[发明专利]冲压加速器系统

说明书

优先权

本申请要求2013年3月15日提交的标题为“冲压加速器系统(Ram Accelerator System)”的美国申请13/841,236的优先权，所述申请以引用的方式整体并入本文。

背景技术

传统的钻孔和挖掘方法利用钻头在被穿透的一个或多个层的材料中形成孔。挖掘、采石和隧道掘进也可以使用放置在孔中并引爆以分裂至少一部分材料的炸药。炸药的使用导致额外的安全性和监管负担，从而增加操作成本。通常，这些方法从钻孔、爆破、材料去除、地层支撑循环运转，并且是用于去除材料以形成所需的挖掘的相对缓慢(取决于被移动的横截面积，通常将耗费每线性英尺几分钟到几小时到几天)的方法。

附图说明

现在将在下面参照各个方面被示出的附图更充分地描述某些实施方式和实施方案。然而，各个方面可以用许多不同的形式来实施并且不应被解释为限于本文陈述的实施方式。附图不一定按比例绘制，并且所指示的对象的相对比例可能已被修改以便于说明，而不是为了限制。通篇中相同的数字指代相同的元件。

图1是使用冲压加速器钻孔或挖掘的说明性系统，冲压加速器包括保持一种或多种可燃气体的多个段，并且被配置成朝向材料的工作面推进弹丸。

图2图示使用冲压加速器钻孔形成的弯曲钻孔路径。

图3图示段分离器机构，其被配置成重置在发射弹丸期间穿透的隔膜，使得在冲压加速器的段之间保持密封。

图4图示被配置成使用冲压燃烧效应加速的弹丸。

图5图示被配置具有研磨内芯的弹丸，研磨内芯被配置成在冲击时并在冲击之后提供材料的磨损。

图6图示弹丸与地质材料的流体-流体冲击相互作用。

图7图示弹丸与地质材料的非流体-流体冲击相互作用。

图8图示与可以置于孔底的导管以及钻孔器和其他装置相关联的额外的细节。

图9图示具有耦合到一个或多个喷出物通道的喷出物收集器的置于孔底的导管，喷出物通道被配置成从地上的冲击传递喷出物进行处置。

图10图示具有钻孔器的置于孔底的导管，钻孔器被配置成由在地上循环以去除喷出物的至少一部分的流体冷却。

图11图示在孔内部署连续混凝土衬砌的置于孔底的导管。

图12图示使用冲压加速器以使用多个弹丸钻多个孔的隧道掘进或挖掘。

图13图示用于去除由冲压加速器弹丸钻的孔所限定的岩段的装置。

图14是使用冲压加速器钻孔的过程的流程图。

图15是多个弹丸的多个发射的过程的流程图，其中在至少一些发射之间调整发射模式。

具体实施方式

用于穿透材料的常规的钻孔和挖掘技术通常依赖于用于在工作面切割或研磨的机械齿。这些材料可以包括金属、陶瓷、地质材料等。对机械齿的刀具磨损与破损减缓这些操作，从而增加成本。此外，切穿材料(诸如硬岩)的进展速度可能受到抑制。钻孔可以用于建立水井、油井、天然气井、地下管道等。另外，常规技术的环境影响可能是巨大的。例如，常规的钻孔可能需要有大量的水供应，这在干旱地区可能无法轻易获得。因此，资源开采可能是非常昂贵的、耗时的或两者兼具。

本公开描述用于使用冲压加速器来向地质材料的工作面喷出一个或多个弹丸的系统和技术。冲压加速器包括分成多个段的发射管。每个段被配置成保持一种或多种可燃气体。沿着发射管向下并且通过多个段使弹丸升压到冲压速度。在冲压速度下，至少部分地由弹丸的形状提供的冲压压缩效应会启动处于冲压燃烧效应的一种或多种可燃气体的燃烧，从而加速弹丸。在一些实施中，弹丸可以加速到超高速。在一些实施中，超高速包括在从冲压加速器发射管喷出或退出后大于或等于每秒2公里的速度。在其他实施中，弹丸可以加速到非超高速。在一些实施中，非超高速包括低于每秒2公里的速度。

从冲压加速器喷出的弹丸撞击地质材料的工作面。由于弹丸中的大量的动能，在超高速下运行的弹丸通常在冲击后作为流体-流体相互作用在工作面与地质材料相互作用。这种相互作用形成通常以圆柱体的形式的孔。通过发射一系列弹丸，可以使孔钻通地质材料。相比之下，在非超高速下运行的弹丸作为固体-固体相互作用在工作面与地质材料相互作用。这种相互作用可能会使地质材料破裂或碎裂，并且可以形成圆柱形的孔或具有锥形轮廓的弹坑。