Многоступенчатая пушка гаусса схема: Проект трехступенчатого Гаусс Гана

Содержание

Выстрел в будущее: как собрать пушку Гаусса своими руками

Несмотря на относительно скромные размеры, пистолет Гаусса — это самое серьезное оружие, которое мы когда-либо строили. Начиная с самых ранних этапов его изготовления, малейшая неосторожность в обращении с устройством или отдельными его компонентами может привести к поражению электрическим током. Будьте внимательны!

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.

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 придется пробежаться по магазинам. В радиомагазине нужно купить несколько конденсаторов с напряжением 350−400 В и общей емкостью 1000−2000 микрофарад, эмалированный медный провод диаметром 0,8 мм, батарейные отсеки для «Кроны» и двух 1,5-вольтовых батареек типа С, тумблер и кнопку. В фототоварах возьмем пять одноразовых фотоаппаратов Kodak, в автозапчастях — простейшее четырехконтактное реле от «Жигулей», в «продуктах» — пачку соломинок для коктейлей, а в «игрушках» — пластмассовый пистолет, автомат, дробовик, ружье или любую другую пушку, которую вы захотите превратить в оружие будущего.

Рентген пушки Гаусса

Мотаем на ус

Главный силовой элемент нашей пушки — катушка индуктивности. С ее изготовления стоит начать сборку орудия. Возьмите отрезок соломинки длиной 30 мм и две большие шайбы (пластмассовые или картонные), соберите из них бобину с помощью винта и гайки. Начните наматывать на нее эмалированный провод аккуратно, виток к витку (при большом диаметре провода это довольно просто). Будьте внимательны, не допускайте резких перегибов провода, не повредите изоляцию. Закончив первый слой, залейте его суперклеем и начинайте наматывать следующий. Поступайте так с каждым слоем. Всего нужно намотать 12 слоев. Затем можно разобрать бобину, снять шайбы и надеть катушку на длинную соломинку, которая послужит стволом. Один конец соломинки следует заглушить. Готовую катушку легко проверить, подключив ее к 9-вольтовой батарейке: если она удержит на весу канцелярскую скрепку, значит, вы добились успеха. Можно вставить в катушку соломинку и испытать ее в роли соленоида: она должна активно втягивать в себя отрезок скрепки, а при импульсном подключении даже выбрасывать ее из ствола на 20−30 см.

Многоступенчатая мощь Освоившись с простой однокатушечной схемой, можно испытать свои силы в постройке многоступенчатого орудия — ведь именно такой должна быть настоящая пушка Гаусса. В качестве коммутирующего элемента для низковольтных схем (сотни вольт) идеально подходят тиристоры (мощные управляемые диоды), для высоковольтных (тысячи вольт) — управляемые искровые разрядники. Сигнал на управляющие электроды тиристоров или разрядников будет посылать сам снаряд, пролетая мимо фотоэлементов, установленных в стволе между катушками. Момент выключения каждой катушки будет всецело зависеть от питающего ее конденсатора. Будьте внимательны: избыточное увеличение емкости конденсатора при заданном импедансе катушки может привести к увеличению длительности импульса. В свою очередь это может привести к тому, что после прохождения снарядом центра соленоида катушка останется включенной и замедлит движение снаряда. Детально отследить и оптимизировать моменты включения и выключения каждой катушки, а также измерить скорость движения снаряда поможет осциллограф.

Препарируем ценности

Для формирования мощного электрического импульса как нельзя лучше подходит батарея конденсаторов (в этом мнении мы солидарны с создателями самых мощных лабораторных рельсотронов). Конденсаторы хороши не только большой энергоемкостью, но и способностью отдать всю энергию в течение очень короткого времени, до того как снаряд достигнет центра катушки. Однако конденсаторы необходимо как-то заряжать. К счастью, нужное нам зарядное устройство есть в любом фотоаппарате: конденсатор используется там для формирования высоковольтного импульса для поджигающего электрода вспышки. Лучше всего нам подходят одноразовые фотоаппараты, потому что конденсатор и «зарядка» — это единственные электрические компоненты, которые в них есть, а значит, достать зарядный контур из них проще простого.

Quake railgun Знаменитый рэйлган из игр серии Quake с большим отрывом занимает первое место в нашем рейтинге. В течение многих лет виртуозное владение «рельсой» отличало продвинутых игроков: оружие требует филигранной точности стрельбы, однако в случае попадания скоростной снаряд буквально разрывает противника на куски.

Разборка одноразового фотоаппарата — это этап, на котором стоит начать проявлять осторожность. Вскрывая корпус, старайтесь не касаться элементов электрической цепи: конденсатор может сохранять заряд в течение долгого времени. Получив доступ к конденсатору, первым делом замкните его выводы отверткой с ручкой из диэлектрика. Только после этого можно касаться платы, не опасаясь получить удар током. Удалите с зарядного контура скобы для батарейки, отпаяйте конденсатор, припаяйте перемычку к контактам кнопки зарядки — она нам больше не понадобится. Подготовьте таким образом минимум пять зарядных плат. Обратите внимание на расположение проводящих дорожек на плате: к одним и тем же элементам схемы можно подключиться в разных местах.

S.T. A.L.K. E.R. Gauss gun Снайперское орудие из зоны отчуждения получает второй приз за реализм: сделанный на основе винтовки LR-300 электромагнитный ускоритель сверкает многочисленными катушками, характерно гудит при зарядке конденсаторов и насмерть поражает противника на колоссальных расстояниях. Источником питания служит артефакт «Вспышка».

Расставляем приоритеты

Подбор емкости конденсаторов — это вопрос компромисса между энергией выстрела и временем зарядки орудия. Мы остановились на четырех конденсаторах по 470 микрофарад (400 В), соединенных параллельно. Перед каждым выстрелом мы в течение примерно минуты ждем сигнала светодиодов на зарядных контурах, сообщающих, что напряжение в конденсаторах достигло положенных 330 В. Ускорить процесс заряда можно, подключая к зарядным контурам по несколько 3-вольтовых батарейных отсеков параллельно. Однако стоит иметь в виду, что мощные батареи типа «С» обладают избыточной силой тока для слабеньких фотоаппаратных схем. Чтобы транзисторы на платах не сгорели, на каждую 3-вольтовую сборку должно приходиться 3−5 зарядных контуров, подключенных параллельно. На нашем орудии к «зарядкам» подключен только один батарейный отсек. Все остальные служат в качестве запасных магазинов.

Расположение контактов на зарядном контуре одноразового фотоаппарата Kodak. Обратите внимание на расположение проводящих дорожек: каждый провод схемы можно припаять к плате в нескольких удобных местах.

Определяем зоны безопасности

Мы никому не посоветуем держать под пальцем кнопку, разряжающую батарею 400-вольтовых конденсаторов. Для управления спуском лучше установить реле. Его управляющий контур подключается к 9-вольтовой батарейке через кнопку спуска, а управляемый включается в цепь между катушкой и конденсаторами. Правильно собрать пушку поможет принципиальная схема. При сборке высоковольтного контура пользуйтесь проводом сечением не менее миллиметра, для зарядного и управляющего контуров подойдут любые тонкие провода. Проводя эксперименты со схемой, помните: конденсаторы могут иметь остаточный заряд. Прежде чем прикасаться к ним, разряжайте их коротким замыканием.

Command & conquer 3: tiberium wars railgun В одной из самых популярных стратегических игр пехотинцы Глобального Совета Безопасности (GDI) оснащаются мощнейшими противотанковыми рельсотронами. Кроме того, рэйлганы устанавливаются и на танки GDI в качестве апгрейда. По степени опасности такой танк — это примерно то же самое, что Звездный разрушитель в Star Wars.

Подводим итог

Процесс стрельбы выглядит так: включаем тумблер питания; дожидаемся яркого свечения светодиодов; опускаем в ствол снаряд так, чтобы он оказался слегка позади катушки; выключаем питание, чтобы при выстреле батарейки не отбирали энергию на себя; прицеливаемся и нажимаем на кнопку спуска. Результат во многом зависит от массы снаряда. Нам с помощью короткого гвоздя с откусанной шляпкой удалось прострелить банку с энергетическим напитком, которая взорвалась и залила фонтаном полредакции. Затем очищенная от липкой газировки пушка запустила гвоздь в стену с расстояния в полсотни метров. А сердца поклонников фантастики и компьютерных игр наше орудие поражает без всяких снарядов.

Ogame Gauss cannon Ogame — это многопользовательская космическая стратегия, в которой игроку предстоит почувствовать себя императором планетных систем и вести межгалактические войны с такими же живыми противниками. Ogame переведена на 16 языков, в том числе русский. Пушка Гаусса — одно из самых мощных оборонительных орудий в игре.

Статья «Выстрел в будущее» опубликована в журнале «Популярная механика» (№8, Август 2008).

Проект Пушка Гаусса. Электромагнитный ускоритель масс ЭМУМ

П р о е к т

Пушка Гаусса.

Электромагнитный ускоритель масс (ЭМУМ)

Выполненный, учениками 9г класса

ГБОУ СОШ 717, САО, города Москвы

Полякова Марина

Литвиненко Руслан

Руководитель проекта, учитель физики:

Дмитриева Ольга Александровна

МОСКВА, 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………..3

ГЛАВАI ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ (ОБЩИЙ)…………………………5

НЕОХОДИМЫЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА……………………..7

АЛГОРИТМ И ОПИСАНИЕ СБОРКИ МОДЕЛИ………………….8

СХЕМА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ…………………………………………11

ПРИНЦИП СОЗДАННОЙ МОДЕЛИ……………………….………11

ГЛАВАII ПРИМЕНЕНИЕ ДАННОГО УСТРОЙСТВА……………….13

2.1 В КОСМОСЕ И МИРНЫХ ЦЕЛЯХ………………………………….14

2.2 В ВОЕННЫХ ЦЕЛЯХ………………………………………………….15

2.3 НАШЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ.……………………………………………..16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………..18

ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………………….21

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Принцип устройства был разработан Карлом Гауссом, немецким физиком, астрономом и математиком.

Проект посвящен изобретению под названием Пушка Гаусса (Гаусс Ган или Коил Ган, как его называют на западный манер), по фамилии выдающегося немецкого математика, астронома и физика
XIX века, сформулировавшего основные принципы работы оружия, основанного на электромагнитном ускорении масс, гаусс гана.
Многие слышали о пушке Гаусса из фантастических книг или компьютерных игр, так как Пушка Гаусса весьма популярна в научной фантастике, где выступает в качестве персонального
высокоточного смертоносного оружия, а также стационарного высокоточного и высокоскорострельного оружия.

Среди игр пушка Гаусса появлялась в Fallout 2, Fallout Tactics, Half-life (есть экпериментальное оружие, именуемое Тау-пушкой), в StarCraft пехотинцы вооружены автоматической винтовкой Гаусса C-14 «Impaler». Также оружие похожее на пушку Гаусса появлялось в серии игр Quake, но в сознании многих эта пушка остается просто выдумкой фантастов, которая в лучшем случае имеет высокогабаритные прототипы в реальности.

Цель работы: изучить устройство электромагнитного ускорителя масс (пушки Гаусса), а также принципы его действия и применение. Собрать действующую модель Пушки Гаусса.

Основные задачи:

Рассмотреть устройство по чертежам и макетам.

Изучить устройство и принцип действия электромагнитного ускорителя масс.

Создать действующую модель.

Применение данной модели.

Практическая часть работы:

Создание функционирующей модели ускорителя масс в условиях школы. Компьютерная презентация проекта в формате PowerPoint.

Гипотеза: возможно ли создание простейшей функционирующей модели Пушки Гаусса в условиях школы?

Актуальность проекта: данный проект является междисциплинарным и охватывает большое количество материала.

ГЛАВА I

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ (ОБЩИЙ)

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, симметричные полюсам катушки, из-за чего после прохода центра соленоида снаряд притягивается в обратном направлении, то есть тормозится.

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

Параметры обмотки, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту подлета снаряда к соленоиду индуктивность магнитного поля в соленоиде была максимальна, но при дальнейшем приближении снаряда резко падала. В случае КПД одноступенчатой пушки Гаусса будет максимальным (это что касается одноступенчатого Магнитного ускорителя). Если усложнить конструкцию и использовать для разгона сразу несколько соленоидов, то можно добиться намного большей эффективности оружия. Что же касается преимуществ оружия, работающего по принципу электромагнитного ускорения снаряда, то:

Это бесшумность выстрела (разумеется, если скорость снаряда не превышает скорость звука)

Отсутствие отдачи,

Возможность стрельбы в в бескислородной атмосфере и без неё вообще.

Пушка Гаусса в качестве оружия обладает преимуществами, которыми не обладают другие виды стрелкового оружия. Это отсутствие гильз и неограниченность в выборе начальной скорости, 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), больша́я надежность и 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.

Таким образом, приходим к выводу: установка подобная пушке Гаусса актуальна для использования в космическом пространстве, так как в условиях вакуума и невесомости многие недостатки подобных установок нивелируются.

Кроме того, конструирование оружия переживает упадок. Технология отточена уже до предела и сколько-нибудь заметных
продвижений нет уже на протяжении многих лет. Интерес к альтернативным технологиям возрастает с каждым годом.
Среди прочих пушка Гаусса легче других на сегодняшний день поддается миниатюризации, требует меньших затрат при изготовлении и позволяет получить при малых габаритах мобильное и эффективное оружие, разумеется если приложить к уже известному принципу собственную изобретательность и проделать изыскания в этой области.

1.1 НЕОБХОДИМЫЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА
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)

АЛГОРИТМ И ОПИСАНИЕ СБОРКИ МОДЕЛИ

Перед тем, как начать делать магнитный ускоритель масс, можно примерно рассчитать его основные параметры и характеристики, на которые можно рассчитывать собрав его.2)/2 [Дж]. Зная кинетическую энергию гвоздя и его массу (m) можно найти его скорость полета. Умножаем энергию на 2, раздели на массу (в Кг) и извлекаем квадратный корень, получаем скорость полета гвоздя в м\с.

4.Ориентировочную скорость полета конкретного гвоздя уже знаем. Так как длина гвоздя известна, то можно найти примерную длину обмотки соленоида. Она равна длине снаряда-гвоздя. Теперь рассчитаем параметры обмотки. Обмотка должны быть такова, чтобы при выстреле к моменту подлета гвоздя к её середине ток в ней уже был бы минимален, и магнитное поле не мешало бы гвоздю вылетать с другого конца обмотки.

5.Система «конденсаторы – обмотка» это колебательный контур. Найдем его период колебаний. Время первого полупериода колебаний равно времени, которое гвоздь летит от начала обмотки до её середины, а т.к. гвоздь изначально покоился, то примерно это время равно длине обмотки разделить на скорость полета гвоздя, которые уже рассчитали из предыдущих пунктов. С другой стороны, как известно, период свободных колебаний равен 2 Пи умножить на квадратный корень из L*C.-7, S – площадь поперечного сечения соленоида, l – длина соленоида, N-число витков. Найти площадь поперечного сечения соленоида довольно просто – зная параметры будущего снаряда, который мы уже использовали в расчете. Диаметр трубки легко измерить, примерно прикинь толщину будущей намотки и рассчитай площадь поперечного сечения. Индуктивность взята с учетом наличия внутри катушки гвоздя. Поэтому относительную магнитную проницаемость возьмем примерно 100-500 (больше можно, меньше нельзя!) хотя можешь посмотреть по справочнику и разделить это значение на два (гвоздь не все время находится внутри соленоида).

8.Зная длину соленоида, площадь поперечного сечения, магнитную проницаемость сердечника из формулы индуктивности легко выразим количество витков.

9.Оценим параметры самого провода. Как известно, сопротивление провода рассчитывается как удельное сопротивления материала умножить на длину проводника и разделить на площадь поперечного сечения проводника. Удельное сопротивление меди намоточного провода, кстати, несколько больше табличного значения, данного для ЧИСТОЙ меди.2*R [Вт] Где: I – ток в амперах, R – активное сопротивление проводов в омах.

12.Как правило, 50% энергии конденсаторов ВСЕГДА теряется на активном сопротивлении гауссовки. Зная это, найти максимальный ток катушки можно довольно просто. Энергия катушки равна квадрату тока умножить на индуктивность и поделить на 2, по аналогии с конденсатором.

13.Индуктивность знаем, энергию тоже – максимум 50% от энергии конденсаторов. Можно взять цифру меньше чем 50% — расчет будет более реалистичным. Ну и находим ток. Вот, собственно, и весь оценочный расчет. В любом случае после изготовления доводить магнитный ускоритель до законченного образца с хорошим КПД придется вручную.

1.3 СХЕМА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

поставить все выключатели в позицию 0

воткнуть вилку в розетку

соединить крокодилы с батарейкой

соединить крокодилы с вилкой паяльника

поставить зеленый выключатель в позицию 1

поместить в ствол снаряд.

подождать 40сек-1 мин.

поставить зеленый выключатель в позицию 0

произвести выстрел, поставив красный выключатель в позицию 1

поставить красный выключатель в позицию 0

можно начинать снова.

1.4 «ПРИНЦИП СОЗДАННОЙ МОДЕЛИ»

Данная модель питается от сетевого тока 220в 50гц. Силовые конденсаторы заряжаются от постоянного тока, поэтому в начале цепи стоит диодный выпрямитель. После выполнения пункта 5, конденсаторы начинают заряжаться. Паяльник в начале цепи является токоограничивающей нагрузкой, предотвращая слишком быструю зарядку конденсаторов. Конденсаторы рассчитаны на 400в, но с их зарядом увеличивается внутреннее сопротивление, которое не дает зарядить конденсатор больше 300-302 вольт (на это уходит примерно минута). Когда красный выключатель переводится в положение 1, потенциал с батарейки переходит на сток тиристора, открывая затвор. Силовая цепь замыкается, и кратковременный импульс тока в 300в, и 100-150А, проходит через катушку. Магнитное поле втягивает снаряд, а затем отпускает двигаться по инерции. Перевести красный выключатель в позицию 0 после выстрела необходимо для того, что бы закрыть затвор тиристора и разомкнуть силовую цепь.

ГЛАВА II ПРИМЕНЕНИЕ ДАННОГО УСТРОЙСТВА

В космосе и мирных целях

Ее еще называютКосмическая пушка — метод запуска объекта в космическое пространство с помощью огнестрельного оружия типа огромной пушки или электромагнитной пушки. Относится к безракетным методам вывода объектов на орбиту. Впроекте высотных исследованийВоенно-морских сил США использовалась 16-дюймовая (406 мм) пушка с длиной ствола 100 калибров (40 м), стрелявшая 180-килограммовыми снарядами без разрывного заряда, имевшими начальную скорость 3600 метров в секунду, которые достигали максимальной высоты 180 километров. Следовательно, эта пушка позволяет снаряду выполнить суборбитальный космический полёт.

Однако пока ни одна космическая пушка ни разу не осуществила успешный запуск объекта на орбиту. Космическая пушка сама по себе не способна доставить объект на стационарную орбиту вокруг планеты без выполнения корректировки курса объекта после запуска, поскольку сама пушка является точкой траектории, а орбита — это замкнутая траектория. То есть снаряд всё таки должен быть «немного ракетой».

Технические аспекты

Большие перегрузки, испытываемые снарядом, означают, что, скорее всего, космические пушки не смогут благополучно вывести на орбиту человека или хрупкие инструменты, а будут ограничиваться доставкой грузов или спутников повышенной прочности. Исключение составляют электромагнитные пушки, в которых время разгона теоретически не ограничено и отсутствует ствол, создающий чрезвычайно высокую силу сопротивления воздуха на носовую часть снаряда.

Сопротивление атмосферы создаёт дополнительные трудности и по управлению траекторией полёта уже выпущенного снаряда. Если ствол космической пушки достигает нижних слоёв тропосферы, где атмосфера менее плотная, то частично эти проблемы решаются.

Если будут найдены приемлемые решения этих основных проблем, то космическая пушка может обеспечить вывод грузов в космическое пространство по беспрецедентно низкой цене 550$ за килограмм.

Вывод на орбиту

Космическая пушка сама по себе не способна к размещению объекта на стабильной орбите. Законы тяготения не позволяют достичь стабильной орбиты без активной полезной нагрузки, которая выполняет коррекцию полёта после запуска. Траектория может быть параболической, гиперболической (если скорость движения будет достигать или превышать скорость убегания) или эллиптической (Первая космическая скорость). Последняя заканчивается на поверхности планеты в точке запуска или в другой точке, учитывая вращение планеты и сопротивление атмосферы. Это означает, что неоткорректированная баллистическая траектория будет всегда заканчиваться падением на планету в пределах первого витка.

