Как сделать электромагнитную пушку в домашних условиях. Пушка Гаусса: устройство, принцип работы и создание электромагнитного оружия своими руками

Как устроена и работает пушка Гаусса. Какие материалы нужны для создания электромагнитного оружия в домашних условиях. Какие преимущества и недостатки у пушки Гаусса по сравнению с обычным огнестрельным оружием. На какие меры безопасности нужно обратить внимание при сборке пушки Гаусса своими руками.

Что такое пушка Гаусса и как она работает

Пушка Гаусса представляет собой электромагнитное устройство для ускорения и метания снарядов. Ее принцип действия основан на использовании электромагнитного поля для разгона проводящего или ферромагнитного снаряда.

Основные элементы пушки Гаусса:

• Один или несколько соленоидов (катушек индуктивности)
• Ствол из диэлектрического материала
• Снаряд из ферромагнетика
• Источник питания (обычно мощные конденсаторы)
• Система управления и коммутации

При подаче импульса тока на соленоид создается мощное магнитное поле, которое втягивает снаряд внутрь катушки и разгоняет его. В многоступенчатых системах используется несколько последовательно расположенных соленоидов для увеличения скорости снаряда.

Преимущества и недостатки пушки Гаусса

Электромагнитное оружие типа пушки Гаусса имеет ряд потенциальных преимуществ по сравнению с традиционным огнестрельным:

• Отсутствие гильз и пороховых газов
• Возможность бесшумной стрельбы
• Высокая начальная скорость снаряда
• Относительно небольшая отдача
• Возможность регулировки мощности выстрела

Однако на практике реализация этих преимуществ сталкивается с серьезными техническими трудностями:

• Низкий КПД (обычно 1-7%, редко до 27%)
• Большой расход энергии
• Значительные габариты и вес установки
• Длительное время перезарядки конденсаторов
• Сложность синхронизации многоступенчатых систем

Из-за этих недостатков пушка Гаусса пока не нашла широкого практического применения в качестве оружия. Но работы по совершенствованию этой технологии продолжаются.

Материалы для создания пушки Гаусса своими руками

Для сборки простейшей пушки Гаусса в домашних условиях понадобятся следующие компоненты:

• Медный провод для намотки соленоида (диаметр 0.5-1 мм)
• Диэлектрическая трубка для ствола (можно использовать пластиковую)
• Ферромагнитные снаряды (стальные шарики, гвозди и т.п.)
• Мощные электролитические конденсаторы (400-450В, 1000-2000 мкФ)
• Тиристор или IGBT-транзистор для коммутации
• Зарядное устройство для конденсаторов
• Каркас для сборки конструкции

Важно использовать качественные компоненты, рассчитанные на большие токи и напряжения. Особое внимание нужно уделить выбору конденсаторов — от их характеристик во многом зависит мощность установки.

Пошаговая инструкция по сборке пушки Гаусса

Процесс сборки простейшей одноступенчатой пушки Гаусса включает следующие основные этапы:

1. Намотка соленоида на каркас ствола (200-300 витков провода)
2. Подготовка снарядов подходящего размера
3. Сборка схемы питания на основе конденсаторов
4. Монтаж системы управления (кнопка пуска, тиристор)
5. Соединение всех компонентов на общем основании
6. Настройка и калибровка системы

При сборке многоступенчатой системы потребуется более сложная схема управления для синхронизации работы нескольких соленоидов. Это значительно усложняет конструкцию, но позволяет добиться большей скорости снаряда.

Меры безопасности при создании пушки Гаусса

Сборка и эксплуатация самодельной пушки Гаусса требует строгого соблюдения техники безопасности:

• Используйте качественную изоляцию всех токоведущих частей
• Не прикасайтесь к схеме под напряжением
• Разряжайте конденсаторы после использования
• Не направляйте устройство на людей и животных
• Используйте защитные очки при стрельбе
• Не превышайте допустимые характеристики компонентов

Помните, что самодельное оружие может представлять опасность. Соблюдайте осторожность и руководствуйтесь здравым смыслом при экспериментах.

Области применения технологии пушки Гаусса

Несмотря на ограничения для использования в качестве оружия, принцип пушки Гаусса находит применение в других областях:

• Научные исследования и эксперименты
• Обучение и демонстрация электромагнитных явлений
• Метательные установки для запуска малых спутников
• Испытания материалов на ударную прочность
• Специальные промышленные приложения

В перспективе, при решении проблем энергообеспечения, пушки Гаусса могут найти применение в космической технике для запуска грузов на орбиту.

Перспективы развития технологии электромагнитного оружия

Хотя пушка Гаусса пока не может конкурировать с традиционным огнестрельным оружием, работы по совершенствованию этой технологии продолжаются. Основные направления исследований:

• Повышение КПД установок
• Создание компактных мощных источников питания
• Разработка эффективных систем охлаждения
• Применение сверхпроводящих материалов
• Оптимизация геометрии соленоидов и снарядов

Успехи в этих областях могут в будущем сделать электромагнитное оружие реальной альтернативой пороховому. Но пока пушка Гаусса остается скорее интересным объектом для экспериментов, чем практичным оружием.

Пушка гаусса своими руками в домашних условиях

Во-первых, редакция Science Debate поздравляет всех артиллеристов и ракетчиков! Ведь сегодня 19 ноября — День ракетных войск и артиллерии. Именно поэтому мы сегодня приготовили для вас публикацию, посвященную пушкам, но не обычным, а пушкам Гаусса! Мужчина, даже став взрослым, в душе остается мальчишкой, вот только игрушки у него меняются.

Поиск данных по Вашему запросу:

Пушка гаусса своими руками в домашних условиях

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• гаусс пушка своими руками в домашних условиях
• Пушка Гаусса в домашних условиях
• Gauss gun в домашних условиях #3
• Пистолет гаусса схема. Как сделать электромагнитную пушку гаусса своими руками в домашних условиях
• Гаусс пушка своими руками в домашних условиях. Схема гаусс пушки своими руками от батареек
• Пушка Гаусса своими руками
• Выстрел в будущее: пушка Гаусса своими руками
• Пушка Гаусса

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Как сделать портативную гаусс пушку

гаусс пушка своими руками в домашних условиях

На сайте вы найдете множество статей и описаний конкретных изготовленных в домашних условиях полностью работоспособных устройств, с фотографиями и видео. Так же у вас есть возможность обсудить тему конструирования электромагнитного оружия в форуме и получить ответы на любые интересующие вас вопросы. Ну, а если у вас уже есть электромагнитная пушка — то вы можете разместить свою статью о ней на сайте!

Но должен предупредить, повторение схем этого сайта может сопровождаться последствиями, несовместимыми с жизнью. Берегите себя! В свою очередь, авторы ответсвенности за ваши действия не несут. Перевод: Llevellyn. Афтар: jab. Автор: jab. Автор: Eugen. Часть 6. Часть 5. Автор: NeoN. Часть 4 Автор: jab. Автор: Владислав Прислал: Eugen Основы электромагнетизма. Перевёл: Roman Принципы Coilgun. Автор: NeoN Статья про гаусс без конденсатора.

Автор: [PWE]Killer. Автор: ADF. Автор: draga. Часть 3″ Автор: jab. Часть 3 Автор: jab. Часть 2 Автор: jab. Часть 1 Автор: jab. Автор: FEV. Новости на Gauss2k. Вашему вниманию представлен самый обширный русскоязычный ресурс, посвященный практическому изготовлению электромагнитного оружия в домашних условиях.

Пушка Гаусса в домашних условиях

Привет, друзья! Традиционная Гаусс-пушка строится с применением труднодоступных или довольно дорогих конденсаторов большой емкости, также для осуществления правильной зарядки и выстрела требуется некоторая обвязка диоды, тиристоры и так далее. Это может быть довольно сложно для людей, которые ничего не понимают в радиоэлектронике, но желание поэкспериментировать не дает сидеть на месте. В этой статье я попытаюсь подробно рассказать о принципе работы пушки и о том, как можно собрать упрощенный до минимума ускоритель Гаусса. Главной частью пушки является катушка. Как правило ее мотают самостоятельно на каком-либо диэлектрическом немагнитном стержне, который в диаметре несильно превышает диаметр снаряда. Достаточно добыть медный или алюминиевый провод диаметром 0.

Пушка гаусса своими руками Гаусс пушка в домашних условиях И теперь самое сложное в нашей конструкции гаусс пушки – соленоид. Наматывается .

Gauss gun в домашних условиях #3

Ружьё Гаусса или Gauss Gun. Здесь я познакомлю вас с одним перспективным оружием которое можно сделать в домашних условиях за 20 минут. Принцип работы гаусс гана далее ГГ состоит в следующем: если подать на соленоид постоянное напряжение, то любое находящееся у одного из его концов тело из магнитного вещества втянется внутрь него. Это происходит потому что катушка намагничивает тело, и сама катушка с током является магнитом. Чтобы тело вылетело из соленоида, надо убрать напряжение в тот момент, когда оно достигнет его середины, тогда магнитное поле не будет мешать двигаться телу дальше по инерции. И как же дать кратковременный и мощный импульс тока? Ответ очевиден: Конденсатор! Заряжаем конденсатор и разряжаем его на катушку. Главное расчитать, чтобы ёмкости хватило до того момента когда снаряд достигнет середины, тогда достигнется наибольший КПД.

Пистолет гаусса схема. Как сделать электромагнитную пушку гаусса своими руками в домашних условиях

Как сделать портативную гаусс пушку How-todo. В этом видео я покажу как собирал переносную одноступенчатую гаусс пушку с питанием от 4х аккумуляторов Преобразователь — ali. Стреляем из этой пушки — ru-clip. Скачать полный архив бесплатно vip-cxema. Всем привет!

Годовая подписка на Хакер.

Гаусс пушка своими руками в домашних условиях. Схема гаусс пушки своими руками от батареек

Всем привет. В данной статье рассмотрим, как изготовить портативную электромагнитную пушку Гаусса, собранную с применением микроконтроллера. Ну, насчет пушки Гаусса я, конечно, погорячился, но то, что это — электромагнитная пушка, нет сомнения. Данное устройство на микроконтроллере было разработано для того, чтобы обучить начинающих программированию микроконтроллеров на примере конструирования электромагнитной пушки своими руками. Разберем некоторые конструктивные моменты как в самой электромагнитной пушке Гаусса, так и в программе для микроконтроллера.

Пушка Гаусса своими руками

На сайте вы найдете множество статей и описаний конкретных изготовленных в домашних условиях полностью работоспособных устройств, с фотографиями и видео. Так же у вас есть возможность обсудить тему конструирования электромагнитного оружия в форуме и получить ответы на любые интересующие вас вопросы. Ну, а если у вас уже есть электромагнитная пушка — то вы можете разместить свою статью о ней на сайте! Но должен предупредить, повторение схем этого сайта может сопровождаться последствиями, несовместимыми с жизнью. Берегите себя! В свою очередь, авторы ответсвенности за ваши действия не несут. Перевод: Llevellyn.

