Канал от вольфрамового ударника, (1—6 мм, Л=90 мм, V — 2000 м/с в стальной полубесконечной преграде.

Проведенные эксперименты позволили расширить область применения существующих зависимостей для случаев соударения длинных ударников с полубесконечной преградой при различных материалах ударника и преграды. Полученные результаты позволили сделать вывод о том, что для случаев соударения типа вольфрам-сталь и сталь-сталь при расчете глубины проникновения ударника со вполне достаточной точностью может быть использована формула:

Р/Ь = (1,044? - 0,1941п(Ь / 2>) - 0,212)^/17

где р}, - плотность материала ударника (г/см3).

Максимальная глубина проникновения в этом случае равна:

Рт1, Д = = (1.044Й«» - 0,194/д(1 / О)-0,212^,/17

Скорость ударника, при которой достигается максимальная глубина его проникновения в преграду (гидролимит) может быть рассчитана по соотношению:

К,,,- = Ут,,,1К = 3,954/^ + 0,186/»(!//))+ 0,203

В ряде работ показано, что при высокоскоростном соударении в преграде возникают ударные волны, которые могут являться причиной различного рода эффектов. Эти данные позволяли предположить, что организация определенной ударно-волновой структуры в преграде при высокоскоростном соударении может привести к существенному увеличению глубины проникновения ударников. Проще говоря, существует возможность увеличить глубину бронепробития за счет создания снаряда специальной (составной) конструкции. В большинстве известных работ рассматривается удар снаряда, состоящего из нескольких последовательно расположенных

ударников. Для случая параллельного удара наибольшую трудностью представляет собой обеспечение желаемой "геометрии соударения" т.е. взаимного положения ударников в момент встречи с мишенью и одновременности или требуемой последовательности их соударения. Очевидно, что возникающая в преграде ударно-волновая структура будет определяться именно "геометрией соударения". Принципиально существует два способа проведения подобных экспериментов.

- Использование снаряда с отделяющимся обтюратором. В этом случае происходит свободный полет ударников и полностью исключается влияние элементов обтюратора на процесс высокоскоростного взаимодействия ударников с мишенью.

- Использование неразделяющегося снаряда, в корпусе которого установлены ударники. При этом невозможно исключить влияние дополнительных элементов на процесс взаимодействия и эффективность этого влияния будет зависеть от соотношения размеров и масс непосредственно ударников и дополнительных элементов.

При атмосферном сверхзвуковом полете ударников возникают ударные волны, которые приводят к их дестабилизации (если они не имеют шарообразную форму) и их разлету на значительное расстояние практически сразу же после выхода из ствола ускорителя, что делает практически невозможным использование разделяющегося метаемого тела. С другой стороны, вакуумирование баллистической трассы не позволяет использовать аэродинамическую стабилизацию полета ударников, а воздействие выхлопных газов и последействие отделяемых частей обтюратора настолько велико, что начальный угол атаки ударников может достигать 20°, а их угловая скорость - 200 с"1.

Использование неразделяющегося снаряда позволяет легко обеспечить любую желаемую 'геометрию соударения'. Внутри корпуса снаряда (кассеты) ударники могут устанавливаться в любом требуемом взаимном положении, а использование аэродинамической стабилизации позволяет обеспечить точный угол встречи кассеты с мишенью. С целью минимизации влияние элементов кассеты на процесс взаимодействия для её изготовления необходимо использовать материалы с минимально возможной плотностью.

Одной из разработанных конструкций является

конструкция многоэлементного метаемого тела, изображенная на рис. 18. Результаты экспериментов показали, что зависимость диаметра канала £> от скорости соударения близка к линейной и в первом приближении для случая соударения вольфрамового или

г!

Рис. 18. Многоэлементное метаемое тело

стального ударника со стальной преградой может быть представлена выражениями:

Для вольфрамового ударника

= 2,07(к - 0,915)

Для стального ударника

/>/</ = 2,о(к -1)

где У =У/У0 - нормированная скорость, У0= 1км/с, а'- диаметр ударника.

На рис. 19. представлены

мишени разных передней Глубины боковых

поперечные сечения расположенные на расстояниях от её поверхности, проникновения

ударников практически такие же, как и в экспериментах с одиночными ударниками, в то время как глубина

проникновения центрального ударника превышает эту величину, причем с ростом скорости соударения эта разница возрастает. Можно предположить, что для центрального ударника

ц«» мив Ут

31,5 мм

41.5 мм

Рис. 19. Поперечные сечения мишени (четырехстержневой снаряд). Скорость столкновения 2.08 км/с.

где РцнРб- глубины проникновения центрального и боковых ударников, р* - некая кажущаяся плотность материала преграды.

Очевидно, что эффекты, вызываемые интерференцией ударных волн, определяются их интенсивностью, то есть давлением в точке контакта ударника и преграды, величина которого пропорциональна У2. Поскольку глубина проникновения ударника пропорциональна У, то р*~У2. Для условий проведенных экспериментов эта зависимость может быть аппроксимирована выражением типа:

р* = р„- 0,17-

Гу* Л

+ 2,95

У1

Эффект увеличения глубины проникновения центрального сердечника наблюдался для всех исследованных условий эксперимента (геометрия соударения и скорость соударения). В экспериментах с трех-элементным

снарядом эффект взаимовлияния ударников практически не проявляется, что, по-видимому, является следствием большего расстояния между ударниками.

Ещё одним направлением исследования высокоскоростного взаимодействия было изучение процесса соударения тел различной формы с гранулированными материалами. Похожие эксперименты выполнялись ранее другими авторами, но они были посвящены исследованию столкновения метеоритов с грунтом и здесь рассматривались более высокие скорости столкновения (обычно больше 6 км/с). В качестве исследуемой преграды в настоящих экспериментах использовался песок, плотность которого (как гранулированного материала) составляла 1.82 г/см3.

Конструкции метаемых тел представлены на рис. 20. Во всех вариантах применялся отделяемый картридж, что исключало воздействие его элементов на процесс взаимодействия тела с песком. На рис. 21-22 представлены фотографии тел до и после взаимодействия с песком. Было обнаружено, что существует скорость

Усгг

А

Л

Рис. 20. Конструкции метаемых тел.

критическая соударения превышении происходит расплавление тела, осмотр состояния взаимодействия

при которой полное Внешний тел после позволил

Рис. 21. Метаемое тело

из вольфрамового сплава.

а - первоначальная форма тела,

Ь - форма тела после соударения с песком

при скорости У=1.3 км/с,

с - форма тела после соударения с песком

при скорости У=2.4 км/с.

отметить следующие факты:

- интенсивный износ тела присутствует только на его передней поверхности;

- наряду с абразивным износом начиная с некоторой скорости Утр происходит оплавление передней поверхности тела;

- при скорости соударения, при которой происходит активное расплавление тела (но еще не полное), достигается максимальная глубина проникновения;

( I

- превышение критической скорости приводит к уменьшению глубины проникновения ввиду быстрого расплавления тела уже на начальном этапе его проникновения в песок;

- длинный стержень (удлинение Х.=12) при движении в песке может изгибаться и ломаться, несмотря на высокую прочность материала тела.

Рис. 22. Стальной стержень. В таблице 3 представлены

а - первоначальная форма тела, Ь - форма РезУльтаты некоторых

тела после взаимодействия с песком при экспеРимент0В-

скорости соударения У=1.67 км/с, с - форма

тела после взаимодействия с песком при

скорости соударения У=2.1 км/с.

Таблица 3.

Максимальная глубина проникновения

Тело, Длина, Диаметр Плотность Масса Скорость, Глубина

материал мм мм материала, г/см3 г км/с мм

Стальной 12 12 7,8 8 1.58 240

шарик

Рис.5.37. 60 4.7 7,8 7 2.05 240

Сталь

Рис.5.38. 20 10 7,8 12.7 1.7 230

Сталь

Рис.5.38. 20 10 16,5 27 2.3 500

ВНЖ

Рис.5.38. 27 6 16,5 15.6 2.0 410

ВНЖ

Было обнаружено, что максимальная глубина проникновения тел одинаковой формы почти линейно зависит от плотности материала. Кроме этого, с увеличением температуры плавления и удельной теплоты плавления плавление материала тела начинается при более высокой скорости, а максимальная глубина проникновения возрастает.

Был сделан вывод, что существуют два режима движения тела в песке при высокоскоростном соударении. Характерной границей этих двух режимов

является переходная скорость Утр, при которой начинается процесс плавления материала тела. Тогда при первом режиме (У<Утр) можно рассматривать движение тела при неизменной его массе. При втором режиме движения (У>Утр) происходит активное расплавление материала тела и его масса уменьшается в процессе проникновения в песок. Вполне возможен и третий "гиперскоростной" режим, но в исследованном диапазоне скоростей (до 3 км/с) не наблюдалось полного разрушения тела в первый же момент контакта с песком.

Данные по торможению тела в песке, полученные при помощи установленных в мишенном блоке проволочных рам-мишеней, позволили установить, что при У<Утр сила сопротивления, действующая на тело, пропорциональна квадрату скорости. Следует отметить, что при высокоскоростном взаимодействии тел с полубесконечными преградами (модель Тэйта) давление, создаваемое в точке контакта тела с преградой, также пропорционально квадрату скорости и соотношению плотностей материала ударника и преграды. Таким образом, вполне правомерно можно рассматривать движение тела в сухом песке как его движение в газе с плотностью рп. Такая модель применялась при дальнейшем анализе результатов.

Тогда:

йУ

т— = -0,5раУ2Сх5 ш

или *У=-£г..£*Л = -к.Л

V2 рт 21

здесь рп - плотность песка, т=р^5Ь - масса тела, Ь и 5"- его длина и площадь сечения, Сх - коэффициент лобового сопротивления.

В этом случае

Л 1 + КУ0(

Для определения времени движения тела считалось, что тело останавливается, когда давление в точке контакта с песком сравнивается с прочностью песка В, получаем:

в=СхРпУ2 =СхРп У2

2 2 (1 + *>у)2

1 \р„Сх 1 откуда /= 1 -—

К V 2 В

Тогда глубина проникновения тела в песок:

ш НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

С Петербург

О» П» кт ? 33 -—'

Р = —1п К

РпСх 2 В

Для рассматриваемого случая, результаты расчета показывают, что прочность песка оказывает очень слабое влияние на глубину проникновения тела, так для исследованного диапазона начальных условий эксперимента изменение В в 10 раз (от 105 до 106 н/м2) приводит к изменению Р только на 20%.

Вполне естественно, что движение тела в песке будет отличаться от его движения в газе и, в данном случае, на характер этого движения будет влиять соотношение характерных размеров тела и частиц песка. Для удобства в качестве характерного размера тела выбран его диаметр, нормированный относительно величины 8=0, \ м, (I = (1/5.

В этом случае сила, действующая на тело со стороны песка равна:

2(1

Для более точных расчетов необходимо учесть силу трения, действующую на боковую поверхность тела Рщ,. Эта сила пропорциональна площади боковой поверхности тела и давлению, действующему на эту поверхность. Для тел цилиндрической формы:

пр 2(1

■ 2 лгЬ =

2(1 г 2й

Проделанные оценочные расчеты показывают, что для рассматриваемых условий эксперимента величина Дальнейшие расчеты показывают,

что глубина пооникновения тела в сухой песок равна:

Р =

К,

■1п

РпС* 2 В(1

2 пи1

р„СхБ ■ (1 + 0.03Я)

1п

2 В(1

Согласно полученному выражению, хорошее совпадение расчетных и экспериментальных величин проникновения получается при ^=0,33-0,375 для удлиненных тел. Исключение составляет шар. Для такого тела хорошее совпадение экспериментальных и расчетных данных наблюдается при 0=0,16.

Оценка результатов экспериментов показала, что в исследованном диапазоне ' экспериментальных параметров полное расплавление тела

происходит если его кинетическая энергия примерно вдвое превышает ' энергию, необходимую для полного расплавления материала тела (Е„).

^ = 2Еп=2т(СтАТ + Хт); то есть, Усг*2(СтАТ + кт)хп

[ Здесь АТ=(Тп-То).

Очевидно, что расплавление тела начинается практически сразу после его контакта с поверхностью песка, когда скорость тела максимальна. При достаточно высокой скорости соударения происходит полное разрушение тела ("гиперскоростной режим" соударения), а при несколько меньшей скорости происходит только частичное оплавление тела и дальше оно движется, обладая уже меньшей массой.