Исаак Ньютон в своём мысленном эксперименте избегает этого возражения, предполагая наличие невероятно высокой горы, с которой его пушка будет стрелять. Однако, снаряд и в этом случае будет, как правило, делать виток вокруг планеты и возвращаться к точке старта.

Полезная нагрузка, предназначенная для достижения замкнутой орбиты, позволит, по крайней мере, выполнить некоторую корректировку курса, чтобы выйти на новую орбиту, не пересекающуюся с поверхностью планеты. Кроме того, ракета может использоваться для дополнительного изменения высоты, как это запланировано в проекте Quicklaunch.

Вполне возможно, что в гравитационной системе нескольких тел, каковой является система Земля-Луна, могут существовать траектории, которые не пересекают поверхности Земли, но эти пути, скорее всего, не будут очень простыми и удобными и потребует гораздо больше энергии.

Ускорение

Если космическая пушка имеет ствол длиной (l), а требуемую скорость обозначить (ve), то ускорение (a) в стволе можно вычислить по формуле:

Например, в космической пушке с вертикальнымстволом протяжённостью от земной поверхности до тропосферы, что составляет длину (l) ~60 км, а скорость (ve), достаточная для преодоления земного тяготения (вторая космическая скорость), составляет 11.2 км/с на Земле, тогда ускорение (a) теоретически будет более 1000 м/с2, что составляет перегрузку более 100 g. Это более чем в 3 раза превышает предельно допустимую перегрузку для человека, которая равна от 20 до 35 g в течение ~10 секунд. Удвоение длины ствола теоретически снижает перегрузку на четверть.

В военных целях

Пушка Гаусса в качестве оружия обладает преимуществами, которыми не обладают другие виды стрелкового оружия. Это отсутствие гильз и неограниченность в выбореначальной 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, больша́я надежность и износостойкость, использование дешёвых источников энергии (батареек типа АА или ААА), а также 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 10 % 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 %.

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

Третья трудность (следует из первых двух) — большой вес и габариты.

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 значительно увеличить эффективность, если использовать сверхпроводящие соленоиды, однако это потребует мощной системы охлаждения, что значительно уменьшит мобильность пушки Гаусса.

В условиях водной среды применение пушки без толстого защитного кожуха-диэлектрика также серьезно ограничено — дистанционной индукции тока достаточно, чтобы раствор солей диссоциировал на кожухе на сверхкороткое время с образованием агрессивных (растворяющих) сред.

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 и мощные источники электрического тока и высокотемпературные сверхпроводники (200—300К).

НАШЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ

В результате работы над проектом, мы пришли к выводу, что данное устройство рациональнее было бы использовать на других планетах (например, Марс) и спутниках (например, Луна) при построении или установке различных сооружений или станций, установка необходимого исследовательского оборудования в условиях отсутствия атмосферы и в полном вакууме (например, сваи им забивать, или мощные гвозди). Т.к. на данных космических объектах достаточно низкая температура, то решается вопрос с охлаждением.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Помимо “гаусс ганов”, существует ещё как минимум 2 типа электромагнитных ускорителей масс – индукционные ускорители масс (катушка Томпсона или дискомет Томпсона, как её иногда называют)
и рельсовые ускорители масс, так же известные как “рэйл ганы” (от англ. “Rail gun” – рельсовая пушка).

В основу функционирования индукционного ускорителя масс (катушки Томпсона) положен принцип электромагнитной индукции.
В плоской обмотке создается быстро нарастающий электрический ток, который вызывает в пространстве вокруг переменное
магнитное поле. В обмотку вставлен ферритовый сердечник, на свободный конец которого надето кольцо из проводящего материала.
Под действием переменного магнитного потока, пронизывающего кольцо в нём возникает электрический ток, создающий магнитное
поле противоположной направленности относительно поля обмотки. Своим полем кольцо начинает отталкиваться от поля обмотки
и ускоряется, слетая со свободного конца ферритового стержня. Чем короче и сильнее импульс тока в обмотке, тем с большей
кинетической энергией вылетает кольцо.

Иначе функционирует рельсовый ускоритель масс.
В нем проводящий снаряд движется между двух рельс — электродов (откуда и получил свое название — рельсотрон), по которым подается ток. Источник тока подключается к рельсам у их основания, поэтому ток течет как бы в догонку снаряду и магнитное поле, создаваемое вокруг проводников с током, полностью сосредоточенно за проводящим снарядом. В данном случае снаряд является проводником с током, помещённым в перпендикулярное магнитное поле, созданное рельсами. На
снаряд по всем законам физики действует сила Лоренца, направленная в сторону противоположную месту подключения рельс и ускоряющая снаряд. С изготовлением рельсотрона связан ряд серьезных проблем — импульс тока должен быть настолько мощным и резким, чтобы снаряд не успел бы испарится (ведь через него протекает огромный ток!), 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 индуктивность.
Однако особенность рельсового ускорителя в том, что он способен разгонять сверхмалые массы до сверх больших скоростей.
На практике рельсы изготавливают из безкислородной меди покрытой серебром, в качестве снарядов используют алюминиевые
брусочки, в качестве источника питания — батарею высоковольтных конденсаторов, а самому снаряду перед вхождением на
рельсы стараются придать как можно большую начальную скорость, используя для этого пневматические или огнестрельные орудия.
Тут известная уже многим фотография действующего рельсотрона.

Но Пушка Гаусса обладает неоспоримым преимуществом перед ними обоими: во-первых, она наиболее проста в изготовлении,
во-вторых, она имеет довольно высокий по сравнению с другими электромагнитными ускорителями КПД и, в-третьих, может работать на относительно низких напряжениях. Кроме того, пушка Гаусса, несмотря на свою простоту, обладает неимоверно большим простором для конструкторских решений и инженерных изысканий — так что это направление довольно интересное и перспективное.

Такую позицию разделяют очень многие и среди них не только радиоэлектроники-любители, собирающие Пушки Гаусса
Пушка Гаусса весьма популярна в научной фантастике, где выступает в качестве персонального высокоточного смертоносного оружия, а также стационарного высокоточного и (реже) высокоскорострельного оружия.

Первым, пожалуй, в научной фантастике пушку Гаусса воплотил в реальность Гарри Гаррисон. В книге «Месть Крысы из Нержавеющей Стали» солдаты планеты Клизанд были вооружены «гауссовками» (в других вариантах перевода — «гаусс-ган», «гаусс-винтовка»). Цитата из книги: «Каждый имел при себе гауссовку — многоцелевое и особо смертоносное оружие. Его мощные батареи накапливали впечатляющий заряд. Когда нажимали на спуск, в стволе генерировалось сильное магнитное поле, разгоняющее снаряд до скорости, не уступающей скорости снаряда любого другого оружия с реактивными патронами. Но гауссовка имела то превосходство, что обладала более высокой скорострельностью, была абсолютно бесшумной и стреляла любыми снарядами, от отравленных иголок до разрывных пуль.»

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА:

Википедия http://ru.wikipedia.org

Основные виды ЭМО (2010) http://www.gauss2k.narod.ru/index.htm

Электромагнитное оружие «Мифы и реальность»

(Лекция Александр Прищепенко Доктор физико-математических наук 11 ноября 2010г)

http://www.popmech.ru/blogs/post/3375-elektromagnitnoe-oruzhie-mifyi-i-realnost/

Новое электромагнитное оружие 2010

http://vpk.name/news/40378_novoe_elektromagnitnoe_oruzhie_vyizyivaet_vseobshii_interes.html

Пушка Гаусса в домашних условиях

http://spynet.ru/blog/Samodelkin/30507.html

Все о Пушке Гаусса
http://catarmorgauss.ucoz.ru/forum/6-38-1

Мы-самоДелкины

http://ru.halo.wikia.com/wiki/%D0%9F%D1%83%D1%88%D0%BA%D0%B0_%D0%93%D0%B0%D1%83%D1%81%D1%81%D0%B0

Учебник Мякишев Г.Я., Буховцев ББ, «Физика 11»

Учебник Касьянов В.А. «Физика 11»

Учебник Пурышева Н.С. «Физика 11»

Физическая энциклопедия: [в 5 т.]/

Гл. ред. А. М. Прохоров, редкол.: Д. М. Алексеев [и др.].  — М., 1988

Энциклопедия по физике http://www.phys-encyclopedia.net/

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/61014-proekt-pushka-gaussa-jelektromagnitnyj-uskori

как собрать пушку Гаусса своими руками

Популярная механикаHi-Tech

Несмотря на относительно скромные размеры, пистолет Гаусса – это самое серьезное оружие, которое мы когда-либо строили. Начиная с самых ранних этапов его изготовления, малейшая неосторожность в обращении с устройством или отдельными его компонентами может привести к поражению электрическим током. Будьте внимательны!

Сергей Апресов, Сергей Коноплёв

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.

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 придется пробежаться по магазинам. В радиомагазине нужно купить несколько конденсаторов с напряжением 350−400 В и общей емкостью 1000−2000 микрофарад, эмалированный медный провод диаметром 0,8 мм, батарейные отсеки для «Кроны» и двух 1,5-вольтовых батареек типа С, тумблер и кнопку. В фототоварах возьмем пять одноразовых фотоаппаратов Kodak, в автозапчастях — простейшее четырехконтактное реле от «Жигулей», в «продуктах» — пачку соломинок для коктейлей, а в «игрушках» — пластмассовый пистолет, автомат, дробовик, ружье или любую другую пушку, которую вы захотите превратить в оружие будущего.

Рентген пушки Гаусса

Мотаем на ус

Главный силовой элемент нашей пушки — катушка индуктивности. С ее изготовления стоит начать сборку орудия. Возьмите отрезок соломинки длиной 30 мм и две большие шайбы (пластмассовые или картонные), соберите из них бобину с помощью винта и гайки. Начните наматывать на нее эмалированный провод аккуратно, виток к витку (при большом диаметре провода это довольно просто). Будьте внимательны, не допускайте резких перегибов провода, не повредите изоляцию. Закончив первый слой, залейте его суперклеем и начинайте наматывать следующий. Поступайте так с каждым слоем. Всего нужно намотать 12 слоев. Затем можно разобрать бобину, снять шайбы и надеть катушку на длинную соломинку, которая послужит стволом. Один конец соломинки следует заглушить. Готовую катушку легко проверить, подключив ее к 9-вольтовой батарейке: если она удержит на весу канцелярскую скрепку, значит, вы добились успеха. Можно вставить в катушку соломинку и испытать ее в роли соленоида: она должна активно втягивать в себя отрезок скрепки, а при импульсном подключении даже выбрасывать ее из ствола на 20−30 см.

Пистолет гаусса своими руками. Простейшая гаусс-пушка без конденсаторов. А возможно ли обзавестись Гаусс-пушкой в реале

.
В этой статье Константин, мастерская How-todo, покажет как сделать портативную пушку Гаусса.

Проект делался просто по фану, так что цели установить какие-либо рекорды в Гауссо-строении не было.


На самом деле Константину даже стало лень рассчитывать катушку.


Давайте для начала освежим в памяти теорию. Как вообще работает пушка Гаусса.

Мы заряжаем конденсатор высоким напряжением и разряжаем его на катушку из медного провода, находящуюся на стволе.

При протекании по ней тока создается мощное электромагнитное поле. Пуля из ферромагнетика втягивается внутрь ствола. Заряд конденсатора расходуется очень быстро и, в идеале, ток через катушку перестает течь в момент, когда пуля находится посередине.


После чего она продолжает лететь по инерции.

Перед тем, как перейдём к сборке следует предупредить, что работать с высоким напряжением нужно очень аккуратно.

Особенно, при использовании таких больших конденсаторов, это может быть весьма опасно.


Будем делать одноступенчатую пушку.

Во-первых, из-за простоты. Электроника в ней практически элементарна.

При изготовлении многоступенчатой системы нужно как-то коммутировать катушки, рассчитывать их, устанавливать датчики.


Во-вторых, многоступенчатый девайс просто бы не поместился в задуманный форм-фактор пистолета.


Ибо даже сейчас корпус забит полностью. За основу были взяты подобные переломные пистолеты.


Корпус будем печатать на 3D принтере. Для этого начинаем с модели.


Делаем его во Fusion360 все файлы будут в описании, если вдруг кто захочет повторить.


Постараемся как можно компактнее уложить все детали. Кстати, их совсем немного.
4 аккумулятора 18650, в сумме дающие примерно 15В.
В их посадочном месте в модели предусмотрены углубления для установки перемычек.


Которые сделаем из толстой фольги.
Модуль, повышающий напряжение аккумуляторов до примерно 400 вольт для зарядки конденсатора.


Сам конденсатор, а это банка 1000 мкФ 450 В.


И последнее. Собственно катушка.


Остальные мелочи типа тиристора, батарейки для его открытия, кнопки пуска можно расположить навесом или приклеить к стенке.


Так что отдельных посадочных мест для них не предусмотрено.
Для ствола понадобится немагнитная трубка.


Будем использовать корпус от шариковой ручки. Это значительно проще, чем допустим печатать его на принтере и затем шлифовать.


Наматываем на каркас катушки медный лакированный провод диаметром 0,8 мм, прокладывая между каждым слоем изоляцию. Каждый слой должен быть жестко зафиксирован.


Мотаем каждый слой максимально плотно, виток к витку, слоев делаем столько, сколько поместится в корпус.


Рукоять сделаем из дерева.


Модель готова, можно запускать принтер.


Почти все детали сделаны соплом 0,8 мм и только кнопка, удерживающая ствол, сделана соплом 0,4 мм.


Печать заняла около семи часов, так вышло что остался только розовый пластик.
После печати аккуратно очищаем модель от поддержек. В магазин покупаем грунт и краску.


Использовать акриловую краску не получилось, но она отказалась нормально ложится даже на грунт.
Для покраски PLA пластика существуют специальные спреи и краски, которые будут прекрасно держаться и без подготовки.
Но такие краски не нашлись, получилось корявенько конечно.

Красить пришлось наполовину высунувшись в окно.


Скажем мы что неровная поверхность — это такой стиль, и вообще так и планировалось.
Пока идет печать и сохнет краска, займемся рукоятью.
Дерева подходящей толщины не нашлось, поэтому склеим два куска паркета.


Когда он просох, придаем ему грубую форму при помощи лобзика.


Немного удивимся, что аккумуляторный лобзик без особых трудностей режет 4см древесины.


Далее при помощи дремеля и насадки скругляем углы.


Из-за малой ширины заготовки, наклон рукояти получается не совсем такой, как хотелось.


Сгладим эти неудобства эргономичностью.


Затираем неровности насадкой с наждачкой, вручную проходимся 400-й.


После зачистки покрываем маслом в несколько слоев.


Крепим рукоять на саморез, предварительно просверлив канал.


Финишной наждачкой и надфилями подгоняем все детали друг к другу, чтобы все закрывалось, держалось и цеплялось, как нужно.


Можно переходить к электронике.
Первым делом устанавливаем кнопку. Примерно прикинув так, чтобы она в будущем не особо мешалась.


Далее собираем отсек для аккумуляторов.
Для этого нарезаем фольгу на полоски и приклеиваем ее под контакты батарей. Батареи соединяем последовательно.


Все время проверяем чтобы был надежность контакта.
Когда с этим покончено, можно подключить высоковольтный модуль через кнопку, а к нему конденсатор.


Можно даже попробовать его зарядить.
Выставляем напряжение около 410 В, чтобы разряжать его на катушку без громких хлопков замыкающихся контактов, нужно использовать тиристор, который работает как выключатель.


А чтобы он замкнулся, достаточно небольшого напряжения в полтора вольта на управляющем электроде.


К сожалению оказалось, что повышающий модуль имеет среднюю точку, а это не позволяет без особых ухищрений брать управляющее напряжение с уже установленных аккумуляторов.

Поэтому берем пальчиковую батарейку.


А маленькая тактовая кнопка служит курком коммутирая через тиристор большие токи.


На этом все бы и закончилось, но два тиристора не выдержали таких издевательств.
Так что пришлось подбирать тиристор помощнее, 70TPS12, он выдерживает 1200-1600В и 1100А в импульсе.


Раз проект все равно заморозился на недельку, докупим еще и детали для того, чтобы сделать индикатор заряда. Он может работать в двух режимах, зажигая только один диод, сдвигая его, либо поочередно зажигая все. 12,945 Просмотры

Довольна мощная модель знаменитой Гаусс пушки, которую можно сделать своими руками из подручных средств. Данная самодельная Гаусс пушки изготавливается очень просто, имеет лёгкую конструкцию, всё используемые детали найдутся у каждого любителя самоделок и радиолюбителя. С помощью программы расчёта катушки, можно получить максимальную мощность.

Итак, для изготовления Пушка Гаусса нам потребуется:

  1. Кусок фанеры.
  2. Листовой пластик.
  3. Пластиковая трубка для дула ∅5 мм.
  4. Медный провод для катушки ∅0,8 мм.
  5. Электролитические конденсаторы большой ёмкости
  6. Пусковая кнопка
  7. Тиристор 70TPS12
  8. Батарейки 4X1.5V
  9. Лампа накала и патрон для неё 40W
  10. Диод 1N4007

Сборка корпуса для схемы Гаусс пушки

Форма корпуса может быть любой, не обязательно придерживаться представленной схеме. Что бы придать корпусу эстетический вид, можно его покрасить краской из баллончика.

Установка деталей в корпус для Пушки Гаусса

Для начала крепим конденсаторы, в данном случае они были закреплены на пластиковые стяжки, но можно придумать и другое крепление.

Затем устанавливаем патрон для лампы накала на внешней стороне корпуса. Не забываем подсоединить к нему два провода для питания.

Затем внутри корпуса размещаем батарейный отсек и фиксируем его, к примеру саморезами по дереву или другим способом.

Намотка катушки для Пушки Гаусса

Для расчета катушки Гаусса можно использовать программу FEMM, скачать программу FEMM можно по этой ссылке https://code.google.com/archive/p/femm-coilgun

Пользоваться программой очень легко, в шаблоне нужно ввести необходимые параметры, загрузить их в программу и на выходе получаем все характеристики катушки и будущей пушки в целом, вплоть до скорости снаряда.

Итак приступим к намотке! Для начала нужно взять приготовленную трубку и намотать на неё бумагу, используя клей ПВА так, что бы внешний диаметр трубки был равен 6 мм.

Затем просверливаем отверстия по центру отрезков и насаживаем из на трубку. С помощью горячего клея фиксируем их. Расстояние между стенками должно быть 25 мм.

Насаживаем катушку на ствол и приступаем к следующему этапу…

Схема Гаусс Пушки. Сборка

Собираем схему внутри корпуса навесным монтажом.

Затем устанавливаем кнопку на корпус, сверлим два отверстия и продеваем туда провода для катушки.

Для упрощения использования, можно сделать для пушки подставку. В данном случае она была изготовлена из деревянного бруска. В данном варианте лафета были оставлены зазоры по краям ствола, это нужно для того что бы регулировать катушку, перемещая катушку, можно добиться наибольшей мощности.

Снаряды для пушки изготавливаются из металлического гвоздя. Отрезки делаются длиной 24 мм и диаметром 4 мм. Заготовки снарядов нужно заточить.

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.

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 придется пробежаться по магазинам. В радиомагазине нужно купить несколько конденсаторов с напряжением 350−400 В и общей емкостью 1000−2000 микрофарад, эмалированный медный провод диаметром 0,8 мм, батарейные отсеки для «Кроны» и двух 1,5-вольтовых батареек типа С, тумблер и кнопку. В фототоварах возьмем пять одноразовых фотоаппаратов Kodak, в автозапчастях — простейшее четырехконтактное реле от «Жигулей», в «продуктах» — пачку соломинок для коктейлей, а в «игрушках» — пластмассовый пистолет, автомат, дробовик, ружье или любую другую пушку, которую вы захотите превратить в оружие будущего.