Как сделать электромагнитную пушку гаусса своими руками в домашних условиях. Простейшая гаусс-пушка без конденсаторов Из.

Выстрел в будущее: пушка Гаусса своими руками

Пушка гаусса своими руками в домашних условиях

Итак, разберем все по порядку. Зарядка пушки работает от сети вольт. Зарядка состоит из конденсатора 1,5 мкФ В.

Пушка Гаусса

Привет, друзья! Традиционная Гаусс-пушка строится с применением труднодоступных или довольно дорогих конденсаторов большой емкости, также для осуществления правильной зарядки и выстрела требуется некоторая обвязка диоды, тиристоры и так далее. Это может быть довольно сложно для людей, которые ничего не понимают в радиоэлектронике, но желание поэкспериментировать не дает сидеть на месте. В этой статье я попытаюсь подробно рассказать о принципе работы пушки и о том, как можно собрать упрощенный до минимума ускоритель Гаусса.

Главной частью пушки является катушка.

Гаусс пушка своими руками. Поиск по сайту.

Электромагнитную рельсовую винтовку, в простонародье пушку Гаусса, не найти в магазине оружия. Она не оставляет гильз и не дает осечек, бесшумна, её не надо чистить, в качестве патрона для этого электромагнитного рельсового орудия может выступить обыкновенный гвоздь, а работает винтовка Гаусса по принципу переменного магнитного поля, разгоняя предметы до умопомрачительных скоростей. Так как, в отличии от другого оружия, найти и купить электромагнитную пушку Гаусса нельзя, здесь мы подробно расскажем о её схеме, принципе работы и как сделать эту рельсовую винтовку Гаусса в домашних условиях своими руками. Собрав электромагнитную винтовку или пистолет своими руками, не забудьте зарегистрировать свое рельсовое орудие в полиции и получить разрешение на его ношение или хранение в домашних условиях в целях самообороны, ведь как и остальное оружие, пушка Гаусса представляет смертельную опасность для вас и окружающих вас людей, а незаконное её хранение наказывается уголовным кодексом! Как сделать самодельное орудие Гаусса Чтобы подробно разобрать принцип работы самодельной винтовки Гаусса, попробуем для начала сделать прототип электромагнитного рельсового орудия из обыкновенной линейки лучше всего подходит логарифмическая, чтобы, вынув из неё середину, мы получили желобок для шариков , 4 одинаковых мощных магнитов, ножа, клейкой ленты и 9 шариков из металла, диаметром не превышающих высоту магнитов.

Гаусс ган или просто пушка Гаусса — мечта почти любого начинающего радиолюбителя. Сегодня будет рассмотрен вариант мощного Гаусс гана на основе очень простого, но к тому же времени очень мощного для своего размера преобразователя. Достаточно распространенная микросхема, применяется в импульсных блоках питания в качестве задающего генератора. Единственный недостаток микросхемы это то, что она начинает работать только тогда, когда номинал питающего напряжения выше 9 вольт, а максимальная величина не превосходит номинала 18 вольт.

Электронная пушка своими руками

By loki , November 11, in Разное. Читал как-то что Маркони в х годах смог с помощью ВЧ генератора остановить колонну автомобилей. Пробовал использовать качер для такой цели, но результата увы, нет. Вот тут предлагалось к рассмотрению подобное устройство. Насколько я понял, нужен высоковольтный генератор наносекундных импульсов с крутыми фронтами импульсов. Мы принимаем формат Sprint-Layout 6!

Поиск данных по Вашему запросу:

Электронная пушка своими руками

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Уничтожитель электроники
• Гаусс ган своими руками — как сделать пушку в домашних условиях (расчет, схема и чертежи)
• Пушка Гаусса своими руками
• Пушка Гаусса в домашних условиях
• Гаусс пушка своими руками
• Как сделать СВЧ-пушку из микроволновки
• Делаем электромагнитную пушку Гаусса

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Как сделать портативную гаусс пушку

Уничтожитель электроники

Хочу вас успокоить, мои читатели, ни кто из моих соседей не пострадал от моих опытов. Все ближайшие соседи сбежали из города, как только в Луганске начались боевые действия. Когда я поднёс магнетрон близко к музыкальному центру, с него посыпались искры и к моему удивлению он взорвался!

Почувствовали они внезапный жар да страшную головную боль и выскочили из дверей радарной. Надо сказать, что никто из них непосредственно под прямым пучком не был, иначе результат был бы совсем иной. Они всего-навсего были рядом и СВЧ их задело очень легко СВЧ пушка своими руками. Re: СВЧ пушка своими руками. На youtube товарищ жжОт по-полной, рекомендую посмотреть. Re[2]: СВЧ пушка своими руками.

Да я както не трекаю авторов. Просто такая вот фраза сделала мне смешно и страшно: «Когда я близко подходил к рабочему магнетрону я чувствовал тепло, как от духовки.

К сожалению эпичный тред они потерли и вообще ввели регистрацию. Но есть «любители», которые почти вот-вот Самодельный рентген. Здравствуйте, ononim, Вы писали: Когда я поднёс магнетрон близко к музыкальному центру, с него посыпались искры и к моему удивлению он взорвался! Всё правильно сделал! Мало ему артобстрелов, надо было ещё и музцентр взорвать. Хотя, может, следующим шагом будет изготовление электронной бомбы.

Перекуём баги на фичи! Неужели чувак на самом деле из Луганска? Вот ведь увлеченный чел и война ему нипочем. Re[3]: СВЧ пушка своими руками. Re: Хорошие новости! Re[4]: СВЧ пушка своими руками. Только не надо Ломачинского приводить как пример. Его байки выдуманы процентов на 90, и с науками он знаком слабо. Re[5]: СВЧ пушка своими руками.

А мне казалось, что с медицинской точки зрения им верить можно. По крайней мере картина поражения человеком микроволновым излучением не вызвала у меня каких-либо сомнений. Или на Боинг MH Re[6]: СВЧ пушка своими руками.

Я не медик, но с физикой там просто полный швах. Например, история про летчика, который закипел — бред и вымысел. Так что и остальные истории вызывают у меня большие сомнения. PS Хотя, с точки зрения медицины, эта история тоже — полный бред. Отредактировано Предыдущая версия. А потом еще не верят, что в Луганске кондиционеры взрываются. Переместить Удалить Выделить ветку.

Stanislaw K.

Гаусс ган своими руками — как сделать пушку в домашних условиях (расчет, схема и чертежи)

Обладать оружием, которое даже в компьютерных играх можно найти только в лаборатории сумасшедшего ученого или возле временного портала в будущее — это круто. Наблюдать, как равнодушные к технике люди невольно фиксируют на устройстве взгляд, а заядлые геймеры спешно подбирают с пола челюсть — ради этого стоит потратить денек на сборку пушки Гаусса своими руками. Как водится, начать мы решили с простейшей конструкции — однокатушечной индукционной пушки. Эксперименты с многоступенчатым разгоном снаряда оставили опытным электронщикам, способным построить сложную систему коммутации на мощных тиристорах и точно настроить моменты последовательного включения катушек. Вместо этого мы сконцентрировались на возможности приготовления блюда из повсеместно доступных ингредиентов. Итак, чтобы построить пушку Гаусса, прежде всего прийдётся пробежаться по магазинам. Главный силовой элемент нашей пушки — катушка индуктивности.

Вы, должно быть, имели дело с электронной пушкой, не зная об этом. Электроны Электронная пушка, предназначенная для получения узкого пучка электронов, обладает некоторыми Своими руками с детьми.

Пушка Гаусса своими руками

Привет, друзья! Традиционная Гаусс-пушка строится с применением труднодоступных или довольно дорогих конденсаторов большой емкости, также для осуществления правильной зарядки и выстрела требуется некоторая обвязка диоды, тиристоры и так далее. Это может быть довольно сложно для людей, которые ничего не понимают в радиоэлектронике, но желание поэкспериментировать не дает сидеть на месте. В этой статье я попытаюсь подробно рассказать о принципе работы пушки и о том, как можно собрать упрощенный до минимума ускоритель Гаусса. Главной частью пушки является катушка. Как правило ее мотают самостоятельно на каком-либо диэлектрическом немагнитном стержне, который в диаметре несильно превышает диаметр снаряда. Достаточно добыть медный или алюминиевый провод диаметром 0. Можно использовать и готовый соленоид.

Пушка Гаусса в домашних условиях

Представьте, что у вас есть некое устройство, которое способно вывести из строя любую электронику на расстоянии. Согласитесь, похоже на сценарий какого-то фантастического фильма. Но это не фантастика, а вполне реальность. Такое устройство сможет сделать почти любой желающий своими руками, из деталей, которые свободно можно достать.

Во-первых, редакция Science Debate поздравляет всех артиллеристов и ракетчиков!

Гаусс пушка своими руками

Тут вы оказываетесь похожим на человека, который всю жизнь говорил прозой, сам того не зная. Вы, должно быть, имели дело с электронной пушкой, не зная об этом. Электроны, испаряющиеся из накаленного катода, ускоряются под действием электрического поля и бомбардируют анод. Если в аноде проделать отверсаия, то через каждое отверстие будет выбрасываться поток электронов. Электроны продолжают свой путь, пока не ударятся о стенки баллона или, если в лампе есть остатки газа, пока не потеряют энергию при столкновениях с молекулами газа.

Как сделать СВЧ-пушку из микроволновки

Тихий выстрел. Вражеские яйца, в которые я целился, оторвало вместе с половиной тела. Враг со стоном упал. Винтовка Гаусса, самое мощное, эффективное и интересное оружие во многих играх. Я раньше и не мог представить, что в один прекрасный день её прототип будет лежать у меня на столе… Думаю, многие из вас знают, что её можно собрать самому при определённых умениях, навыках и познаниях в радиотехнике.

Фантастическая пушка Гаусса своими руками Ключевые теги: пушка Гаусса индукционное оружие сделай сам diy Электронная игрушка вандала)).

Делаем электромагнитную пушку Гаусса

Электронная пушка своими руками

Прежде всего предупреждаю: данное оружие является очень опасным, при изготовлении и эксплуатации использовать максимальную степень осторожности! Берём любую микроволновую печь, желательно самую маломощную и дешёвую. Если она сгоревшая, не имеет значения — лишь бы магнетрон был рабочий.

Сижу я значит на работе, никого не трогаю и вдруг осознаю что мне очень нужна пушка гауса. Прям кровь из носу как хочется её поюзать. Причём не просто приобрести где то готовый вариант, а собрать самому. Долго ждать себя не заставил и сразу обратился за помощью в гугл.

Всем привет.

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Войти Регистрация. Тесла-пушка DIY или Сделай сам Не хватит пальцев на руках да и на ногах , чтобы пересчитать все фантастические книги, фильмы и игры, где фигурирует энергетическое оружие. Признайтесь, каждому из вас хотелось заиметь подобную штуку, чтобы со зловещим хохотом поджаривать врагов многометровыми искусственными молниями.