Можно предположить, что энергия, которая тратится на нагрев и расплавление тела в начальный момент его соударения с песком определяется кинетической энергией тела и свойствами материалов преграды и тела, то есть Е=А У2. Учитывая, что при У<Утр оплавление тела не возникает:

Е = 4 - ККУ К = МрЛТ + Лм)

тогда:

Принимая, согласно изложенному выше, Ущ,-2 км/с, на основании имеющихся экспериментальных данных получено, что для стали ,8=0,0121 и для ВНЖ й=0,0058. Отношение полученных величин коэффициентов В для стали и вольфрамового сплава совпадает с отношением плотностей этих материалов (рст=7800 кг/м3 и р„„ж=16500 кг/м3). Преобразуя данное выражение получаем:

82^^(сАГ + Лт)+У„1 Рст

где Ц?— объем тела, рт - плотность материала тела.

В экспериментах по исследованию высокоскоростного рикошетирования тел различной формы в диапазоне скоростей соударения 2,0-3,5 км/с использовались метаемые тела цилиндрической и сферической формы, изготовленные из стали и из вольфрамового сплава с плотностью 16,5 г/см . Диаметр метаемых тел менялся в диапазоне 10-20 мм. В ходе исследования, в первую очередь, определялся максимальный угол установки мишени, при котором происходило рикошет, и влияние на его величину параметров тела

Рис. 23. Пробитие мишени, а=20°, толщина мишени 12 мм, диаметр тела 20 мм, У=2,6км/с.

* Э

« р.

з и

I *

1 а

| О

^Т--*

-•—Шар, сталь -♦—Цилиндр,

0,5

0,7 0,9 1.1 Толщина мишени, Ш

1.3

Рис. 24. Влияние толщины мишени на величину максимального угла рикошета.

и мишени. Кроме этого определялся угол отклонения тела после рикошета и направление полета облака осколков, образующихся при пробитии мишени. Оценивались также размеры отверстия в мишени в зависимости от начальных условий эксперимента рис. 23. Результаты проведенных - экспериментов показали, что в зависимости от условий опыта величина максимального угла рикошета меняется от 10 до 14°. При этом наибольшее влияние на её величину в исследованном диапазоне начальных условий оказывает толщина мишени. Увеличение толщины мишени нормированной к диаметру тела (А =/</</) ведет к увеличению максимального угла рикошета рис. 24. В рассмотренном диапазоне скоростей не было обнаружено заметного влияния скорости тела и его материала на величину максимального угла рикошета.

В шестой главе рассмотрена конструкция двухступенчатого гиперскоростного ускорителя и приводятся результаты проведенных испытаний. Результаты исследования процессов, происходящих при высокоскоростном взаимодействии^ показывают, что при скорости соударения выше 10 км/с в зоне контакта создаются давления в несколько десятков гигапаскалей. Таким образом, эксперименты в области высокоскоростного соударения при таких скоростях позволяют не только изучать сам механизм взаимодействия тел, но и получать экспериментальные данные по состоянию вещества в экстремальных условиях. Кроме того, получение такой скорости метаемого тела позволило бы проводить исследования по соударению тел с космическими скоростями (имитация метеоритного удара) и испытывать элементы конструкций космических аппаратов в условиях максимально приближенных к реальным. Эти причины определяют в настоящее время большой интерес к созданию ускорителей, позволяющих получить скорости макротел выше 10 км/с. Достижение такой цели требует принципиально новых технических решений, поскольку для

í

легкогазовых пушек максимальная достигнутая скорость на установке NASA составляет 11,2 км/с при массе ускоряемой полиэтиленовой таблетки 0,04 г, и нет достаточно достоверных данных о разгоне тел до скорости выше 10 км/с ' посредством рельсотронов.

В лаборатории исследовался способ получения высоких скоростей макротел, который был разработан учеными лаборатории Sandia (США). Он заключается в ускорении тела под воздействием сверхвысокого (несколько десятков ГПа) давления создаваемого в буферном каскаде ускорения в результате высокоскоростного удара многослойного ударника переменной плотности. Таким образом, явления, возникающие при высокоскоростном соударении, могут быть положены в основу при проектировании гиперскоростного двухступенчатого ускорителя макротел. Достижимый в этом случае диапазон скоростей 10-16 км/с позволяет реально моделировать столкновение при космических скоростях.

Наиболее ценным свойством данного способа ускорения является то, что степень мультипликации скорости (отношение скорости ускоряемой пластины к скорости ударника) достигает 2,3. Это обстоятельство позволяло рассчитывать на получение скорости ускоряемой пластины выше 10 км/с при использовании имеющегося электроразрядного ускорителя (ЭРУ) в качестве первой ступени ускорения.

Главной задачей проводимых работ являлось совершенствование буферного каскада с целью повышение степени мультиплицирования скорости. Результаты численного моделирования процессов, происходящих при соударении, показали, что одним из факторов снижающих давление в

буфере, а, следовательно, и эффективность ускорения,

является распространение

ударных волн в стенки канала ускорения. Для уменьшения негативного воздействия данного эффекта применялись два способа.

1. Устанавливалась специальная втулка рис. 25., изготовленная из материала с высокой плотностью (вольфрам) и, следовательно,

низкой скоростью звука в нем. Этот дополнительный элемент ограничивает распространение ударных волн в стенки канала и позволяет получить большую скорость ускоряемой пластины.

2. Для усиления этого эффекта на стадии движения ускоряемой пластины она заключалась в ограждающее кольцо.

По сигналам с датчиков давления рис. 26. определялась скорость снаряда. На рис. 26. время t| соответствует моменту выхода снаряда из канала ствола.

I

V

* 37

ч

I

многослойный ударник переменной плотности

буфер

ствол

УСКППИТРПЯ

ускоряемая

.-r"L .пластина

^ьфрамовая втулка

Рис. 25. Буферный, узел.

Цмс}

-54 . ОО

О.ОО

8.55 I, 5 . Ю

Рис. 26. Сигналы камерного и ствольных датчиков давления.

Скорость ускоряемой

пластины определялась по сигналам трех проволочных рам-мишеней, установленных в баллистической трассе. В таблице 4. представлены данные нескольких

экспериментов, проведенных при различных массо-габаритных характеристиках многослойного ударника и ускоряемой пластины.

Параметры буферного узла ускорения были следующие: диаметр пластин многослойного ударника - 20 мм; диаметр ускоряемой пластины - 10 мм; длина вольфрамовой втулки - 15 мм.

Таблица 4.

Толщина пластины, мм. Уу„ км/с V г пл км/с V«/ Уу*

Многослойный ударник Пластина

п/э щ А1 Б Си Си ВНЖ А1 Л

3 2,4 2 1,5 1,2 6 — 3 2,7 6,3 2,35

1 0,6 0,5 0,4 0,3 — 1 1 2,95 7,4 2,51

3 2,4 2 1,5 1,2 6 — 3 2,65 6,5 2,45

1 0,6 0,5 0,4 0,3 — 1 1 - 3,2 1,5 0,47

1 0,6 0,5 0,4 0,3 — 1 1 2,0 5,3 2,65

1 0,6 0,5 0,4 0,3 1 0,6 3,92 8,7 2,22

Во всех проведенных опытах (за исключением одного, когда произошел прорыв газов при разгоне ударника в стволе) была получена степень мультиплицирования скорости больше 2. При этом результаты проведенных исследований показывают, что при увеличении толщины ускоряемой пластины в несколько раз (масштабный фактор а) оптимально во столько же раз увеличить толщины всех пластин ударника.

Оценка влияния других условий эксперимента на эффективность ускорения показала, что при увеличении скорости ударника коэффициент мультиплицирования уменьшается рис. 27. Наибольшая достигнутая степень мультиплицирования равнялась 2,65 при скорости ударника 2 км/с. Масса ускоряемой пластины оказывала весьма слабое влияние на величину коэффициента мультиплицирования в исследованном диапазоне экспериментальных параметров.

4

Скорость ударника, км/с

Рис. 27. Зависимость коэффициента мультиплицирования от скорости ударника.

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе представлены результаты исследования характеристик сильноточного разряда в плотных газовых средах, что является основой для создания аппаратуры на базе импульсных плазмотронов. Изучено влияние условий эксперимента (таких как начальная плотность газа, амплитуда и скорость нарастания разрядного тока) на эти характеристики.

Полученные результаты позволили создать ряд установок на базе ИП, таких как комбинированный гиперскоростной ускоритель, гиперзвуковая аэродинамическая труба, стенд для исследования разряда в сверхплотном газе, улучшить характеристики уже существующих и провести на данных установках ряд исследований.

на комбинированной установке с предварительным адиабатическим сжатием газа проводились исследования физики сильноточного разряда в плотной газовой среде; - на различных типах ускорителей (ЭРУ, комбинированный с предварительным адиабатическим сжатием и двухступенчатый ускоритель) проводились исследования в области гиперскоростного ускорения;

на импульсной гиперзвуковой аэродинамической трубе и стенде, оборудованном ЭРУ и баллистической трассой, исследования в области сверх- и гиперзвуковой аэродинамики и высокоскоростного соударения.

Основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему:

- Исследовано влияние начальных условий эксперимента и, в первую очередь, начальной концентрации молекул водорода в диапазоне от 10 до ЗхЮ22 см"3, на характеристики сильноточного газового разряда при амплитуде разрядного тока от 50 до 500 кА и длительности разряда от 80 до 500 рэ.

- Показано, что принципы, положенные в основу проектирования аппаратуры на базе ИП, определяются, в первую очередь, требуемыми рабочими параметрами этих устройств, такими как вводимая электрическая мощность, давление и температура рабочего газа. Сформулированы способы достижения требуемых параметров ИП, предусматривающие решение двух основных задач: выбор конструкции разрядной камеры и, в первую очередь, электродной системы и определение начальных параметров, таких как плотность и вид рабочего газа, амплитуда и длительность импульса разрядного тока, величина зарядного напряжения.

- На основе полученных экспериментальных данных создан ряд установок на базе ИП.

- Создана система комбинированного гиперскоростного ускорителя, которая сочетает в ссбс предварительное адиабатическое сжатие газа и его последующий дуговой нагрев. Такая последовательность работы обеспечивает высокую плотность газа перед разрядом, что позволяет повысить эффек1ивность передачи энергии от дуги в газ. Сочетая в себе достоинства ЛГП и ЭРУ, разработанная конструкция обладает значительно большей гибкостью с точки зрения достижения требуемых параметров рабочего газа в разрядной камере (давления и температуры), что делает её более эффективной и экономичной и снижает требуемые максимальные величины этих параметров, необходимые для достижения заданных массо-скоростных показателей.

- Предложен метод улучшения аэродинамических характеристик тел при сверх- и гиперзвуковых скоростях полета за счет организации срывного обтекания их головной части. Показано, что в этом случае для затупленных тел достигается существенное снижение лобового сопротивления и повышение характеристик устойчивости. Результаты этого этапа исследований позволили разработать конструкции метаемых тел, предназначенных для изучения процесса высокоскоростного соударения. Эта часть работы включала в себя как разработку конструкции составного снаряда, пригодного для разгона в ЭРУ, так и аэродинамическое проектирование метаемого тела.

- Были изучены различные виды высокоскоростного взаимодействия, такие как многоэлементное взаимодействие, высокоскоростное соударение с песком, высокоскоростной рикошет. На основе результатов, полученных в ходе данных исследований, были построены полуэмпирические зависимости, позволяющие рассчитывать основные параметры этих процессов.

- Исследована работа двухступенчатого гиперскоростного ускорителя, на основе результатов исследования процессов, происходящих в материале преграды при высокоскоростном соударении с ней составных тел. Полученные результаты показывают, что данный ускоритель может быть использован для разгона тел до скоростей свыше 10 км/с.

Таким образом, была решена поставленная в работе задача создания необходимой аппаратуры и проведения на ней исследований физики сильноточного разряда в сверхплотных газовых средах. Исследовано влияние начальной плотности водорода на основные характеристики разряда (напряженность поля, проводимость, температура и геометрия канала разряда) при амплитуде разрядного тока 50-500 кА и скорости его нарастания Ю9-1010 А/с.

На основе полученных результатов создан ряд установок и проведены исследования в области гиперскоростного ускорения, сверх- и гиперзвуковой аэродинамики и высокоскоростного соударения.