Мотаем на ус

Главный силовой элемент нашей пушки — катушка индуктивности. С ее изготовления стоит начать сборку орудия. Возьмите отрезок соломинки длиной 30 мм и две большие шайбы (пластмассовые или картонные), соберите из них бобину с помощью винта и гайки. Начните наматывать на нее эмалированный провод аккуратно, виток к витку (при большом диаметре провода это довольно просто). Будьте внимательны, не допускайте резких перегибов провода, не повредите изоляцию. Закончив первый слой, залейте его суперклеем и начинайте наматывать следующий. Поступайте так с каждым слоем. Всего нужно намотать 12 слоев. Затем можно разобрать бобину, снять шайбы и надеть катушку на длинную соломинку, которая послужит стволом. Один конец соломинки следует заглушить. Готовую катушку легко проверить, подключив ее к 9-вольтовой батарейке: если она удержит на весу канцелярскую скрепку, значит, вы добились успеха. Можно вставить в катушку соломинку и испытать ее в роли соленоида: она должна активно втягивать в себя отрезок скрепки, а при импульсном подключении даже выбрасывать ее из ствола на 20−30 см.


Освоившись с простой однокатушечной схемой, можно испытать свои силы в постройке многоступенчатого орудия — ведь именно такой должна быть настоящая пушка Гаусса. В качестве коммутирующего элемента для низковольтных схем (сотни вольт) идеально подходят тиристоры (мощные управляемые диоды), для высоковольтных (тысячи вольт) — управляемые искровые разрядники. Сигнал на управляющие электроды тиристоров или разрядников будет посылать сам снаряд, пролетая мимо фотоэлементов, установленных в стволе между катушками. Момент выключения каждой катушки будет всецело зависеть от питающего ее конденсатора. Будьте внимательны: избыточное увеличение емкости конденсатора при заданном импедансе катушки может привести к увеличению длительности импульса. В свою очередь это может привести к тому, что после прохождения снарядом центра соленоида катушка останется включенной и замедлит движение снаряда. Детально отследить и оптимизировать моменты включения и выключения каждой катушки, а также измерить скорость движения снаряда поможет осциллограф.

Препарируем ценности

Для формирования мощного электрического импульса как нельзя лучше подходит батарея конденсаторов (в этом мнении мы солидарны с создателями самых мощных лабораторных рельсотронов). Конденсаторы хороши не только большой энергоемкостью, но и способностью отдать всю энергию в течение очень короткого времени, до того как снаряд достигнет центра катушки. Однако конденсаторы необходимо как-то заряжать. К счастью, нужное нам зарядное устройство есть в любом фотоаппарате: конденсатор используется там для формирования высоковольтного импульса для поджигающего электрода вспышки. Лучше всего нам подходят одноразовые фотоаппараты, потому что конденсатор и «зарядка» — это единственные электрические компоненты, которые в них есть, а значит, достать зарядный контур из них проще простого.


Знаменитый рэйлган из игр серии Quake с большим отрывом занимает первое место в нашем рейтинге. В течение многих лет виртуозное владение «рельсой» отличало продвинутых игроков: оружие требует филигранной точности стрельбы, однако в случае попадания скоростной снаряд буквально разрывает противника на куски.

Разборка одноразового фотоаппарата — это этап, на котором стоит начать проявлять осторожность. Вскрывая корпус, старайтесь не касаться элементов электрической цепи: конденсатор может сохранять заряд в течение долгого времени. Получив доступ к конденсатору, первым делом замкните его выводы отверткой с ручкой из диэлектрика. Только после этого можно касаться платы, не опасаясь получить удар током. Удалите с зарядного контура скобы для батарейки, отпаяйте конденсатор, припаяйте перемычку к контактам кнопки зарядки — она нам больше не понадобится. Подготовьте таким образом минимум пять зарядных плат. Обратите внимание на расположение проводящих дорожек на плате: к одним и тем же элементам схемы можно подключиться в разных местах.


Снайперское орудие из зоны отчуждения получает второй приз за реализм: сделанный на основе винтовки LR-300 электромагнитный ускоритель сверкает многочисленными катушками, характерно гудит при зарядке конденсаторов и насмерть поражает противника на колоссальных расстояниях. Источником питания служит артефакт «Вспышка».

Расставляем приоритеты

Подбор емкости конденсаторов — это вопрос компромисса между энергией выстрела и временем зарядки орудия. Мы остановились на четырех конденсаторах по 470 микрофарад (400 В), соединенных параллельно. Перед каждым выстрелом мы в течение примерно минуты ждем сигнала светодиодов на зарядных контурах, сообщающих, что напряжение в конденсаторах достигло положенных 330 В. Ускорить процесс заряда можно, подключая к зарядным контурам по несколько 3-вольтовых батарейных отсеков параллельно. Однако стоит иметь в виду, что мощные батареи типа «С» обладают избыточной силой тока для слабеньких фотоаппаратных схем. Чтобы транзисторы на платах не сгорели, на каждую 3-вольтовую сборку должно приходиться 3−5 зарядных контуров, подключенных параллельно. На нашем орудии к «зарядкам» подключен только один батарейный отсек. Все остальные служат в качестве запасных магазинов.


Расположение контактов на зарядном контуре одноразового фотоаппарата Kodak. Обратите внимание на расположение проводящих дорожек: каждый провод схемы можно припаять к плате в нескольких удобных местах.

Определяем зоны безопасности

Мы никому не посоветуем держать под пальцем кнопку, разряжающую батарею 400-вольтовых конденсаторов. Для управления спуском лучше установить реле. Его управляющий контур подключается к 9-вольтовой батарейке через кнопку спуска, а управляемый включается в цепь между катушкой и конденсаторами. Правильно собрать пушку поможет принципиальная схема. При сборке высоковольтного контура пользуйтесь проводом сечением не менее миллиметра, для зарядного и управляющего контуров подойдут любые тонкие провода. Проводя эксперименты со схемой, помните: конденсаторы могут иметь остаточный заряд. Прежде чем прикасаться к ним, разряжайте их коротким замыканием.


В одной из самых популярных стратегических игр пехотинцы Глобального Совета Безопасности (GDI) оснащаются мощнейшими противотанковыми рельсотронами. Кроме того, рэйлганы устанавливаются и на танки GDI в качестве апгрейда. По степени опасности такой танк — это примерно то же самое, что Звездный разрушитель в Star Wars.

Подводим итог

Процесс стрельбы выглядит так: включаем тумблер питания; дожидаемся яркого свечения светодиодов; опускаем в ствол снаряд так, чтобы он оказался слегка позади катушки; выключаем питание, чтобы при выстреле батарейки не отбирали энергию на себя; прицеливаемся и нажимаем на кнопку спуска. Результат во многом зависит от массы снаряда. Нам с помощью короткого гвоздя с откусанной шляпкой удалось прострелить банку с энергетическим напитком, которая взорвалась и залила фонтаном полредакции. Затем очищенная от липкой газировки пушка запустила гвоздь в стену с расстояния в полсотни метров. А сердца поклонников фантастики и компьютерных игр наше орудие поражает без всяких снарядов.


Ogame — это многопользовательская космическая стратегия, в которой игроку предстоит почувствовать себя императором планетных систем и вести межгалактические войны с такими же живыми противниками. Ogame переведена на 16 языков, в том числе русский. Пушка Гаусса — одно из самых мощных оборонительных орудий в игре.

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.

Основа: ШИМ-контролер на микросхеме UC3845. 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. Таким образом на базу полевого транзистора поступает сигнал с частотой 60 килогерц, напряжение сигнала порядка 8 вольт, что достаточно для открывания перехода мощного полевика.

Транзистор обратной проводимости, отлично справляются полевые N — канальные транзисторы типа IRF3205 и IRL3705, хотя можно поставить и широко распространенную IRFZ44 , но он достаточно быстро перегревается. Хотя и рекомендованные транзисторы нужно укрепить на небольшой теплоотвод. Схема отключается, когда конденсаторы заряжены до номинала 300 вольт, тогда начинает светится белый светодиод. Преобразователь имеет мощность в 70 — 80 ватт, но жрет тоже не мало… 9 ампер, в пике до 12 ампер. На счет диодов — оба диода в схеме нужно использовать быстродействующие или ультрабыстрые, аналогов много и совсем не обязательно использовать указанные диоды, но с ними схема работает отлично. Резистор 820 ом — подобрать с мощностью 1 — 2 ватт, поскольку он тоже перегревается.

Трансформатор намотан на чашке, хотя можно использовать ферритовые трансформаторы от компьютерных БП (тот, что побольше). Первичная обмотка содержит 5 витков, намотана проводом 0,7 мм в 3 жила. Вторичная обмотка содержит 120 витков провода с диаметром 0,5 — 0,8 мм.

Питать преобразователь можно любым источником постоянного напряжения, конечно если источник может дать нужные параметры для питания преобразователя. Очень советую использовать аккумулятор от бесперебойника. Для уменьшения размеров можно использовать никель — кадмиевые или никель металл гидридные батарейки с емкостью от 1000мА.

Сама пушка, выполнена на пластмассовой трубе с внутренним диаметром 9 мм, у меня к счастью была масса железных стержней, которые свободно входили и выходили в трубу, как в народе говорят «тютелька в тютельку». Стержни были обрезаны 3 см в длину и обострены подобно гвоздям. Обмотка содержит 50 витков провода с диаметром 0,9 — 1,2 мм.

Конденсаторы: Хотя преобразователь отключается, как только напряжение на конденсаторах ровно 300 вольт, но тем не менее использованы конденсаторы с напряжением 400 вольт. Это даже хорошо, что есть запас напряжения, в данном случае на 100 вольт. Использовано 4 конденсатора с суммарной емкостью 13200 микрофарад (каждый по 3300 микрофарад). Полная зарядка емкости происходит через 3 — 4 секунды после включения преобразователя.

Список радиоэлементов
Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
ШИМ контроллер

UC3845

1 В блокнот
Q1 MOSFET-транзистор

IRF3205

1 В блокнот
D1 Выпрямительный диод

UF4007

1 Аналог: BYV26E В блокнот
D2 Выпрямительный диод

UF5408

1 Аналог: UF5408, BY399, BR207 В блокнот
LED1 Светодиод

АЛ307БМ

1 В блокнот
C1 Конденсатор 4.7 нФ 1 В блокнот
C2, C3 10 мкФ 1 В блокнот
C2* Электролитический конденсатор 4700 мкФ 1 В блокнот
С2** Электролитический конденсатор 1500 мкФ 350 В 1 В блокнот
C4 Конденсатор 22 нФ 1 В блокнот
C5 Конденсатор 470 нФ 1 В блокнот
C6 Конденсатор 470 пФ 1 В блокнот
R1 Резистор

6.8 кОм

1 В блокнот
R2 Резистор

620 кОм

1 В блокнот
R3 Резистор

5.1 кОм

1 В блокнот
R4 Резистор

680 Ом

1

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.

Оценка эффективности гауссовки по схеме «косого» полумоста в реальных условиях эксплуатации — Математика coilgun — Теоретические статьи — Статьи

В статье «Исследование эффективности рекуперации энергии в схеме полумостового электромагнитного ускорителя» мной были рассчитаны зависимости КПД рекуперации койлгана по схеме «косого» полумоста от различных параметров, в том числе от начальной скорости снаряда. Там же было обещано проведение моделирования в пакете FEMM для оценки полного (с учетом рекуперации) КПД ускорения снаряда.

В данной публикации приводятся результаты такого расчета, причем не только для полумостового гаусса, но и для более простой конфигурации с гасящим варистором, включенным параллельно ускоряющей катушке. Эти топологии изображены на рис. 1 (более полный перечень возможных схем построения койлганов с перечислением особенностей их функционирования, достоинств и недостатков приведен мной здесь).   

 

Рис. 1(а). Принципиальная схема койлгана с «косым» полумостом.        Рис. 1(б). Принципиальная схема с гасящим варистором.

 

В качестве изначальных условий для моделирования были выбраны следующие: скорость снаряда 80 м/с, емкость конденсатора 5000 мкФ, начальное напряжение 400 В. То есть имелся в виду достаточно мощный ускоритель, у которого в начале процесса выстрела напряжение составляло, к примеру 450 В (это соответствует суммарной энергоемкости 4502*5000/2 000 000 ≈ 506 Дж, что, вероятно, близко к предельным массогабаритам для портативного койлгана и соответствует, например, 5 конденсаторам 450Вх1000 мкФ), а к рассматриваемому моменту снизилось до 400 В. Если считать что на выстрел расходуется половина заложенной в емкости энергии, то конечное напряжение на выходе из ствола ускорителя может составить 318 В. Иными словами, моделируется одна из ступеней, расположенных где-то в середине ствола многоступенчатой гауссовки ( с конечной скоростью снаряда, вероятно, более 120 м/с).

Геометрия системы была выбрана следующая: длина катушки и снаряда 16 мм, внутренний диаметр катушки 8 мм, калибр цилиндрического снаряда — 6 мм. При этом моделирование проводилось в диапазоне наружных диаметров катушки (и, соответственно, диаметра провода) вплоть до 24 мм, т. е. «толстой» катушки по классификации этой статьи. Там же показано, что КПД рекуперации энергии для подобных геометрий катушек и скоростей снарядов выходит на насыщение и достигает значений порядка 80 %. То есть, логично было бы ожидать получение очень высокого суммарного КПД ускорения снаряда.

Дополнительным ограничением служила максимальная сила тока в ключах — 200 А. Таким образом, для обеих схем на рис. 1 были использованы ключи с максимальным напряжением 450 В и током 200 А — это приблизительно соответствует параметрам мощных кремниевых IGBT-транзисторов, имеющихся в продаже на сегодняшний день. При этом для полумостовой схемы силовые диоды VD1, VD2 должны выдерживать обратное напряжение емкости (450 В), как и  варистор VDR1 на рис. 1 (б). То есть, стоимость силовых компонентов для обеих схем приблизительно одинакова. Со схемотехникой все сложнее — если в топологии с гасящим варистором два последовательно соединенных ключа в реальной схеме можно (и нужно) заменить одним более мощным транзистором с удвоенным напряжением, то в полумосте такой возможности нет, причем для каждого ключа надо делать отдельную драйверную схему с плавающим питанием, как это сделано, например, здесь. В обоих случаях к катушке прикладывается одинаковое обратное напряжение — 400 В, что должно обеспечить идентичную скорость спада тока для одинаковых (т.е. имеющих схожую индуктивность) катушек.

Все прочие подробности расчетов (включая использованные для этого скрипты) приведены на этой страничке.

Перед тем, как перейти к анализу результатов, необходимо сделать одно важное замечание.

Дело в том, что весь анализ, сделанный в «Исследовании эффективности рекуперации энергии в схеме полумостового электромагнитного ускорителя», касался того случая, когда импульс тока в катушке имеет близкую к треугольной форму — ключи открываются, ток нарастает до некоторого максимального значения, затем оба ключа одновременно закрываются и ток спадает до нуля, «закачивая» заряд обратно в конденсатор. Но в практически реализованных конструкциях (см. например тот же койлган Dantist’a) между этими двумя циклами имеет место промежуток времени, в течение которого открыт только один ключ, и ток свободно циркулирует в катушке, постепенно затухая за счет ее активного сопротивления, либо же второй ключ периодически приоткрывается, удерживая значение тока вблизи заданного значения (т. е. используется стабилизация тока).

Рис. 2. Теоретические формы тока и напряжения в полумостовой схеме при непосредственном следовании цикла рекуперации за циклом накопления (слева), и ток в катушке для реальной конструкции полумостового койлганам (справа).

 

Более подробно функционирование подобной схемы разъясняется автором там же, здесь мы  только отметим, что ее применение обусловлено желанием использовать одинаковые катушки на всех ступенях ускорения. В результате, на первых ступенях (когда скорость снаряда еще мала), ток необходимо ограничивать, чтобы он не превысил максимально допустимое для ключей значение, что и достигается закрытием одного из ключей. По мере ускорения снаряда и сокращения суммарной длительности токового импульса в каждой ступени, отрезок времени, в течение которого ток циркулирует вблизи уровня ограничения, сокращается, и для последней катушки ток может принять  «идеальную» форму как на рис. 2 слева (то есть, остаются только фронты нарастания и спада тока, соответствующие циклам накопления и рекуперации). Но для всех катушек, кроме последней, на осциллограмме тока будет присутствовать «плато».

Это обстоятельство кардинально меняет ситуацию, поскольку на протяжении промежуточного цикла циркуляции тока никакой рекуперации не происходит, в то же время в систему вносятся дополнительные омические потери энергии.

Попробуем их оценить, не переходя к сложным вычислениям. Для этого предположим, что фронты нарастания и спада тока одинаковы и строго линейны, а ток на «плато» имеет постоянное значение  Im (это можно устроить, если в схеме стабилизации, примененной Dantist’ом, использовать следящий компаратор с очень малым гистерезисом). Длительность фронтов обозначим как T1, длительность «плато» — T2, активное сопротивление катушки — R.

Рис. 3. Иллюстрация к упрощенной модели расчета потерь на этапе стабилизации тока.

 

Тогда суммарные омические потери на фронтах составят 

а на «плато» просто Q2Im2 ·R ·T2.

Таким образом, Q2 = Q1-3·1,5·T2/T1

Легко видеть, что даже при небольшом «плато» омические потери существенно нарастают (и.  следовательно, падает КПД рекуперации). Так, при Т2 = 2/3·Т1 Q2 = Q1-3 (т. е. потери энергии удваиваются), а при длительности «плато», равной суммарной длительности фронтов (Т2 = 2Т1) Q2 = 3Q1-3. В последнем случае, исходное (без участка стабилизации) КПД рекуперации схемы 80% после введения интервала свободной циркуляции тока превратится в 40%, а исходное значение 70% упадет до 10% ! 

Получается, что введение цикла свободной циркуляции тока может «съесть» почти весь выигрыш от рекуперации энергии. Выходом из ситуации могло бы стать использование на каждой ступени катушки, подобранной по габаритам под соответствующую скорость снаряда таким образом, чтобы спад тока следовал сразу после нарастания. К сожалению, это предложение чисто гипотетическое, поскольку в реальной конструкции все параметры (в том числе индуктивность наматываемой катушки, а также ожидаемая скорость снаряда и напряжение на емкости  в момент активации определенной ступени) могут быть оценены с определенной погрешностью, иногда довольно существенной. Поэтому, во избежание превышения допустимых режимов силовых ключей, в схему все равно придется вводить принудительное ограничение тока, которое неизбежно будет срабатывать (в противном случае, если ток не достигает максимального значения, ключи будут использоваться неэффективно).

Резюмируя эти соображения, можно утверждать, что КПД рекуперации энергии в реальных конструкциях полумостовых койлганов, особенно с одинаковыми ускоряющими ступенями, будет существенно уступать теоретически рассчитанным здесь значениям.

Теперь вернемся к нашим расчетам и посмотрим, что получается для «идеального» случая, когда стабилизация тока отсутствует и цикл рекуперации наступает сразу после фронта нарастания тока.

На рис. 4. продемонстрировано КПД для полумостовой системы и системы с варистором, причем для полумоста рассматривалась только «толстая» катушка с диаметром 24 мм (для нее эффективность рекуперации выше, для «тонкой»), а для варистора — набор диаметров, соответствующих разным калибрам провода (0,35 , 0,4 , и 0,45 мм). Для корректного сравнения выбирались условия, при которых энергия, затрачиваемая на выстрел, в обеих системах была одинакова (около 7,5 Дж). Поскольку диаметр катушки для полумоста был фиксированный, то диаметр провода, соответствующий всем приведенным выше условиям, здесь оказался единственный — 0,6 мм. В результате, варьируемым параметром моделирования выступила координата активации, т. е. расстояние от носа снаряда до переднего торца катушки, при котором происходит открытие ключей.

 

Рис. 4. 

 

Из графика видны два существенных момента: во-первых, КПД рекуперационной схемы выше, но незначительно (ок 17 % против 13,5 % для варисторной конфигурации), во-вторых, оптимальная координата активации для толстой катушки расположена дальше, чем для для тонкой. Второе обстоятельство легко объяснимо, если принять во внимание, что радиус действия магнитного поля тем больше, чем выше наружный диаметр обмотки. Кроме того, спад тока для более толстой катушки будет длиннее (т. к. больше ее индуктивность), поэтому, для сохранения КПД и фиксированной затрачиваемой энергии, ее необходимо как активировать, так и выключать раньше, чем «тонкий» аналог. В подтверждение этого тезиса на рис. 5 изображены формы тока для этих двух случаев (для варистора рассмотрен только случай провода 0,4 мм, соответствующий максимуму КПД). 