Хочу вас успокоить, мои читатели, ни кто из моих соседей не пострадал от моих опытов. Все ближайшие соседи сбежали из города, как только в Луганске начались боевые действия. Когда я поднёс магнетрон близко к музыкальному центру, с него посыпались искры и к моему удивлению он взорвался!

Пушка гаусса создание для детей. Рельсовая электромагнитная пушка.

В компьютерных играх

Пушка Гаусса — одна из разновидностей электромагнитного ускорителя масс. Названа по имени немецкого учёного Карла Гаусса, заложившего основы математической теории электромагнетизма. Следует иметь в виду, что этот метод ускорения масс используется в основном в любительских установках, так как не является достаточно эффективным для практической реализации. По своему принципу работы (создание бегущего магнитного поля) сходна с устройством, известным как линейный двигатель.

Пушка Гаусса состоит из соленоида, внутри которого находится ствол (как правило, из диэлектрика). В один из концов ствола вставляется снаряд (сделанный из ферромагнетика). При протекании электрического тока в соленоиде возникает магнитное поле, которое разгоняет снаряд, «втягивая» его внутрь соленоида. На концах снаряда при этом образуются полюса, ориентированные согласно полюсам катушки, из-за чего после прохода центра соленоида снаряд притягивается в обратном направлении, то есть тормозится. В любительских схемах иногда в качестве снаряда используют постоянный магнит так как с возникающей при этом ЭДС индукции легче бороться. Такой же эффект возникает при использовании ферромагнетиков, но выражен он не так ярко благодаря тому что снаряд легко перемагничивается (коэрцитивная сила).

Для наибольшего эффекта импульс тока в соленоиде должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого импульса используются электролитические конденсаторы с высоким рабочим напряжением.

Параметры ускоряющих катушек, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту подлета снаряда к соленоиду индукция магнитного поля в соленоиде была максимальна, но при дальнейшем приближении снаряда резко падала. Стоит заметить что возможны разные алгоритмы работы ускоряющих катушек.

Применение

Теоретически возможно применение пушек Гаусса для запуска лёгких спутников на орбиту. Основное применение — любительские установки, демонстрация свойств ферромагнетиков. Также достаточно активно используется в качестве детской игрушки или развивающей техническое творчество самодельной установки (простота и относительная безопасность)

Пушка Гаусса в качестве оружия обладает преимуществами, которыми не обладают другие виды стрелкового оружия. Это отсутствие гильз и неограниченность в выборе начальной скорости и энергии боеприпаса, возможность бесшумного выстрела (если скорость достаточно обтекаемого снаряда не превышает скорости звука) в том числе без смены ствола и боеприпаса, относительно малая отдача (равная импульсу вылетевшего снаряда, нет дополнительного импульса от пороховых газов или движущихся частей), теоретически, большамя надежность и теоретически износостойкость, а также возможность работы в любых условиях, в том числе в космическом пространстве.

Однако, несмотря на кажущуюся простоту пушки Гаусса, использование её в качестве оружия сопряжено с серьёзными трудностями, главное из которых: большие затраты энергии.

Первая и основная трудность — низкий КПД установки. Лишь 1-7% заряда конденсаторов переходят в кинетическую энергию снаряда. Отчасти этот недостаток можно компенсировать использованием многоступенчатой системы разгона снаряда, но в любом случае КПД редко достигает 27%. В основном в любительских установках энергия, запасенная в виде магнитного поля, никак не используется, а является причиной использования мощных ключей (часто применяют IGBT модули) для размыкания катушки (правило Ленца).

Вторая трудность — большой расход энергии (из-за низкого КПД).

Третья трудность (следует из первых двух) — большой вес и габариты установки при её низкой эффективности.

Четвёртая трудность — достаточно длительное время накопительной перезарядки конденсаторов, что заставляет вместе с пушкой Гаусса носить и источник питания (как правило, мощную аккумуляторную батарею), а также высокая их стоимость. Можно, теоретически, увеличить эффективность, если использовать сверхпроводящие соленоиды, однако это потребует мощной системы охлаждения, что приносит дополнительные проблемы, и серьёзно влияет на область применения установки. Или же использовать заменяемые батареи конденсаторы.

Пятая трудность — с увеличением скорости снаряда время действия магнитного поля, за время пролёта снарядом соленоида, существенно сокращается, что приводит к необходимости не только заблаговременно включать каждую следующую катушку многоступенчатой системы, но и увеличивать мощность её поля пропорционально сокращению этого времени. Обычно этот недостаток сразу обходится вниманием, так как большинство самодельных систем имеет или малое число катушек, или недостаточную скорость пули.

В условиях водной среды применение пушки без защитного кожуха также серьёзно ограничено — дистанционной индукции тока достаточно, чтобы раствор солей диссоциировал на кожухе с образованием агрессивных (растворяющих) сред, что требует дополнительного магнитного экранирования.

Таким образом, на сегодняшний день у пушки Гаусса нет перспектив в качестве оружия, так как она значительно уступает другим видам стрелкового оружия, работающего на других принципах. Теоретически, перспективы, конечно, возможны, если будут созданы компактные и мощные источники электрического тока и высокотемпературные сверхпроводники (200-300К). Однако, установка, подобная пушке Гаусса, может использоваться в космическом пространстве, так как в условиях вакуума и невесомости многие недостатки подобных установок нивелируются. В частности, в военных программах СССР и США рассматривалась возможность использования установок, подобных пушке Гаусса, на орбитальных спутниках для поражения других космических аппаратов (снарядами с большим количеством мелких поражающих деталей), или объектов на земной поверхности.

Уже, наверное, лет 50 все говорят о том, что век пороха подошел к концу, и дальше огнестрельное уже не может развиваться. Несмотря на то, что с таким утверждением я абсолютно не согласен и считаю, что современному огнестрельному оружию, а точнее патронам, еще есть куда расти и совершенствоваться, не могу пройти мимо попыток замены пороха и вообще привычного принципа работы оружия. Понятно, что пока многое из придуманного просто невозможно, в основном по причине отсутствия компактного источника электрического тока или же из-за сложности производства и обслуживания, но при этом лежат на пыльной полке и ждут своего времени множество интереснейших проектов.

Пушка Гаусса

Начать именно с этого образца хочется по той причине, что он достаточно простой, ну и потому, что есть и собственный небольшой опыт в попытке создания такого оружия, и, надо сказать, не самой безуспешной.

Лично я узнал впервые об этом образце оружия вовсе не из игры «Сталкер», хотя именно благодаря ей об этом оружии знают миллионы, и даже не из игры Fallout, а из литературы, а именно из журнала ЮТ. Представленная в журнале пушка Гаусса было самой примитивной и позиционировалась как детская игрушка. Так, само «оружие» состояло из пластиковой трубки с намотанной на ней катушкой медной проволоки, которая играла роль электромагнита при подаче на нее электрического тока. В трубку вкладывался металлический шарик, который при подаче тока стремился притянуть к себе электромагнит. Чтобы шарик не «завис» в электромагните, подача тока была кратковременной, с электролитического конденсатора. Таким образом, до электромагнита шарик разгонялся, а дальше при отключении электромагнита летел уже самостоятельно. К этому всему предлагалась электронная мишень, но не будем скатываться к теме о том, какая раньше была интересная, полезная и главное востребованная литература.

Собственно, описанное выше устройство и есть простейшая пушка Гаусса, но естественно, что подобное устройство явно не может быть оружием, разве что при очень большом и мощном единственном электромагните. Для достижения приемлемых скоростей метаемого снаряда необходимо использовать, если так можно выразиться, ступенчатую систему разгона, то есть на стволе должно быть установлено несколько электромагнитов один за одним. Главной проблемой при создании такого аппарата в домашних условиях является синхронизация работы электромагнитов, так как от этого напрямую зависит скорость метаемого снаряда. Хотя прямые руки, паяльник и чердак или дача со старыми телевизорами, магнитофонами, грампроигрывателями и никакие трудности не страшны. На данный момент, пробежав глазами по сайтам, где люди демонстрируют свое творчество, я заметил, что практически все располагают катушки электромагнитов на самом стволе, грубо говоря, просто наматывают на него катушки. Судя по результатам испытаний таких образцов, далеко от нынешней общедоступной пневматике по эффективности такое оружие не ушло, но для развлекательной стрельбы вполне годное.

Собственно, больше всего меня мучает вопрос, почему катушки все стараются расположить на стволе, куда более эффективнее было бы использовать электромагниты с сердечниками, которые будут направлены этими самыми сердечниками к стволу. Таким образом, можно разместить, скажем, 6 электромагнитов на площади, которую занимал ранее один электромагнит, соответственно это даст больший прирост к скорости метаемого снаряда. Несколько секций таких электромагнитов по всей длине ствола смогут разогнать небольшой кусочек стали до приличных скоростей, правда весить установка будет немало даже без источника тока. Все почему-то стараются и высчитывают время разрядки конденсатора, питающего катушку, для того чтобы согласовать катушки между собой, чтобы они разгоняли снаряд, а не тормозили его. Согласен, сесть и посчитать занятие очень интересное, вообще физика и математика замечательные науки, но почему не согласовать катушки при помощи фото и светодиодов и простейшей схемки, вроде как дефицита особого нет и вполне за умеренную плату можно получить необходимые детали, хотя посчитать, конечно, дешевле. Ну, а источник питания электрическая сеть, трансформатор, диодный мост и несколько электролитических конденсаторов соединенных параллельно. Но даже при таком монстре весом килограмм под 20 без автономного источника электрического тока впечатляющих результатов навряд ли получиться добиться, хотя смотря у кого какая впечатлительность. И не не не, я ничего подобного не делал (опустив голову, водит ногой в тапочке по полу), я вот только ту игрушку из ЮТ мастерил с одной катушкой.

В общем, даже при использовании как какое-то стационарное оружие, скажем тот же пулемет для защиты объекта, не меняющего свое местоположение, такое оружие будет достаточно дорогим, а главное тяжелым и не самым эффективным, если конечно речь идет о разумных габаритах, а не о монстре с пятиметровым стволом. С другой же стороны, очень высокая теоретическая скорострельность и боеприпасы по цене копейка за полтонны ну очень уж привлекательно выглядят.

Таким образом, для пушки Гаусса основной проблемой является то, что электромагниты имеют большой вес, ну и как всегда требуется источник электрического тока. В целом, разработку именно оружия на основе пушки Гаусса никто не ведет, есть проект по запуску небольших спутников, но он скорее теоретический и уже давно не развивается. Интерес к пушке Гаусса поддерживается только благодаря кинематографу и компьютерным играм, да еще и энтузиастам, любящим работать головой и руками, которых в наше время, к сожалению, не так много. Для оружия есть более практичное устройство, которое потребляет электрический ток, хотя о практичности тут можно поспорить, но в отличии от пушки Гаусса тут есть определенные сдвиги.