Апробация

По материалам диссертации сделаны доклады на конференциях

1. Megagauss Fields and Pulsed Power Systems (Albuquerque, 1992 г.);

2. Symposium on Electromagnetic Launch Technology (Celle, Германия, 1993г.);

3. Symposium on Electromagnetic Launch Technology (Toulouse, Франция, 1995 г.);

4. Symposium on Electromagnetic Launch Technology (Baltimore, США, 1996г.);

5. Symposium on Electromagnetic Launch Technology (Edinburgh, UK, 1998r.);

6. Symposium on Electromagnetic Launch Technology (San Francisco, CLUA, 2000 г.);

7. Symposium on Electromagnetic Launch Technology (Saint-Louis, Франция, 2002 г.);

8. Pulsed Power Plasma Science (Las Vegas, Nevada, США, 2001 г.);

9. Hypervelocity Impact Symposium (HVIS-1994) (Santa Fe, США, 1994 г.);

10.Hypervelocity Impact Symposium (HVIS-1996) (Baltimore, США, 1996 г.);

11.Hypervelocity Impact Symposium (HVIS-2000) (Galveston, США, 2000 г.); 12.Internationa] Ballistics Symposium and Exhibition (San-Francisco, США, 1996

г.);

13.European Materials Research Society Spring Meeting (Strasbourg, Франция, 2002 г.);

14.International Congress on Plasma Physics, ICPP- 2002 (Sydney, Австралия, 2002 г.);

15.Всесоюзная конференция по генераторам плазмы (Новосибирск, 1989г.);

16.Международная конференция "Мегагаусс-5" (Новосибирск, 1989 г.);

17.Конференция "Физика низкотемпературной плазмы" (Петрозаводск, 1995

г.);

18.5я европейская конференция по термическим плазменным процессам (С.Петербург, 1998 г.);

19.Конференция по магнитной и плазменной аэродинамике (Москва, 2001 г.);

20.XVIII Международная конференция "Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество", Эльбрус, 1-6 марта 2003 г.

Публикации

Основной материал диссертации опубликован в 28 работах, среди которых 23 статьи, 5 тезисов докладов. Основные положения защищены двумя авторскими свидетельствами на изобретения.

1. А.Ф. Савватеев, "Экспериментальное исследование аэродинамических характеристик тел вращения с передней срывной зоной," сборник трудов ЛМИ, 1981.

2. А.Ф. Савватеев, "Методическое исследование характеристик потока в рабочей части установки ИТ- 1м," сборник трудов ЛМИ, 1981.

3. А.И. Кулишевич, В.Ф. Радзиванович, А.Ф. Савватеев, Ф.Г. Рутберг, "Работа емкостного накопителя энергии мощностью 1,5 ГВт на нагрузку смешанного типа," Тезисы докладов 5й международной конференции "Мегагаусс-5", Новосибирск, 1989.

4. А.И. Кулишевич, В.Ф. Радзиванович, А.Ф. Савватеев, Ф.Г. Рутберг, "Low-temperature plasma pulse generator rated at 500 MW," Тезисы докладов 11й всесоюзной конференции по генераторам плазмы, Новосибирск, 1989.

5. S.V.Zakharenkov, A.G. Kouprine, A.I. Kulishevich, A.F. Sawateev, Ph.G. Rutberg, " Experimental study of a 1.5 GW power capacitor operating with compound load," Megagauss Fields and Pulsed Power Systems, Nova Science Publishers, 1990.

6. S.V.Zakharenkov, A.G. Kouprine, A.I. Kulishevich, A.F. Sawateev, Ph.G. Rutberg, "Measuring Energy Balance in Electrodischarge Gun," Proceedings of Megagauss Fields and Pulsed Power Systems (MG-VI), Albuquerque, 1992.

7. S.V.Zakharenkov, A.G. Kouprine, A.I. Kulishevich, A.F. Sawateev, Ph.G. Rutberg, "Energy Balance in Electrothermal Launcher at Vaiying Operating Parameters," Proceedings of 4th European Symposium on Electromagnetic Launch Technology, Celle, Germany, May 02-06,1993, Paper 514.

8. S.V. Zakharenkov, A.I. Kulishevitch, B.P. Levchenko, Ph.G. Rutberg, A.F. Sawateev, "Efficiency of using a Railgun as an additional accelerator for Electrothermal Launcher," Proceedings of the Forth European Symposium on Electromagnetic Launch Technology, May 02-06, 1993. Celle, Germany. Paper 1504.

9. C.B. Захаренков, А.И. Кулишевич, В.Ф. Радзиванович, А.Ф. Савватеев, Ф.Г. Рутберг, "Об использовании электроразрядной пушки в качестве предускорителя для рельсотрона," Сборник докладов конференции "Физика низкотемпературной плазмы", Петрозаводск, 1995.

10. S.V.Zakharenkov, A.G. Kouprine, A.I. Kulishevich, A.F. Sawateev, Ph.G. Rutberg, "Projectile for Multiple-Rod Hypervelocity Impact Exploration," Proceedings of 8th Symposium on Electromagnetic Launch Technology, Baltimore, Maryland, USA April 21-24, 1996.

11. S.V.Zakharenkov, A.G. Kouprine, A.I. Kulishevich, A.F. Sawateev, Ph.G. Rutberg, "Aerodynamic of complete projectile for multiple rod hypervelocity

impact," 16'h International Ballistics Symposium and Exhibition, San-Francisco, CA, USA, September 23-27, 1996.

12. А.А. Богомаз, A.B. Будин, C.B. Захаренков, В.А. Коликов, А.И. Кулишевич, И.П. Макаревич, А.Ф. Савватеев, Ф.Г. Рутберг, "Применение импульсных генераторов плазмы для гиперскоростного ускорения тел," Известия Академии Наук, ЭНЕРГЕТИКА №1, 1998 г., стр. 64-79.

13. С.В. Захаренков, В.А. Коликов, А.И. Кулишевич, А.Ф. Савватеев, Ф.Г. Рутберг,"Исследование работы комбинированной системы ускорения макротел," Известия Академии Наук, ЭНЕРГЕТИКА № 2, 1998, стр. 3035.

14. V.A. Kolikov, А.А. Bogomaz, A.V. Budin, Ph.G. Rutberg and A.F. Savvateev, " Some aspects of pulse plasma generators investigation and their application," Fifth European Conference on Thermal Plasma Processes, St.Petersburg, July 13-16, 1998 p. 62.

15. Ph.G. Rutberg, A.A. Bogomaz, A.V. Budin, V.A. Kolikov, A.F. Savvateev, "Multipulse Discharge in the Chamber of an Electric Discharge Launcher," IEEE Transactions on Magnetics, vol. 35, Num. 1, part 1, January 1999, pp. 189-191.

16. A.F. Savvateev, A.V. Budin, S.V. Zakharenkov, V.A. Kolikov, Ph.G. Rutberg, "Launch Package for Multiple- Rod Hypervelocity Impact Investigation," IEEE Transactions on Magnetics, vol. 35, Num. 1, part 1, January 1999, pp. 90-94.

17. S.V.Zakharenkov, V.A. Kolikov, A.F. Savvateev, Ph.G. Rutberg, "Combined Electro-Discharge Accelerator Performance," Proceedings of lCfh Symposium on Electromagnetic Launch Technology, San Francisco, California, USA, April 25-28,2000.

18. A.F. Savvateev, A.V. Budin, V.A. Kolikov, Ph.G. Rutberg, "High-Speed Penetration into Sand," International Journal of Impact Engineering, 26, 2001, pp. 675-682.

19. A.F. Savvateev, A.V. Budin, V.A. Kolikov, Ph.G. Rutberg, "Features of electric discharge in gas of high density," Proceedings of Conference "Pulsed Power Plasma Science - 2001," Las Vegas, Nevada, USA, June 17-22,2001.

20. А.Ф. Савватеев, A.B. Будин, B.A. Коликов, Ф.Г. Рутберг, "Использование срывного обтекания при гиперзвуковых скоростях полета, " Proceedings of3rd conference on magnetic and plasma air dynamics, Moscow, 2001.

21. A.F. Savvateev, A.A. Bogomaz, A.V. Budin, V.A. Kolikov, Ph.G. Rutberg, "Parameters of electric discharge in gas of high density," Final Program and Abstracts of ll'h EML symposium, Saint-Louis, France, 2002, p.76.

22. Ph.G. Rutberg, G.A. Shvetsov, A.F. Savvateev, "Results of Recent Research on Electromagnetic Launch Technology in Russia," Final Program and Abstracts of 1 l'h EML symposium, Saint-Louis, France, 2002, p.24.

23. A.F. Savvateev, A.V. Budin, V.A. Kolikov, Ph.G. Rutberg, "Combined Electro-Discharge Launcher Performance," Final Program and Abstracts of 1 l'h EML symposium, Saint-Louis, France, 2002, p.l 17.

24. Ph.G. Rutberg, A.A. Bogomaz, A.V. Budin, V.A. Kolikov, A.F. Savvateev, "High-current arc in dense gas," Proceedings of European Materials Research Society Spring Meeting, Strasbourg, France, June 18-21, 2002.

25. Ph.G. Rutberg, A.A. Bogomaz, A.V. Budin, V.A. Kolikov, A.F. Savvateev, " Investigation of Megaampere Discharge in Superdense Gas Media in Order to Obtain a Forplasma Source for Thermonuclear Researches," Proceedings of International Congress on Plasma Physics, ICPP- 2002, July 15-19, 2002, Sydney, Australia, 2002.

26. A.A. Богомаз, A.B. Будин, B.A. Коликов, Ф.Г. Рутберг, А.Ф. Савватеев," Импульсный разряд в сверхплотном газе," Сборник "Физика экстремальных состояний вещества - 2003", Черноголовка - 2003, стр. 163-164.

27. А.Ф. Савватеев, А.А. Богомаз, А.В. Будин, В.А. Коликов, Ф.Г. Рутберг, "Исследование электрического разряда в газе сверхвысокой плотности с предварительным адиабатическим сжатием," ТВТ, т. 41, №5,2003.

28. Ph.G. Rutberg, A.A. Bogomaz, A.V. Budin, V.A. Kolikov, A.F. Savvateev, "High current arc in dense gas," "Progress in Plasma Processing Materials", Begell House Inc. New York NY10016, 2003, ISBN 1-56700-192-0, pp. 243250.

29. Авторское свидетельство № 2111692 от 26.02.84.

30. Авторское свидетельство № 244484 от 03.11.86

Подписано в печать 01.10.2003 Тираж 100 экз.

Объем 2,6 усл. п. л. Заказ № 54/03

Отпечатано в секторе оперативной полиграфии Инновационно-инвестиционного комплекса Санкт-Петербургского государственного политехнического университета

195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29

(27^-'

* 18 7 4 9

ВВЕДЕНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. КОНСТРУКЦИЯ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ПЛАЗМОТРОНОВ.

1.1. ип со стержневыми электродами.

1.2. ИП с коаксиальными электродами.

1.3. Коаксиальные ИП с фиксированной длиной дуги.

1.4. Коаксиальные ИП с самоустанавливающейся длиной дуги.

1.5. Характеристика элементов МИП.

1.5.1. Особенности конструкции МИП.

1.5.2. Источники питания МИП.

1.5.3. Параметры дуги.

1.5.4. Теплообмен.

1.5.5. Методы диагностики.

1.6. Области применения ИП.

1.7. Выводы.

2. УСКОРИТЕЛИ.

2.1. Электроразрядный ускоритель.

2.2. Электротермический ускоритель.

2.3. Выводы.

3. СТЕНД ИМПУЛЬСНЫХ ПЛАЗМОТРОНОВ.

3.1. Общая характеристика стенда.

3.2. Источник энергии.

3.2.1. Конденсаторная ячейка.

3.2.2. Модуль.

3.2.3. Токовый коллектор.

3.2.4. Зарядное устройство.

3.2.5. Системы контроля и управления.

3.3. Система регистрации и обработки экспериментальных данных.

3.4. Баллистическая трасса.

3.5. Диагностическая камера.

3.5.1. Конструкция диагностической камеры.

3.5.2. Виды оптических измерений, проводимых на диагностической камере.

3.5.3. Эксперименты по изучению движения дуги.

3.6. Выводы.

4. УСТАНОВКИ, СОЗДАННЫЕ НА ОСНОВЕ ИП.

4.1. Комбинированный ускоритель.

4.1.1. Недостатки ЛГП и ЭРУ и возможности оптимизации характер истик у скор ителей.

4.1.2. Конструкция установки.

4.1.3. Результаты эксперимента.

4.1.4. Выводы.

4.2. Устлногзкл для создания сверхзвуковых потоков глзл.1 ]

4.3. Установка для исследования разряда в сверхплотном газе.

4.3.1. Конструкция установки.

4.3.2. Порядок проведения экспериментов.

4.3.3. Результаты эксперимента.

4.3.4. Анализ результатов.