Рис. 5. Формы тока для варисторной и полумостовой схемы, отображенные на единой шкале времени с началом в точке активации катушки  полумостовой конфигурации (сверху), а также взятые с одной точкой отсчета (снизу).

Затем были рассмотрены варианты полумостовой системы с более тонкой катушкой (и, соответственно, другими диаметрами провода). Результат моделирования изображен на рис. 6 для случая провода калибром 0,5 мм. 

 

Рис. 6. Зависимость КПД от координаты активации в полумостовой системе с диаметром провода по меди 0,5 мм. Для каждого случая указана затрачиваемая на выстрел энергия.

 

Подобные зависимости для набора различных диаметров провода приведены здесь

На рис. 6 можно констатировать, что оптимальная координата активации катушки большого диаметра может лежать на значительных расстояниях, превышающих удвоенную длину катушки. Это говорит о необходимости использования каких-то алгоритмов обработки сигнала с датчиков, следящих за положением снаряда в стволе, т. к. активация ступени от датчиков, непосредственно к ней прилегающих, становится в этом случае невозможной.  Попытка же  включения катушки при подлете снаряда на более близкие к ней расстояния может привести к тому, что затянутый спад тока начинает тормозить снаряд, да так, что итоговое приращение скорости на выходе из ступени может стать отрицательным (этому соответствует участок отрицательного КПД при расстоянии активации менее 30 мм для катушки диаметром 22 мм). 

Кроме того, затягивание импульса в случае «толстых» катушек приводит к соответствующему росту затрачиваемой на выстрел энергии (это понятно, т. к. максимальный уровень тока, т. е. высота вершины «треугольника» на рис. 5, у нас всюду одинакова и составляет, как было условлено, около 200 А).

Очень важным выводом, который также следует из рис. 6, является то, что уменьшение диаметра катушки (в сторону значений, оптимальных для «обычной» схемы с варистором), также приводит к росту КПД рекуперативной конфигурации (хотя сама по себе эффективность рекуперации при этом должна падать). Из этого ясно, что выигрыш от возвращения в конденсатор значительной части энергии для «толстых» катушек не компенсирует проигрыша в КПД ускорения снаряда, который возникает вследствие неоптимальности геометрии такой катушки (особенно на высоких скоростях снаряда). И это при том, что рекуперация при таких коротких импульсах уже способна вернуть до 80% затрачиваемой энергии !

Подобрав для каждого диаметра намоточного провода координату активации, соответствующую максимуму КПД, можно попробовать изобразить на одном графике (рис. 7) семейства кривых зависимости КПД от скорости снаряда на выходе из катушки (затрачиваемая на выстрел энергия при этом для каждого случая, конечно, разная). На этом же графике изображены данные для системы с варистором (соответствующие им зависимости от координаты показаны выше на рис. 4).

Рис. 7.

 

Видно, что полумостовая схема потенциально может обеспечить КПД ускорения более 30 %, но при этом само значение приобретаемой скорости становится незначительным. То есть мы имеем классическую для койлганов картину — снижение затрачиваемой на разгон энергии приводит к росту КПД, но снаряд приобретает меньшую скорость. Если бы речь шла о стационарной системе с неограниченной длиной ствола, то это не представляло бы проблемы — увеличивай количество ступеней сколько угодно, и получай сверхвысокоэффективное ускорение. Но так как мы рассматриваем портативный гаусс, то обязаны наложить некие ограничения на минимальную скорость (приращение скорости), которую должно приобретать метаемое тело в каждой катушке. Об этой проблеме и следствиях из нее я тоже подробно писал в этой статье, здесь же можно сделать следующую простую прикидку.

Допустим, мы хотим получить скорость на выходе гауссовки 120 м/с на длине ускорения 0,6 м (что эквивалентно приблизительно 30 катушкам длиной 16 мм с учетом дополнительного места, необходимо для датчиков и прочих конструктивных элементов, располагаемых вдоль ствола койлгана). Тогда на каждой ступени снаряд должен приобретать не менее 4 м/с при условии, что рост скорости одинаков для всех ступеней (как продемонстрировано, например, здесь, это предположение правдоподобно для  многоступенчатых систем). Если же считать, что движение близко к равноускоренному, то скорость снаряда пропорциональна корню квадратному из расстояния (номера ступени). Тогда ступень, соответствующая скорости 80 м/с (т.е. 2/3 от максимальной), должна находиться где-то на 4/9 длины ствола (т. е. практически в его середине) и приращение скорости должно быть ½ от максимального. Т. е. если считать, что на последней ступени снаряд приобретает дополнительную скорость 2,5 м/с, а на первой — 10 м/с, то приходим для какой-то «средней» ступени к похожей цифре 5 м/с. Все эти значения весьма правдоподобны, хоть и основаны на «волюнтаристских» предположениях.

Рис. 8. Схема ускорения снаряда в койлгане — равноускоренная (голубой цвет) и с равным приращением скорости на всех ступенях (красный).

 

В реальности, вероятно, картина будет какая-то промежуточная между этими двумя случаями (т. е. ускорение снаряда будет происходить чуть медленнее, чем при равноускоренном движении, но  быстрее, чем при линейном росте скорости от расстояния). В любом случае, приращение скорости в 1…2,5 м/с, соответствующее высоким КПД полумостовой схемы на рис. 7, является совершенно недостаточным для портативного ускорителя. Более реалистичные величины приращения в 3 и более м/с достигаются при КПД 25 % и меньше, т. е. дают менее чем двухкратный рост КПД по сравнению с «варисторной» схемой (при одинаковом приращении скорости). Кроме того, можно видеть, что полумост позволяет получить большее приращение скорости (приблизительно в 1,5 ..2 раз) при сохранении того же КПД, что и «варисторная» конфигурация. Правда, достигается это соответствующим ростом затрачиваемой на выстрел энергии (например, при диаметре катушки 20 мм, намотанной проводом 0,5 мм и затраченной энергии 10,3 Дж получаем для полумоста КПД 14,7 % при скорости 85,2 м/с, тогда как схема с варистором имеет близкой КПД при скорости 83,5 м/с и затрачиваемой энергии  7,6 Дж).

Таким образом, можно заключить, что при эквивалентных характеристиках приращения скорости снаряда и энергозатратах, полумостовая схема обеспечивает КПД не более чем в 2 раза выше, чем традиционные конфигурации (например, схема с гасящим «варистором»). Причем это в оптимальных условиях, а именно — при отсутствии интервала «стабилизации» тока (т. е. когда каждая катушка подобрана под соответствующую скорость снаряда). Если же мы имеем многоступенчатую гауссовку, в которой все катушки одинаковые и оптимальные условия достигаются только на последней из них, то усредненный рост КПД составит, вероятно, не более 1,5 раз.

Использовать этот выигрыш можно разными способами, самый разумный из которых, на мой взгляд — сокращение емкости запасающего конденсатора. Это позволит уменьшить массогабариты гауссовки и повысить ее скорострельность, поскольку, при сохранении мощности преобразователя напряжения, уменьшение заряжаемой емкости приводит к ускорению ее перезарядки до необходимого напряжения после каждого выстрела.

Является ли повышение сложности конструкции и удорожание электронной части койлгана, связанное с использованием полумоста, разумной платой за получение таких «бонусов» — решать каждому конструктору самостоятельно.

 

В заключение попробуем формулировать основные выводы из проведенного исследования:

 

1) Для максимальной реализации возможности рекуперации энергии, заложенной в конфигурации «косого» полумоста, необходимо подбирать геометрические характеристики катушки таким образом, чтобы форма тока была близка к треугольной и «плато», соответствующее состоянию системы с одним открытым ключом, было как можно более коротким. Из этого вытекает необходимость использования различных катушек в каждой ступени многоступенчатого ускорителя. Использование же одинаковых катушек в этом случае резко снижает возможный КПД.

2) При выборе геометрии катушки следует скорее увеличивать КПД ускорения снаряда, а не КПД рекуперации — это приводит к росту суммарной эффективности системы. То есть «толстые» катушки, несмотря на повышенную способность к возврату энергии в емкость, не являются в полумостовой схеме оптимальными (по-крайней мере, в районе скоростей снаряда около 100 м/с).

3) Для выбранных характеристик системы использование полумоста позволяет повысить суммарный КПД многоступенчатого ускорителя, вероятно, не более чем в 1,5 раз по сравнению с традиционными схемами без возврата части энергии в конденсатор (например, схемы с гасящим варистором). Это повышение выражается в уменьшении суммарной энергии, затрачиваемой на каждой ступени (а не в росте скорости снаряда), и может быть использовано для соответствующего снижения емкости запасающего конденсатора.

 

Всем успехов в творчестве, Eugen

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПУШКИ ГАУССА В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕЕ ХАРАКТЕРИСТИК

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПУШКИ ГАУССА В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕЕ ХАРАКТЕРИСТИК

Ванчиков В.А. 1Попов В.С. 1

1

Разумова Е.А. 1

1

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

1.Введение.

Электромагнитная пушка Гаусса известна всем любителям компьютерных игр и фантастики. Назвали ее в честь немецкого физика Карла Гаусса, исследовавшего принципы электромагнетизма. Но так ли уж далеко смертельное фантастическое оружие от реальности?

[4]Из курса школьной физики мы узнали, что электрический ток, проходя по проводникам, создает вокруг них магнитное поле.[4] [3]Чем больше ток, тем сильнее магнитное поле. Наибольший практический интерес представляет собой магнитное поле катушки с током, иначе говоря, катушки индуктивности (соленоид). Если катушку с током подвесить на тонких проводниках, то она установится в то же положение, в котором находится стрелка компаса. Значит, катушка индуктивности имеет два полюса — северный и южный.[3]

[1]Пушка Гаусса состоит из соленоида, внутри которого находится ствол 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, симметричные полюсам катушки, из-за чего после прохода центра соленоида снаряд может притягиваться в обратном направлении и тормозиться.

Для наибольшего эффекта импульс тока в соленоиде должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого импульса используются электрические конденсаторы. Параметры обмотки, 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.

Пушка Гаусса в качестве оружия обладает преимуществами, которыми не обладают другие виды стрелкового оружия. Это отсутствие гильз, неограниченность в выборе начальной скорости и энергии боеприпаса, возможность бесшумного выстрела, в том числе без смены ствола и боеприпас. Относительно малая отдача (равная импульсу вылетевшего снаряда, нет дополнительного импульса от пороховых газов или движущихся частей). Теоретически, большая надежность и износостойкость, а также возможность работы в любых условиях, в том числе космического пространства. Также возможно применение пушек Гаусса для запуска легких спутников на орбиту.

Однако, несмотря на кажущуюся простоту, использование её в качестве оружия сопряжено с серьёзными трудностями:

Низкий КПД – около 10 %. Отчасти этот недостаток можно компенсировать использованием многоступенчатой системы разгона снаряда, но в любом случае КПД редко достигает 30%. Поэтому пушка Гаусса по силе выстрела проигрывает даже пневматическому оружию. Вторая трудность – большой расход энергии и достаточно длительное время накопительной перезарядки конденсаторов, что заставляет вместе с пушкой Гаусса носить и источник питания. Можно значительно увеличить эффективность, если использовать сверхпроводящие соленоиды, однако это потребует мощной системы охлаждения, что значительно уменьшит мобильность пушки Гаусса.

Высокое время перезаряда между выстрелами, то есть низкая скорострельность. Боязнь влаги, ведь намокнув, она поразит током самого стрелка.

Но главная проблема это мощные источники питания пушки, которые на данный момент являются громоздкими, что влияет на мобильность [1]

[2] Таким образом, на сегодняшний день пушка Гаусса для орудий с малой поражающей способностью (автоматы, пулеметы и т. д.) не имеет особых перспектив в качестве оружия, так как значительно уступает другим видам стрелкового вооружения. Перспективы появляются при использовании ее как крупнокалиберного орудия военно-морского. Так, например, в 2016 году ВМС США приступят к испытаниям на воде рельсотрона. Рельсотрон, или рельсовая пушка — орудие, в котором снаряд выбрасывается не с помощью взрывчатого вещества, а с помощью очень мощного импульса тока. Снаряд располагается между двумя параллельными электродами — рельсами. Снаряд приобретает ускорение за счёт силы Лоренца, которая возникает при замыкании цепи. С помощью рельсотрона можно разогнать снаряд до гораздо больших скоростей, чем с помощью порохового заряда.

Однако, принцип электромагнитного ускорения масс можно с успехом использовать на практике, например, при создании строительных инструментов — актуальное и современное направление прикладной физики. Электромагнитные устройства, преобразующие энергию поля в энергию движения тела, в силу разных причин ещё не нашли широкого применения на практике, поэтому имеет смысл говорить о новизне нашей работы.[2]

1.1Актуальность проекта: данный проект является междисциплинарным и охватывает большое количество материала, изучив который возникла идея создать самим действующую модель пушки Гаусса.

1.2 Цель работы: изучить устройство электромагнитного ускорителя масс (пушки Гаусса), а также принципы его действия и применение. Собрать действующую модель Пушки Гаусса и определить скорость полета снаряда и его импульс.

Основные задачи:

1. Рассмотреть устройство по чертежам и макетам.

2. Изучить устройство и принцип действия электромагнитного ускорителя масс.

3. Создать действующую модель.

4. Определить скорость полета снаряда и его импульс.

Практическая часть работы:

Создание функционирующей модели ускорителя масс в условиях дома.

1.3Гипотеза: возможно ли создание простейшей функционирующей модели Пушки Гаусса в условиях дома?

2. Кратко о самом Гауссе.

[1] Карл Фридрих Гаусс (1777-1855) — немецкий математик, астроном, геодезист и физик. Для творчества Гаусса характерна органическая связь между теоретической и прикладной математикой, широта проблематики. Труды Гаусса оказали большое влияние на развитие алгебры (доказательство основной теоремы алгебры), теории чисел (квадратичные вычеты), дифференциальной геометрии (внутренняя геометрия поверхностей), математической физики (принцип Гаусса), теории электричества и магнетизма, геодезии (разработка метода наименьших квадратов) и многих разделов астрономии.

Карл Гаусс родился 30 апреля 1777, Брауншвейг, ныне Германия. Скончался 23февраля 1855, Геттинген, Ганноверское королевство, ныне Германия. Еще при жизни он был удостоен почетного титула «принц математиков». Он был единственным сыном бедных родителей. Школьные учителя были так поражены его математическими и лингвистическими способностями, что обратились к герцогу Брауншвейгскому с просьбой о поддержке, и герцог дал деньги на продолжение обучения в школе и в Геттингенском университете (в 1795-98). Степень доктора Гаусс получил в 1799 в университете Хельмштедта [1]

Открытия в области физики

[1] В 1830-1840 годы Гаусс много внимания уделяет проблемам физики. В 1833 в тесном сотрудничестве с Вильгельмом Вебером, Гаусс строит первый в Германии электромагнитный телеграф. В 1839 выходит сочинение Гаусса «Общая теория сил притяжения и отталкивания, действующих обратно пропорционально квадрату расстояния», в которой излагает. основные положения теории потенциала и доказывает знаменитую теорему Гаусса—Остроградского. Работа «Диоптрические исследования» (1840) Гаусса посвящена теории построения изображений в сложных оптических системах [1]

3.[1] Формулы, связанные с принципом действия пушки.

Кинетическая энергия снаряда

где: — масса снаряда, — его скорость

Энергия, запасаемая в конденсаторе

где: — напряжение конденсатора, — ёмкость конденсатора

Время разряда конденсаторов

Это время, за которое конденсатор полностью разряжается:

где: — индуктивность, — ёмкость

Время работы катушки индуктивности

Это время, за которое ЭДС катушки индуктивности возрастает до максимального значения (полный разряд конденсатора) и полностью падает до 0.

где: — индуктивность, — ёмкость [1]

[3] Одним из основных элементом пушки Гаусса это электрический конденсатор. Конденсаторы бывают полярные и неполярные – практически все конденсаторы большой емкости, используемые в магнитных ускорителях, электролитические и являются полярными. Т. е. очень важно правильное его подключение – положительный заряд подаем к выводу “+”, а отрицательный к “-”. Алюминиевый корпус электролитического конденсатора, кстати, так же является выводом “-”. Зная емкость конденсатора и его максимальное напряжение можно найти энергию, которую может накапливать этот конденсатор [3]

4. Практическая часть

Наша катушка индуктивностью С имеет 30 витков (3 слоя по 10 витков, каждый). Два конденсатора суммарной емкостью 450 мкФ. Собрали модель по следующей схеме: см. Приложение 1.

Определение скорости полета снаряда, вылетающего из «ствола» нашей модели, мы осуществили опытным путём с помощью баллистического маятника. В основе опыта лежат законы сохранения импульса и энергии .Поскольку скорость полёта пули достигает значительной величины, прямое измерение скорости, то есть определение времени, за которое пуля проходит известное нам расстояние, требует наличия специальной аппаратуры. Мы измеряли скорость пули косвенным методом, используя неупругое соударение – соударение, в результате которого столкнувшиеся тела соединяются вместе и продолжают движение как одно целое. Летящий снаряд испытывает неупругий удар со свободным телом большей массы. После удара тело начинает двигаться со скоростью во столько же раз меньше скорости пули, во сколько масса пули меньше массы тела.

Неупругий удар характеризуется тем, что потенциальная энергия упругой деформации не возникает, кинетическая энергия тел полностью или частично превращается во внутреннюю энергию. После удара столкнувшиеся тела либо движутся с одинаковыми скоростями, либо покоятся. При абсолютно неупругом ударе выполняется закон сохранения импульса:

,

где – скорость тел после взаимодействия.

Закон сохранения импульса (количества движения) применяется, если взаимодействующие тела образуют изолированную механическую систему, то есть такую систему, на которую не действуют внешние силы, либо внешние силы, действующие на каждое из тел, уравновешивают друг друга, либо проекции внешних сил на некоторое направление равны нулю.

При неупругом ударе кинетическая энергии не сохраняется, поскольку часть кинетической энергии снаряда преобразуется во внутреннюю соударяющихся тел но закон сохранения полной механической энергии выполняется и можно записать:

,

где – приращение внутренней энергии взаимодействующих тел.

4.1 Методика исследования.

Баллистический маятник, который использовался нами, представляет собой деревянный брусок со слоем пластилина. Мишень М подвешена на двух длинных практически нерастяжимых нитях. На мишени укреплена лазерная указка, луч которой при отклонении маятника (после удара снаряда) перемещается вдоль горизонтальной шкалы (рис. 1).

На некотором расстоянии от маятника располагается пушка Гаусса. После удара снаряд массой m застревает в мишени M. Система «снаряд-мишень» изолирована по горизонтальному направлению. Так как длина l нитей много больше линейных размеров мишени, то система «снаряд-мишень» может рассматриваться как математический маятник. После попадания снаряда центр массы системы «снаряд-мишень» поднимается на высоту h.

На основании закона сохранения импульса в проекции на ось x (см. рис. 1) имеем:

,где – скорость снаряда, – скорость снаряда и маятника.

Пренебрегая трением в подвес маятника и силой сопротивления воздуха, на основе закона сохранения энергии можно записать:

,

где – высота подъёма системы после удара.

Отсюда:

.

Величина h может быть определена из измерений отклонения маятника от положения равновесия после попадания пули в мишень (рис. 2):

.

Откуда:

,

где a – угол отклонения маятника от положения равновесия.

Для малых углов отклонения:

и

,

где – горизонтальное смещение маятника.

Поэтому:

Подставляя последнюю формулу к проекции закона сохранения импульса на ось, находим:

U0 =.

4.2 Результаты измерения.

Массу m снаряда мы определили с помощью взвешивания на механических лабораторных весах:

m = 3 г. = 0, 003 кг.

Масса M мишени со слоем пластилина и лазерной указкой приведены в описании лабораторной установки.

M = 297 г. = 0, 297 кг.

Длины нитей подвеса должны быть одинаковы, а ось вращения строго горизонтальна.

В этой части мы измерили с помощью линейки длины нитей.

l = 147 см = 1,47 м.

После выстрела заряженной снарядом пушки Гаусса факт попадания пули в центр маятника определяется визуально.

Для проведения дальнейших вычислений отмечаем на шкале положения n0 светового указателя в состоянии равновесия мишени и положения n светового указателя при максимальном отклонении маятника и находим смещение S = (n – n0) маятника.

Измерения проводились 5 раз. При этом повторные выстрелы осуществлялись только по неподвижной мишени. Результаты измерений приведены ниже:

S1 = 14 мм.