RailGun или по-нашему Рельсотрон

Это оружие не менее известно, чем пушка Гаусса, за что нужно сказать спасибо компьютерным играм и кинематографу, правда если с принципом работы пушки Гаусса знакомы все кто заинтересовался этим видом оружия, то с рельсотроном не все понятною. Попробуем разобраться что это за зверь, как он работает и какие у него перспективы.

Началось все в далеком 1920 году, именно в этом году был получен патент на данный образец оружия, причем оружия изначально, никто не планировал использовать изобретение в мирных целях. Автором рельсотрона, или более известного рэилгана, является француз – Андрэ Луи-Октав Фошон Виепле. Несмотря на то, что конструктору удалось достигнуть некоторого успеха по поражению живой силы противника, его изобретением никто не заинтересовался, уж очень громоздкой была конструкция, а результат был так себе и вполне сопоставимый с огнестрельным оружием. Так почти двадцать лет изобретение было заброшено, до тех пор пока не нашлась страна, которая позволяла тратить себе огромные средства для развития науки, и особенно той части науки, которая могла убивать. Речь идет о фашисткой Германии. Именно там французским изобретением заинтересовался Иоахим Хэнслер. Под руководством ученого была создана значительно более эффективная установка, которая имела длину всего два метра, но разгоняла метаемый снаряд до скорости более 1200 метров в секунду, правда сам метаемый снаряд был выполнен из алюминиевого сплава и имел вес 10 грамм. Тем не менее, этого было более чем достаточно для ведения огня, как по живой силе противника, так и по небронированной технике. В частности свою разработку конструктор позиционировал как средство борьбы с воздушными целями. Более высокая скорость полета метаемого снаряда, в сравнении с огнестрельным оружием, делала работу конструктора весьма перспективной, так как вести огонь по движущимся, причем движущимся постоянно, целям было намного проще. Однако конструкция требовала доработки и конструктор проделал очень большой труд по совершенствованию данного образца, несколько изменив начальный принцип его работы.

В первом образце все было более или менее понятно и ничего фантастического не было. Имелось две рельсы, которые были «стволом» оружия. Между ними укладывался сам метаемый снаряд, который изготавливался из пропускающего электрический ток материала, в результате при подаче тока на рельсы, под воздействием силы Лоренца, метаемый снаряд стремился вперед и в идеальных условиях, которых, естественно, никогда не добиться, его скорость могла приближаться к скорости света. Так как существовало множество факторов, которые мешали разогнать сметаемый снаряд до таких скоростей, то конструктор решил от некоторых из них избавиться. Главным достижением стало то, что в последних наработках уже не метаемый снаряд замыкал цепь, делало это электрическая дуга позади метаемого снаряда, собственно это решение используется до сих пор, только совершенствуясь. Таким образом, конструктору удалось приблизиться к скорости полета метаемого снаряда равной 3 километрам в секунду, в это был 1944 год прошлого века. К счастью конструктору не хватило времени на то, чтобы завершить свою работу и решить те проблемы которые имело оружие, а их было не мало. Причем настолько не мало, что эту разработку спихнули американцам и работ в этом направлении в Советском Союзе не проводили. Только в семидесятых годах начали развивать у нас данное оружие и на данный момент мы, к сожалению, отстаем, ну по крайней мере по общедоступным данным. В США же уже давно достигли скорости в 7,5 километров в секунду и не собираются останавливаться. Работы на данный момент ведутся в направлении развития рельсотрона как средства противовоздушной обороны, так что как ручное огнестрельное оружие рельсотрон все еще фантастика или очень далекое будущее.

Главной проблемой рельсотрона является то, что для достижения максимальной эффективности нужно использовать рельсы с очень малым сопротивлением. На данный момент они покрыты серебром, что вроде бы не так накладно в финансовом плане, однако с учетом того, что «ствол» оружия длиной совсем не один и не два метра, это уже существенные затраты. Кроме того, после нескольких выстрелов рельсы нужно менять и восстанавливать, что деньги, да и скорострельность такого оружия остается очень низкой. Кроме того, не стоит забывать о том, что сами рельсы стараются оттолкнуться друг от друга под воздействием все тех же сил, которые разгоняют метаемый снаряд. По этой причине конструкция должна обладать достаточной прочностью, но в тоже время сами рельсы должны иметь возможность быстрой замены. Но не это главная проблема. Для выстрела требуется огромное количество энергии, так что одним автомобильным аккумулятором за спиной не отделаешься, тут уже нужны более мощные источники электрического тока, что ставит под вопрос мобильность такой системы. Так в США планируют устанавливать подобные установки на эсминцах, причем уже говорят об автоматизации подачи метаемых снарядов, охлаждении и прочих прелестях цивилизации. На данный момент заявленная дальность стрельбы по наземным целям составляет 180 километров, о воздушных пока молчат. Наши же конструкторы пока еще не определились с тем, где они будут применять свои наработки. Однако по обрывкам информации можно сделать вывод, что как самостоятельное оружие рельсотрон пока использоваться не будет, а вот как средство, которое дополняет уже существующее дальнобойное оружие, позволяя существенно добавить к скорости метаемого снаряда желаемые пару сотен метров в секунду, рельсотрон имеет хорошие перспективы, да и стоимость такой разработки будет куда ниже нежели какие-то мегапушки на собственных кораблях.

Остается только вопрос стоит ли считать нас в этом вопросе отставшими, так как обычно то, что работает плохо стараются пропиарить всеми возможными способами «шоб усе боялись», а вот то, что действительно эффективно, но его время еще не пришло, закрыто за семью замками. Ну, по крайней мере, в это хочется верить.

Каждому любителю научной фантастики хорошо знакомо электромагнитное оружие. Изображаются подобные технологии в виде сочетания механических, электронных и электрических составляющих. Но как выглядит такое оружие в реальной жизни, имеет ли оно хоть малейший шанс на существование?

Технологические особенности

Винтовка Гаусса интересна исследователям одновременно несколькими особенностями. Реализация данной технологии позволит избежать нагрева оружия. Следовательно, его скорострельные качества возрастут до ранее неизведанных пределов. Более того, воплощение технологических задумок в реальность заставит отказаться от гильз, что существенно упростит стрельбу.

По умолчанию стрелять винтовка Гаусса может тонкими узкими снарядами с высочайшей пробивной способностью. Ускорение патрона в данном случае абсолютно не зависит от диаметра.

Для функционирования оружия достаточно подзарядки электрическим током. Что касается известных схем, то в их структуре практически отсутствуют подвижные элементы.

Принцип стрельбы

В настоящее время оружие остается на стадии разработки. Согласно задумке, стрелять оно должно железными патронами. Однако, в отличие от огнестрельных аналогов, в движение снаряды приводятся не давлением пороховых газов, а воздействием магнитного поля.

На самом деле винтовка Гаусса работает согласно довольно примитивному принципу. Вдоль ствола располагается ряд электромагнитных катушек. Патроны заряжаются из магазина механическим способом. Одна из катушек подтягивает заряд. Как только патрон достигает средины ствола, активизируется следующая катушка, благодаря чему осуществляется его разгон.

Последовательное размещение вдоль ствола произвольного количества катушек теоретически позволяет моментально разогнать снаряд до немыслимых скоростей.

Преимущества и недостатки

Электромагнитная винтовка в теории обладает достоинствами, которые недостижимы для любого другого известного оружия:

• возможность выбора скорости движения снаряда;
• отсутствие гильз;
• выполнение абсолютно бесшумных выстрелов;
• незначительная отдача;
• высокая надежность;
• износостойкость;
• функционирование в безвоздушном, в частности космическом пространстве.

Несмотря на достаточно простой принцип функционирования и несложную конструкцию, винтовка Гаусса обладает некоторыми недостатками, которые создают преграды для ее использования в качестве оружия.

Основная проблема заключается в низком КПД электромагнитных катушек. Специальные тесты показывают, что лишь порядка 7% заряда преобразуется в кинетическую энергию, чего недостаточно для приведения в движение патрона.

Второй трудностью является существенное потребление и длительное накопление энергии конденсаторами. Вместе с пушкой придется носить достаточно тяжелый и объемный источник питания.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что в современных условиях практически не существует перспектив для реализации идеи в качестве стрелкового оружия. Положительный сдвиг в нужном направлении возможен лишь в случае разработки мощных, автономных и в то же время компактных источников электрического тока.

Прототипы

В настоящее время не существует ни одного удачного примера создания высокоэффективного электромагнитного оружия. Однако это не мешает разработке прототипов. Наиболее удачным примером выступает изобретение инженерного бюро Delta V Engineering.

Пятнадцатизарядное устройство разработчиков позволяет вести достаточно скорострельную стрельбу, выпуская по 7 патронов в секунду. К сожалению, пробивной способности винтовки хватает лишь для поражения стекла и жестяных банок. Электромагнитное оружие обладает весом порядка 4 кг и стреляет пулями калибра 6,5 мм.

На сегодняшний день разработчику пока не удалось достичь успехов на пути преодоления основного недостатка винтовки — крайне низкой стартовой скорости снарядов. Здесь данный показатель составляет всего лишь 43 м/сек. Если проводить параллели, то начальная скорость патрона, выпущенного из пневматической винтовки, почти в 20 раз выше.

Изобретение Гаусса в компьютерных играх

В научно-фантастических играх электромагнитная пушка выступает чуть ли не самым мощным, скорострельным и по-настоящему смертоносным оружием. Забавно, но основная масса спецэффектов является нехарактерной для данного изобретения.

Наиболее ярким примером выступают пистолет и ружье Гаусса, которые доступны персонажам культовой серии игр Fallout. Как и реальный прототип, виртуальное оружие функционирует на основе заряженных электромагнитных частиц.

В игре S.T.A.L.K.E.R. пушка Гаусса обладает низкой скорострельностью, что близко к качествам реально существующих прототипов. В то же время оружие отличается наивысшей мощностью. Согласно описанию, действует пушка на основе энергии аномальных явлений.

Игры серии Master of Orion также дают возможность игроку вооружать космические корабли пушками Гаусса. Здесь оружие выпускает электромагнитные снаряды, сила урона которых не зависит от расстояния до цели.

Во-первых, редакция Science Debate поздравляет всех артиллеристов и ракетчиков! Ведь сегодня 19 ноября — День ракетных войск и артиллерии. 72 года назад, 19 ноября 1942 года с мощнейшей артиллерийской подготовки началось контрнаступление Красной Армии в ходе Сталинградской Битвы.

Именно поэтому мы сегодня приготовили для вас публикацию, посвященную пушкам, но не обычным, а пушкам Гаусса!

Мужчина, даже став взрослым, в душе остается мальчишкой, вот только игрушки у него меняются. Компьютерные игры стали настоящим спасением для солидных дядей, которые в детстве не доиграли в «войнушку» и теперь имеют возможность наверстать упущенное.

У компьютерных боевиков часто встречается футуристическое оружие, которое не встретишь в реальной жизни – знаменитая пушка Гаусса, которую может подбросить какой-нибудь чокнутый профессор или ее случайно можно отыскать в секретной хронике.