4.4. Оценка параметров дуги.

4.5. Выводы.

5. ВЫСОКОСКОРОСТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ.

5.1. Применимость ЭРУ для исследования высокоскоростного соударения.

5.2. Аэродинамическое проектирование метаемого тела.

5.2.1. Анализ существующих способов.

5.2.2. Исследование аэродинамики тел с передней срывной зоной.

5.3. Исследование высокоскоростного взаимодействия тел различной формы с полубесконечной преградой.

5.4. Высокоскоростное многоэлементное взаимодействие.

5.5. Высокоскоростное взаимодействие с песком.

5.6. Высокоскоростное рикошетирование.

5.7. Выводы.

6. ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ ГИПЕРСКОРОСТНОЙ УСКОРИТЕЛЬ.

6.1. Конструкция iwiepckopocti юго ускорителя.

6.2. Результаты эксперимента.

6.3. Выводы.

V Получение плотной низкотемпературной плазмы изучение её свойств и создание установок па базе источников низкотемпературной плазмы является в настоящее время одной из актуальных задач. Естественно, что разработка и создание генераторов плазмы различного типа, обладающих требуемыми параметрами, определяет ход дальнейших исследований в этих областях. Импульсные плазмотроны (ИП) являются электрофизическими устройствами, предназначенными для генерации низкотемпературной плазмы в течение коротких промежутков времени при высоком уровне вводимой энергии. Конструктивно ИП состоит из импульсного источника питания и самого генератора плазмы. При работе ИП происходит преобразование электрической энергии источника питания во внутреннюю энергию плазмы за счет дугового нагрева плазмообразующего вещества. В качестве плазмообразующих веществ, кроме газов, могут использоваться жидкости и твердые тела, которые в процессе нагрева переходят в газообразное состояние.

Первыми устройствами, созданными на базе ИП, следует считать сверх- и гиперзвуковые аэродинамические трубы. Необходимость их создания была щ вызвана быстрым развитием авиационно-космической техники. Эти трубы вплоть до настоящего времени остаются наиболее удобными установками, позволяющими исследовать аэродинамику летательных аппаратов при числах Маха выше 10. В последующие годы спектр применения ИП значительно расширился. Возрастающий в настоящее время интерес к импульсной технике определяется как быстро развивающимися плазменными технологиями, так и удобством использования ИП при проведении целого ряда научных исследований, таких как: изучение свойств мощного электрического разряда в плотных средах, изучение излучательной способности электрической дуги в видимой, ультрафиолетовой и рентгеновской областях, гиперскоростное ускорение тел, создание газодинамических лазеров, исследование высокоскоростного взаимодействия, моделирование условий входа космических аппаратов в атмосферу, а также возможно их применение в качестве источника фор-плазмы при исследованиях в области термоядерного синтеза.

Область применения импульсных плазмотронов определяется, в первую очередь, уникальностью достижимых параметров рабочего тела, которые могут достаточно легко меняться в широких пределах в зависимости от начальных условий. Этими параметрами являются:

• плотность газовой плазмы;

• температура и давление газовой плазмы;

• концентрация заряженных частиц в диапазоне 10|4-1021 см"';

• возможность насыщения плазмы частицами и парами различных материалов;

• достижимая скорость истечения газа, свыше 10 км/с;

• амплитуда разрядного тока до 10 МА и скорость его нарастания 10х-1012 А/с;

• падение напряжения на дуге;

• температура дуги более 10 эВ.

Кроме того, большой интерес представляет изучение свойств самой электрической дуги в широком диапазоне изменения основных её параметров. Повышение, тока протекающего через дугу, скорости его нарастания и уровня удельной энергии, вводимой в дугу, оказывает сильное влияние на излучательные и транспортные свойства дуги. Изучение этих свойств дуги позволит не только усовершенствовать существующие установки па базе ИП, но и разрабатывать новые.

Рассматривая рабочие параметры ИП несколько подробнее, можно отметить следующие их возможности. Среднемассовая температура газовой плазмы в несколько тысяч градусов позволяет получить высокую скорость истечения рабочего газа, особенно в случае использования легких газов, таких как водород или гелий. Максимальная скорость истечения газа в вакуум равна: к + 1 где к - показатель адиабаты, Vcr - критическая скорость

2к Р„ к + !р. к + 1' 2 здесь Р0, То и р„ - давление, температура и плотность газа в разрядной камере плазмотрона, R — универсальная газовая постоянная.

Для водорода вполне достижимой является скорость свыше 10 км/с. Такая высокая скорость истечения газа позволяет использовать ИП для получения высокоэтальпийных газовых потоков. Как уже говорилось, это свойство ИП дало возможность создавать на их базе гиперзвуковые импульсные аэродинамические трубы и моделировать условия входа спускаемых аппаратов в атмосферу. На существующих в настоящее время установках проводятся эксперименты в диапазоне чисел Маха набегающего потока М=8-30. Эта же характеристика (высокая скорость истечения газа) позволяет использовать ИП в качестве основного элемента легкогазовых электроразрядных ускорителей. Скорости метаемых тел на таких установках как минимум в два раза превышают максимальные дульные скорости, достигнутые в классических артиллерийских системах, на электротермических (ЭТ) и электротермохимических (ЭТХ) ускорителях. При этом ИП является главным элементом ЭТ и ЭТХ. ИП применяются также при создании мощных газодинамических лазеров.

Высокая температура дуги позволяет испарять в разрядной камере ИП любые материалы и, при необходимости, ионизовать полученный рабочий газ. В этом случае возможно получение газового потока насыщенного частицами испаренного материала для дальнейшего плазменного напыления или исследования высокоскоростного взаимодействия частиц с различного рода материалами. Учитывая возможность получении высокой скорости потока, весьма перспективным направлением является разработка и создание на базе

ИП установок для испытания материалов в экстремальных условиях. В такого рода устройствах можно создавать в испытательной камере высокие (несколько тысяч Кельвинов) температуру и давление (до 1000 МПа в импульсном режиме) в различных газовых средах и изучать воздействие высокоскоростного потока на исследуемые материалы. Быстрый ввод энергии в разрядную камеру ИП приводит также к возникновению в рабочем газе ударных волн.

Кроме вышеперечисленного ИП являются удобным научным инструментом для исследования характеристик электрического разряда в газе. Такие диагностические стенды дают возможность проводить параметрические исследования характеристик электрической дуги, изучать её транспортные и излучательные свойства, исследовать эрозию различных материалов в условиях протекания мегаамперных токов. Варьирование параметров разрядного контура и конструкции разрядной камеры ИП позволяет изменять режим горения дуги (диффузный или контрагированный), её температуру и скорость расширения. Различные конфигурации электродной системы позволяют получать фиксированную привязку дуги к электродам или обеспечивать её движение вдоль электродов. Отмечено, что начальная плотность газа оказывает сильнейшее влияние на такие параметры дуги, как напряженность поля, температура и проводимость плазмы в канале разряда. Варьирование в широких пределах этих параметров позволяет применять импульсные плазмотроны для создания дуг, являющихся источником мощного ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения. В некоторых работах было отмечено, что при разряде в плотном газе возникает запертость излучения в канале разряда вследствие малой (~10~3 см) длины свободного пробега квантов (усредненной по Росселанду) при температуре порядка 4-104 К, что ведет к перегреву центральной зоны канала. Такой эффект предполагает возможность достижения высоких температур канала дуги при увеличении начальной плотности рабочего газа и открывает перспективы использования ИП в качестве источника фор-плазмы.

Как показывают результаты проведенных исследований по изучению физики газового разряда, ИП являются устройствами, позволяющими получать низкотемпературную газовую плазму, параметры которой могут изменяться в весьма широком диапазоне. На существующих в настоящее время установках проводились эксперименты при давлениях до нескольких тысяч атмосфер, среднемассовой температуре до 10000 К и концентрации частиц в канале разряда 1014-102() см"3.

Основой для создания ИП служат результаты исследования электрического разряда в плотной среде. Этому вопросу посвящено достаточно большое количество экспериментальных и теоретических работ. Здесь, однако, следует отметить, что наиболее хорошо изученной областью является физика газового разряда при относительно низком начальном давлении (в диапазоне 102-107 Па), в то время как все больший интерес представляет сильноточный разряд при более высоком начальном давлении рабочего газа, что позволяет достичь более высокой концентрации заряженных частиц в канале разряда. Сложность проведения таких исследований обусловлена как высокими газодинамическими параметрами плазмы в разрядной камере (давление в сотни мегапаскалей при длительности процесса 10"2-10"4 с и среднемассовой температуре несколько тысяч градусов), так и высокими электрическими параметрами источника питания - рабочим напряжением в десятки киловольт при токах в несколько мегаампер. Указанные параметры рабочего тела обуславливают высокие требования, предъявляемые к конструкции ИП. Основным элементом ИП является высокопрочная разрядная камера, оснащенной мощным токоподводящим узлом. Кроме того, существуют серьезные трудности при проведении точной диагностики параметров плазмы в камере и, в особенности, в канале разряда.

В зависимости от требуемых параметров плазмы выбирается конструкция плазмотрона, главным определяющим принципом которой является тип разряда: капиллярный, диффузный или контрагированный. Другим важнейшим параметром является режим горения дуги (фиксированная привязка дуги или движущаяся дуга), который оказывает наибольшее влияние на эффективность теплообмена дуги с окружающим газом. Ясно, что для обеспечения требуемых Ш выходных параметров определяющим фактором является конструкция электродной системы.

Немаловажным фактором является также время газодинамического процесса в ИП, которое может составлять от нескольких микросекунд до нескольких секунд (режим манометрической бомбы). Этот параметр важен при прочностном расчете всех элементов конструкции плазмотрона, и в первую очередь разрядной камеры.

Плотность получаемой в плазмотроне плазмы, определяется либо начальной массой рабочего тела (в случае использования в качестве него газа или жидкости) либо массой сублимированного твердого материала. Следует отметить, что при низкой начальной плотности газа (концентрации частиц 10141019 см'3) устойчивое горение электрической дуги обеспечивается сравнительно легко. Наибольшие трудности возникают при организации электрического

-у j разряда в плотных газах (10" -10" см""')- Для создания достаточно длинного дугового канала (что необходимо для обеспечения интенсивного теплообмена между дугой и рабочим газом) требуется специально проектировать электродную систему ИП, что включает в себя выбор оптимальной конфигурации и материала самих электродов, формы разрядной камеры, конструкции изоляции и способа инициирования разряда. Отдельным вопросом здесь является расчет электрических характеристик источника энергии.

Предельно достижимая среднемассовая температура газовой плазмы в ИП зависит в первую очередь от длительности процесса. При среднемассовой температуре газовой плазмы менее 3000 К время процесса может быть достаточно длительным (режим манометрической бомбы). Повышение температуры сверх этой величины вызывает резкое увеличение нагрева стенок разрядной камеры не только за счет излучения, но и за счет конвективного теплообмена. Этот процесс приводит к интенсивному испарению материала стенок разрядной камеры, даже в случае использования тугоплавких материалов, что в свою очередь сильно меняет химический состав генерируемой плазмы. Кроме этого, существенно снижается эффективность нагрева газа, поскольку большая часть излучения дуги уходит на нагрев стенок камеры. Так при температуре плазмы выше 1 эВ её объем практически определяется объемом дугового канала, а время её существования - временем разряда. Такой режим работы наиболее характерен для ИП с капиллярным разрядом в сублимируемом материале. В настоящее время достигнуты температуры 7000 К при времени разряда -100 jic и 200000 К при времени разряда -15 ).ic.

Таким образом, достоинства ИП дают возможность успешно применять их для решения ряда научных и технологических задач.

Области применения ИП:

1. Возможность в широком диапазоне изменять такой параметр плазмы как её плотность (концентрация частиц 1014-1022 см'3) чрезвычайно важна при изучении взаимодействия потоков плазмы с материалами и разработке различного рода технологических процессов.

2. Получение высокоскоростных газовых струй (гиперзвуковые аэродинамические трубы и технологическое применение). Возможность получения квазистационарных гиперзвуковых газовых потоков при достаточно высокой статической температуре газа (чтобы исключить его конденсацию) позволяет моделировать такие процессы как вход J1A в атмосферу и соударение с частицами при космических скоростях их полета.

3. Высокоскоростное метание.

Быстрый дуговой нагрев легкого газа в разрядной камере электроразрядного ускорителя обеспечивает достижение высокого давления (сотни МПа) при температуре в несколько тысяч К. Такие параметры рабочего газа обеспечивают скорость его истечения более 10 км/с, что позволяет получить скорость метаемого тела при его достаточной массе порядка 6 км/с.