S2 = 15 мм.

S3 = 13 мм.

S4 = 15 мм.

S5 = 17 мм.

Далее были определены среднее значение смещения маятника:

Sср = = 14 мм = 0, 014 м,

и вычислена скорость ʋ0 снаряда по формуле.

U0 = =12,96 км/ч

Определение погрешностей измерений.Определение производится по формуле:, где l₀ – среднее значение длин, Δ l – среднее значение погрешности. Мы уже определили среднее значение длин в предыдущих этапах, поэтому нам остаётся определить среднее значение погрешности. Определять мы его будем по формуле:Δ l = Теперь можем приписать значение длины с погрешностью:Нахождение импульса снаряда.Определение импульса производится по формуле:, где – скорость снаряда.Подставляем значения:

5.Заключение.

Целью нашей работы являлось изучение устройства электромагнитного ускорителя масс (пушки Гаусса), а также принципы его действия и применение, а также изготовление действующей модели Пушки Гаусса и определение скорости полета снаряда. Изложенные нами результаты показывают, что нами была изготовлена экспериментальная действующая модель электромагнитного ускорителя масс (пушки Гаусса). При этом нами были упрощены схемы, имеющиеся в интернете и модель была адаптирована к работе в стандартной промышленной сети переменного тока. Проведённая нами работа позволяет сделать следующие выводы:

1. Собрать работающий прототип электромагнитного ускорителя масс в домашних условиях вполне реально.

2. Использование электромагнитного ускорения масс имеет большие перспективы в будущем.

3. Электромагнитное оружие может стать достойной заменой крупнокалиберному огнестрельному орудию, Особенно это будет возможным при создании компактных источников энергии.

6. Информационные ресурсы:

[1] Википедия http://ru.wikipedia.org

[2] Новое электромагнитное оружие 2010 http://vpk. name/news/40378_novoe_elektromagnitnoe_oruzhie_vyizyivaet_vseobshii_interes. html

[3] Работа по теме: ««Изготовление пушки гаусса » http://pandia.ru/text/80/101/12167.php

[4] С. А. Тихомирова, Б. М. Яворский Физика 11 класс стр. 10-25

Приложения

1.

2.

3.

4.

Просмотров работы: 888

Как собрать многоступенчатую Гаусс пушку?

Если речь идёт именно о будущем студенте, можно попробывать обхитрить систему и прийти на первый курс уже со кое-какими знаниями.

Архитектурное образование — довольно консервативно, поэтому, много вещей нам приходилось учить (извините за тавтологию) в свободное от учёбы время (а его на архитектуре вообще нет), либо жертвуя какими-то предметами, что не очень хорошо. Изучать профильные предметы вне института довольно сложно, поэтому на них время будущий студент тратить не должен вообще.

Попробую составить список навыков, которые и усвоить самостоятельно можно, и всё-равно, рано или поздно, выучить придётся.

1. Английский язык. Тут, думаю, объяснять нет смысла.

2. Трёхмерное моделирование. Это то, чему нас в институте не учили и всем приходилось тратить много времени и денег на курсах либо уроках в интернете. Тут важно следующее: доверяйте только тем курсам, которые учат базовым понятиям типа «топология, текстурирование, визуализация», а не «Тридемакс, Архикад, Фотошоп». Можно также видео-уроки, форумы, книги; но, опять таки, доверяйте всему, что по-английски.

3. Фотография. Только не курсы художественной фотографии, а просто понимать, что такое выдержка, экспозиция, абберации и так далее. Вы должны быть хорошим техническим фотографом. Пригодится и в понимании трёхмерной графики и вообще в работе.

4. Автокад. Да, архитекторы работают чаще всего в Архикаде или Ревите, но Автокад — мировой стандарт и позволяет лучше понять принципы черчения. После него будет проще.

5. История архитектуры. Чем раньше вы начнёте бегло в ней ориентироваться, тем лучше.

По моим подсчётам, больше времени у вас не останется 🙂

Советы:

Старайтесь совмещать. Например, читаете по-английски книгу об известном архитекторе и моделируете его дом или стул. Усвоите и лексику, и стиль моймёте, и мысли архитектора в голове отложатся, и навыки моделирования или черчения прокачаете.

Не пытайтесь до университета изучить архитектурные программы, вы всё равно не поймёте очень много чего. Но это лично мой опыт и мнение.

Сдайте на права 🙂

Имея в запасе эти пять навыков, вы сможете более осознанно подойти к учёбе на факультете и освободить больше времени для проектирования, а, если повезёт, сможете параллельно подрабатывать, что тоже очень полезно.

Удачи 🙂

Страница многоступенчатой ​​пушки Гаусса

POWERLABS!

Страница многоступенчатой ​​пушки Гаусса POWERLABS!

 

 До сведения POWERLABS было доведено, что в Интернете существует серьезный интерес к теме койл-пистолетов. Тем не мение, на всех доступных сайтах описываются маленькие винтовые пушки, которые очень сложно построить. и в итоге дают невпечатляющие результаты.POWERLABS уже лидирует в этой области со своим змеевиковым пистолетом мощностью 3 килоджоуля (на тот момент это была написана страница, которая на сегодняшний день является самой большой в Интернете), но теперь хочет произвести многоступенчатую пушку, чтобы продолжить ее исследования и выполнить сравнение эффективности. Цели здесь заключается в изучении твердотельной коммутации большой мощности и создании работающего многоканального пистолет с сегментной катушкой. Исследование будет проводиться по модулям, добавляя по одному сегмент за раз и оптимизировать его перед добавлением следующего модуля.Финал дизайн требует 5 модулей, каждый из которых хранит и переключает 1300 Дж, что сделает его способным стрелять 7 кДж при очень небольшом перенапряжении на конденсаторы. Если эта энергия когда-либо будет достигнута, снаряд (вес которого зафиксирован на отметке 4,5 грамма) вполне может преодолеть звуковой барьер! (Примечание: суммы 7кДж энергии, выделяющейся при дефлаграции 8 граммов пороха, или, другими словами, его пороховая сила примерно в 1/5 меньше, чем у морского орудия малого калибра, и в 3 раза это мощная снайперская винтовка!).
Если мы предположим, ради любопытства, консервативный 3% общей эффективности (с учетом всех потерь) скорость снаряда будет быть 310 метров в секунду, или 1100 км/ч (это 0,91 Маха). На данный момент цель установлено вдвое меньше (150 м/с, 540 км/ч), а прототип близится к завершению (3 стадии общая энергия 4 кДж), как ожидается, достигнет этого значения после точной настройки. Еще два этапы будут добавлены, если позволят деньги, и если SCR смогут справиться с электрический ток.
Также проводятся эксперименты с криогенным охлаждением топки. катушки с жидким азотом до 196C ниже нуля (-320,8F), что может привести к падению их сопротивления примерно одна треть. Учитывая сильный нагрев во время обжига (т. меньшие катушки могут на самом деле достигать 200°C и сгорать во время обжига), это Предполагается, что резистивные потери в системе велики и что их уменьшение тем самым окажет очень существенное влияние на общее оружие (если я могу назвать это что.Я на самом деле не одобряю этот термин, поскольку он дает отрицательный оттенок что это будет использоваться в качестве оружия, в то время как фактическая цель здесь — создать прототип исследовательского инструмента) эффективности, поэтому я надеясь на беспрецедентный (в некоммерческих моделях) КПД 3%. При эффективности 4% пушка станет сверхзвуковой (1296 км/ч). Преодоление звукового барьера с помощью такого линейного электромагнитного ускорителя станет настоящим прорывом в этой области исследований, и, насколько я know никогда раньше не делалось (хотя это непростая задача!).
Подробности об окончательном дизайне: Этот рисунок в некоторой степени иллюстрирует 5 стадий, расположенных внутри коробки с соответствующие им тиристоры и катушки сверху. Коробка в начале это инвертор. Поскольку энергопотребление умеренное, должно быть возможно запустить это от 12В батареи. При размерах 130 х 10 х 8 и весе около 15 кг он бы быть очень легко транспортировать в любом месте, где это требуется. Однако это не предназначено для вести огонь из свободного положения.

Ищете информацию о том, как они работают? Пожалуйста, ознакомьтесь с Страница POWERLABS Gauss Gun!


 

Предупреждение о конденсаторах для накопления энергии: Конденсаторы, подобные этим, емкостью в несколько тысяч джоулей при нескольких сотни вольт абсолютно смертельны для любого, кто войдет в связаться с ними. Помимо серьезной опасности поражения электрическим током, они также способен взрываться при перезарядке и вызывать взрыв металлических предметов при коротком замыкании (см. ниже).Только квалифицированные люди должны пытаться работать с такими опасные устройства.
Два совершенно новых Philips Type A21509-532-01 Импульсные электролитические конденсаторы на ступень. Каждый конденсатор рассчитан на 450 В всплеск на 6300 мкФ (примерно 650Дж ). Их размеры 22 х 7,6 см, а вес около 1 килограмма. Они отличаются от обычных электролитических конденсаторов наличием винтовые клеммы диаметром почти 2 см! Они предназначены для использования в импульсные источники питания, источники питания ламп-вспышек и другие приложения там, где встречаются высокие среднеквадратичные и пиковые токи.Они, следовательно, абсолютно идеальный для этого приложения.
Я получаю эти конденсаторы новыми и неиспользованными от специального поставщика. Видимо они были ввезены в страну без уплаты налогов (бразильский ввоз налоги смехотворны), конфискованы и впоследствии проданы по аукцион. Из-за этих особых условий я могу получить их по 80 долларов за штуку; все еще много денег, но очень хорошо, учитывая их рыночную цену в 300 долларов за штуку. кусок. я еще не видел ничего почти столь же хорошего, чтобы привести в действие койлган, и это было действительно позором что успел купить только 7 до того, как их запасы закончились 🙁
Конденсаторы расположены по 2 последовательно на ступень (900 В, соединены между собой 15мм ширина, толщина 3 мм, длина 95 мм (.6X.1X3.9″) медная шина. Каждый этап составляет до 3150 мкФ и, следовательно, 1300 Дж при максимальном (0,9 кВ) заряде.
NEW: Теперь у меня есть семь конденсаторов. Второй этап завершен, и третий на подходе. Я не могу дождаться, чтобы увидеть, как он стреляет в 4кДж!


 

После экспериментов с более крупными тиристорами с теплоотводом и обнаружения их довольно переоценен для этого приложения, и сгоревший тиристор на 200 А при 3-м включении, я решил переключить каждый Этап с использованием новых тиристоров болтового типа 1200 В 300 А.На фото здесь TENGEN модель KP300A.12 я получил прямо из коробки… Картинка не очень соответствует ее размеру: резьба в нижней части имеет диаметр 1/2 «(1,5 см)! следует (из того, что я смог перевести с китайского листа спецификаций:) :
Номинальный ток: 300А
Номинальное напряжение: 1200 В
Ток срабатывания: 42 мА
Напряжение срабатывания: > 20 В

 

 Вот как выглядит открытый:

 

 

 

 

 

 


Номинальная (RMS) номинальная мощность для них составляет 360 киловатт.С Я никогда не планирую бегать более 500 Вт номинальной мощности через мой койлган (иначе катушки расплавится за считанные секунды), радиатор был бы пустой тратой места. Пик мощность — это то, что нас интересует здесь. Для этого конкретного SCR это в порядке 4,8 МВт (4 килоампера для 10 мс с временем восстановления 1 секунда). Сохранение импульсного тока ниже критического значение (тот факт, что напряжение через него ниже его максимального номинального напряжение также помогает, так как оно держит низкое напряжение в переходе) имеет важное значение, как и срабатывание, которое позволит SCR переключаться с непроводящий к проводящему в кратчайшее время так, чтобы не много энергия будет рассеиваться в его полупроводниковом переходе.Для этого используется специальная триггерная схема. была разработана система, которая будет подавать массивный триггерный импульс на каждую стадию, синхронизированную с оптический датчик:
(примечание: обнаружение снаряда было выбрано вместо последовательности разомкнутого цикла поскольку это позволит варьировать энергию выстрела, сохраняя при этом его эффективность на уровне максимум)

<Схема в стадии тестирования, схемы будут опубликованы после завершения>


 

 Из-за очень больших токов, возникающих во время при стрельбе из ружья нужно быть очень осторожным с быстрыми скоростями циклов.То Соединение SCR требует 1 секунды восстановления от пиковых токов, а конденсаторы имеют достаточную тепловую массу и достаточно низкую огнестойкость несколько сотен выстрелов в секунду. Таким образом, можно подумать, что это возможно сделать в очень быстрого стрелка, возможно, до 60 выстрелов в минуту… Однако, как мне показал опыт, сделать всего 10 выстрелов подряд через даже большая катушка не давая ему остыть, поднимает его температуру настолько, что 180С классная изоляция может сгореть сразу! Усовершенствования в конструкции катушки, такие как так как активное охлаждение могло бы, конечно, увеличить эту цифру, но это сделало бы все устройство излишне громоздкое и тяжелое.По соображениям мобильности зарядное устройство было выбрано так, чтобы оно могло переключаться достаточно быстро, чтобы удерживать аудиторию интересно или проводить эксперименты с легкостью, но все же не было бы таким большим и громоздкий, чтобы затруднить транспортировку устройства. Первоначальная конструкция называлась для 500В на 1А зарядное устройство постоянного тока с фильтром. Прорыв в конструкции впоследствии потребовал высоких зарядка напряжением, и было разработано новое зарядное устройство 900 В при 600 мА. Даже при 4 стадиях время зарядки должно быть ниже 30 секунд, и хотя инвертор был бы намного легче, трансформатор с нестандартной обмоткой и диодный мост все еще занимаюсь меньше места, чем у одной ступени пистолета, что делает его практичным для перемещения.Трансформатор был намотан Коэффициент повышения 1:1,5, вход до 250 В (через вариатор) и выход 650В максимум. После выпрямления это переводится всего на несколько вольт выше 900В, когда Учитывается прямое падение напряжения в диодах. Таким образом, зарядное устройство действительно может просто подключите его, и он зарядит конденсаторы до нужного напряжения. К защиты диодов и предотвращения опасного перенапряжения/тока. вводят в сеть сеть фильтров L-CR-R, состоящую из двух намотанных проводов тороидальные дроссели с ферритовым сердечником, два резистора с проволочной обмоткой 9кОм 50Вт и 20А Цепочка МОВ 1100В размещена между ступенями (имеющими индивидуальные сети защиты себя) в случае перенапряжения (просто надеюсь, что оно никогда не достигнет порога: если оно делает, он сильно взорвется!).
Скоро будут фотографии и схема зарядного устройства.


 

Снаряд представляет собой показанный цилиндр из кремнистой стали размером 2 х 6 см и весом 4,5 грамма. На данный момент протестировано 8 катушек. Используемые формы катушек были акрил, фенолит и стекло, которыми я сейчас пользуюсь. Длина катушки варьировался от 10 до 20 см, а сейчас используется 15 см. Калибр проволоки был варьировался от 1 мм до 2 мм, сейчас используется 2 мм. Трубка имеет толщину стенок 1 мм. и провод наматывается прямо на него.Количество витков варьируется, чтобы изменить индуктивность и, следовательно, контролировать длину импульса, чтобы соответствовать любой энергии или комбинация скоростей снаряда по мере необходимости. При смазке тонкодисперсным силиконовым маслом эта трубка позволяет снаряду пройти через с практически отсутствует трение (на самом деле смазка важна только для начальное ускорение, так как магнитное поле действует на металл равномерно и заставляет его плавать по середине трубы).
Вот небольшой обзор самых последних тестов (примечание: новые тесты выполненные предыдущие удаляются со страницы, чтобы освободить место для новых data):

 Резюме: первые 3 катушки намотаны на пластиковые формы.Стенки толщиной 2мм предотвратил попадание снаряда в очень сильное магнитное поле и, следовательно, принес большие убытки. Пластиковая соломка была протестирована, но катушка определенно движется во время стрельбы, так как *захватывает* снаряд, тогда как до это позволит ему пройти прямо. Армированный картон треснул.
Наконец, было решено использовать стеклянные койлы.
Катушки с проволокой AWG 14: сильно нагревались во время обжига. Один сгорел. Очевидно, что слишком много энергии тратится на резистивные потери.
Проволочные катушки AWG 12: намотать их очень сложно. 3 слоя оказались оптимальными на Длинна катушки 14 см. Размещение снаряда непосредственно перед первым ходом.
Проволочные катушки AWG 10: это то, где я сейчас нахожусь. Требуется дрель для накручивания. Результаты:

Первая катушка, намотанная на 10AWG (толщина 2 мм) отожженный провод с изоляцией класса 180C. Требовалась прочная спиральная форма и аккумуляторная дрель с высоким крутящим моментом для поворота формы. Эта катушка была сделана длиной 12 см, которая короче других катушек, и снова использовалось 3 слоя проволоки (180 витков) с термоусадочной оболочкой вокруг катушки, чтобы удерживать витки внутри место.Первоначальные испытания показали, что это пока самая эффективная катушка с его производительность при 380В соответствует импульсам, выполненным при 450В другими катушками. Так далеко у каждой катушки со стеклянной формой катушки была разрушена форма. я в настоящее время ищу лучший материал для формы катушки, поэтому я могу продолжить это исследовательская работа.
НОВЫЙ! 900В, высокая катушка «К»! (сейчас разрабатывается).


 

 Анекдот: Для второго теста, чье фото вы видите внизу камера располагалась прямо над левой стороной койлгана.С это камера с USB-портом, сам пистолет нужно было разместить примерно на 20 см (8 дюймов) от монитора компьютера, чтобы кабель доходил до него. Как только триггер была нажата и 650 Дж энергии пролетели через катушку за 3 тыс. амперного импульса создавалось магнитное поле, настолько сильное, что ПОЛНОСТЬЮ намагнитил монитор. Изображение качнулось вбок, как будто монитор упал, и тогда все цвета были перепутаны, а изображение был сильно искажен.К счастью, спустя несколько секций размагничивания и несколько обратное намагничивание с неодимовым стержнем и монитор был в рабочем состоянии снова. К счастью, поле затухает пропорционально квадрату расстояния, что означает, что он не остается таким мощным очень долго, но все же при 1300 Дж я должны быть очень осторожны, помещая все часы, кредитные карты и магнитные носители в не менее одного метра от катушки. Если бы катушка была разработана специально для проекцию этого огромного поля, это могло бы позволить полностью запускать все магнитные носители в большом диапазоне… Пища для размышлений для всех любителей ЭМИ там… Я провел свои эксперименты с ЭМИ, и это стоило мне телефона, так что я надоело повторять их в переполненной оборудованием лаборатории…

ТЕСТ НОМЕР 2:

Для расчета начальной скорости снаряда был поставлен тест план, в котором прогнозируемая цель снаряда была отмечена с помощью лазерного луча через центр соленоида, и пуля была выпущена с максимальной энергией и разница между высотой прогнозируемой цели и фактической целью были введены в уравнение V = DX x SqRt(G / 2DY).Прозвучало несколько выстрелов и размещение снаряда менялось до достижения максимальной скорости.



Для этих выстрелов измеренная скорость составила 66,667 метра в секунду, или 240 километров в час. Это означает дульную энергию 10 Дж и КПД 1,54% (вход 650 Дж) Нажмите здесь или в изображение проколотой банки или тест выше, чтобы посмотреть видео (98 КБ) его стрельбы.Обратите внимание, как пистолет не издает ни звука… Я абсолютно люблю эту функцию!

НОВИНКА! Начальная скорость 270 км/ч достигнута с новой (более толстой проволокой) катушкой. В настоящее время кинетическая энергия снаряда составляет 12,5 Дж (при входной мощности 650 Дж)! Цель была достигнут, и следующим этапом является удвоение энергии выстрела. Новый прототип стреляющих 1300Дж построено:

Нажмите на картинку слева, чтобы увидеть огонь НОВОГО прототипа (1300J)! На данный момент замеров скорости нет, но это видео дает довольно хорошее представление о энергии, с которыми мы имеем дело сейчас.Обратите внимание, как пуля выходит так быстро, что он разрезает насквозь банку и все еще имеет достаточно энергии, чтобы выбить банку. пластиковый экран вниз! (128 КБ)

РЕЗУЛЬТАТЫ для версии 900 В: (под строительство).