А возможно ли обзавестись Гаусс-пушкой в реале?

Оказывается можно, и сделать это не так сложно, как может показаться на первый взгляд. Давайте, скорее, выясним, что такое пушка Гаусса в классическом понимании. Пушка Гаусса – это оружие, в котором используется метод электромагнитного ускорения масс.

В основе конструкции этого грозного оружия лежит соленоид – цилиндрическая обмотка из проводов, где длина провода во много раз больше диаметра обмотки. Когда будет подан электрический ток, в полости катушки (соленоида) возникнет сильное магнитное поле. Оно втянет снаряд внутрь соленоида.

Если в момент, когда снаряд дойдет до центра, убрать напряжение, то магнитное поле не помешает двигаться телу по инерции, и оно вылетит из катушки.

Собираем Гаусс-пушку в домашних условиях

Для того чтобы создать пушку Гаусса своими руками, нам для начала, понадобится катушка индуктивности. На бобину аккуратно намотайте эмалированный провод, без резких перегибов, чтобы ни в коем случае не повредить изоляцию.

Первый слой, после наматывания, залейте суперклеем, подождите, пока он высохнет, и приступайте к следующему слою. Таким же образом нужно намотать 10-12 слоев. Готовую катушку надеваем на будущий ствол оружия. На один из его краев следует надеть заглушку.

Для того чтобы получить сильный электрический импульс, отлично подойдет батарея конденсаторов. Они способны отдавать накопленную энергию в течение короткого времени, пока пуля дойдет до середины катушки.

Для зарядки конденсаторов понадобится зарядное устройство. Подходящее устройство есть в фотографических аппаратах, оно служит для возникновения вспышки. Конечно, речь не идет о дорогой модели, которую мы будем препарировать, но одноразовые «Кодаки» сгодятся.

К тому же в них, кроме зарядки и конденсатора, прочих электроэлементов нет. Разбирая фотоаппарат, будьте осторожны, чтобы вас не ударило электрическим током. С устройства для зарядки смело удаляйте скобы для батареек, отпаяйте конденсатор.

Таким образом, нужно подготовить приблизительно 4-5 плат (можно больше, если желание и возможности позволяют). Вопрос выбора конденсатора заставляет сделать выбор между мощностью выстрела и временем, которое понадобится для зарядки. Большая емкость конденсатора требует и большего отрезка времени, снижая скорострельность, так что придется искать компромисс.

Светодиодные элементы, установленные на зарядные контуры, сигнализируют светом о том, что необходимый уровень зарядки достигнут. Конечно, можно подключить дополнительные зарядные контуры, но не переусердствуйте, чтобы не спалить ненароком транзисторы на платах. Для того чтобы разрядить батарею, в целях безопасности лучше всего установить реле.

Управляющий контур подключаем к батарейке через кнопку спуска, а управляемый – в цепь, между катушкой и конденсаторами. Для того чтобы совершить выстрел, необходимо подать питание на систему, и, после светового сигнала, зарядить оружие. Питание отключаем, прицеливаемся и стреляем!

Если процесс вас увлек, а полученной мощности маловато, то вы можете приступить к созданию многоступенчатой пушки Гаусса, ведь она должна быть именно такой.

Пушка Гаусса (англ. Gauss gun , Gauss cannon ) — одна из разновидностей электромагнитного ускорителя масс. Названа по имени учёного Гаусса, исследовавшего физические принципы электромагнетизма, на которых основано данное устройство.

Принцип действия

Пушка Гаусса состоит из соленоида, внутри которого находится ствол (как правило, из диэлектрика). В один из концов ствола вставляется снаряд (сделанный из ферромагнетика). При протекании электрического тока в соленоиде возникает магнитное поле, которое разгоняет снаряд, «втягивая» его внутрь соленоида. Снаряд при этом получает на концах полюса симметрично полюсам катушки, из-за чего после прохода центра соленоида снаряд притягивается в обратном направлении, т.е. тормозится. Но если в момент прохождения снаряда через середину соленоида отключить в нём ток, то магнитное поле исчезнет, и снаряд вылетит из другого конца ствола. Но при выключении источника питания в катушке образуется ток самоиндукции, который имеет обратное направление тока, и поэтому меняет полярность катушки. А это значит, что при резком выключении источника питания снаряд, пролетевший центр катушки, будет отталкиваться и получать ускорение дальше. В ином случае, если снаряд не достиг центра, он будет тормозиться.

Для наибольшего эффекта импульс тока в соленоиде должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого импульса используются электрические конденсаторы. Если используется полярный конденсатор (напр. на электролите), то в цепи обязательно должны быть диоды, которые защитят конденсатор от тока самоиндукции и взрыва.

Параметры обмотки, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту подлета снаряда к середине обмотки ток в последней уже успевал бы уменьшится до минимального значения, то есть заряд конденсаторов был бы уже полностью израсходован. В таком случае КПД одноступенчатой пушки Гаусса будет максимальным.

Расчёты

Энергия запасаемая в конденсаторе

V — напряжение конденсатора (в Вольтах)
C — ёмкость конденсатора (в Фарадах)

Энергия запасаемая при последовательном и параллельном соединении конденсаторов равна.

Кинетическая энергия снаряда

m — масса снаряда (в килограммах)
u — его скорость (в м/с)

Время разряда конденсаторов

Это время за которое конденсатор полностью разряжается. Оно равно четверти периода:

L — индуктивность (в Генри)
C — ёмкость (в Фарадах)

Время работы катушки индуктивности

Это время за которое ЭДС катушки индуктивности возрастает до максимального значения (полный разряд конденсатора) и полностью падает до 0. Оно равно верхнему полупериоду синусоиды.

L — индуктивность (в Генри)
C — ёмкость (в Фарадах)

Преимущества и недостатки

Пушка Гаусса в качестве оружия обладает преимуществами, которыми не обладают другие виды стрелкового оружия. Это отсутствие гильз и неограниченность в выборе начальной скорости и энергии боеприпаса, а так же скорострельности орудия, возможность бесшумного выстрела (если скорость снаряда не превышает скорости звука) в том числе без смены ствола и боеприпаса, относительно малая отдача (равная импульсу вылетевшего снаряда, нет дополнительного импульса от пороховых газов или движущихся частей), теоретически, больша́я надежность и износостойкость, а так же возможность работы в любых условиях, в том числе космического пространства.

Однако, несмотря на кажущуюся простоту пушки Гаусса и её преимущества, использование её в качестве оружия сопряжено с серьёзными трудностями.

Первая трудность — низкий КПД установки. Лишь 1-7 % заряда конденсаторов переходят в кинетическую энергию снаряда. Отчасти этот недостаток можно компенсировать использованием многоступенчатой системы разгона снаряда, но в любом случае КПД редко достигает даже 27 %. Поэтому пушка Гаусса по силе выстрела проигрывает даже пневматическому оружию.

Вторая трудность — большой расход энергии (из-за низкого КПД) и достаточно длительное время перезарядки конденсаторов, что заставляет вместе с пушкой Гаусса носить и источник питания (как правило, мощную аккумуляторную батарею). Можно значительно увеличить эффективность, если использовать сверхпроводящие соленоиды, однако это потребует мощной системы охлаждения, что значительно уменьшит мобильность пушки Гаусса.

Третья трудность (следует из первых двух) — большой вес и габариты установки, при её низкой эффективности.

Таким образом, на сегодняшний день пушка Гаусса не имеет особых перспектив в качестве оружия, так как значительно уступает другим видам стрелкового оружия. Перспективы возможны лишь в будущем, если будут созданы компактные, но мощные источники электрического тока и высокотемпературные сверхпроводники (200—300К).

RailGun

Рельсовая пушка (англ. Railgun ) — форма оружия, основанная на превращении электрической энергии в кинетическую энергию снаряда. Другие названия: рельсовый ускоритель масс, рельсотрон, рейлган (Railgun). Не путать с пушкой Гаусса.

Принцип действия

Рельсовая пушка использует электромагнитную силу, называемую силой Ампера, чтобы разогнать электропроводный снаряд, который изначально является частью цепи. Иногда используется подвижная арматура, соединяющая рельсы. Ток I , идущий через рельсы, возбуждает магнитное поле B между ними, перпендикулярно току, проходящему через снаряд и смежный рельс. В результате происходит взаимное отталкивание рельсов и ускорение снаряда под действием силы F .

Преимущества и недостатки

С изготовлением рельсотрона связан ряд серьёзных проблем: импульс тока должен быть настолько мощным и резким, чтобы снаряд не успел бы испариться и разлететься, но возникла бы ускоряющая сила, разгоняющая его вперед. Поэтому материал снаряда и рельс должен обладать как можно более высокой проводимостью, снаряд как можно меньшей массой, а источник тока как можно большей мощностью и меньшей индуктивностью. Однако особенность рельсового ускорителя в том, что он способен разгонять сверхмалые массы до сверхбольших скоростей. На практике рельсы изготавливают из бескислородной меди, покрытой серебром, в качестве снарядов используют алюминиевые брусочки или проволоку, в качестве источника питания — батарею высоковольтных электрических конденсаторов, генераторы Маркса, ударные униполярные генераторы, компульсаторы, а самому снаряду перед вхождением на рельсы стараются придать как можно большую начальную скорость, используя для этого пневматические или огнестрельные пушки. В тех рельсотронах, где снарядом является проволока, после подачи напряжения на рельсы проволока разогревается и сгорает, превращаясь в токопроводную плазму, которая далее также разгоняется. Таким образом рельсотрон может стрелять плазмой, однако вследствие её неустойчивости она быстро дезинтегрируется.

Варенье из бузины: польза и вред

Узнать встретимся ли мы. Сонник дома солнца. Как правильно сформулировать вопрос в процессе гадания

Как сделать простой пистолет с электромагнитной катушкой

Пистолет с катушкой , как думают многие (и я в том числе), это не просто забавная игрушка с трубкой и несколькими катушками вокруг нее, которая может стрелять снарядами на определенное расстояние. Ученые из Sandia National Laboratories считают, что койлган может быть спроектирован для ускорения частиц с большей скоростью, достаточно высокой, чтобы избежать земного притяжения. Да, вы не ослышались! Катушка может быть использована для запуска спутников в будущем. Возможно, есть люди, которые пробовали это, а также сейчас работают над этим. Помимо применения в космосе, военные также, кажется, заинтересованы в другой форме Coil Gun, называемой 9.0003 Рельсовая пушка или Железнодорожная пушка , которая может стрелять снарядами.

 

Все это натолкнуло меня на мысль собрать собственную версию Coil Gun . Кроме того, очень приятно играть и смотреть, как металлические снаряды вылетают из катушки одним нажатием кнопки. Прежде чем мы начнем, я хотел бы пояснить, что этот проект предназначен исключительно для образовательных целей, поэтому, если вы хотите построить этот пистолет для побега от хулигана в старшей школе, вам, вероятно, следует обратиться к психологу. В проекте также задействованы летающие металлические детали и высокое напряжение, поэтому будьте осторожны при работе. Как говорится, приступим.

 

Необходимые материалы

• Медная проволока (эмалированная)
• ИК-датчик (для измерения скорости)
• IRFZ44N МОП-транзистор
• BC557 PNP-транзистор
• Резистор 10 кОм и 1 кОм
• 7805 Регулятор
• 0,1 мкФ
• Кнопка
• Макет
• Источник питания (RPS)
• Батарея 9 В

 

Как работает винтовой пистолет?

Основной принцип катушки заключается в том, что проводник с током индуцирует вокруг себя магнитное поле, что было сформулировано Фарадеем. Для увеличения силы этого магнитного поля проводник с током намотан в виде катушки. Сейчас , когда на эту катушку подается питание, она создает вокруг себя магнитное поле, достаточно сильное, чтобы притягивать в нее металлические (или другие ферромагнитные) частицы, также известные как снаряды.

 

Такое устройство будет притягивать снаряд только с одного конца, а когда он достигнет другого конца, он снова будет притягиваться внутрь катушки, и таким образом снаряд останется внутри самой катушки после нескольких колебаний. Это связано с тем, что во время процесса снаряд намагничивается и действует как магнит, поэтому, пока присутствует магнитное поле, снаряд (магнит) будет стремиться оставаться только внутри катушки. Но катушка должна запускать снаряд из нее, поэтому мы должны использовать датчик, чтобы проверить, достиг ли снаряд другого конца катушки, и когда катушка должна быть выключена, таким образом снаряд будет лететь с той же скоростью и вырваться из катушки.

 

Это может показаться простым, но сложность может быть увеличена за счет использования более одной катушки. Используя несколько катушек, можно увеличить скорость снаряда, когда он проходит через катушку. Еще одна сложная задача — обеспечить достаточный ток для катушки. Катушка может потреблять от 5 до 10 А при 24 В в зависимости от количества витков и толщины катушки. Таким образом, чтобы получить такой большой ток, большинство людей используют большой конденсатор, чтобы справиться с ним. Но в нашем уроке, чтобы все было просто мы создадим одноступенчатую спиральную пушку и приведем ее в действие с помощью блока RPS.

 

Принципиальная схема

Полная принципиальная схема одноступенчатого пистолета с катушкой показана на рисунке ниже.

 

Как видите, схема довольно проста. Основным компонентом схемы является сама катушка; мы увидим, как мы построим его в следующем заголовке. Катушка питается от источника питания 24 В от нашего RPS 9.0004, подача управляется (переключается) через N-Channel MSFET IRF544Z . Вывод затвора транзистора опускается через резистор 10 кОм (R1), а диод D1 используется для шунтирования обратного тока при разряде катушки.

 

МОП-транзистор является N-канальным и, следовательно, остается выключенным до тех пор, пока пороговое напряжение затвора, в данном случае 5 В, не будет подано на вывод затвора. Это делается с помощью кнопки через PNP-транзистор (BC557) , когда кнопка нажата, 5 В подается на вывод затвора MOSFET, и катушка включается. Это притянет снаряд и протолкнет его через другой конец. Как только снаряд достигает другого конца, ИК-датчик обнаружит это и отправит сигнал 5 В на базовый вывод PNP-транзистора через токоограничивающий резистор 1K. Это откроет транзистор, и, следовательно, 5V на MOSFET будет отключен, а катушка также будет отключена. Следовательно, снаряд вырвется из катушки и будет запущен. Напряжение 5 В для питания ИК-датчика и запуска транзистора и полевого МОП-транзистора регулируется микросхемой регулятора напряжения 7805 от батареи 9 В.

 

Намотка катушки

Как было сказано ранее, самым важным компонентом в этой схеме является катушка. Перед тем, как вы начнете наматывать катушку, вы должны решить , какой будет размер вашего снаряда , в моем случае я использую биты отвертки в качестве снарядов. Но вы можете выбрать все, что имеет ферромагнитные свойства. После выбора снаряда мы должны выбрать структуру, похожую на трубу с отверстием, которой достаточно, чтобы снаряд проскользнул через нее без особого трения. Я пробовал использовать пустую ручку-заправку , и это отлично сработало для меня. Вы можете выбрать один в зависимости от размера вашего снаряда. Тогда длина цилиндрического основания может быть до 5см. Наконец, также купите эмалированную медную проволоку средней толщины, моя имеет толщину 0,8 мм.

 

Собрав все необходимые материалы, включите свой любимый плейлист и начните наматывать катушку на цилиндрическую основу. Убедитесь, что обмотки не перекрывают друг друга и не ослабевают. После оклейки первого слоя обмотки можно использовать изоляционную ленту (изоленту), чтобы закрепить его на месте, а затем начать аналогично наматывать поверх него второй слой. Обратите внимание, что вы всегда должны наматывать катушку только в одном направлении, если вы начали слева направо после достижения конца первого слоя, начните снова слева для намотки второго слоя. Вы можете повторять этот шаг, пока не достигнете 5-7 слоев. Я сделал около 6 слоев, в каждом слое примерно 60 витков. Мое расположение катушек выглядит примерно так, как показано на рисунке ниже. Я использовал два напечатанных на 3D-принтере диска (белого цвета) только для того, чтобы закрепить катушку на месте, они не являются обязательными.

Работа с катушками всегда сложна, и для правильной работы необходимо правильно намотать их, как в Tesla Coil Project, многие люди не получат правильный выход из-за неправильной намотки катушки.

 

Работа мини-пистолета с катушкой

После сборки катушки вы можете приступить к подключению ее к остальной части схемы катушки с катушкой . Имейте в виду, что катушка может потреблять до 5 А, и, следовательно, часть катушки нельзя собрать на макетной плате, поскольку макетные платы обычно рассчитаны только на 500 мА. Таким образом, вы можете либо построить полную схему на перфорированной плате, припаяв компоненты, либо использовать грубый способ пайки линий высокой мощности напрямую через макетную плату, как я сделал, как показано на рисунке ниже.

 

Как вы можете видеть, катушка питается от зажимов регулируемого источника питания (зажимы типа «крокодил») через MOSFET, контакты которого припаяны непосредственно к проводам. На контакт затвора MOSFET требуется всего 5 В, поэтому он переносится на макетную плату, где строится оставшаяся схема, включая регулятор напряжения, транзистор и переключатель. Макетная плата питается от 9-вольтовой батареи , хотя батарейные зажимы.

 

Для испытаний катушки пушки проект просто поместите металлическую деталь внутрь катушки и нажмите кнопку на макетной плате. Это должно запустить снаряд вне катушки. Также следите за тем, чтобы не нажимать кнопку постоянно, так как это снова подаст питание на катушку после запуска снаряда и может навсегда повредить катушку. Полную работу проекта можно найти в видео .

 

Надеюсь, вы создали проект и он заработал. Если у вас есть какие-либо вопросы, вы можете оставить их в разделе комментариев ниже или опубликовать их на наших форумах для других технических вопросов.

Сделайте свой собственный рейлган из обычных магнитов и немного дерева

Если видеоплеер не работает, вы можете нажать на эту альтернативную ссылку на видео.

У тебя есть свободное время? Нравится стрелять металлическими шариками по вещам?

Тогда почему бы не сделать себе мини-магнитный рельсотрон? Хотя он не будет таким мощным, как некоторые настоящие рельсотроны, он, безусловно, будет развлекать вас в течение нескольких часов (а скорее, дней).

Следуйте этому простому руководству, чтобы узнать, как это сделать.

Источник: Magnetic Games/YouTube

Но сначала, как вы понимаете, вам понадобятся некоторые вещи.

Необходимые материалы и приспособления

• Диски с неодимовыми магнитами — 1 и 3/16 дюйма (30 мм) на 9/32 дюйма (7 мм), или 19/32 дюйма (15 мм), или 25/32 дюйма (20 мм). мм)
• Сферы с неодимовыми магнитами — 1 и 1,32 дюйма (26 мм) и 1 и 37/64 дюйма (40 мм)
• Немагнитные «пули» (например, свинцовые шарики или сферы)
• Рифленая немагнитная полоса (деревянная или пластиковая)
• Металлические полоски
• Листы металла

Дополнительно (для мишени)

• Неодимовые магниты-кубики

Со всеми вашими инструментами и материалами настало время приступить к этой эпической, но потрясающей постройке.

Шаг 1: Установка основания рельсотрона

Первый шаг — взять металлические полоски и магниты. Поместите магниты вдоль металлических полос так, чтобы они совпадали с углами каждого металлического квадратного листа.

Сделав это, прикрепите металлические листы поверх магнитов.

Источник: Magnetic Games/YouTube

Для этой сборки вам понадобятся три квадратных металлических листа, поэтому вы будете прикреплять двенадцать самых маленьких магнитов (по шесть на каждую металлическую полосу или рельс). После этого возьмите свою деревянную полосу и поместите ее в середину ряда металлических листов.

Возьмите еще несколько магнитов и поместите их на одинаковом расстоянии по обе стороны от деревянной планки, чтобы закрепить ее на основании из металлического листа.

Источник: Magnetic Games/YouTube

Шаг 2: Добавьте основную направляющую

Когда основа в основном готова, теперь мы можем перейти к созданию фактического элемента рельсотрона. Давайте сначала установим все важные рельсы.

Возьмите деревянную дощечку с пазами (изготовьте ее сами или используйте имеющуюся в продаже альтернативу) и приклейте ее поверх основной деревянной планки на основании.

Сделав это, возьмите самую маленькую магнитную сферу и поместите ее в центр рельса. Когда вы отпускаете мяч, он должен тянуться вдоль рельса уже находящимися на месте магнитами и останавливаться (в конечном итоге) где-то либо к середине, либо к одному концу рельса.

Смотреть на это весело, но это не способствует максимальному использованию нашего рельсотрона.

Источник: Magnetic Games/YouTube

Чтобы решить эту проблему, вы можете поэкспериментировать с использованием все более крупных и массивных сфер. В конце концов, вы сможете найти тот, который чаще всего останавливается только у дальнего конца рельса.

Затем поднесите следующие самые большие неодимовые магниты (или сделайте магниты вдвое меньшего размера) к «рабочему» концу рельсотрона. Поместите два из них по обе стороны от конца рельса.

С этими более мощными магнитами шариковый магнит теперь должен останавливаться над этими большими магнитами и между ними.

Источник: Magnetic Games/YouTube

На этом этапе рельсотрон будет функционировать на базовом уровне, но не будет слишком мощным. Чтобы проверить это, возьмите немагнитный снаряд (например, большой мрамор) и положите его на более крупные концевые магниты.

Теперь, когда вы отпустите большой шариковый магнит, он побежит по рельсу, ударит немагнитный шар и оттолкнет его от другого конца рельса.

Однако перед тем, как проверить это, убедитесь, что вы добавили какую-нибудь мишень или что-то еще, чтобы поймать снаряд, напротив открытого конца рельсотрона.

Шаг 3: Увеличьте мощность вашего рельсотрона

Все хорошо. Но этот рельсотрон недостаточно мощный, на наш взгляд. Чтобы увеличить его мощность, возьмите несколько магнитов еще большего размера и разместите их по обе стороны от конца рельса (как мы делали ранее). Вы можете либо использовать несколько более высоких магнитов, либо утроить существующие магниты меньшего размера.

Сделав это, поместите снаряд еще раз над новыми, более мощными магнитами. Теперь, когда мы отпускаем магнитный шар, он должен ударить и запустить снаряд с еще большей силой.

Источник: Magnetic Games/YouTube

Еще раз убедитесь, что на конце рельсотрона нет потенциально хрупких предметов, и у вас есть какая-либо форма цели, чтобы ударить/поймать немагнитный снаряд.

Мишень может быть сделана из чего угодно, но лучше всего из того, что может поглощать энергию и деформироваться. Вы можете сделать мишень, например, из маленьких магнитных шариков.

В качестве альтернативы можно использовать полистирол (и утяжелить).

Источник: Magnetic Games/YouTube

Шаг 3: Развлекайтесь

Итак, наш самодельный рельсотрон почти готов. Теперь вы можете начать экспериментировать с еще более тяжелыми снарядами из разных материалов и разными целями.

Текущая установка, например, должна быть достаточно мощной, чтобы запускать свинцовые шары весом 0,22 фунта (100 г) с достаточной мощностью, чтобы нанести серьезный урон относительно мягкой цели.

Вы можете либо остановиться на этом, либо продолжить увеличивать мощность вашего рельсотрона, добавляя все более мощные магниты к концу рельсотрона.

Мы оставляем это на ваше усмотрение.

Если вам понравился этот магнитный проект, мы уверены, что вам понравятся и другие. Как насчет того, чтобы сделать несколько моделей из магнитов?

Как насчет, например, масштабной модели Эмпайр Стейт Билдинг?

Собери себе электрическую пушку

Вот это записано 9Звук 0004 стал повсеместным, мы почти не задумываемся об этом. Смартфоны, умные колонки, телевизоры, радиоприемники, проигрыватели дисков и автомобильные аудиосистемы — прочное и приятное присутствие в нашей жизни. В 2017 году опрос, проведенный компанией Nielsen, показал, что около 90 процентов населения США регулярно слушают музыку и что в среднем они делают это 32 часа в неделю.

За этим свободно текущим удовольствием стоят огромные отрасли, применяющие технологии для достижения давней цели воспроизведения звука с максимально возможным реализмом. Начиная с фонографа Эдисона и рупорных динамиков 1880-х годов, последующие поколения инженеров в погоне за этим идеалом изобретали и использовали бесчисленные технологии: триодные вакуумные лампы, динамические громкоговорители, картриджи магнитных фонографов, схемы полупроводниковых усилителей с множеством различных топологий, электростатические громкоговорители. , оптические диски, стерео и объемный звук. И за последние пять десятилетий цифровые технологии, такие как сжатие и потоковая передача звука изменили музыкальную индустрию.

И все же даже сейчас, после 150 лет разработки, звук, который мы слышим даже из высококачественной аудиосистемы, далеко не соответствует тому, что мы слышим, физически присутствуя на живом музыкальном представлении. В таком случае мы находимся в естественном звуковом поле и можем легко заметить, что звуки разных инструментов исходят из разных мест, даже когда звуковое поле пересекается смешанными звуками от нескольких инструментов. Есть причина, по которой люди платят значительные суммы, чтобы послушать живую музыку: это более приятно, захватывающе и может произвести большее эмоциональное воздействие.

Сегодня исследователи, компании и предприниматели, в том числе и мы, наконец приближаемся к записанному звуку, который действительно воссоздает естественное звуковое поле. В группу входят крупные компании, такие как Apple и Sony, а также более мелкие фирмы, такие как Творческий. Netflix недавно сообщил о партнерстве с Sennheiser, в рамках которого сеть начала использовать новую систему Ambeo 2-Channel Spatial Audio, чтобы повысить звуковой реализм таких телешоу, как «Очень странные дела» и «Ведьмак».

В настоящее время существует по меньшей мере полдюжины различных подходов к созданию высокореалистичного звука. Мы используем термин «звуковая сцена», чтобы отличить нашу работу от других аудиоформатов, таких как пространственное аудио или иммерсивное аудио. Они могут воспроизводить звук с большим пространственным эффектом, чем обычное стерео, но обычно они не включают подробных признаков местоположения источника звука, которые необходимы для воспроизведения действительно убедительного звукового поля.

Мы верим, что звуковая сцена — это будущее записи и воспроизведения музыки. Но прежде чем произойдет такая радикальная революция, необходимо будет преодолеть огромное препятствие: удобное и недорогое преобразование бесчисленных часов существующих записей, независимо от того, являются ли они монофоническими, стереофоническими или многоканальными с объемным звуком (5. 1, 7.1). , и так далее). Никто точно не знает, сколько песен было записано, но, согласно развлекательным метаданным концерна Gracenote, сейчас на планете Земля доступно более 200 миллионов записанных песен. Учитывая, что средняя продолжительность песни составляет около 3 минут, это эквивалентно примерно 1100 годам музыки.

Измерение передаточной функции, связанной с головой

Чтобы обеспечить высокую степень пространственного реализма для слушателя, вам необходимо точно отобразить детали того, как уникальная форма головы, ушей и носовой полости этого слушателя влияет на то, как он или она слышит звук . Это делается путем определения передаточной функции, связанной с головой слушателя, которая достигается путем воспроизведения звуков под разными углами и записи того, как голова пользователя влияет на звуки в каждом положении.

Питер Ли

Это партии музыки. Любая попытка популяризировать новый аудиоформат, каким бы многообещающим он ни был, обречена на провал, если только она не включает в себя технологию, которая позволяет нам слушать весь этот существующий звук с той же легкостью и удобством, с которыми мы сейчас наслаждаемся стереомузыкой — в наши дома, на пляже, в поезде или в машине.

Мы разработали такую ​​технологию. Наша система, которую мы называем 3D Soundstage, позволяет воспроизводить музыку в звуковой сцене на смартфонах, обычных или умных колонках, наушниках, наушниках, ноутбуках, телевизорах, звуковых панелях и в транспортных средствах. Он не только может преобразовывать моно- и стереозаписи в звуковую сцену, но и позволяет слушателю, не имеющему специальной подготовки, реконфигурировать звуковое поле в соответствии со своими предпочтениями с помощью графического пользовательского интерфейса. Например, слушатель может назначить расположение каждого инструмента и источника звука вокала и отрегулировать громкость каждого — изменяя относительную громкость, скажем, вокала по сравнению с инструментальным сопровождением. Система делает это, используя искусственный интеллект (ИИ), виртуальную реальность и цифровую обработку сигналов (подробнее об этом чуть позже).

Чтобы убедительно воссоздать звук, исходящий, скажем, из струнного квартета в двух небольших динамиках, например, в наушниках, требуется большое техническое мастерство. Чтобы понять, как это делается, давайте начнем с того, как мы воспринимаем звук.

Когда звук достигает ваших ушей, уникальные характеристики вашей головы — ее физическая форма, форма наружного и внутреннего ушей и даже форма носовых полостей — изменяют звуковой спектр исходного звука. Кроме того, существует очень небольшая разница во времени прихода звука от источника к вашим ушам. По этому спектральному изменению и разнице во времени ваш мозг воспринимает местоположение источника звука. Спектральные изменения и разница во времени могут быть математически смоделированы как передаточные функции, связанные с головой (HRTF). Для каждой точки в трехмерном пространстве вокруг вашей головы есть пара HRTF, одна для левого уха, а другая для правого.

Итак, мы можем обработать фрагмент аудио, используя пару HRTF, одну для правого уха и одну для левого. Чтобы воссоздать первоначальный опыт, нам нужно будет принять во внимание расположение источников звука относительно записывающих их микрофонов. Если мы затем воспроизведем этот обработанный звук, например, через пару наушников, слушатель услышит звук с исходными сигналами и воспримет, что звук исходит из тех направлений, с которых он был изначально записан.

Если у нас нет исходной информации о местоположении, мы можем просто назначить места для отдельных источников звука и получить практически тот же опыт. Слушатель вряд ли заметит незначительные сдвиги в расположении исполнителя — более того, он может предпочесть свою собственную конфигурацию.

Даже сейчас, после 150 лет разработки, звук, который мы слышим даже из высококачественной аудиосистемы, далеко не соответствует тому, что мы слышим, физически присутствуя на живом музыкальном представлении.

Существует множество коммерческих приложений, использующих HRTF для создания пространственного звука для слушателей, использующих наушники и наушники. Одним из примеров является Spatialize Stereo от Apple. Эта технология применяет HRTF для воспроизведения звука, чтобы вы могли воспринимать пространственный звуковой эффект — более глубокое звуковое поле, более реалистичное, чем обычное стерео. Apple также предлагает версию с отслеживанием головы, в которой используются датчики на iPhone и AirPods для отслеживания относительного направления между вашей головой, на которую указывают AirPods в ушах, и вашим iPhone. Затем он применяет HRTF, связанные с направлением вашего iPhone, для создания пространственных звуков, чтобы вы воспринимали, что звук исходит от вашего iPhone. Это не то, что мы бы назвали звуком звуковой сцены, потому что звуки инструментов все еще микшируются. Вы не можете воспринимать, что, например, скрипач находится слева от альтиста.

Однако у Apple есть продукт, который пытается обеспечить звук звуковой сцены: Apple Spatial Audio. Это значительное улучшение по сравнению с обычным стереозвуком, но, на наш взгляд, у него все еще есть несколько проблем. Во-первых, он включает в себя Dolby Atmos, технологию объемного звука, разработанную Dolby Laboratories. Spatial Audio применяет набор HRTF для создания пространственного звука для наушников и наушников. Однако использование Dolby Atmos означает, что вся существующая стереофоническая музыка должна быть переработана для этой технологии. Ремастеринг миллионов песен, уже записанных в моно и стерео, практически невозможен. Еще одна проблема с Spatial Audio заключается в том, что он может поддерживать только наушники, но не динамики, поэтому он бесполезен для людей, которые склонны слушать музыку дома и в машине.

Так как же наша система обеспечивает реалистичный звук звуковой сцены? Мы начинаем с использования программного обеспечения для машинного обучения, чтобы разделить звук на несколько изолированных дорожек, каждая из которых представляет один инструмент или певца, или одну группу инструментов или певцов. Этот процесс разделения называется повышающим микшированием. Затем продюсер или даже слушатель, не имеющий специальной подготовки, может рекомбинировать несколько дорожек, чтобы воссоздать и персонализировать желаемое звуковое поле.

Рассмотрим песню с участием квартета, состоящего из гитары, баса, ударных и вокала. Слушатель может решить, где «найти» исполнителей, и настроить громкость каждого в соответствии со своими личными предпочтениями. Используя сенсорный экран, слушатель может виртуально расположить источники звука и положение слушателя в звуковом поле для достижения приятной конфигурации. Графический пользовательский интерфейс отображает фигуру, представляющую сцену, на которую наложены значки, указывающие на источники звука — вокал, ударные, бас, гитары и т. д. В центре есть значок головы, указывающий положение слушателя. Слушатель может коснуться и перетащить значок головы, чтобы изменить звуковое поле в соответствии со своими предпочтениями.

Перемещение значка головы ближе к барабанам делает звук барабанов более заметным. Если слушатель переместит значок головы на значок, представляющий инструмент или певца, слушатель услышит этого исполнителя как соло. Дело в том, что, позволяя слушателю переконфигурировать звуковое поле, 3D Soundstage добавляет новые измерения (если вы простите за каламбур) к наслаждению музыкой.

Преобразованный звук звуковой сцены может быть двухканальным, если он предназначен для прослушивания через наушники или обычную систему с левым и правым каналами. Или он может быть многоканальным, если он предназначен для воспроизведения на многоканальной системе. В этом последнем случае звуковое поле звуковой сцены может быть создано двумя, четырьмя или более динамиками. Количество отдельных источников звука в воссозданном звуковом поле может быть даже больше, чем количество динамиков.

Этот многоканальный подход не следует путать с обычным объемным звуком 5.1 и 7.1. Обычно они имеют пять или семь отдельных каналов и динамик для каждого, а также сабвуфер («.1»). Несколько динамиков создают звуковое поле, которое является более захватывающим, чем стандартная стереофоническая установка с двумя динамиками, но им все еще не хватает реализма, возможного при записи настоящей звуковой сцены. При воспроизведении через такую ​​многоканальную настройку наши записи 3D Soundstage обходят 5.1, 7.1 или любые другие специальные аудиоформаты, включая стандарты многодорожечного сжатия звука.

Несколько слов об этих стандартах. Недавно были разработаны новые стандарты для лучшей обработки данных для улучшенных приложений объемного звука и иммерсивного звука. К ним относится стандарт 3D-аудио MPEG-H для иммерсивного пространственного звука с кодированием пространственных аудиообъектов (SAOC). Эти новые стандарты пришли на смену различным многоканальным аудиоформатам и соответствующим им алгоритмам кодирования, таким как Dolby Digital AC-3 и DTS, которые были разработаны несколько десятилетий назад.

При разработке новых стандартов экспертам пришлось учитывать множество различных требований и желаемых характеристик. Люди хотят взаимодействовать с музыкой, например, изменяя относительную громкость различных групп инструментов. Они хотят транслировать разные виды мультимедиа, по разным сетям и через разные конфигурации динамиков. SAOC был разработан с учетом этих функций, что позволяет эффективно хранить и транспортировать аудиофайлы, сохраняя при этом возможность для слушателя настраивать микс в соответствии со своим личным вкусом.

Однако для этого требуется множество стандартизированных методов кодирования. Для создания файлов SAOC использует кодировщик. Входными данными кодировщика являются файлы данных, содержащие звуковые дорожки; каждая дорожка представляет собой файл, представляющий один или несколько инструментов. Кодер по существу сжимает файлы данных, используя стандартные методы. Во время воспроизведения декодер в вашей аудиосистеме декодирует файлы, которые затем преобразуются обратно в многоканальные аналоговые звуковые сигналы с помощью цифро-аналоговых преобразователей.

Наша технология 3D Soundstage обходит это. В качестве входных данных мы используем моно-, стерео- или многоканальные файлы аудиоданных. Мы разделяем эти файлы или потоки данных на несколько дорожек изолированных источников звука, а затем преобразуем эти дорожки в двухканальный или многоканальный выход, в зависимости от предпочтительных конфигураций слушателя, для управления наушниками или несколькими громкоговорителями. Мы используем технологию искусственного интеллекта, чтобы избежать многодорожечной перезаписи, кодирования и декодирования.

На самом деле, одной из самых больших технических проблем, с которыми мы столкнулись при создании системы 3D Soundstage, было написание программного обеспечения для машинного обучения, которое разделяет (или микширует) обычную моно-, стерео- или многоканальную запись на несколько изолированных дорожек в реальном времени. . Программное обеспечение работает на нейронной сети. Мы разработали этот подход для разделения музыки в 2012 году и описали его в патентах, выданных в 2022 и 2015 годах (номера патентов США: 11 240 621 B2 и 9).,131,305 В2).

Слушатель может решить, где «найти» исполнителей, и может отрегулировать громкость каждого в соответствии со своими личными предпочтениями.

Типичная сессия состоит из двух компонентов: обучение и повышающее микширование. В учебном сеансе большая коллекция смешанных песен вместе с их изолированными инструментальными и вокальными треками используется в качестве входных и целевых выходных данных для нейронной сети соответственно. В обучении используется машинное обучение для оптимизации параметров нейронной сети, чтобы выходные данные нейронной сети — набор отдельных треков изолированных инструментальных и вокальных данных — соответствовали целевому выходу.

Нейронная сеть очень приблизительно смоделирована на основе мозга. Он имеет входной слой узлов, которые представляют собой биологические нейроны, а затем множество промежуточных слоев, называемых «скрытыми слоями». Наконец, после скрытых слоев есть выходной слой, где появляются окончательные результаты. В нашей системе данные, подаваемые на входные узлы, представляют собой данные микшированной звуковой дорожки. По мере того как эти данные проходят через уровни скрытых узлов, каждый узел выполняет вычисления, в результате которых получается сумма взвешенных значений. Затем над этой суммой выполняется нелинейная математическая операция. Этот расчет определяет, передаются ли и как аудиоданные от этого узла узлам следующего уровня.

Этих слоев десятки. По мере того, как аудиоданные переходят от слоя к слою, отдельные инструменты постепенно отделяются друг от друга. В конце выходного слоя каждая отдельная звуковая дорожка выводится на узел выходного слоя.

В любом случае, это идея. Пока нейронная сеть обучается, вывод может быть неверным. Это может быть не изолированная инструментальная дорожка — например, она может содержать звуковые элементы двух инструментов. В этом случае индивидуальные веса в схеме взвешивания, используемой для определения того, как данные передаются от скрытого узла к скрытому узлу, настраиваются, и обучение запускается снова. Это итеративное обучение и настройка продолжаются до тех пор, пока результат не будет более или менее точно соответствовать целевому результату.

Как и в случае с любым набором обучающих данных для машинного обучения, чем больше количество доступных обучающих выборок, тем более эффективным в конечном счете будет обучение. В нашем случае для обучения нам понадобились десятки тысяч песен и их отдельных инструментальных треков; таким образом, общие наборы обучающих музыкальных данных исчислялись тысячами часов.

После обучения нейронной сети, получив на вход песню со смешанными звуками, система выводит несколько разделенных дорожек, пропуская их через нейронную сеть, используя систему, установленную во время обучения.

После разделения записи на составные дорожки следующим шагом является их повторное микширование в запись звуковой сцены. Это достигается процессором сигналов звуковой сцены. Этот процессор звуковой сцены выполняет сложную вычислительную функцию для генерации выходных сигналов, которые управляют динамиками и создают звук звуковой сцены. Входные данные для генератора включают изолированные дорожки, физическое расположение динамиков и желаемое расположение слушателя и источников звука в воссозданном звуковом поле. Выходы процессора звуковой сцены представляют собой многодорожечные сигналы, по одному на каждый канал, для управления несколькими динамиками.

Звуковое поле может находиться в физическом пространстве, если оно создается динамиками, или в виртуальном пространстве, если оно создается наушниками. Функция, выполняемая в процессоре звуковой сцены, основана на вычислительной акустике и психоакустике и учитывает распространение звуковых волн и интерференцию в желаемом звуковом поле, а также HRTF для слушателя и желаемого звукового поля.

Например, если слушатель собирается использовать наушники, генератор выбирает набор HRTF на основе конфигурации желаемых местоположений источников звука, а затем использует выбранные HRTF для фильтрации дорожек изолированных источников звука. Наконец, процессор звуковой сцены объединяет все выходы HRTF для создания левой и правой дорожек для наушников. Если музыка будет воспроизводиться на колонках, то нужно как минимум две, но чем больше колонок, тем лучше звуковое поле. Количество источников звука в воссоздаваемом звуковом поле может быть больше или меньше количества динамиков.

Мы выпустили наше первое приложение звуковой сцены для iPhone в 2020 году. Оно позволяет слушателям настраивать, слушать и сохранять музыку звуковой сцены в режиме реального времени — обработка не вызывает заметной временной задержки. Приложение под названием 3D Musica преобразует стереофоническую музыку из личной музыкальной библиотеки слушателя, облака или даже потоковой музыки в звуковую сцену в режиме реального времени. (Для караоке приложение может удалить вокал или вывести любой изолированный инструмент.)

Ранее в этом году мы открыли веб-портал, 3dsoundstage.com, который предоставляет все функции приложения 3D Musica в облаке, а также интерфейс прикладного программирования (API), делающий эти функции доступными для поставщиков потоковой музыки и даже для пользователей любого популярного веб-браузера. Теперь любой может слушать музыку в звуковой сцене практически на любом устройстве.

Когда звук достигает ваших ушей, уникальные характеристики вашей головы — ее физическая форма, форма ваших наружных и внутренних ушей и даже форма ваших носовых полостей — изменяют звуковой спектр исходного звука.

Мы также разработали отдельные версии программного обеспечения 3D Soundstage для автомобилей, домашних аудиосистем и устройств, чтобы воссоздать трехмерное звуковое поле с использованием двух, четырех и более динамиков. Помимо воспроизведения музыки, мы возлагаем большие надежды на эту технологию в видеоконференциях. У многих из нас был утомительный опыт посещения видеоконференций, на которых мы плохо слышали других участников или не понимали, кто говорит. С помощью звуковой сцены звук можно настроить так, чтобы каждого человека было слышно из определенного места в виртуальной комнате. Или же «местоположение» можно просто назначить в зависимости от положения человека в сетке, типичной для Zoom и других приложений для видеоконференций. По крайней мере, для некоторых видеоконференцсвязь будет менее утомительной, а речь станет более разборчивой.

Точно так же, как звук переместился из моно в стерео и из стерео в объемный и пространственный звук, теперь он начинает переходить на звуковую сцену. В те ранние эпохи аудиофилы оценивали звуковую систему по ее точности, основанной на таких параметрах, как полоса пропускания, гармонические искажения, разрешение данных, время отклика, сжатие данных без потерь или с потерями и другие факторы, связанные с сигналом. Теперь звуковая сцена может быть добавлена ​​как еще одно измерение достоверности звука — и, осмелимся сказать, самое фундаментальное. Для человеческого уха влияние звуковой сцены с ее пространственными репликами и захватывающей непосредственностью гораздо важнее, чем постепенное улучшение точности воспроизведения. Эта исключительная функция предлагает возможности, ранее недоступные даже самым состоятельным меломанам.

Технологии способствовали предыдущим революциям в аудиоиндустрии, и теперь они запускают еще одну.