4. Создание источников ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения и источников фор-плазмы для исследований в области ф/ термоядерного синтеза.

Очевидно, что развитие плазменных технологий требует разработки и создания новых типов ИП. Являясь основным элементом многих существующих установок, ИП определяет их основные рабочие характеристики. Поэтому совершенствование данных образцов техники зависит как от повышения характеристик самого ИП, так и от возможности его успешной работы в составе различных систем. Надо отметить, что широкий диапазон рабочих параметров ИП позволяет обычно полностью удовлетворить второе условие.

Суммируя вышесказанное можно сделать вывод, что ключевой задачей в области разработки и создания новых типов приборов на основе ИП является исследование физики сильноточного газового разряда в широком диапазоне начальных условий. Эти работы должны включать в себя параметрические исследования влияния условий эксперимента на основные характеристики электрической дуги и генерируемой плазмы как с целью достижения более высоких предельных параметров, так и с целью повышения эффективности преобразования энергии. Результаты этих исследований позволят получить следующие данные, необходимые для дальнейшего успешного развития импульсной техники:

- влияние начальной плотности (в диапазоне свыше 1 022 см"3) и рода рабочего газа, на основные параметры дуги, такие как напряженность поля в канале разряда, диаметр канала, сопротивление дуги;

- влияние начальной плотности (в диапазоне свыше 10 " см" ), амплитуды разрядного тока (Ю'МО6 А), скорости нарастания (10х-1010 А/с) и длительности импульса разрядного тока др. на такие выходные параметры ИП как температура, проводимость и концентрация частиц в канале дуги, давление и температура рабочего газа;

- влияние параметров эксперимента на излучательные и транспортные характеристики плотных сильноточных дуг;

- способы выбора оптимальной конструкции разрядной камеры ИП (в первую очередь, электродной системы) с точки зрения обеспечения требуемого уровня энерговвода, режима горения дуги и выходных параметров установки; условия, позволяющие получить предельные выходные параметры, такие как температура дуги, плотность и температура генерируемой плазмы, скорость истечения газа;

- пути повышения эффективности работы устройств, разработанных на базе ИГ1, таких как гиперскоростные ускорители, сверхзвуковые аэродинамические трубы и т.п.

Для выполнения данной задачи требуется, в первую очередь, создание экспериментальных установок, которые позволили бы проводить исследования в максимально широких диапазонах значений начальных параметров эксперимента, таких как амплитуда и длительность разрядного тока, зарядное напряжение, плотность и давление рабочего газа, конфигурация и материал электродной системы.

Следующей задачей является проведение экспериментальных исследовании на установках созданных на базе ИП. К ним относится изучение аэродинамики при сверх- и гиперзвуковых скоростях набегающего потока с использованием импульсных аэродинамических труб и баллистических стендов с ЭРУ в качестве метательного устройства. Результаты данных исследований позволят разработать конструкции метаемых тел для использования в ЭРУ, удовлетворяющим требованиям, предъявляемым к ним с точки зрения внутренней и внешней баллистики. Успешное решение данной задачи обеспечивает проведение исследований различных типов высокоскоростного соударения с использованием ЭРУ.

Отдельной задачей является разработка эффективной конструкции & гиперскоростного ускорителя на основе ИП.

Результаты настоящих исследований позволят повысить эффективность существующих типов установок, созданных на базе ИП, и разработать новые виды мощной импульсной аппаратуры и плазменных технологий.

6.3. Выводы

В ходе экспериментов была разработана конструкция доускорителя, предназначенного для совместной работы с ЭРУ. Проведена отладка всех элементов ускорителя, что обеспечивало его надежную работу и делало данную установку удобным научным инструментом для исследования процессов, происходящих при гиперскоростном соударении. Была проверена на практике возможность ускорения макротел до гиперскоростей за счет высокоскоростного удара многослойного ударника по буферному каскаду. В ходе экспериментов определено влияние начальных условий на эффективность работы ускорительной системы. Важным результатом исследования явилось получение эффекта мультиплицирования скорости, что свидетельствует о правильности выбранной конструкции доускорителя и о реальной возможности достижения скоростей выше 10 км/с. Максимально была достигнута величина коэффициента мультиплицирования скорости ускоряемой пластины 2,65 (5,3 км/с при скорости ударника 2,0 км/с). В остальных экспериментах степень мультипликации скорости хорошо согласовывалась с данными, представленными в [201-203] для таких же массогабаритных характеристик ударника и ускоряемой пластины. В ходе исследования была разработана конструкция снаряда с многослойным ударником переменной плотности, обеспечивающая его устойчивое ведение в канале ствола. Щ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В представленной работе рассмотрены конструкции импульсных плазмотронов различного типа и области их практического применения в современной технике. Принципы, положенные в основу проектирования аппаратуры на базе ИП, определяются, в первую очередь, требуемыми рабочими параметрами этих устройств, такими как вводимая электрическая мощность, давление и температура рабочего газа. Эти же параметры определяют уникальность данных электрофизических устройств, позволяющих как проводить экспериментальные исследования физических процессов, так и создавать на их основе различные приборы и установки. Достижение требуемых параметров ИП предусматривает решение двух основных задач: первое - выбор конструкции разрядной камеры и, в первую очередь, электродной системы и второе - определение начальных параметров, таких как плотность и вид рабочего газа, амплитуда и длительность импульса разрядного тока, величина зарядного напряжения.

Важнейшей частью ИП является его электродная система. Её конструкция определяет основные параметры ИП, такие как максимальный ток, рабочее напряжение, максимальную вводимую мощность, эффективность энергообмена, как на стадии передачи энергии из источника в дугу, так и при нагреве дугой рабочего газа. Конструкция электродной системы оказывает сильнейшее влияние на тип разряда, температуру и геометрические параметры дуги, а также на насыщенность газа парами и частицами материала электродов. Сделанный в первой главе обзор основных типов конструкций импульсных плазмотронов и их достоинств и недостатков позволяет выбрать наиболее удобную схему при разработке новых установок на базе ИП.

Если конструкция разрядной камеры ИП определяет потенциальные возможности данных устройств, то варьирование приведенных выше начальных условий эксперимента позволяет получать требуемые выходные параметры. Эти причины делают исследование физики разряда в плотных средах важнейшим условием успешной разработки новых типов установок на базе ИП. В главе 3 дано описание конструкций диагностического стенда и приводятся результаты проведенных исследований по изучению характеристик сильноточного газового разряда. Определено влияние начальных условий эксперимента в широком диапазоне их варьирования на рабочие параметры ИП. Показано, что наиболее перспективным направлением здесь является проведение экспериментов по изучению физики сильноточного газового разряда при высокой начальной плотности газа. Результаты проведенных исследований в диапазоне начальных плотностей газа до 3х 1022 см"3 показали, что увеличение начальной плотности газа ведет к сильному изменению таких характеристик дуги, как напряженность поля, температура дуги и её диаметр. В ходе проведенных исследований при амплитуде разрядного тока 100-500 кА была достигнута величина напряженности поля в канале дуги 1700 В/см. С этой точки зрения большой интерес представляет проведение экспериментов на новой, более мощной диагностической установке, рассчитанной на проведение экспериментов при амплитуде разрядного тока до 2 МА.

Во второй главе работы рассмотрены конструкции ускорителей (ЭРУ и ЭТ) в которых ИП является основным конструктивным элементом. Дано обоснование предельно достижимых массо-скоростные характеристик данных ускорителей и показаны преимущества, которыми обладает ЭРУ.

В главе 4 представлена разработанная конструкция комбинированного электроразрядного ускорителя, которая сочетает в себе предварительное адиабатическое сжатие газа и его последующий дуговой нагрев. Сочетая в себе достоинства ЛГП и ЭРУ, разработанная конструкция обладает значительно большей гибкостью с точки зрения достижения требуемых параметров рабочего газа в разрядной камере, что делает её более эффективной и экономичной и снижает необходимые для достижения требуемых массо-скоростных показателей максимальные величины этих параметров. Возможность существенного уменьшения требуемого запаса электрической энергии позволяет уменьшить массо-габаритные показатели источника энергии. что является серьезным достоинством данной схемы, весьма важным при проектировании мобильных установок.

Примером практического применения установок, разработанных на базе ИП, служат результаты экспериментов, представленные в главе 5. Исследование аэродинамики тел при гиперзвуковых скоростях полета проводилось на импульсной гиперзвуковой аэродинамической трубе и на баллистическом стенде, где в качестве ускорителя использовался ЭРУ. Результаты этого этапа исследований позволили разработать конструкции метаемых тел, предназначенных для изучения процесса высокоскоростного соударения. Эта часть работы включала в себя как разработку конструкции составного снаряда, пригодного для разгона в ЭРУ, так и аэродинамическое проектирование метаемого тела. Показано, что организация срывного обтекания тел при сверх- и гиперзвуковых скоростях полета позволяет существенно улучшить их основные аэродинамические характеристики, такие как устойчивость и лобовое сопротивление.

Были изучены различные виды высокоскоростного взаимодействия, такие как многоэлементное взаимодействие, высокоскоростное соударение с песком, высокоскоростной рикошет. На основе результатов, полученных в ходе дальнейших исследований, были построены полуэмпирические зависимости, описывающие основные параметры этих видов высокоскоростного взаимодействия.

Исследована работа двухступенчатого гиперскоростного ускорителя, основой для разработки которого служат результаты исследования процессов, происходящих в материале преграды при высокоскоростном соударении с ней составных тел. Полученные результаты показывают, что данный ускоритель может быть использован для разгона тел до скоростей свыше 10 км/с.

Таким образом, в работе представлены результаты исследований как физики сильноточного разряда в плотной газовой среде, так и исследований на установках, созданных на основе полученных результатов, в таких областях, как гиперскоростное ускорение, сверх- и гиперскоростная аэродинамика и высокоскоростное соударение.

Вывод: Решение поставленных задач позволило достигнуть цели диссертационной работы - изучить свойства сильноточного разряда в плотной газовой среде, что послужило основой для повышения эффективности устройств, создаваемых на базе ИП.

1. W.N. MacDermott, "Preliminary test results with an arc-heated hypersonic wind tunnel at Mach numbers of 10 to 20," in: Proceedings of the fifth Midwestern conf on Fluid Mechanics, 1957, pp. 224-237.

2. Д. Лукашевич, Д. Уитфилд и Р. Джексон, "Аэродинамические испытания при числах Маха от 15 до 20," В кн. "Исследование гиперзвуковых течений", М. "Мир", 1964, стр. 327-356.

3. В.А. Горелов и А.С. Королев, "Исследование ионизации газа при обтекании моделей в гиперзвуковой импульсной аэродинамической трубе," В кн. "Проблемы физической газовой динамики", 1975, стр. 94101, (Труды ЦАГИ, вып. 1656).

4. Б.В. Бошенятов, В.В. Затолока и М.И. Ярославцев, "Исследование отрывного обтекания конусов с турбулентным пограничным слоем при числах Маха 8, 3 и 10," "Изв. СО АН СССР, Сер. техн. наук", 1975, вып. 2, стр. 43-50.

5. А. Гендерсон, "Гиперзвуковые вязкие течения," В кн. "Современные проблемы газовой динамики", М., "Мир", 1971, стр. 88.-136.

6. И.А. Глебов, Ф.Г. Рутберг, "Мощные генераторы плазмы," М., Энергоатомиздат, 1985.

7. К. Леконг, "Высокоскоростное метание," В кн.: Физика быстропротекающих процессов, т.2. М.: Мир, 1971, с. 247.

8. Д. Кайзер, "Импульсная установка с малым загрязнением потока и надежно работающей разрядной камерой," В кн. Техника гиперзвуковых исследований, М., Мир, 1964, стр. 298.

9. Д. Лукашевич, У. Гаррис, Р. Джексон, Д. Ван-дер-Блик, Р. Миллер, "Разработка емкостных и индуктивных накопителей энергии для импульсных аэродинамических труб," В кн. Техника гиперзвуковых исследований, М. Мир, 1964.т

10. Дж.А. Блик, "Усовершенствование импульсных аэродинамических труб с емкостными и индуктивными накопителями энергии," В кн. Современная техника аэродинамических исследовании при гиперзвуковых скоростях, М., Машиностроение, 1965.

11. J.A.van der Blick, "Further Development of Capacitance and Inductance-Driven Hotshot Tunnels", Proceedings of the 2nd Symposium on Hyperve/ocitv Techniques, New York, 1962, pp.47-86.Г.Г.