НОВЫЙ ПРОТОТИП (фотографии предоставлены Мишеллом Заппой):

 Конденсаторы теперь расположены рядом с шириной 2 см, Медные шины толщиной 3 мм, соединяющие их (см. рисунок выше, в разделе «ПИТАНИЕ»). ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ».Также обратите внимание на фильтрующую сеть (2 быстрых (15 нс) 300 В диода и MOV 550 В 20 А) был помещен параллельно с катушкой. Это оказалось отличное дополнение к проекту, так как блокирует все производимые CEMF катушкой сразу после выстрела (некоторая значительная энергия, я мог бы добавить: резисторы сильно нагреваются) и таким образом защищает SCR и конденсаторы от повреждения обратными токами. Это также должно помочь эффективности несколько отсекая магнитное поле обратной полярности, которое развивается во время «звон», производимый цепью LC, который, если позволить звонить вниз само по себе оттянуло бы снаряд назад, в то же время нагрузка на диэлектрик конденсатора.
Да, все еще использую ленту… думаю, я мог бы сделать это в акриловой коробке, с конденсаторы под коробкой и все катушки сверху… стоит серьезных денег, которые не стоит вкладывать, пока проект не будет завершена и вышла из стадии прототипа.

Новое: Катушка продолжает таинственным образом разрушать форму стеклянной катушки. каждый раз, когда он стреляет. Я начал задаваться вопросом, действительно ли это из-за катушки сжатие (если это так, проблема может быть решена путем установки катушки на эпоксидную смолу). бросок) или из-за того, что снаряд подпрыгивает вокруг него.Чтобы проверить это, я решил попробовать «сухой» выстрел (разряд конденсаторов на катушка без какого-либо снаряда внутри). Очевидно, что после полного разряда конденсатора разряд на соленоиде сформирует массивное магнитное поле. И без всяких железный материал, чтобы рассеять это поле, оно разрушится и вернется в полную силу. как обратная ЭДС в SCR. Из-за этого я быстро установил 2X 500V 35nS. диод и сеть защиты MOV 550 В 20 А, чтобы блокировать эту ЭДС до того, как она может попасть на SCR, где это может привести к повреждению.Я медленно увеличивал вариак настройки, наблюдая за тем, как стрелка вольтметра постепенно поднимается до 380В. Затем я выключил зарядное устройство и нажал кнопку на спусковом крючке, наблюдая за катушкой чтобы увидеть, будет ли он дергаться или стеклянная катушка сломается. Сделав это сотни раз прежде, вы можете себе представить мое удивление, когда ослепительная вспышка свет и большой взрыв произошел! Взрыв был такой силы, что я мог чувствую, как волна давления ударила меня в грудь, и осколки прорезали ленту который удерживал сеть на месте.При внимательном рассмотрении причина этого произошел мощный взрыв: быстрые диоды, заблокировав встречную ЭДС, были полностью испарены (см. фото)!!! Я уже знал, что они блокируя значительное количество энергии, так как они значительно нагреваются при каждый выстрел, и это был первый тест с катушкой 10AWG. Мои мысли были что катушка будет рассеивать энергию, как только она будет предотвращена конденсаторы. Однако, поскольку эта катушка имеет гораздо меньшее сопротивление, чем другие катушки, вся эта энергия должна была куда-то идти, и она шла на диоды…
Но становится еще хуже… Очевидно, энергии хватило, чтобы оба испарить диоды И испортить мой дорогой, новенький тиристор на 200А, а так же всю банку конденсаторы: (убыток в 300 долларов).
Тестирование будет продолжено после приобретения новых тиристоров и конденсаторов.

  НОВИНКА: Работа на нескольких этапах останавливается до нового версию, стрельбу на 900 вольт можно усовершенствовать.
Не забудьте проверить мой сингл страницу Gauss Gun тоже.3 кДж на одной ступени… Смотри, как дымит катушка! 🙂


Вопросы? Комментарии? Предложения? Не стесняйтесь писать по электронной почте меня!
Безумные ученые посетили эту страницу с 28.04.00
Последнее обновление 02.11.10

авторское право � 2000–2002 гг., Сэм Баррос. Все права защищены.
Удаление любого материала с этого сайта для показа без согласия от его автора состоит в нарушении международного авторского права законам и может привести к штрафу до 50000 долларов США за каждое нарушение плюс юридические расходы.Так что СПРАШИВАЙТЕ МЕНЯ, прежде чем удалять что-либо отсюда.

Проектирование и эксперименты многоступенчатой ​​системы змеевиковой пушки

1. Введение

Электромагнитная пусковая установка (EML) запускает снаряд, преобразуя электрическую энергию в кинетическую. Таким образом, он имеет значительное преимущество в отношении хранения и обслуживания, поскольку является экологически чистым и стабильным. Во всем мире ведутся обширные исследования и разработки в области EML. Можно использовать EML для запуска небольшого спутника в космос с помощью электромагнитной силы и реорганизовать рынок разработки спутников большого размера в рынок разработки спутников малого размера.

Один из способов повысить эффективность винтовки — ускорить снаряд, последовательно запустив несколько катушек. В этом исследовании мы сделали прототип системы змеевика и проверили его работу на основе конструкции двухступенчатой ​​катушки с более высокой эффективностью, чем одноступенчатая пушка, основанная на этом методе.

Рис. 1. Принцип катушки пистолет

Пистолет с катушкой запускает снаряд, используя электромагнитную силу, создаваемую законом правой руки Флеминга при подаче тока на катушку в форме соленоида.Пушка катушки приводится в движение силой, которая действует во всех направлениях на соленоид, проходя через внутреннюю часть цилиндрической катушки. На рис. 1 показан принцип действия спирального пистолета.

Сила, действующая на окружность снаряда соленоидом, делится на составляющую в направлении окружности и составляющую в направлении оси соленоидом. Из них снаряд движется под действием силы в направлении оси. Кроме того, сила в направлении окружности уравновешивается точкой поворота, когда горизонтальная ось снаряда совпадает с горизонтальной осью трубы пролетного пути, так что снаряд может быть выброшен из трубы пролетного пути без какого-либо механического трения.Следовательно, нет теоретического предела скорости.

Так как на койл-пистолет большое влияние оказывает скорость в зависимости от интервала и времени работы, необходимо определить оптимальную скорость, контролируя время работы каждой катушки. Время, необходимое для подачи и блокировки электрического тока, а также время работы каждой катушки определяли путем проведения анализа методом конечных элементов с использованием коммерческой программы электромагнитного анализа MAXWELL (вер. 16, ANSOFT, США).

Для измерения скорости снаряда мы изготовили прототип винтовой пушки. Прототип катушки состоит из источника питания, соленоидной катушки, направляющей трубки, держателя катушки, снаряда и датчика инфракрасного излучения для измерения скорости. Если снаряд запускается по направляющей трубе после подачи электрического тока на каждую катушку, конечная скорость снаряда будет измеряться с помощью датчика инфракрасного излучения для измерения скорости, установленного на конце трубы.

3. Строительство и эксперимент

В качестве показателя измерения использовалась начальная скорость снаряда. Два источника питания показаны на рис. 7. Источники питания подключены к каждой катушке. На рис. 8 показана блок-схема экспериментального метода. Если переключатель первого полностью заряженного источника питания включен, напряжение подается на первую катушку и блокируется в течение 2 мс. В зависимости от времени, сохраненного в таймере, расположенном между каждым блоком питания, включается переключатель следующей катушки.Когда запущенный снаряд проходит через датчик инфракрасного света, устройство отображения показывает скорость, и запуск снаряда блокируется ловушкой.

Для измерения скорости снаряда был построен прототип системы катушки, как показано на рис. 9. Прототип состоит из соленоидной катушки, направляющей трубки, опорного приспособления для катушки и снаряда, как показано на рис. 10(а). Устройство датчика инфракрасного света и устройство отображения для измерения скорости снаряда показаны на рис.10(б). Принцип работы заключается в том, чтобы отмечать начальную скорость снаряда на устройстве отображения в зависимости от расчета ввода/вывода, где инфракрасный свет отражается от отражающей доски, расположенной в верхней части датчика инфракрасного света, когда снаряд последовательно проходит два инфракрасных излучения. датчики освещенности, расположенные через равные промежутки. Кроме того, мы установили улавливатель за скоростным устройством, чтобы снизить риск рикошета снаряда. На рис. 10(c) показан источник питания, используемый для подачи тока на каждую катушку.

Рис. 8. Блок-схема эксперимента

Рис. 9. Конфигурация экспериментальной системы для тестирования

Рис. 10. а) двухступенчатая система змеевика, б) датчики инфракрасного света, в) источники питания

а)

б)

в)

Как показано в Таблице 4, результат экспериментального испытания по измерению скорости снаряда в системе двухступенчатой ​​винтовой пушки равен 54.84 м/с. Ошибка составила 16,4 % между экспериментально определенными скоростями 54,84 м/с и 65,6 м/с на основании результатов электромагнитного анализа с использованием MAXWELL. Также результат численного моделирования составляет 60,9 м/с. Так, погрешность экспериментальных результатов по сравнению с численными результатами двухступенчатой ​​змеевиковой системы составляет 10,0 %.

Таблица 4. Сравнение результатов

Тип результата

Скорость

Численный анализ

60.9 м/с

Электромагнитный программный анализ

65,6 м/с

Экспериментальное измерение

54,84 м/с

4. Заключение

Мы предлагаем конструкцию многоступенчатого змеевикового пистолета с более высокой скоростью, чем у одноступенчатого змеевикового пистолета.Для повышения эффективности оптимально спроектированной одноступенчатой ​​системы змеевика была разработана многоступенчатая система змеевика. Поскольку скорость пропорциональна количеству соленоидов в системе пушки с несколькими катушками, трудно контролировать начальную скорость пушки. Поэтому мы использовали двухэтапный подход. В первой соленоидной катушке использовалась оптимально спроектированная модель одноступенчатой ​​пушки, а во второй соленоидной катушке в качестве начальной скорости использовалась скорость одноступенчатой ​​пушки.

Мы построили и испытали прототип предлагаемой двухступенчатой ​​системы змеевика. Измеренная скорость снаряда двухступенчатой ​​винтовой системы составила 54,8 м/с. Погрешность по сравнению с результатами анализа двухступенчатой ​​змеевиковой системы составляет 16,4 %. Также результат численного моделирования составляет 60,9 м/с. Так, погрешность экспериментальных результатов по сравнению с численными результатами двухступенчатой ​​змеевиковой системы составляет 10,0 %. Этот высокий уровень ошибок возник из-за изменений магнитного поля в зависимости от сопротивления воздуха, гравитации и тепловой энергии катушки.Мы ожидаем проведения дополнительных исследований для повышения энергоэффективности и снижения погрешности системы змеевиковой пушки.

Винтовка Гаусса

– Объяснение и ноу-хау, как подготовить винтовку Гаусса?

Винтовка Гаусса, или винтовая пушка, или пушка Гаусса — тип привода массы, который состоит из одной или нескольких катушек, используемых в качестве электромагнитов в конфигурации линейного двигателя, который ускоряет ферромагнитный материал или доводит снаряд до высокой скорости. Катушки и стволы ружья расположены вокруг общей оси почти во всех конфигурациях койлгана.Койлган — это не винтовка, так как ствол — это гладкий предмет. Имя «Гаусс» относилось к Карлу Фридриху Гауссу. Карл Фридрих Гаусс изобрел и объяснил математическое описание магнитного эффекта, которое использовалось в пушках с магнитным ускорителем.

Привод массы представляет собой тип койлгана, который магнитно ускоряет упаковку, имеющую намагничиваемый держатель с полезной нагрузкой. Когда его полезная нагрузка ускоряется, они разделяются, а держатель замедляется и перерабатывается для другой полезной нагрузки.

Винтовки обычно имеют одну или несколько катушек, расположенных в трубе, называемой стволом, поэтому траектория ускоряющегося снаряда сохраняется вдоль центральной оси катушек. Эти катушки включаются и выключаются в точно рассчитанной последовательности, в результате чего снаряд быстро ускоряется вдоль ствола трубы за счет магнитных сил.

Катушки отличаются от рельсотронов тем, что они ускоряются под прямым углом к ​​центральной оси формируемой петли тока. Кроме того, рельсотроны обычно требуют использования скользящих контактов для передачи большого тока от снаряда, но койлганы не обязательно нуждаются в скользящих контактах.

История

Норвежский ученый Кристиан Биркеланд из Университета Кристиана в 1900 году изобрел первый койлган. ).

В 1933 году техасский изобретатель Вирджил Ригсби, изобретатель из Техаса, разработал стационарный койлган, который в 1933 году был спроектирован как пулемет. Для подачи энергии в него использовались большой электродвигатель и генератор.

В Coilgun в основном есть два типа установок, т.е.е. одноступенчатые и многоступенчатые. Одноступенчатый койлган использует только один электромагнит для приведения его в движение от снаряда, в то время как многоступенчатый койлган имеет множество последовательно расположенных электромагнитов, которые постепенно увеличивают скорость снаряда.

Ферромагнитные снаряды

Одноступенчатый койлган может быть изготовлен для ферромагнитных снарядов из катушки с проволокой и электромагнита вместе с ферромагнитным снарядом, закрепленным на одном из его концов. Этот Coilgun сформирован как соленоид, который используется в электромеханическом реле.Через катушку с проволокой проходит сильный ток, и создается сильное магнитное поле, которое притягивает снаряд к центру катушки.

(Изображение будет добавлено в ближайшее время)

Иллюстрация соленоида

(Изображение будет добавлено в ближайшее время)

Одноступенчатый койлган после использования электромагнитов для повторения того же процесса для постепенного ускорения снаряда в многоступенчатом дизайн.

(Изображение будет добавлено в ближайшее время)

Упрощенная схема многоступенчатого койлгана с тремя катушками, стволом и ферромагнитными пулями )

Простой электромагнит, состоящий из катушки проволоки, намотанной на железный сердечник.

Мы используем диод для защиты компонентов, чувствительных к полярности, от повреждения из-за обратной полярности напряжения после отключения катушки.

Неферромагнитные снаряды

Некоторые конструкции винтовки Гаусса состоят из неферромагнитных снарядов, изготовленных из таких материалов, как алюминий или медь. В этом случае якорь снаряда действует как электромагнит с внутренним током, индуцируемым некоторыми импульсами катушек ускорения. Закалочная пушка является примером неферромагнитных снарядов.Его готовят последовательной закалкой соседних коаксиальных проводящих катушек. Он формирует ствол оружия и создает градиент магнитного поля, чтобы получить желаемую скорость.

Переключение

Существует одно главное препятствие для конструкции койлгана, которое заключается в переключении питания через катушки. Для переключения используется несколько распространенных решений, однако самым простым и, вероятно, наименее эффективным является искровой разрядник, который высвобождает энергию, накопленную катушкой, когда напряжение достигает определенного порогового значения.

(Изображение будет добавлено в ближайшее время)

Искровой разрядник

Второй или лучший вариант — использовать полупроводниковые переключатели; к ним относятся IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) или силовой полевой МОП-транзистор и SCR.

(Изображение будет добавлено в ближайшее время)

Выпрямитель с кремниевым управлением

(Изображение будет добавлено в ближайшее время)

МОП-транзистор с выводами затвора (G), корпуса (B), истока (S) и стока (D).

Быстрый и грязный метод переключения — это когда мы используем саму лампу-вспышку в качестве переключателя.Подготовленный путем последовательного соединения с катушкой, он может бесшумно и неразрушающе пропускать больший ток через катушку, поэтому большое количество энергии будет рассеиваться в виде тепла и света, а поскольку трубка представляет собой искровой разрядник , трубка перестает проводить ток, когда напряжение на ней достаточно падает, оставляя некоторый заряд на конденсаторе.

Однако, чтобы уменьшить размер, вес, долговечность и, что наиболее важно, стоимость компонента, магнитная цепь должна быть оптимизирована для передачи максимальной энергии снаряду при заданной подводимой энергии.В некоторой степени это было решено за счет использования заднего и торцевого железа.

Как подготовить винтовку Гаусса?

Для изготовления винтовки Гаусса, то есть стального шарика, катящегося по пластиковой направляющей с магнитной лентой. Когда стальной шарик попадает в магнит, другой вылетает с противоположной стороны с гораздо большей скоростью. Для подготовки нам потребуются некоторые простые материалы, указанные ниже:

1. Деревянная линейка

2. Два дюбеля

3. Медные трубы

4. Прозрачная клейкая лента

5.Клей

6. Сильные цилиндрические магниты

7. Девять стальных шариков

Подготовка

(a) Поместим первый магнит на 2,5-дюймовую отметку на деревянной линейке.

(b) Закрепите линейку на столе с помощью ленты так, чтобы магниты прикреплялись и предотвращали прыжки.

(c) Затем мы размещаем четыре магнита на линейке на расстоянии 2,5 дюйма между ними.

(d) Поместите два стальных шарика с правой стороны каждого магнита и убедитесь, что шарик не скатывается с деревянной линейки.

(e) Теперь нам нужно стрелять, так что установите шар на крайний левый магнит, а затем прикатите его к магниту.

(f) В то время как винтовка Гаусса будет стрелять шаром вправо-стреляет в сторону от пушки, чтобы поразить цель с устойчивой необходимой силой.

(Изображение будет добавлено в ближайшее время)

Винтовка Гаусса

Наблюдение

Когда мы отпустим первый шар к крайнему левому магниту, он ударит его с достаточной силой и произведет кинетическую энергию. Эта энергия, переносимая от шара, передается магниту, а затем шар справа освобождается.Затем третий шар будет двигаться с кинетической энергией, и процесс повторяется до тех пор, пока последний шар не выстрелит с большей силой.

Когда я сделал Gauss Gan, я получил шокер. Винтовка Гаусса

15 245 просмотров

Доволен мощной моделью знаменитой пушки Гаусса, которую можно сделать своими руками из подружки. Эта самодельная пушка Гаусса сделана очень просто, имеет легкую конструкцию, все используемые детали найдутся у каждого любителя самоделок и радиолюбителя.С помощью программы расчета катушки можно получить максимальную мощность.

Итак, для изготовления пушки Гаусса нам понадобится:

  1. Кусок фанеры.
  2. Листовой пластик.
  3. Трубка пластиковая для дула ∅5 мм.
  4. Медная проволока для катушки ∅0,8 мм.
  5. Электролитические конденсаторы большой емкости
  6. Кнопка пэда
  7. Тиристор 70tps12
  8. Аккумуляторы 4х1,5В.
  9. Лампа накаливания и патрон к ней 40Вт
  10. Диод 1N4007.

Построить случай для схемы Гаусса Гаусса

Форма корпуса может быть любой, не обязательно придерживаться представленной схемы. Что бы придать кузову эстетичный вид, можно покрасить его краской из баллончика.

Установка деталей в корпус пушки Гаусса

Для начала конденсаторы, в данном случае они были закреплены на пластиковых стяжках, но можно придумать и другое крепление.

Затем установите патрон для нагревательной лампы на внешней стороне корпуса.Не забудьте подключить к нему два провода для питания.

Затем внутри корпуса размещаем батарейный отсек и закрепляем его, например, шурупами по дереву или другим способом.

Катушка обмотки для пушки Гаусса

Для расчета катушки Гаусса можно использовать программу FEMM, скачать программу FEMM можно по этой ссылке https://code.google.com/archive/p/femm-coilgun

Пользоваться программой очень просто, в шаблоне нужно ввести нужные параметры, загрузить их в программу и на выходе получаем все характеристики катушки и будущего пистолета В общем, вплоть до скорости снаряд.

Итак, начнем наматывать! Для начала нужно взять сваренную трубочку и намотать на нее с помощью клея ПВА так, чтобы внешний диаметр трубочки был 6 мм.

Затем сверлим отверстия в центре сегментов и высаживаем из трубки. С помощью горячего клея закрепите их. Расстояние между стенками должно быть 25 мм.

Поместите катушку на ствол и переходите к следующему этапу…

Пушка Гаусса.Сборка

Собираем схему внутри корпуса навесным монтажом.

Затем устанавливаем кнопку в корпус, сверлим два отверстия и делаем туда провода к катушке.

Для упрощения использования можно сделать подставку для пистолета. В данном случае она была сделана из деревянного бруса. В этом варианте лодочки остались по краям ствола, это необходимо для того, чтобы регулировкой катушки, перемещая катушку, можно было добиться наибольшей мощности.

Снаряды для пушек изготовлены из металлических гвоздей. Сегменты выполнены длиной 24 мм и диаметром 4 мм. Заготовки снарядов необходимо затачивать.

