Elektromagnetinių procesų tyrimas elektromagnetinėse svaidyklėse naudojant milžiniškos magnetovaržos jutiklius

Abstract

Pagrindiniai bėgių tipo elektromagnetinių svaidyklių technologijos uždaviniai yra susiję su daugybe fizikinių reikinių, vykstančių sviedinio kontaktų sąlyčio su bėgiais riboje. Todėl elektromagnetinių procesų, atsirandančių dėl didelių elektros srovės tankių ir slydimo greičių tyrimas yra svarbus šios srities uždavinys. Dėl magnetinės difuzijos ir greito sviedinio judėjimo, srovė koncentruojasi galinėje kontakto dalyje, kuri dėl stipraus Joule šilimo greitai susidėvi, o tai apriboja svaidyklės efektyvumą. Disertacijoje pateikiami magnetinio lauko difuzijos tyrimai bėgių tipo svaidyklėse panaudojant specialius jutiklius magnetinių laukų matavimui. Šie nauji jutikliai, pagaminti iš plonų La0,83Sr0,17MnO3 sluoksnių, pasižyminčių milžiniškos magnetovaržos (MM) reiškiniu (MM-B-skaliariniai jutikliai), buvo pritaikyti svaidyklėse, veikiančiose statiniame ir dinaminiame režime, esant dideliems elektromagnetinių triukšmų lygiams ir mechaniniams įtempiams. Darbo metu buvo nustatyta, jog šiais jutikliais galima išmatuoti stipraus magnetinio lauko impulso amplitudę, kai nėra žinoma šių laukų kryptis. Buvo ištirti nevienalyčių magnetinių laukų pasiskirstymai bėgiuose, atsirandantys dėl artumo efekto bei greičio skinefekto, sviediniui judant greičiau nei 1500m/s. Bandymai su įtvirtintu daugelio šepetėlių konstrukcijos sviediniu parodė, kad priekiniai šepetėliai, dėl nepakankamo Lorenco jėgos sukuriamo slėgio, gali pararasti elektrinį kontaktą su bėgiais.

The development of rails and armatures which ensure a sliding solid-to-solid contact during the whole projectile acceleration is a great challenge in the field of railgun technology. Multifaceted physics exists at the sliding contact interface: The current concentrates at the rear of the interface due to magnetic diffusion processes and the fast armature movement. Consequently, Joule heating leads to enhanced wear in this region. In this dissertation, magnetic diffusion in railguns is investigated by means of measuring magnetic fields with CMR-B-scalar sensors at static and dynamic experimental conditions. These novel sensors, based on La0.83Sr0.17MnO3 thin films exhibiting colossal magnetoresistance were adapted for the use at railguns. It was found that these sensors are effective tools to measure the magnitude of high pulsed magnetic fields independent of the field orientation. Magnetic field distributions influenced by proximity and velocity skin effect could be measured in the harsh railgun environment. The obtained results allowed to estimate the skin depth in the rails at the sliding interface of a fast moving armature (>1500m/s). Furthermore experiments with fixed multiple brush armatures showed that front brushes can have contact problems in case of missing contact pressure.