12. Г.Г. Антонов, B.C. Бородин, A.M. Зайцев, Ф.Г. Рутберг, "Некоторые вопросы исследования сильноточного разряда в камере высокого давления", ЖТФ, t.XLII, №10, 1972, стр.2121 -2126.

13. Р. Ротерг, К. Сивьер, "Гиперзвуковая импульсная аэродинамическая труба с запасом энергии 7 МДж", в кн. Техника гиперзвуковых исследований, Мир, М., 1964, стр.282.

14. Р. Данненберг, А. Силва, "Работа камеры высокого давления с электродуговым нагревом либо в режиме эффективной передачи энергии толкающему газу, либо в режиме генерации сильных токов", Ракетная техника и космонавтика, т. 10, №12, 1972, стр. 13-1 5.

15. Th.H.G.G. Weise, "Recent experimental results obtained from 45-mm ET-Gun investigations," Proceedings of the Forth European Symposium on Electromagnetic Launch Technology, May 02-06, 1993. Celie, Germany. Paper 509.

16. И.Д. Келли, M.A. Левин, А.Л. Бесс и др., "Усовершенствованная камера высокого давления ударной трубы с электродуговым разрядом," Приборы для научных исследований, 1967, т. 38, №5, стр. 641-654.

17. I.J. Kelley, M.A. Levine, A.L. Besse, A. Tatarian, "Evaluation of the Driver Chamber Efficiency of an Arc-Driven Shock Tube," Shock Tube Symposium. The Physics of Fluids Supplement, 1969, N5, p. 76-78.

18. J.G. Kelley, M.A. Levine, A.L. Besse and A. Tatarian, "Improved Driven Chamber for Arc Driven Shock Tube", The Review of Scientific Instruments, vol.38, no.5, 1967, pp.641-645.

19. Ph.G. Rutberg, A.A. Bogomaz, A.V. Budin, V.A. Kolikov, A.F. Savvateev, "Multipulse Discharge in the Chamber of an Electric Discharge Launcher," IEEE Transactions on Magnetics, vol. 35, Num. 1, part 1, January 1999, pp. 189-191.

20. A.V. Budin, V.A. Kolikov, B.P. Levchenko, V.V. Leontiev, I.P. Makarevich,

21. Ph.G. Rutberg, N.A. Shirokov, "A study of the operating conditions of the light-gas electric generator's discharge chamber," Proceedings of the Seventh Symposium on Electromagnetic Launch Technology, April 20-24, 1994, San-Diego, California, USA.

22. A.B. Будин, В.А. Коликов, Б.П. Левченко, В.В. Леонтьев, И.П. Макаревич, Ф.Г. Рутберг, Н.А. Широков, "Режимы работы разрядной камеры легкогазового ускорителя," ЖТФ, т. 64, вып. 8, авг. 1994, стр. 171-177.

23. V.A. Kolikov, A.V. Budin, A.A. Bogomaz, Ph.G. Rutberg, "Hypervelocity electric discharge accelerator," Proceedings of the Eighth Symposium on Electromagnetic Launch Technology, April 21-24, 1996, Baltimore, Maryland, USA.

24. B.A. Коликов, "Создание и исследование электроразрядной легкогазовой установки высокоскоростного метания тел," Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Л., 1990.

25. Ы.К. Haak, P. Schaffers, Th.H.G.G.Weise, and H.G. Wisken, "Basic ETC investigations in a 70-mm firing simulator," Abstracts of the ll11' Symposium on Electromagnetic Launch Technology, May 14-17, 2002, Saint-Louis, France, p. 118.

26. К. Liu, S. Xia, S. Qin, Y. Pan and S.J. MacGregor, "A novel capillary plasma switch (CPS) for electrothermal launchers," Abstracts of the 11'1' Symposium on Electromagnetic Launch Technology, May 14-17, 2002, Saint-Louis, France, p. 155.

27. A.C. Королев, Б.В. Бошенятов, И .Г. Друкер, В.В. Затолока, "Импульсные трубы в аэродинамических исследованиях," Новосибирск, "Наука", 1978.

28. А.С Антонов, Б.В. Бошенятов и др., "Аэродинамическая импульсная труба гиперзвуковых скоростей ИТ-301," в кн. Аэрофизические исследования, Новосибирск, ИТПМ СО АН СССР, 1972, стр. 20-24.

29. Ю.С. Гильзин, "Электрические межпланетные корабли," М., Мир, 1971.

30. Stollenwerk E.J. and Perry R.W., "Preliminary planning for hypervelocity aeroballistics range at AEDC," Selected Topics on Ballistics, AGARDo graph N38, 1959, p. 200.

31. П. Клеменс, M. Кингери, "Разработка техники измерений длягиперзвуковых баллистических установок," В кн. Техника гиперзвуковых исследований,ЪА. Мир, 1964, стр. 124-165.

32. D.W. Massey, D.A. Tidman, S. Goldstein and P. Napier, "Experiments with a 0,5 Megajoule Electric Gun System for Fairing Hypervelocity Projectiles from Plasma Cartridges," Final report. GTD86-1. GT-Devices. Alexandria. VA. March 1986.

33. D.A. Tidman and D.W. Massey, "Electrothermal light gas gun," Proceedings of 6th Symposium on Electromagnetic Launch Technology, Nov. 15-18, 1992. Minnesota, USA. p. 621.

34. D.A. Tidman and D.W. Massey, "GT-Devices 5705A," General Washington Drive. Alexandria. Feb. 1992.

35. P. Andersen, S.A. Andersen, J. Bungard, L. Backmark, B.H. Hensen, "Investigation of Pellet Acceleration by an arc heated Gas Gun, An Imterium Report on the investigations carried out from 1985-1987," RISF-M-2650.

36. A.B. Будин, М.Г. Смирнов, "Расчет конических электроизолированных уплотнений," В кн. Генераторы плазмы и системы электропитания, Л., ВНИИэлектромаш, 1987, стр. 91-96.

37. A.B. Будин, "Исследование электроразрядных ускорителей масс, работающих на водороде," Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, С.Петербург, 1997.

38. А.В. Будин, В.А. Коликов, Б.П. Левченко, В.В. Леонтьев, И.П. Макаревич, Ф.Г. Рутберг, Н.А. Широков, "Эрозия электродных материалов в мощных импульсных генераторах водородной плазмы," Теплофизика высоких температур, т. 32, № 4, 1994, стр. 628-630.

39. S. Bouquet, P. Benetruy, Е. Jacob, "A global theoretical approach and scaling laws in the plasma of the electrothermal launchers," Proceedings of the Forth

40. European Symposium on Electromagnetic Launch Technology, May 02-06, 1993. Celle, Germany. Paper 1004.

41. A.M. Gluchov, "Numerical modelling and optimization of arc heated Light Gas Launcher," Proceedings of the Forth European Symposium on Electromagnetic Launch Technology, May 02-06, 1993. Celle, Germany. Paper 1005.

42. V.F. Zakharenkov, "Computer modeling of polyethylene ablation processes inside plasma cartridge ETCL," Proceedings of the Fifth European Symposium on Electromagnetic Launch Technology, April 10-14, 1995. Toulouse, France. Paper 70.

43. K. Gruber, "Two-dimensional modelling of electrical arcs for use in Electrothermal Launchers," Proceedings of the Fifth European Symposium on Electromagnetic Launch Technology, April 10-14, 1995. Toulouse, France. Paper 75.

44. В.Ф. Захаренков, "Баллистическое проектирование орудий и импульсных метательных установок," БГТУ, С.Петербург, 2000.

45. F. Caillan, Y. Jordan, Е. Jacob, S. Bouquet, О. Vallee, "Modelling of interior ballistic an Electrothermal Launcher," Proceedings of the Fifth European Symposium on Electromagnetic Launch Technology, April 10-14, 1995. Toulouse, France. Paper 100.

46. Th.H.G.G. Weise, В. Shmidt, "LIBOKA, a quasi two-dimensional Code developed for ET-Gun performance modeling," Proceedings of the Fifth European Symposium on Electromagnetic Launch Technology, April 10-14, 1995. Toulouse, France. Paper 67.

47. J.G.H. Salge, Th.H.G.G. Weise, E. Ulrich, U.E. Braunsberger, "Mass acceleration by plasma pulses," IEEE Transactions on Magnetics, vol.25, N1, Jun. 1989, p.495.

48. M. Guillemot, A. Nicolas, M. Roche, "Projectile launching by an electrothermal gun," IEEE Transactions on Magnetics, vol.25, N1, Jun. 1989, p. 207.

49. K. Zimmermann, J. Raupp, D. Mura, "Activities on ETC, caliber 12mm, ISL facility," Proceedings of the Fifth European Symposium on Electromagnetic Launch Technology, April 10-14, 1995. Toulouse, France. Paper 36.

50. H.W. Fien et. al., "Electrothermally generated gasdynamic pressure pulses for mass acceleration," Proceedings of the Sixth Symposium on Electromagnetic Launch Technology, Nov.15-18, 1992. Minnesota, USA. p. 550.

51. Th.H.G.G. Weise, "Progress and recent results of the Franco-German Electrothermal Gun Programme," Proceedings of the Forth European Symposium on Electromagnetic Launch Technology, May 02-06, 1993. Celle, Germany. Paper 502.

52. G.L. Katulka, "Parametric Study of High Energy Plasmas for Electrothermal-Chemical Propulsion Applications," IEEE Transactions on Plasma Science. Feb. 1997, vol.25, N1, pp. 66-73.

53. Th.H.G.G. Weise, H.G. Wisken, M.J. Loffler, F. Podeyn, H. Krumm, V. Venier, "Setup and performance of a 105-mm electrothermal gun. Eighth

54. Symposium on Electromagnetic Launch Technology,"" April 21-24, 1996, Baltimore, USA. Abstract booklet, p. 127.

55. S.R. Fuller, D. Hewkin, "Experimental ET research conducted at DRA and royal ordinance between 91/94," Proceedings of the Fifth European Symposium on Electromagnetic Launch Technology, April 10-14, 1995. Toulouse, France. 45.

56. D. Saphier, "The Dynamics of Electrothermally Enhanced Solid Propellant Launchers," Proceedings of the Forth European Symposium on Electromagnetic Launch Technology, May 02-06, 1993. Celle, Germany. Paper 101.

57. W.F. Oberle and G.P. Wren, "An analysis of ballistic parameters/mechanism affecting efficiency in electrothermal-chemical (ETC) guns," Eighth Symposium on Electromagnetic Launch Technology, April 21-24, 1996, Baltimore, USA. Abstract booklet, p.l.

58. R.A. Beyer and R.A. Pesce-Rodrigues, "Experiments to define plasma-propellant interaction," Abstracts of the IIth Symposium on Electromagnetic Launch Technology, May 14-17, 2002, Saint-Louis, France, p. 52.

59. S. Andreasson, E. Beinin and S.E Nyholm, "ETC closed vessel experiments with alkali doped propellants," Abstracts of the 11"' Symposium on

60. Electromagnetic Launch Technology, May 14-17, 2002, Saint-Louis, France, p. 93.

61. B. Li, H. Li and C. Yang, "Two-phase flow modeling and simulation of solid propellant electrothermal chemical gun," Abstracts of the ll'h Symposium on Electromagnetic Launch Technology, May 14-17, 2002, Saint-Louis, France, p. 110.

62. R.A. Fifer, E.S. Sagan and R.A. Beyer, "Chemical effect in plasma ignition," Abstracts of the 1 I'1' Symposium on Electromagnetic Launch Technology, May 14-17, 2002, Saint-Louis, France, p. 144.

63. B. Baschung, A. Kay and H. Peter, "Plasma-solid propellant interaction illustrative examples," Proceedings of European Pulsed Power Symposium, Saint-Louis, France, October 22-24, 2002.

64. Th.H.G.G.Weise, J. Maag, G. Zimmermann, N. Eisenreich and H. Derlich, "National overview on the German ETC-program," Abstracts of the II'1' Symposium on Electromagnetic Launch Technology, May 14-17, 2002, Saint-Louis, France, p. 8.

65. Shu-Ushuba, Ken-ichi Kondo and Akiro Savaoka, "Development of railgun accelerator combined with two-stage light-gas gun," IEEE Transactions on Magnetics, vol. 20, N26, 1984, p. 210.

66. M. Shahinpoor, J.R. Assay, C.H. Konrad, C.A. Hall, "Use of two-stage light-gas gun as an injector for electromagnetic railguns," IEEE Transactions on Magnetics, vol. 25, N1, January 1989.

67. Ph.G. Rutberg, "Electric Discharge and combined (Electric Discharge+ Electromagnetic) Hyperacceleration Systems," Proceedings of the Forth European Symposium on Electromagnetic Launch Technology, May 02-06, 1993.Celle, Germany. Paper 504.

68. C.B. Захаренков, В.А. Коликов, А.И. Кулишевич, А.Ф. Савватеев, Ф.Г. Рутберг,"Исследование работы комбинированной системы ускорения макротел," Известия Академии Наук, ЭНЕРГЕТИКА № 2, 1998, стр. 3035.

69. Б.П. Левченко, "Создание и использование мощных импульсных генераторов водородной плазмы," Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, JL, 1975.

70. Б.П.Левченко, Ф.Г. Рутберг, "Создание и исследование мощных импульсных генераторов плазмы", Генераторы плазменных струй и сильноточные дуги, Л., Наука, стр. 9 20, 1973.

71. А.А. Богомаз, B.C. Бородин, Б.П. Левченко, Ф.Г. Рутберг, "Исследование сильноточного разряда в генераторах плотной плазмы," ЖТФ, т. 47, № 1, 1977, стр. 121-133.

72. Б.Э. Фридман и Ф.Г. Рутберг, "Мультимегаджоульный и мультимегаамперный емкостной накопитель энергии," Известия РАН, Энергетика, № 2, 1998, стр. 46-70.

73. В.Е. Fridman, "Pulse current forming at programmed discharge of capacitive energy store," Proceedings of 9,h Symposium on Electromagnetic Launch Technology, May 13-15, 1998, Edinburgh, Scotland, UK.

74. B.E. Fridman and Ph.G. Rutberg, "Estimation of load parameters in terms of programmable discharge of capacitance energy store," Proceedings of 5th European Symposium on Electromagnetic Launch Technology, April 10-13, 1995, Toulouse, France, #61.

75. А.А. Плютто, B.H. Рожков, A.T. Капин, ЖЭТФ, том 47, Вып.8, 1964, с.494-507.

76. О.Б. Брон и Л.К. Сушков, "Потоки плазмы в электрической дуге выключающих аппаратов," Л.: Энергия, 1975, с. 216.

77. Г.А. Любимов, В.И. Раховский, УФН, том 125, вып. 4, 1978. с.665-706.

78. И.А. Кринберг и Е.А. Зверев Физика плазмы, том 25, №1, 1999, с.88-95.

79. В.А. Немчинский, ЖТФ, том 52, вып. 1, 1982 с. 35-42.

80. В.А. Немчинский, ЖТФ, том 53, вып. 2, 1983, с. 235-240.

81. Г.А. Месяц, "Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга," М.: Наука, 2000. с. 424.

82. В. Juttner, IEEE Transaction on Plasma Science. Vol. PS-15, N5, 1987, p. 481-487.

83. M.A. Султанов и Л.И Киселевский. ТВТ, том 4, №3, 1966, с.375-379.

84. Г.А. Дюжев, В.Ю. Евласов и С.М. Школьник, "Генераторы низкотемпературной плазмы," Тезисы докладов X Всесоюзной конференции, ч.1, Минск, 1986, с. 123-124.

85. А.Ф. Брецких, В.И. Сысун и Ю.Д. Хромой, "Генераторы низкотемпературной плазмы," Тезисы докладов XI Всесоюзной конференции, ч. II, Новосибирск, 1989. с.101-102.

86. А.А. Богомаз, А.В. Будин, В.А. Коликов, М.Э. Пинчук, А.А. Позубенков и Ф.Г. Рутберг, "Исследование влияния катодной и анодной струй на свойства сильноточной электрической дуги," ЖТФ, том 72, вып. 1, 2002, стр. 28-35.

87. Ф.Г. Рутберг, А.А. Богомаз, А.В. Будин, В.А. Коликов, А.Г. Куприн, "Нагрев газа высокой начальной плотности мощной электрическойдугой," Известия Академии Наук, ЭНЕРГЕТИКА №1 1998г, стр. 100106.

88. А.А. Богомаз, А.В. Будин, В.А. Коликов, Ф.Г. Рутберг, "Исследование влияния электродных струй на теплообмен в камере электроразрядного ускорителя и его рабочие характеристики" Материалы конференции по физике низкотемпературной плазмы ФНТП-98.

89. P.B. Митин, "Свойства низкотемпературной плазмы и методы ее диагностики," Новосибирск, Наука, 1977. с. 105-138.

90. В.П. Игнатко и Г.М. Чернявский, Материалы I Всесоюзного семинара по динамике сильноточного дугового разряда в магнитном поле, Новосибирск, 1990, с.88-1 10.

91. А.А. Богомаз, B.C. Бородин, Б.П. Левченко и Ф.Г. Рутберг, ЖТФ, том 47, вып. 1, 1977, с. 121-123.

92. В.П. Игнатко, IV Всесоюзная конференция по физике низкотемпературной плазмы, Аннотации докладов, ч. II, Киев, 1975, с. 17-18.

93. А.В. Будин, В.А. Коликов, Б.П. Левченко, В.В. Леонтьев, И.П. Макаревич, Ф.Г. Рутберг и Н.А. Широков, ТВТ, том 32, №4, 1994, с. 628-630.

94. С.Э. Фриш, "Оптические спектры атомов," М., Наука, 1963, стр. 469.

95. В.П. Копышев, В.В. Хрусталев, "Уравнение состояния водорода до 10 Мбар," ПМТФ, №1, 1980, стр. 122-127.

96. В.Е. Фортов и И.Т. Якубов, "Неидеальная плазма," М., Энергоатомиздат, 1994, стр. 247.

97. B. Браун, В. Бойд, E. Кэннон, В. Партридж, "Легкогазовая пушка с высоким давлением и высокой температурой," В кн. Техника гиперзвуковых исследований, М., Мир, 1964, стр. 83-93.

98. В. Вольпе, Ф. Циммерман, "экспериментальная проверка работы легкогазовой пушки с последовательными электрическими разрядами," В кн. Техника гиперзвуковых исследований, М., Мир, 1964, стр. 59.

99. A.V. Budin, A.M. Glukchov, V.A. Kolikov, Ph.G. Rutberg, N.A. Shirokov,

100. Megaampere Current Pulse Generation in High Density Hydrogen," Megagauss Fields and Pulsed Power Systems (MG-V). Nova Science Publ., New York, 1990, pp. 313-317.

101. A.M. Шехтман, "Газодинамические функции реальных газов," М. Энергоатомиздат, 1988.

102. Б.П. Гитерман, Д.К. Зенков и А.И. Павловский, "Исследование мощного квазистационарного разряда при мегаамперных токах," ЖТФ, т. 52, вып. 10, 1982, стр. 1983-1986.

103. Р.Б. Бакшт, И.М. Дацко и В.И. Орешкин, "Сравнительный анализ излучательных характеристик одно- и двухкаскадных лайнеров," Физика плазмы, т. 22, № 7, 1996, стр. 622-628.

104. A.F. Savvateev, A.V. Budin, V.A. Kolikov, Ph.G. Rutberg, "Features of electric discharge in gas of high density," Proceedings of Conference "Pulsed

105. Ъ* Power Plasma Science 2001Las Vegas, Nevada, USA, June 17-22, 2001.

106. Ph.G. Rutberg, A.A. Bogomaz, V.A. Kolikov, "Powerful pulse generator of dense plasma with high concentration of metal vapor," in Proceeding of Hypervelocity Impact Symposium, Santa Fe, MM, USA, October 17-19, 1994.

107. V.P. Ignatko, G.M. Chernyavsky, Materials of the 1~ Ull Union Workshop on Dynamics of Strong Current Arc Discharge in Magnetic Field, 1990, p.88-110.

108. A.F. Savvateev, A.A. Bogomaz, A.V. Budin, V.A. Kolikov, Ph.G. Rutberg, "Parameters of electric discharge in gas of high density," Final Program and Abstracts of 1/''' EML symposium, Saint-Louis, France, 2002, p.76.

109. W.B. Leung and N.H. March, "Resistivity of a structureless hydrogen plasma due to weak electron-ion interaction," Pergamon Press, 1977, pp. 277-281.

110. Ю.П. Райзер, "Физика газового разряда," М., Наука, 1987, стр. 232.

111. J.H. Choi, C.H. Lee, S.N. Chang, and S.K. Moon, "Long-rod impact phenomena: role of wave interaction on crack propagation," Int. J. Impact Engng. Vol. 17, n. 1, 1995, pp. 195-204.

112. F.P. Bowden and .I.E. Field, "The brittle fracture of solids by liquid impact, by solid impact and by shock," Proc. R. Soc. London, A282, 1964, pp. 331-352.

113. H.H. Kurzweg, "Special Ballistic Rangers and Gas Guns," Selected Topics on Ballistics, AGARDo graph N32, 1959, p. 183.

114. A.E. Seigel, "Theory of High-Muzzle Velocity Guns. Interior Ballistics of Guns," vol.66, p. 167, 1979.144."Gas gun model at re-entry speeds," New-Scientist, vol.31, sept. 1966, p. 514.

115. E.J. Stollenwerk and R.W. Perry, "Preliminary planning for hypervelocity aeroballistics range at AEDC," Selected Topics on Ballistics, AGARDO graph. N38, 1959, p. 200.

116. B. Аллен, Д. Меллой и Д. Роджерс, "Установка для исследования процесса соударения строго ориентированных тел при сверхвысоких скоростях," В кн. Техника гиперзвуковых исследований, М., Мир, 1964, стр. 166-184.

117. H.F. Lehr, Е. Wollmann and G. Koerber, "Experiments with jacketed rods of high fineness ratio," Int. J. Impact Engng. Vol. 17, n. 1, 1995, pp.5 17-526.

118. D.J. Elder, "Status of the first decade in the development of full-scale hypervelocity projectile," Proceedings of the Forth European Symposium on Electromagnetic Launch Technology, May 02-06, 1993, Celle, Germany, Paper 1401.

119. Т.Е. Hayden, "Effective launch package integration for electromagnetic guns," Proceedings of the Forth European Symposium on Electromagnetic Launch Technology, May 02-06, 1993. Celle, Germany, Paper 1406.

120. Н.Ф. Краснов и др., "Аэродинамика ракет," М., Высшая школа,1968.

121. Н.Ф. Краснов и В.Н. Кошевой, "Управление и стабилизация в аэродинамике," М., Высшая школа, 1978.

122. Paul К. Chang, "Separation of flow,vl V.2 Pergamon Press 1970.

123. D. H Crawford, "Investigation of the Flow over a Spiked- nose Hemisphere-cylinder at a Mach Number of 6,8," NASA TN D-118, Dec. 1959.

124. С. J. Wood, "A Study of Hypersonic Separated Flow," Ph. D. thesis, University of London, Oct. 1961 (available as DDC AD 401652).

125. D. J. Maull, "Hypersonic Flow Over Axially Symmetric Spiked Bodies," J. Fluid Mech., 8, Part 4, 584-592 (Aug. I960).

126. G. K. Hunt, "Supersonic Wind-tunnel Study of Reducing the Drag of a Bluff Body at Incidence by Means of Spike," Royal Aircraft Establishment, Rept. Aero. 2606 May 1958.

127. А.Ф. Савватесв, "Методическое исследование характеристик потока в рабочей части установки ИТ- 1м," сборник трудов ЛМИ, 1981.

128. A.F. Savvateev, A.V. Budin, S.V. Zakharenkov, V.A. Kolikov, Ph.G. Rutberg, "Launch Package for Multiple- Rod Hypervelocity Impact Investigation," IEEE Transactions on Magnetics, vol. 35, Num. 1, part 1, January 1999, pp. 90-94.

129. E. Charles, Jr. Anderson, James D. Walker, Stephan J. Bless and T.R. Sharron, "On the Velocity Dependence of the L/D Effect for Long-Rod Penetrators," International Journal of Impact Engineering, Vol. 17 1995, pp. 13-24.

130. Jay R. Baker, "Hypervelocity Crater Penetration Depth and Diameter a Linear Function of Impact Velocity," International Journal of Impact Engineering, Vol. 17, 1995, pp. 25-35.

131. Y. Parton, "The optimal velocity of constant kinetic energy constant L/D long rod projectile," International Journal of Impact Engineering, Vol. 17, 1995,pp.605-614.

132. I.G. Cullis and N.J. Lynch, "Performance of model scale long rod projectile against complex targets over the velocity range 1700-2200 m/s," International Journal of Impact Engineering, Vol. 17, 1995, pp. 263-274.

133. V. Hohler, A.J. Stilp and K. Weber, "Hypervelocity penetration of tungsten sinter-alloy rods into aluminum," International Journal of Impact Engineering, Vol. 17, 1995, pp. 409-418.

134. D.L. Orphal, R.R. Franzen, J.D. Walker and C.E. Anderson, "On the hydrodynamic approximation for long-rod penetration," Int. J. Impact Engng. Vol. 22, № 1, 1999, pp. 23-43.

135. Z. Rosenberg and E. Dekel, "Material similarities in long-rod penetration mechanics," Int. J. Impact Engng. Vol. 25, № 4, 2001, pp. 361-372.

136. K. Weber, V. Hohler, I.V. Roisman and A.L. Yarin, "Model for ballistic fragmentation and behind-armor debris," Int. J. Impact Engng. Vol. 24, № 2, 2000, pp. 171-201.

137. L.J. Cohen, "A debris cloud cratering model," International Journal of Impact Engineering, Vol. 17, 1995, pp. 229-240.

138. X. Wang, G. Zhao, P. Shen and H. Zha, "High velocity impact of segmentedrods with an aluminum carrier tube," International Journal of Impact Engineering, Vol. 17, 1995, pp. 915-924.

139. M.J. Normandia and M. Lee, "Penetration performance of multiple segmented rods at 2.6 km/s," Int. J. Impact Engng. Vol. 23, №1, 1999, pp. 675-686.

140. D.L. Littlefield, S.J. Bless and R.M. Garcia, "The effect of offset on the performance of segmented penetrators," Int. J. Impact Engng. Vol. 23, № 1, 1999, pp. 547-560.

141. A. Tate, "A Theory for the Deceleration of Long Rods Penetration," J. Mech. Phys. Solids, 15, pp.387, 1967.

142. A. Tate, "Further Results in the Theory of Long Rods Penetration," J. Mech. Phys. Solids, 17, pp.141, 1969.

143. W.P. Walters and J.A. Zukas, "Fundamental of Shaped Charges," John Wiley & Sons, chap. 5, 1989.

144. R.P. Godwin and E.J. Chapyak, "Apparent target strength in long-rod penetration," Proc. of Hypervelocity Impact Symposium, Freiburg, Germany, October 7-10, 1996.

145. Werner S. Kieffer and Charles H. Simonds, "Role of Volatiles and Lithology in the Impact Cratering Process," ReViews of Geophysics and Space Physics, Vol. 18, n 1, February 1980, p 143-181 0034-6853.

146. T.L. Bay and W. Johnson, "Effects of Projectiles Speed and Medium Resistance in Ricochet off Sand," Journal of Mechanical Engineering Science, Vol. 23, n 2, April 1981, p. 69-75 0022-2542

147. V.A. Kolikov, A.M. Glukchov, B.P. Levchenko and Ph.G. Rutberg, "Electrical Light Gas Gun as an Effective Hypervelocity Launcher," Megagauss Fields 1992 and Pulsed Power Systems (MG-V). Nova Science Publ., New York

148. J.S. Wilbeck, C.E. Anderson, A.B. Wenzel, P.S. Westine and U.S. Lindholm, "A short course of penetration mechanism," 5-70 to 5-78, Southwest Research Institute, San Antonio, Texas, 1985.

149. J.M. Walsh and W.E. Johnson, "On the theory of hypervelocity impact," Proc. 7,h Hypervelocity Impact Symposium, vol. II, Martin Company, 1965.

150. J.K. Dienes and J.M. Walsh, "Theory of impact: some general principles and the method of eulerian codes," in High Velocity Impact Phenomena, (edited by R. Kinslow), pp. 46-103, 1970.

151. A.C. Charters and J.L. Summers, "High speed impact of metal projectile in targets of various materials," Proc. 3rd symposium on Hypervelocity Impact, Armour Research Foundation, Chicago, Illinois, USA, 1959

152. W.W. Atkins, "Hypervelocity penetration studies," Proc. 4th Symposium on Hypervelocity Impact, vol. 1, Eglin Air Force Base, Florida, USA, 1960.

153. D.R. Christman and J.W. Gehring, "Penetration mechanism of hypervelocity projectiles," Proc. 7'h Hypervelocity Impact Symposium,

154. A.P. Glinov, L.G. Kotova and Yu.A. Halimullin, "About crisis of high speed metal contact in railgun," Proceedings of the Fifth European Symposium on

155. Electromagnetic Launch Technology, April 10-14, 1995. Toulouse, France. Paper 6.

156. T. James, "Why solid armatures fail and how they can be improved," Abstracts of the IIth Symposium on Electromagnetic Launch Technology, May 14-17, 2002, Saint-Louis, France, p. 28.

157. G.A. Shvetsov, A.G. Anisimov and A.D. Matrosov, "On analysis of physical effects on the electrode surface in rail launchers," Abstracts of the 1 Ith Symposium on Electromagnetic Launch Technology, May 14-17, 2002, Saint-Louis, France, p. 79.

158. D.C. Haugh and G. Hainsworth, "Why 'С' armatures work (and why they don't)," Abstracts of the 1 Ith Symposium on Electromagnetic Launch Technology, May 14-17, 2002, Saint-Louis, France, p. 18.

159. L.C. Chhabildas, L.N. Kmetyk, W.D. Reinhart, C.A. Hall "Launch Capabilities to 16 km/s," Proceedings of the conference 'Shock compression of condensed matter', 370, part 2, Seattle, Washington, 1995, pp. 1197-1200.

160. L.C. Chhabildas, L.N. Kmetyk, W.D. Reinhart, C.A. Hall "Enhanced Hypervelocity Launcher Capabilities to 16 km/s," Int. J. Impact Engng. Vol. 17, 1995, pp. 183-194.

161. T.G. Trucano, L.C. Chhabildas 'Computational Design of Hypervelocity Launchers' Int. J. Impact Engng. Vol. 17, 1995, pp. 849-860.

162. V.A. Kolikov, A.A. Bogomaz, A.V. Budin, Ph.G. Rutberg and A.F. Savvateev, " Some aspects of pulse plasma generators investigation and their application," Fifth European Conference on Thermal Plasma Processes, St.Petersburg, July 13-16, 1998 p. 62.

163. Результаты исследований, представленных в диссертации, опубликованы автором в работах 21, 81, 82, 130, 133, 160, 161 и 204 данного списка и, кроме того,в работах:

164. А.Ф. Савватеев, "Экспериментальное исследование аэродинамических характеристик тел вращения с передней срывной зоной," сборник трудов ЛМИ, 1981.

165. А.И. Кулишевич, В.Ф. Радзиванович, А.Ф. Савватеев, Ф.Г. Рутберг, "Работа емкостного накопителя энергии мощностью 1,5 ГВт на нагрузку смешанного типа," Тезисы докладов 5" международной конференции "Мегагаусс-5", Новосибирск, 1989.

166. А.И. Кулишевич, В.Ф. Радзиванович, А.Ф. Савватеев, Ф.Г. Рутберг, "Low-temperature plasma pulse generator rated at 500 MW," Тезисы докладов II" всесоюзного конференции по генераторам плазмы, Новосибирск, 1989.

167. S.V.Zakharenkov, A.G. Kouprine, A.I. Kulishevich, A.F. Savvateev, Ph.G. Rutberg, " Experimental study of a 1.5 GW power capacitor operating with compound load," Megagauss Fields and Pulsed Power Systems, Nova Science Publishers, 1990.

168. S.V.Zakharenkov, A.G. Kouprine, A.I. Kulishevich, A.F. Savvateev, Ph.G. Rutberg, "Measuring Energy Balance in Electrodischarge Gun," Proceedings of Megagauss Fields and Pulsed Power Systems (MG-VI), Albuquerque, 1992.

169. Rutberg, "Projectile for Multiple-Rod Hypervelocity Impact Exploration,"lh

170. S.V.Zakharenkov, V.A. Kolikov, A.F. Savvateev, Ph.G. Rutberg, "Combined Electro-Discharge Accelerator Performance," Proceedings of 10'h Symposium on Electromagnetic Launch Technology, San Francisco, California, USA, April 25-28,2000.

171. A.F. Savvateev, A.V. Budin, V.A. Kolikov, Ph.G. Rutberg, "High-Speed Penetration into Sand," International Journal of Impact Engineering, 26, 2001, pp. 675-682.

172. А.Ф. Савватеев, A.B. Будин, В.А. Коликов, Ф.Г. Рутберг, "Использование срывного обтекания при гиперзвуковых скоростяхполета, " Proceedings of 3rd conference on magnetic and plasma air dynamics, Moscow, 2001.

173. Ph.G. Rutberg, G.A. Shvetsov, A.F. Savvateev, "Results of Recent Research on Electromagnetic Launch Technology in Russia," Final Program and Abstracts of 1Г EML symposium, Saint-Louis, France, 2002, p.24.

174. A.F. Savvateev, A.V. Budin, V.A. Kolikov, Ph.G. Rutberg, "Combined Electro-Discharge Launcher Performance," Final Program and Abstracts of IIth EML symposium, Saint-Louis, France, 2002, p.l 17.

175. Ph.G. Rutberg, A.A. Bogomaz, A.V. Budin, V.A. Kolikov, A.F. Savvateev, "High-current arc in dense gas," Proceedings of European Materials Research Society Spring Meeting, Strasbourg, France, June 18-21,2002.

176. А.А. Богомаз, А.В. Будин, В.А. Коликов, Ф.Г. Рутберг, А.Ф. Савватеев, " Импульсный разряд в сверхплотном газе," Сборник "Физика экстремальных состояний вещества 2003", Черноголовка -2003, стр. 163-164.

177. А.Ф. Савватеев, А.А. Богомаз, А.В. Будин, В.А. Коликов, Ф.Г. Рутберг, " Исследование электрического разряда в газе сверхвысокой плотности с предварительным адиабатическим сжатием," ТВТ, т. 41, №5, 2003, стр. 1-6.

178. Ph.G. Rutberg, A.A. Bogomaz, A.V. Budin, V.A. Kolikov, A.F. Savvateev, "High current arc in dense gas," "Progress in Plasma Processing Materials", Begell House Inc. New York NY 10016, 2003, ISBN 1-56700-192-0, pp. 243250.

179. Rutberg, P.G.; Shvetsov, G.A.; Savvateev, A.F., "Results of recent research on electromagnetic launch technology in Russia," IEEE Transactions on Magnetics, Jan 2003, V. 39 Issue: 1 pp. 29-34.

180. Результаты исследований, представленные в диссертации, докладывались на Российских и международных конференциях:

181. Megagauss Fields and Pulsed Power Systems, Albuquerque, 1992.

182. Symposium on Electromagnetic Launch Technology (EML-4), Celle, Germany, May 02-06, 1993;

183. Symposium on Electromagnetic Launch Technology (EML-5),Toulouse, France, April 10-14, 1995;

184. Symposium on Electromagnetic Launch Technology (EML-8), Baltimore, Maryland, USA, April 21-24, 1996;

185. Symposium on Electromagnetic Launch Technology (EML-9), Edinburgh, Scotland, UK, May 13-15, 1998;

186. Symposium on Electromagnetic Launch Technology (EML-10),San Francisco, California, USA, April 25-28, 2000;

187. Symposium on Electromagnetic Launch Technology (EML-11),Saint-Louis, France, May 14-17, 2002.

188. Pulsed Power Plasma Science, Las Vegas, Nevada, USA, June 17-22, 2001.

189. Hypervelocity Impact Symposium (HVIS-1994), Santa Fe, MM, USA, October 17-19, 1994;

190. Hypervelocity Impact Symposium (HVIS-1996), Baltimore, Maryland, USA, April 21-24, 1996;

191. Hypervelocity Impact Symposium (HVIS-2000), Galveston, TX, USA, November 6-10, 2000.

192. International Ballistics Symposium and Exhibition, San-Francisco, CA, USA, September 23-27, 1996.

193. European Materials Research Society Spring Meeting, Strasbourg, France, June 18-21, 2002.

194. International Congress on Plasma Physics, ICPP- 2002, Sydney, Australia, July 15-19, 2002.

195. Всесоюзная конференция по генераторам плазмы, Новосибирск, 1989.

196. Международная конференция "Мегагаусс-5", Новосибирск, 1989.

197. Конференция "Физика низкотемпературной плазмы", Петрозаводск, 1995.18. 5я европейская конференция по термическим плазменным процессам, С.Петербург, 1998.

198. Conference on magnetic and plasma air dynamics, Moscow, 2001.

199. XVIII Международная конференция "Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество", Эльбрус, 1-6 марта 2003 г.