19 ноября 2014 г.

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

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

Мужчина, даже став взрослым, в душе остается мальчиком, вот только игрушки его меняют. Компьютерные игры стали настоящим спасением для солидных дядюшек, которые в детстве не дотянули до «войны» и теперь имеют возможность наверстать упущенное.

Компьютерные боевики часто встречают футуристическое оружие, которое не встретишь в реальной жизни — Знаменитую гауссовую пушку Гаусса, которую может подкинуть какой-нибудь очумелый профессор или случайно найти в секретной хронике.

Можно ли получить гаусс-пушку в реальной жизни?

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

В основе конструкции этого грозного оружия лежит соленоид — цилиндрическая обмотка из проводов, где длина проволоки во много раз превышает диаметр обмотки.При подаче электрического тока в полости катушки (соленоида) возникнет сильное магнитное поле. Он втягивает корпус внутрь соленоида.

Если в момент прихода снаряда в центр снять напряжение, то магнитное поле не помешает сдвинуть тело по инерции, и оно вылетит из катушки.

Собираем пушку Гаусса дома

Для того, чтобы создать пушку Гаусса своими руками, нам в первую очередь понадобится катушка индуктивности. Намотайте на бобину эмалированный провод аккуратно, без острых приводов, чтобы не повредить изоляцию.

Первый слой, после намотки залить суперклеем, дождаться его высыхания и перейти к следующему слою. Таким же образом нужно намотать 10-12 слоев. Готовую катушку наденьте на будущий ствол оружия. Один из его краев следует надеть на шапку.

Для получения сильного электрического импульса отлично подойдет конденсаторная батарея. Они способны кратковременно отдавать накопленную энергию, пока пуля не достигнет середины катушки.

Зарядное устройство понадобится для зарядки конденсаторов.Соответствующее устройство есть в фотоприборах, оно служит для включения вспышки. Конечно, речь не идет о дорогой модели, которую мы подготовим, но одноразовые «коды» встанут.

Кроме того, кроме зарядного и емкостного, других электроэлектантов нет. Просматривая камеру, будьте осторожны, чтобы вас не ударило током. С устройства для зарядки смело снимаем скобки для аккумуляторов, исчезаем конденсатор.

Таким образом, необходимо подготовить примерно 4-5 досок (можно и больше, если позволяют желание и возможности).Вопрос выбора конденсатора заставляет сделать выбор между выстрелом выстрела и временем, которое понадобится на зарядку. Большая емкость конденсатора требует большего промежутка времени, снижая быстродействие, поэтому приходится искать компромисс.

Светодиодные элементы, установленные на зарядных цепях, сигнализируют светом о достижении необходимого уровня заряда. Конечно, можно подключить дополнительные контуры заряда, но не переусердствуйте, чтобы не спалить транзисторы на платах.Для того чтобы разрядить батарею, лучше всего установить реле.

Контрольная цепь управления подключается к аккумулятору через кнопку спуска, а управляемая — в цепь между катушкой и конденсаторами. Для того, чтобы произвести выстрел, необходимо подать заявку на строй, и, после светового сигнала, зарядить оружие. Еду выключай, целься и стреляй!

Если процесс вас увлек, а получаемой мощности не хватает, то можете приступать к созданию многоступенчатой ​​пушки Гаусса, ведь так и должно быть.

Наслаждайтесь оружием, которое даже в компьютерных играх можно найти только в лаборатории сумасшедшего ученого или возле временного портала в будущее — это круто. Смотрите, как неравнодушные к технике люди невольно фиксируют на устройстве взгляд, а заядлые геймеры торопливо подбирают с пола челюсти — ради этого стоит провести речь о сборке пушки гаусса своими руками .

Как обычно, мы решили начать с самой простой конструкции — одиночной индукционной пушки .Опыты с многоступенчатым разгоном снаряда оставили опытной электронике возможность построить сложную систему включения на мощных тиристорах и точно настроить моменты последовательного включения катушек. Вместо этого мы сосредоточились на возможности приготовления блюд из повсеместно доступных ингредиентов.

Итак, чтобы построить пушку Гаусса, в первую очередь придется пробежаться по магазинам. В радиомагазине за селфикерами Нужно купить несколько конденсаторов С напряжением 350-400 В. и габаритная емкость 1000-2000 мкф эмалированная медь провод диаметром 0,8 мм , аккумуляторы отсеки для « короны » и две 1,5 вольтовые батарейки типа , , , , взять пять одноразовых Фотоаппаратов Кодак , в автозапчастях — самое простое четырехконтактное реле от «Жигулей», в «Товары» — упаковка соломинки для коктейлей , а в «игрушках» — пластмассовое пистолет, автомат, дробовик, пистолет или любой другой пистолет, который вы хотите превратить в оружие будущего.

Мот на ус…

Основной силовой элемент нашего ружья — индуктор . С его изготовления стоит начинать сборку пушек. Возьмите длинную соломку длиной 30 мм и две большие шайбы (пластиковые или картонные), соберите из них с помощью винта и гайки. Начинайте наматывать на него эмалированную проволоку аккуратно, виток к витку (при большом диаметре провода это достаточно просто). Будьте осторожны, не допускайте жесткости проводников, не повредите изоляцию.Закончив первый слой, заливаем его суперзажимом И начинаем проговаривать следующий. Вводите так с каждым слоем. Вам нужно скрыть 12 слоев . Затем можно разобрать шпульку, снять шайбы и надеть катушку на длинную соломинку, которая будет служить бочонком. Один конец соломинки должен быть утоплен. Готовую катушку легко проверить, подключив ее к 9-вольтовой батарее : Если она держится на канцелярских зажимах на весу, то вы добились успеха. Можно вставить в катушку соломку и протестировать как соленоид: она должна активно втягиваться в отрезок клипс, а при импульсном подключении даже выбрасывать из багажника на 20-30 см .

Готовые значения

Для формирования мощного электрического импульса лучше не придумаешь (в этом мы солидарны с создателями мощнейших лабораторных рельсов). Конденсаторы хороши не только большой энергоемкостью, но и способностью отдавать всю энергию за очень короткое время, до того, как снаряд достигнет центра катушки. Однако конденсаторы нужно как-то заряжать. К счастью, нужный зарядник есть в любой камере: там конденсатор используется для формирования высоковольтного импульса для электрода поджигающей вспышки.Нам лучше всего подойти к одноразовым камерам, т.к. конденсатор и «зарядка» — единственные электрические компоненты, которые в них есть, а значит получить зарядный контур из них проще.

Разборка одноразового фотоаппарата — этап, на котором стоит начать проявлять осторожность . Владея корпусом, попробуйте не трогать элементы электрической цепи: конденсатор может долго сохранять заряд. Получив доступ к конденсатору, первым делом закрываем его выводы отверткой с ручкой из диэлектрика .Только после этого можно прикасаться к доске, не опасаясь получить удар током. Снять скобу с цепи зарядки для аккумулятора, исчезнуть конденсатор, перемычка на контакты кнопки зарядки — она ​​больше не понадобится. Подготовьте таким образом минимум пять зарядных плат . Обратите внимание на расположение токопроводящих дорожек на плате: к одним и тем же элементам схемы можно подключаться в разных местах.

Ставим приоритеты

Выбор емкости конденсаторов является вопросом компромисса между энергией выстрела и временем зарядки орудия.Остановились на четырех конденсаторах 470 мкФ (400 В) соединенных параллельно. Перед каждым выстрелом мы в течение примерно минут ждем сигнала светодиодов на зарядных цепях, сообщающих о том, что напряжение на конденсаторах достигло заложенного 330 В. . Ускорить процесс зарядки можно, подключив к зарядным цепям несколько 3-вольтовых батарейных отсеков параллельно. Однако стоит иметь в виду, что мощные аккумуляторы типа «С» имеют избыточные токи для слабых схем камер.Чтобы транзисторы на платах не сгорели, к каждой 3-х вольтовой сборке должно быть подключено параллельно 3-5 цепей заряда. На наших ружьях к «зарядке» подключается только один батарейный отсек. Все остальные служат запасными магазинами.

Определить зоны безопасности

Всем советуем держать кнопку под пальцем, разряд батареи 400-вольтовых конденсаторов. Для управления спуском лучше установить реле . Его схема управления подключается к 9-вольтовой батарее через кнопку спуска, а управляемая включает цепь между катушкой и конденсаторами.Поправить пистолет поможет принципиальная схема. При сборке высоковольтной цепи используйте сечение провода не менее миллиметра Для цепей зарядки и управления подойдут любые тонкие провода. Проводя эксперименты со схемой, помните: конденсаторы могут иметь остаточный заряд. Прежде чем прикасаться к ним, разрядите их коротким замыканием.


Артем.
Суммировать

Процесс стрельбы выглядит так:

  • включить тумблер питания;
  • ждет яркого свечения светодиодов;
  • опускаю снаряд в ствол так, чтобы он оказался немного позади катушки;
  • отключите питание, чтобы при разряде батарей энергия не забиралась; Прицельтесь и нажмите на кнопку спуска.

Результат во многом зависит от массы снаряда.

Соблюдайте осторожность, пистолет представляет реальную опасность.

Энциклопедический YouTube.

    1 / 3

    ✪ Ускорители заряженных частиц

    ✪ Вращение поворотного маятника 1 (В.Н.Самоховал)

    ✪ Олег Соколов о Египетском походе: Битва при Абукире, Каир и поход Диса

    Субтитры

Принцип действия

Параметры ускоряющих катушек, оболочки и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле до момента попадания дна снаряда в соленоид индукция магнитного поля соленоида была максимальной, но с дальнейшим приближением снаряд резко упал.(2)\НАД 2)) U (\DisplayStyle U) — Напряжение конденсатора C (\DisplayStyle C) — емкостное время конденсаторов

Это время, за которое конденсатор полностью разряжается:

T = π L C 2 (\DisplayStyle T = (\PI (\SQRT(LC))\OVER 2)) L (\DisplayStyle L) — индуктивность C (\DisplayStyle C) — Емкость Рабочая категория Coil

Это время, за которое ЭДС катушки индуктивности увеличивается до максимального значения (полный разряд конденсатора) и полностью падает до 0.Он равен верхней части синусоиды.

T = 2 π L C (\DisplayStyle T = 2 \ PI (\ SQRT (LC))) L (\DisplayStyle L) — индуктивность C (\DisplayStyle C) — Емкость

Стоит отметить, что в представленном виде две последние формулы не могут быть использованы для расчета пушек Гаусса хотя бы по той причине, что при движении снаряда внутри катушки ее индуктивность все время изменяется.

Заявка

Теоретически использование пушек Гаусса для запуска легких спутников на орбиту При стационарном использовании возможно иметь большой источник энергии.Основное применение — любительские установки, демонстрация свойств ферромагнетиков. Также достаточно активно используется как детская игрушка или развивающее техническое творчество. самодельная установка (простота и относительная безопасность)

Существо

Простейшие конструкции можно собрать из полезных материалов даже при школьных знаниях физики.

Есть много сайтов, на которых подробно описано, как собрать пушку Гаусса. Но стоит помнить, что создание оружия в некоторых странах может преследоваться по закону.Поэтому, прежде чем создавать пистолет Гаусса, стоит подумать, как вы будете его применять.

Преимущества и недостатки

Пистолет Гаусса как оружие имеет преимущества, которыми 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 и без смены ствола и боеприпаса, относительно малая отдача (равна импульсу истечения снаряда, нет дополнительного импульса от порохового газа или подвижных частей), теоретически большая надежность и, в теории, износостойкость, а также возможность работы в любых условиях, в том числе в космическом пространстве.

Однако, несмотря на кажущуюся простоту пушки Гаусса, использование ее в качестве оружия связано с серьезными трудностями, главная из которых: большие энергозатраты.

Первая и основная трудность – низкая эффективность монтажа. Только 1-7% заряда конденсаторов переходит в кинетическую энергию снаряда. Отчасти этот недостаток можно компенсировать применением многоступенчатой ​​системы разгона снаряда, но в любом случае КПД редко достигает 27%.В основном в любительских установках энергия, которая запасается в виде магнитного поля, никак не используется, а является причиной использования мощных ключей (часто используются IGBT-модули) для вскрытия катушки (Lenza).

Вторая сложность — большое энергопотребление (из-за низкого КПД).

Третья трудность (вытекающая из первых двух) — большой вес и габариты установки при ее низком КПД.

Четвертая трудность — довольно долгое время накопительной перезарядки конденсаторов, что делает его, наряду с гауссовской пушкой, изношенным и (как правило, мощным аккумулятором), а также их высокая стоимость.Теоретически повысить КПД можно, если использовать сверхпроводящие соленоиды, однако для этого потребуется мощная система охлаждения, что создает дополнительные проблемы и серьезно влияет на область монтажа. Или используйте сменные аккумуляторы конденсаторов.

Пятая трудность — с увеличением скорости снаряда магнитное поле, во время размаха соленоидного снаряда, значительно уменьшается, что приводит к необходимости включения не только каждого следующего витка многоступенчатой ​​системы, но и также увеличивать силу своего поля пропорционально уменьшению этого времени.Обычно этот недостаток сразу стоит внимания, так как большинство самодельных систем имеют либо малое количество катушек, либо недостаточную скорость пули.

В водной среде применение пушек без защитного кожуха также серьезно ограничено — достаточно дистанционной индукции тока для диссоциации солей с образованием агрессивных (растворяющих) сред, что требует дополнительного магнитного экранирования.

Таким образом, на сегодняшний день пушка Гаусса не имеет перспектив для оружия, так как значительно уступает другим видам стрелкового оружия, работающим на других принципах.Теоретически перспективы есть, конечно, если будут созданы компактные и мощные источники. электрический ток и высокотемпературные сверхпроводники (200-300К). Однако установка, подобная Гауссу, может быть использована в космическом пространстве, так как в условиях вакуума и невесомости нивелируются многие недостатки таких установок. В частности, в военных программах СССР и США предусматривалась возможность использования установок, подобных пушке Гаусса, на орбитальных спутниках для поражения других космических аппаратов (снарядов с большим количеством мелких поражающих частей) или объектов на земной поверхности.

www.coilgun.ucoz.com — EM-4

Здесь будет пошагово описано создание новой гаусс-пушки инновационной конструкции (которую я назвал «биступенчатой»).

Эта топология была исследована при сборке примитивного койлгана ЭМ-2 , когда я столкнулся с проблемой низкой эффективности разгона — привод катушек простыми тринисторами не мог дать достаточной скорости снаряду. Количество этапов было ограничено двумя, чтобы не усложнять систему.С другой стороны, нельзя было использовать транзисторы на обоих каскадах, потому что расчетный ток второй катушки выходил за пределы для МОП-транзисторов (как для топологии с общим конденсатором, так и для топологии раздельных конденсаторов каскадов). Запараллеливание МОП-транзисторов привело к неприемлемой стоимости конструкции (МОП-транзистор был ее самой дорогой частью).

Наконец-то я соединил питание обеих катушек, но во второй каскад вместо MOSFET вставил дешевый SCR. Одного MOSFET оказалось достаточно, чтобы переключить первую катушку.Часть схемы ЕМ-2, иллюстрирующая это, приведена ниже.

Рис. 1. Фрагмент схемы койлгана ЭМ-2, иллюстрирующий функциональность двухступенчатой ​​схемы.

Как видно, таймер управляет МОП-транзистором 1-й ступени (поскольку он одиночный, мощности таймера вполне достаточно). Одновременно заряжается конденсатор С19, который включает тринистор U17 на заднем конце импульса через транзистор bcp69. Поскольку разгонных ступеней больше нет, тринистор полностью разряжает питательный конденсатор, придавая снаряду дополнительную скорость.Понятно, что этот алгоритм является самым простым для данной конструкции, т.к. мы можем, например, открыть тринистор с некоторой задержкой после выключения MOSFET (или заранее) для получения максимального КПД, но я не заложил эти опции в ЭМ. -2.

Для использования этой топологии в многокаскадном ускорителе необходимо смонтировать несколько таких блоков из одной крышки и двух катушек (отсюда «двуступенчатая» система) встык и сделать общим для всей конструкции транзисторный ключ (управляющий первыми катушками во всех каскадах). .Необходимо также вставить тиристоры во все цепи, управляемые этим переключателем, чтобы избежать одновременной проводимости во всех обмотках, а лучшим выбором для гашения индуктивного пика является один силовой варистор, подключенный к коллектору переключателя.

 

Рис. 2. Схема многокатушечного двухступенчатого койлгана-ускорителя.

Каковы преимущества этой схемы?

Во-первых, поскольку мы используем принудительное отключение в половине ступеней, общий КПД выше, чем в топологиях SCR (хотя в конструкциях с полностью управляемыми катушками он меньше единицы).С другой стороны, энергия здесь используется более полно, чем в полностью транзисторных схемах, так как все конденсаторы разряжаются после выстрела.

Второй (и основной) можно оставить одиночный управляемый ключ в схеме. Почему? Представьте, что снаряд прошел первый виток в N-й бистадии. После этого транзистор закрывается, а тринистор N2 открывается, соединяя вторую катушку с конденсатором CN. Пока переключатель замкнут, снаряд проходит эту катушку, и капсюль полностью разряжается.При перелете снаряда на следующую (N+1-ю) биступень транзисторный ключ открывается одновременно с (N+1)1 тринистором, коммутирующим первую ступень N+1-й биступени, и цикл повторяется. При этом неважно, закрыт N1 SCR или нет, так как крышка CN уже пуста. Таким образом, скорость снаряда здесь не играет никакой роли, а биступени можно монтировать встык, обеспечивая высокую компактность койлгана.

В-третьих, конденсаторы всех бикаскадов начинают свой разряд от одинакового (высокого) напряжения, что позволяет уменьшить ток через транзисторный ключ при сохранении достаточной мощности.Это серьезное преимущество перед схемами с общим конденсатором. В то же время ЭПР-нагрузки малы, так как энергия каждого колпачка распределяется между двумя катушками, что делает такую ​​конфигурацию перспективной для койлганов с высокой (100 м/с и более) скоростью снаряда.

 

1. Структурная схема.

Структурная схема гаусс-пушки ЭМ-4 показана на рис. 3. Состоит из следующих основных блоков:

— Преобразователь низкого напряжения (НН) — обеспечивает стабильное +15В для других частей схемы;

— Преобразователь высокого напряжения (ВН), заряжающий конденсаторы перед выстрелом;

— Генератор импульсов;

— Модуль коммутации питания;

— Датчики положения снаряда.

Рис. 3. Структурная схема койлгана ЭМ-4.

Преобразователи НН и ВН

монтируются на одной печатной плате («блоке зарядки-управления»), а остальные модули — на других печатных платах. Это необходимо для разделения низковольтной части с высокими постоянными токами и высоковольтной импульсной части, непосредственно участвующей в выстреле.

 

2. Блок управления зарядкой.

 

Принципиальная схема блока управления зарядкой показана на рис.4.

Рис. 4. Принципиальная схема блока управления зарядкой: НН (повышающий) и ВН (понижающий) преобразователи.

Как видно, НН преобразователь построен на ИМС LM78S040, включенной по схеме «понижающе-повышающий». Это означает, что входное напряжение может быть как ниже, так и выше выходного, что позволяет использовать разные аккумуляторы в диапазоне прибл. от 5 В до 20 В (максимальное напряжение диода 1N5817). В этой же ИС находится блок управления аккумулятором – при снижении Uвх ниже порога, установленного делителем R6-R7-R9-R10, загорается индикаторный светодиод HL4, а остальные части схемы блокируются по сигналу с оптопары HL3-T1. .

Преобразователь

HV построен с управлением первичным током с использованием стандартной микросхемы ШИМ UC3843. Однако сигнал считывания тока подается не на соответствующий вывод микросхемы, а на вспомогательный компаратор DA2. Это связано с тем, что UC3843 имеет слишком высокий порог срабатывания — 1 В, что привело бы к чрезмерным потерям мощности на токоизмерительном резисторе R14 при стандартном включении, поскольку пиковые токи довольно велики (20 А и более). Остальные элементы компаратора образуют блоки управления выходным напряжением, индикации и разрешения выстрела по схеме , разработанной при создании ЭМ-3 «Лук электрический» .Используется стандартный трансформатор POL-15073, а силовой МОП-транзистор и выходной диод установлены на соответствующих радиаторах.

На рис. 5 показана печатная плата без компонентов, рис. 6 – распаянная плата. Все выводные компоненты монтируются на верхний слой печатной платы, все SMD — на нижний. Как видно, почти половина платы отведена под выходную часть, которая «делит» высокое напряжение с промежуточной конденсаторной крышки С7 на 6 конденсаторных батарей, питающих разгонные каскады койлгана. Он работает с помощью 6 диодов различной мощности и 6 изолированных разъемов, которые позволяют раздельно и безопасно подключать и отключать конденсаторные батареи.Дополнительное гнездо монтируется для ленточного кабеля, передающего сигналы разрешения и индикации на другие участки цепи.

Рис. 5. Плата без компонентов.

 

Рис. 6. Блок управления зарядкой в ​​сборе.

Ниже представлено видео зарядки собранного блока 1500 мкФ до 400 В примерно за 4-5 сек от 7,4 Li-Poli аккумулятора.

 

3.Расчеты.

 

Важно выполнить некоторое моделирование койлгана для оценки таких параметров, как длительность импульса в каждой ступени, амплитуда токов (для соответствующего выбора переключателей) и диаметр проводов. В нашем случае это особенно серьезно, так как в ЭМ-4 фотодатчики планируется закреплять (в отличие от ЕМ-3 , где они подвижные). Итак, важно понять, нужна ли нам дополнительная обработка сигнала от датчиков или нет.

Расчет проводился для 3-х начальных скоростей снаряда: 3 м/с (имеется в виду некоторая скорость после «запитки» катушки), 30 м/с (вторая ступень), 60 м/с (последняя ступень). Емкости предлагалось уменьшать с номером каскада (всего планировалось 5 каскадов): 450 мкФ для первого каскада (ESR 33 мОм), 300 мкФ для 2-3 каскадов (ESR 50 мОм) и 150 мкФ для 4-5 каскадов ( ESR 33 мОм). Начальное напряжение 400 В, калибр снаряда 5,5 мм, его масса 3 г, внутренний диаметр катушки (т.е. внешний диаметр ствола) 7 мм.Случай, когда ок. предполагается одинаковое количество энергии, рассеиваемой на обеих катушках бикаскада (т.е. разряд на первой катушке до ~285 В) — это наиболее целесообразно по предварительным оценкам.

Как обычно, использовался FEMM, поэтому был создан специальный скрипт, описывающий ускорение стреловидного снаряда в двухкатушечной системе. Скрипт размещен на соответствующей странице раздела FEMM расчеты .Основные выводы ниже.

1) Все биступени можно наматывать одним и тем же проводом — 0,3 мм для первой катушки и 0,5 мм для второй. Оптимальная длина всех катушек оказалась 16 мм.

2) Оптимальная координата активации всех биступеней рассчитана как — 2 мм. Задержка перед активацией второй катушки (катушек) имеет очень малое влияние и фактически может быть установлена ​​на ноль.

Последнее обстоятельство позволяет серьезно упростить конструкцию нашей гаусс-пушки — все биступени могут приводиться в действие от неподвижных фотодатчиков напрямую, без дополнительной синхронизации.

3) Расчетный пиковый ток во всех катушках не более 100 А.

Это позволяет использовать только один транзисторный ключ для управления всей конструкцией (планируется IGPS60B120KDP IGBT).

4) Расчетный КПД достаточно высок и составляет более 10 % для последней ступени.

Первоначально я предполагал КПД 6%, что дает около 66 м/с при 108 Дж в капсюлях (девять капсюлей по 150 мкФ 400 В, десятый предлагается использовать в «питающей» катушке, которая втягивает снаряд в ствол) и 3-граммовый снаряд.Но теперь я могу надеяться получить более 70 м/с…

Подождем результатов эксперимента.

 

4. Силовая часть.

На рис. 7 представлена ​​упрощенная схема ускорительного модуля ЭМ-4. Он состоит из 5 разгонных биступеней и одной предварительной ступени («предступени»), втягивающей снаряды из магазина в ствол. Первая катушка каждой двухступенчатой ​​ступени активируется соответствующим датчиком, который управляет SCR и одновременно посылает сигнал в линию высокого или низкого уровня.Тиристоры 2-й катушки открываются точно тогда, когда первая катушка деактивируется небольшими дополнительными обмотками, которые обнаруживают выбросы индукции, генерируемые при закрытии силового транзистора. ИК-светодиоды датчиков всех ступеней соединены последовательно и активируются по внешнему сигналу только во время выстрела — это снижает суммарное энергопотребление.

Рис. 7. Разгонная часть ЭМ-4.

 

Датчики делятся на две группы: низкая сторона (LS) и высокая сторона (HS).Их схемы изображены на рис. 8. Видно, что единственным серьезным отклонением является полярность выходного каскада с открытым коллектором — для датчика LS это NPN, а для датчика HS — PNP. Такое решение позволяет подключить к одной линии параллельно множество датчиков, а также циклическое включение-выключение силового транзисторного ключа, который коммутирует первые катушки бикаскадов через шину «Сток силового ключа» (подробнее ниже).

Рис.8. Оптические датчики – нижняя сторона (слева) и высокая сторона (справа).

 

Кроме того, датчик имеет выходную мощность для управления затвором соответствующего SCR и вход стробоскопа. Детектор заряда снаряда (он же «предступенчатый» датчик) построен по схеме HS, но ступень проще — это одиночная катушка с приводом от сенсорно-управляемого тринистора.

Транзистор и генератор импульсов будут размещены на одной плате, схема которой показана на рис. 9.

Рис.9. Генератор импульсов.

Генератор импульсов основан на простом таймере 555 и активируется, когда конденсаторы заряжены (активен сигнал «Заряжено» от блока управления зарядкой, см. раздел 2) и неактивен УВЛО (сигнал разряда батареи). Импульс от таймера поступает на микросхему драйвера, управляющую затвором IGBT-ключа, и на цепочку ИК-светодиодов ускоряющей части. Этот же сигнал блокирует зарядник конденсаторов через вход «Сигнал холостого хода». Вывод SD драйвера питается от оптопары, которая, в свою очередь, подключена между линиями LS и HS.Таким образом, IGBT открыт, когда обе эти линии активны (включен хотя бы один оптодетектор каждой линии).

Вся эта схема должна работать следующим образом.

При нажатии кнопки «Огонь» (S1 на рис. 9) генерируется стробирующий импульс, который активирует ИК-светодиоды и все оптосенсоры. При условии, что снаряд находится внутри магазина, датчик предварительной ступени открывает соответствующий SCR и подтягивает линию HS к Vstab. IGBT еще закрыт, так как линия LS неактивна. Когда снаряд достигает детектора первой ступени, включается тринистор T11 и линия LS подтягивается к земле, активируя IGBT.Таким образом, включается первая катушка биступени и остается таковой до тех пор, пока снаряд не вылетит из магазина, а детектор предварительной ступени не загорится соответствующим ИК-светодиодом. С этого момента линия HS переходит в высокоимпедансное состояние, и транзистор закрывается. Положения детекторов (и длина снаряда) выбираются таким образом, чтобы это происходило, когда носик стрелы находился вблизи конца второго витка биступени. Теперь индукционный импульс активирует Т12, который питает эту катушку, и следующий такт процесса начинается, когда конденсатор С1 полностью разряжается.IGBT выключен до тех пор, пока снаряд не достигнет датчика второй биступени, и запускается следующий цикл.

Следовательно, все пять ступеней управляются двумя сигнальными и одной шиной питания. Применительно к койлганам с 10 и более ступенями этот метод показал бы еще большее преимущество перед традиционной схемой «один датчик — одна линия». Единственный сложный момент — точный выбор расстояния между датчиками и длины снаряда — они должны соответствовать оптимальным условиям, определенным в предыдущем разделе.

Описанный выше принцип показан на анимации ниже.

 

Рис. 10. Принцип работы многокатушечного двухкаскадного электромагнитного ускорителя.

 

На рис. 11 показаны печатные платы или ускоряющая часть пушки Гаусса до и после монтажа компонентов.

Рис. 11. Платы разгонной части койлгана.

 

Короткое видео ниже демонстрирует тестирование сенсоров — они крепятся между собой с помощью латунных стержней, а внутрь вбрасывается маленький гвоздь как модель снаряда. На отдельной печатной плате внизу расположены желтые светодиоды (они подключены к анодам тиристоров параллельно с силовыми резисторами и загораются последовательно при активации соответствующей ступени, за исключением одного — он не подключен, так как предварительный каскад в этом эксперименте всегда включен) . Синий светодиод горит, когда активированы линии LS и HS, поэтому дифференциальное действие конструкции очевидно.Активация этапов отображается зелеными светодиодами.

 

5. Снаряды и система подачи.

Изготовлены специальные стреловидные снаряды для ЭМ-4 из выточенных 6 мм гвоздей и пластиковой трубочки для коктейля (см. рис. 12). Выводы это мои работы использовались для определения размеров деталей. Как видно, на задней части наконечника имеется кольцевая прорезь глубиной около 5 мм — это сделано для более плотного прилегания металла к стабилизатору, соединенному простым термоклеем.Масса наконечника около 2,7 г, стабилизатора с клеем менее 0,3 г. Диаметр наконечника 5,5 мм, длина 16 мм, общая длина снаряда 57 мм. Таким образом, сохраняются все исходные условия, принятые для предыдущего моделирования (см. раздел 3). Так что можно ожидать, что результаты моделирования будут близки к реальности.

Рис. 12. Изготовление стабилизированного

снарядов для ЭМ-4 .

 

Питатель изначально планировался как простейший — гравитационного типа, в котором каретка должна закатываться в ствол под собственным весом. Но это оказалось непростой задачей, и нужно было сделать несколько реплик. Окончательный вариант питателя показан на рис. 13.

Рис. 13. Гравитационный фидер для койлгана ЭМ-4 .

Более подробные фото можно посмотреть

в альбоме , посвященном этому гаусгану.

 

Подаватель состоит из двух напечатанных на 3D-принтере деталей: контейнера и ползуна, последний имеет 6 цилиндрических держателей заряда — они входят в полые стабилизаторы и предотвращают перекос снаряда в процессе подачи. Внутренняя нижняя поверхность контейнера представляет собой полуцилиндр, повторяющий форму трубы ствола, который должен иметь продольную выемку — снаряд укладывается в выемку острием и фиксируется небольшим цилиндрическим магнитом, размещенным в специальном глухом отверстии в нижней лицевая сторона контейнера (см.13). Близко к первому сделано еще одно отверстие меньшего размера — оно сквозное и служит для аварийного выталкивания ползунка вверх. Силы притяжения магнита достаточно, чтобы удерживать полностью заряженный ползунок в положении «вверх ногами», а значит, подаватель не выпадет при переворачивании гаусс-пушки (хотя и не перезарядится, конечно).

Ползун последовательно перемещается вниз при каждом выстреле, заставляя следующий снаряд вставать на свое место перед ускоряющими катушками и заслоняя фототранзистор предступени от его ИК-светодиода (для этого по бокам сделаны прорези).Следующий выстрел не произойдет, если ползунок пуст.

Кормушка тестировалась с помощью специального стенда, собранного из двух стальных уголков и соответствующей доски (рис. 14). В качестве ствола использовалась тонкостенная 7 мм термоклееная латунная трубка. Для имитации втягивания снарядов внутрь ускоряющей части намотана специальная блинчатая катушка большого наружного диаметра (чтобы «поймать» снаряд с достаточно дальним начальным положением), ее параметры: диаметр наружи 23,5 мм, длина 6 мм, 570 витки медной проволоки 0,22 мм намотаны по технологии , описанной ранее (все остальные катушки койлгана будут намотаны аналогично).

Рис. 14. Сборка испытательного стенда для фидера.

 

Видео тестирования ниже.

В предварительном каскаде использовался один электролитический конденсатор 400 В x 150 мкФ. Его энергия невелика, поэтому скорость питателя можно было увеличить до нескольких выстрелов в секунду, но я ограничил ее значением, близким к ожидаемому в реальной сборке (когда после каждого выстрела заряжается целая батарея конденсаторов).

 

 

 

Игроки могут получить заряд из винтовки Гаусса.В прошлом немецкий производитель оружия в стиле киберпанк представил нам такие творения, как мини-арбалет, крепящийся на запястье, арбалет с вращающейся пилой и огнеметной перчаткой. Его последнее противное футуристическое устройство? Электромагнитное оружие, вдохновленное видеоиграми, под названием «винтовка Гаусса».

Прибе сказал нам, что он черпал вдохновение из оружия K-Volt, представленного в игре Crysis 2 . Хотя ему нравился внешний вид игровой версии оружия при виде от первого лица, ему не очень нравилось, как оно выглядело, когда оно лежало на земле… так, он сделал свою собственную версию.

400-вольтовая полуавтоматическая винтовка Гаусса известна как многоступенчатый койлган. Стреляет стальными патронами калибра 5,7 мм из встроенной восьмизарядной обоймы. Прибе сделал все возможное, чтобы объяснить нам, не производителям оружия, как стреляют эти боеприпасы.

«Вы заряжаете конденсатор (предпочтительно высокого напряжения) и разряжаете его через катушку, сделанную из медной проволоки», — сказал он. «Вы получите короткий электромагнитный импульс, который протянет пули через катушку. Моя винтовка содержит четыре батареи конденсаторов и четыре катушки… на входе последних трех катушек контакты из пружинной проволоки, уходящие в ствол. Когда снаряд касается, импульс разряжается, и катушка ускоряет снаряд, протягивая его к следующей катушке».

В результате пули покидают дульный срез с заявленной скоростью примерно 100 метров (328 футов) в секунду.

Магазин для винтовки Гаусса с 8 патронами

Мощность обеспечивается четырьмя 3.7-вольтовые литий-ионные элементы, которые позволяют сделать от 30 до 50 выстрелов на одном заряде. Несмотря на относительно легкую раму, пистолет по-прежнему весит внушительные 3,2 кг (семь фунтов) — учитывая, что большая часть этого веса приходится на вытянутую руку пользователя, его переноска может стать утомительной в ближайшее время. Действительно, если рука пользователя начнет трястись, винтовка также оснащена 30-милливаттным зеленым прицельным лазером.

По словам Патрика, винтовка Гаусса «явно демонстрирует оружейный потенциал». К счастью, он не планирует развивать его на коммерческой основе или рассказывать другим людям, как сделать что-то свое.

Вы можете увидеть его в использовании на видео ниже. Очевидно, вы , а не хотели бы быть арбузом в его присутствии.

Источник: Laser Gadgets (Патрик Прибе)

4-ступенчатая винтовка Гаусса. Катушка

(PDF) Проникновение в ткани миллироботов с питанием от магнитно-резонансной томографии с использованием самособирающейся пушки Гаусса

D «

d «

d «

d «

b «

b «

x

z

T»= спусковой крючок, D»= подача, B»= цилиндр

(a) Прокол мембраны, два компонента (b) Прокол мембраны на большом расстоянии

Рис.10. Фотографии из эксперимента в скважине МРТ. Мембранная модель представляет собой водяной шар, наполненный красителем. Смотрите видео вложение.

Рис. 11. Т2-взвешенное МРТ-изображение Turbo Spin Echo, показывающее наполненный красителем

баллон до и после проникновения. Агар, использованный для стабилизации баллона

, виден на обоих изображениях.

Z (пиксели)X (пиксели)

Интенсивность сигнала (а.е.)

ab

Рис. 12. МРТ-проекции компонентов пушки Гаусса с использованием пользовательской

МР-последовательности, основанной на регистрации спинового эха с размером пикселя 0.59мм.

(a) Проекция по оси x, соответствующая компонентам пушки Гаусса

на рис. 10a, кадр 2. (b) Проекция по оси z, соответствующая компонентам

пистолета Gauss на рис. 10a, кадр 3.

оптимизированы для случаев клинического использования и обеспечивают управление компонентами с обратной связью

.

ССЫЛКИ

[1] R. C. Ritter, M. S. Grady, M. A. H. III и G. T. Gillies, Computer-

Integrated Surgery: Technology and Clinical Applications.MIT

Press, 1996, гл. 26 Магнитный стереотаксис: с помощью компьютера, Image-

Управляемое дистанционное перемещение имплантатов в головной мозг, стр. 363–370.

[2] К. Исияма, М. Сендох, А. Ямадзаки и К. Араи, «Плавательный микроавтомат

, приводимый в движение магнитным крутящим моментом», Датчики и приводы A:

Physical, vol. 91, нет. 1, стр. 141–144, 2001.

[3] А. Чану, О. Фелфул, Г. Бодуан и С. Мартель, «Адаптация среды программного обеспечения клинической МРТ

для навигации в реальном времени по

эндоваскулярная несвязанная ферромагнитная бусина для будущих эндоваскулярных вмешательств

», Magn Reson Med, vol.59, нет. 6, стр. 1287–1297, июнь

2008.

[4] П. Вартоломеос, М. Ахаван-Шариф и П. Е. Дюпон, «Motion

, планирование для нескольких магнитных капсул миллиметрового масштаба в жидкости

окружающей среды», в IEEE Int. конф. Роб. Aut., May 2012, pp. 1927–

1932.

[5] P. Vartholomeos, C. Bergeles, L. Qin, and PE Dupont, «Технология привода MRI-

с приводом и управлением для беспроводного робота

».

вмешательства», Int. Дж.Роб. Рез., том. 32, нет. 13, pp. 1536–1552, 2013.

[6] A. Becker, O. Felfoul и PE Dupont, «Одновременное включение

и управление многими приводами с помощью клинического МРТ-сканера», в

IEEE/RJS International Конференция по интеллектуальным роботам и системам

(IROS), 2014 г., стр. 2017–2023.

[7] A. Eqtami, O. Felfoul и P.E.D.E. Dupont, «Управление замкнутым контуром с питанием от МРТ

для нескольких магнитных капсул», в IEEE/RSJ Int. конф.

Интеллектуальные роботы и системы, 2014, с.3536–354.

[8] A. Bigot, C. Tremblay, G. Soulez и S. Martel, «Магнитно-резонансная

навигация шарика внутри фантома из полиметилметакрилата с тремя бифуркациями с использованием вставки градиентной катушки для визуализации

», Robotics, IEEE Transactions on, vol. 30,

нет. 3, pp. 719–727, June 2014.

[9] WK Cho, JA Ankrum, D. Guo, SA Chester, SY

Yang, A. Kashyap, GA Campbell, RJ Wood, RK Rijal,

R Карник, Р. Лангер и Дж. М. Карп, «Микроструктурированные зазубрины на

перьях североамериканского дикобраза обеспечивают легкое проникновение в ткани и

трудное удаление», Proceedings of the National Academy of Sciences,

vol.109, нет. 52, стр. 21 289–21 294, 2012. [Онлайн]. Доступно:

http://www.pnas.org/content/109/52/21289.abstract

[10] O. Felfoul, A. Becker, C. Bergeles и PE Dupont, «Achieving

commutation control». привода робота с питанием от МРТ», IEEE Trans.

по робототехнике, том. под обзором, 2014.

. [11] Махваш М., Дюпон П. Механика динамического введения иглы

в биологический материал // Биомедицинская инженерия.57, нет. 4, стр. 934–943, апрель 2010 г.

[12] Дж. А. Рабчук, «Винтовка Гаусса и магнитная энергия», The Physics

Teacher, vol. 41, нет. 3, pp. 158–161, 2003.

[13] Д. Каган, «Энергия и импульс в ускорителе Гаусса», The

Physics Teacher, vol. 42, нет. 1, pp. 24–26, 2004.

[14] R. Schill, «Общее соотношение для векторного магнитного поля круглой

токовой петли: более пристальный взгляд», Magnetics, IEEE Transactions on, vol. 39,

нет.2, стр. 961–967, март 2003 г.

[15] А. Т. Беккер, «Оптимизация гаусс-пушки, демонстрационный проект Wolfram

», октябрь 2014 г. [онлайн]. Доступно: http://демонстрации.

wolfram.com/OptimizingAGaussGun/

[16] C. for Disease Control, Prevention et al., «Желудочно-кишечные травмы

в результате приема внутрь магнита у детей — США, 2003–2006», MMWR:

Заболеваемость и смертность Еженедельный отчет, том. 55, нет. 48, стр. 1296–

1300, 2006.

[17] M. F. Kircher, S. Milla и M. J. Callahan, «Проглатывание магнитных

инородных тел, вызывающих множественные перфорации кишечника», Pediatric radiology, vol.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *