Итак, разберем все по порядку. Зарядка пушки работает от сети 220 вольт. Зарядка состоит из конденсатора 1,5 мкФ 400 В. Диоды 1N4006. Напряжение на выходе 350 В.
Далее идет токоограничивающая нагрузка - Н1, в моем случае лампа накаливания, но можно использовать мощный резистор 500 – 1000 Ом. Ключ S1 ограничивает зарядку кондесаторов. Ключ S2 подает разряд мощный разряд тока на соленойд, поэтому S2 должен выдерживать большой ток, в своем случае я использовал кнопку от электрического щитка.
Конденсаторы С1 и С2, каждый 470 мкФ 400 В. В сумме получается 940 мкФ 400 В. Подключать конденсаторы нужно соблюдая полярность и напряжение на них во время зарядки. Контролировать напряжение на них можно вольтметром.
И теперь самое сложное в нашей конструкции гаусс пушки – соленоид. Наматывается он на диэлектическом стержне. Внутренний диаметр ствола 5-6 мм. Провод использовал ПЭЛ 0.5. Толщина катушки 1.5 см. Длина 2 см. Мотая соленоид, нужно каждый слой изолировать супер клеем.
Ускорять нашей электромагнитной гаусс пушкой мы будем обрезки гвоздей или самодельные пули толщиной 4-5 мм, длинной с катушку. Более легкие пули летают на большее расстояние. Более тяжелые летают на расстояние меньше, но энергия у них больше. Мой гаусс ган пробивает пивные банки и стреляет на 10-12 метров в зависимости от пули.
И ещё, для ускорителя лучше подбирать провода потолще, чтобы было меньше сопротивления в цепи. Будьте крайне осторожны! Во время изобретения ускорителя меня несколько раз било током, соблюдайте правила электробезопастности и уделяйте внимание надёжности изоляции. Удачи в творчестве.
Обсудить статью ГАУСС ПУШКА
Электромагнитную рельсовую винтовку, в простонародье пушку Гаусса, не найти в магазине оружия. Она не оставляет гильз и не дает осечек, бесшумна, её не надо чистить, в качестве патрона для этого электромагнитного рельсового орудия может выступить обыкновенный гвоздь, а работает винтовка Гаусса по принципу переменного магнитного поля, разгоняя предметы до умопомрачительных скоростей.
Так как, в отличии от другого оружия, найти и купить электромагнитную пушку Гаусса нельзя, здесь мы подробно расскажем о её схеме, принципе работы и как сделать эту рельсовую винтовку Гаусса в домашних условиях своими руками.
Внимание! Собрав электромагнитную винтовку или пистолет своими руками, не забудьте зарегистрировать свое рельсовое орудие в полиции и получить разрешение на его ношение или хранение в домашних условиях в целях самообороны, ведь как и остальное оружие, пушка Гаусса представляет смертельную опасность для вас и окружающих вас людей, а незаконное её хранение наказывается уголовным кодексом!
Как сделать самодельное орудие Гаусса
Чтобы подробно разобрать принцип работы самодельной винтовки Гаусса, попробуем для начала сделать прототип электромагнитного рельсового орудия из обыкновенной линейки (лучше всего подходит логарифмическая, чтобы, вынув из неё середину, мы получили желобок для шариков), 4 одинаковых мощных магнитов, ножа, клейкой ленты и 9 шариков из металла, диаметром не превышающих высоту магнитов. Собрать прототип винтовки (назовем его пистолетом Гаусса) проще простого даже в домашних условиях и своими руками.
Прикрепите скотчем магниты к линейке на одинаковом расстоянии друг от друга посередине желоба, следя за тем, чтобы крайние магниты не были слишком близко к концам линейки и зарядите с одной стороны от каждого магнита по 2 шарика. Чтобы выстрелить, зарядите шарик в желобок у края линейки со стороны где возле магнита нет шариков и отпустите. Магнитное поле притянет его к магниту, шарик сообщит через него другому шарику свою энергию и тот, за счет воздействия на него этой энергии и вдобавок другого магнитного поля, создаваемого следующим стоящим в схеме магнитом, разгонит его еще быстрее, примерно раза в 2.
Ну вот и все! Прототип самодельной пушки Гаусса сделан в домашних условиях своими руками и по принципу работы орудия ничем не отличается от оригинала, винтовки Гаусса, как собрать схему которой дома самому мы сейчас и расскажем.
Как сделать пушку Гаусса
Чтобы собрать винтовку Гаусса одними магнитами и линейкой не отделаешься. Где найти исходные материалы на халяву? Скорее всего придется как минимум потратиться на несколько конденсаторов на 400-450 Вольт, общая емкость которых бы была в диапазоне 1000-2000 мФ, провод из меди с изоляцией диаметром 1мм, отсек для батареек типа "Крона" и пару полутора вольтовых батареек, спусковой механизм для вашей самодельной винтовки Гаусса в домашних условиях в виде кнопки и тумблера, штук 5 одноразовых фотоаппартов, у которых имеется в наличии вспышка, пару соломинок из какого-нибудь МакДака, в котором заодно можно поесть на халяву , обычное реле от автомобиля "Жигули" на 4 контакта и какой-нибудь корпус для пушки Гаусса в виде игрушечного пистолета, автомата или т.д, от которого будет зависеть внешний вид вашего самодельного электромагнитного рельсового орудия Гаусса, сделать которое можно по следующей схеме:
Принцип оружия Гаусса так же построен на электромагнитных свойствах пушки, ствол из диэлектрика вместе с железным зарядом находится внутри индуктивной катушки, а при подаче электричества в соленоид, возникающее магнитное поле придает снаряду неслабое ускорение.
Если вы еще не догадались, то одноразовые фотоаппараты нам нужны ради устройства зарядки конденсаторов, ведь мы же не хотим сделать одноразовую винтовка Гаусса? Однако разбирая одноразовый фотоаппарат будьте предельно осторожны, ни в коем случае не касайтесь частей электрической цепочки и как можно быстрее замкните выхода конденсатора при помощи отвертки, с диэлектрической рукояткой. Очистите зарядку от батареечных скоб, конденсатора и припаяйте к ней мостик к контактам кнопке для зарядки будущего электромагнитного рельсового орудия Гаусса. Проделайте вышеописанный метод с остальными одноразовыми фотоаппаратами.
Чтобы ускорение у рельсового орудия было максимальным, к тому времени как снаряд окажется у соленоида(индуктивной катушки, не имеющей сердечника), магнитное поле должно быть также максимальным, резко падая при непосредственной близости снаряда у соленоида, для этого надо согласовать характеристики конденсаторов, снаряда и катушки будущей самодельной винтовки Гаусса.
Чтобы сделать соленоид для пушки Гаусса, соберите воедино 4 см соломинки, две шайбы большого размера из пластика или картона, собрав бобину используя гайку и винт. Намотайте провод из меди, внимательно следя за тем, чтобы провод нигде не перегибался, а изоляция ненароком не повредилась, перед намоткой очередного слоя, а всего таких должно быть десять, залейте предыдущий суперклеем. Разберите конструкцию и вставьте в соленоид длинную соломинку, которая станет стволом электромагнитной рельсовой винтовки Гаусса своими руками в домашних условиях. Проверить работоспособность полученной детали можно обычной 9В батарейкой и скрепкой.
Собрав по схеме пушку Гаусса, перед выстрелом следите за светодиодами, чтобы опеределить момент, когда напряжение конденсаторов увеличилось до нужных нам 330В, обычно на это уходит до минуты, но если подключить паралелльно зарядкам конденсаторов несколько батареек по 3В так, чтобы каждый 3В отсек подключался параллельно всем зарядкам, чтобы зарядные платы не сгорели, то время перезарядки самодельной винтовки Гаусса собранной дома самому можно существенно уменьшить.
Для обеспечения безопасности готового электромагнитного рельсового орудия Гаусса сделанного своими руками в домашних условиях в качестве спускового механизма используйте реле, чтобы не контачить с кнопкой, разряжающей конденсаторы, напрямую. Собрать высоковольтный контур можно только проводом с диаметром не менее 1мм, а конденсаторы надо дополнительно разряжать, устраивая короткое замыкание, чтобы пушку Гаусса можно было безопасно хранить дома после выстрела.
Для стрельбы из самодельной винтовки Гаусса включаем питание, ждем сигнала от светодиодов, заряжаем снаряд, чтобы он находился чуть сзади соленоида, выключаем питание и стреляем. Сделанное таким методом электромагнитного рельсовое оружие поражает своей мощностью и не должно ни в коем случае наводиться на живых людей.
Если вы ничего в этом не понимаете, то начать будет лучше с изучения
Гаусс Ган своими руками
Раз уже начали встречаться в одной из статей с пушками гаусса, или по другому Гаусс Ган которые сделаны своими руками , в этой статье я публикую еще одну конструкцию и видиозаписи пушки Гаусса.
Данная пушка Гаусса запитывается от аккумулятора в 12 Вольт . На картинке его видно.
Данную статью так же можно использовать как инструкцию, так как в ней подробно описана сборка пушки.
Характеристики пушки:
Масса:2.5 кг
Скорость снаряда: примерно 9 м/с
Масса снаряда: 29 г
Кинетическая энергия снаряда: примерно 1.17 Дж.
Время зарядки конденсаторов от аккумулятора через преобразователь: 2 сек
Время зарядки конденсаторов от сети через преобразователь: около 30 сек
Размеры: 200х70х170 мм
Данный электромагнитный ускоритель способен стрелять любыми металлическими снарядами, которые магнитятся. Пушка Гаусса состоит из катушки и конденсаторов. При протекании электрического тока через катушку, образуется электромагнитное поле, которое в свою очередь разгоняет металлический снаряд. Назначение самое разное - в основном попугать своих одноклассников. В данной статье я вам расскажу как сделать себе такую Гаусс пушку.
Структурная схема Гаусс Пушки
Хотелось бы уточнить момент.На структурной схеме конденсатор 450 Вольт.А из умножителя выходит 500 Вольт.Абсурд.Не правда ли?Ну автор немного не учел это.Ставим конденсатор не менее чем на 500 Вольт.
А теперь сама схема умножителя:
В схеме используется полевой транзистор IRF 3205 .С этим транзистором скорость зарядки конденсатора 1000 мкФ на напряжение 500 вольт будет примерно равна 2-м секундам (с аккумулятором 4 ампер/часов). Можно использовать транзистор IRL3705, но скорость зарядки будет равна примерно 10-и секундам. Вот видео работы преобразователя:
В умножителе на видео стоят транзистор IRL3705, поэтому конденсаторы долго заряжаются. Позже я заменил IRL3705 на IRF 3205 скорость зарядки стала равна 2-м секундам.
Резистором R7 регулируется выходное напряжение от 50 до 900 вольт; светодиод LED 1 показывает, когда конденсаторы зарядились до нужного напряжения. Если трансформатор умножителя шумит, попробуйте уменьшить емкость конденсатора С1, дроссель L1 не обязателен, емкость конденсатора С2 можно уменьшить до 1000 мкФ, диоды D1 и D2 можно заменить на другие диоды с похожими характеристиками. ВАЖНО! Выключатель S1 замыкать только после того, когда подано напряжение на выводы питания. В противном случае, если подать напряжение на выводы и выключатель S1 будет замкнут, может выйти из строя транзистор из-за резкого скачка напряжения!
Сама схема работает просто: микросхема UC3845 вырабатывает прямоугольные импульсы, которые подаются на затвор мощного полевого транзистора, где усиливаются по амплитуде и подаются на первичную обмотку импульсного трансформатора. Далее импульсы раскаченные импульсным трансформатором до амплитуды 500-600 вольт выпрямляются диодом D2 и выпрямленным напряжением заряжают конденсаторы. Трансформатор взят из компьютерного блока питания. На схеме около трансформатора изображены точки. Эти точки указывают начало обмотки. Способ намотки трансформатора такой:
1 . Варим трансформатор взятый из ненужного компьютерного БП (самый большой трансформатор) в кипятке 5-10 мин, потом аккуратно разбираем Ш-образный ферритовый сердечник и разматываем полностью трансформатор.
2
. Сначала наматываем ПОЛОВИНУ вторичной обмотки проводом диаметра 0.5-0,7 мм. Наматывать надо с ножки указанной на схеме точкой.
Намотав 27 витков отводим провод не откусывая его, изолируем 27 витков бумагой или картоном и запоминаем в какую сторону накручивали провод.ЭТО ВАЖНО!!! Если первичная обмотка будет намотана в другую сторону, то ничего работать не будет, так как токи будут вычитаться!!!
3 . Далее наматываем первичную обмотку. Её наматываем тоже от указанного на схеме начала. Наматываем ее в ту же сторону, в которую была намотана первая часть первичной обмотки. Первичная обмотка состоит из 6-и проводов спаянных вместе и намотанных 4-я витками. Мотаем все 6 проводов параллельно друг другу, ровно выкладывая их 4-я витками в два слоя. Между слоями прокладываем слой изолирующей бумаги.
4 . Далее доматываем вторичную обмотку (ещё 27 витков). Мотаем в ту же сторону, что и раньше. И вот трансформатор готов! Осталось собрать саму схему. Если схема сделана правильно, то схема работает сразу без каких либо настроек.
Детали для преобразователя :
Для преобразователя требуется мощный источник энергии как аккумулятор на 4 ампер/час. Чем мощнее аккумулятор, тем быстрее зарядка конденсаторов.
Вот сам преобразователь:
Печатная плата преобразователя-вид снизу:
Эта плата довольно большая и немного потрудившись, я в Sprint-layout нарисовал плату поменьше:
Для тех, кто не способен сделать преобразователь, есть версия Гаусс пушки от сети ~220 вольт. Вот схема умножителя от сети:
Диоды можно взять любые, которые держут напряжение выше 600 вольт, емкость конденсатора подбирается опытным путем от 0.5 до 3.3 мкФ.
Если схема создана правильно, то она работать будет сразу без каких либо настроек.
Катушка у меня 8 Ом. Она намотана медным лакированным проводом диаметром 0.7 мм. Общая длина провода около 90 метров.
Теперь когда все сделано осталось собрать саму пушку. Общая стоимость пушки около 1000 руб. Стоимость рассчитывалась так:
- Аккумулятор 500 руб.
- Провод можно найти за 100 руб.
- Всякие мелочи и детали 400 руб.
Для тех, кто хочет сделать такую же пушку как у меня вот пошаговая инструкция:
1) Выпиливаем кусок фанеры размером 200х70х5 мм.
2) Делаем специальное крепление для рукоятки. Можно сделать рукоятку из игрушечного пистолета, но у меня стоит рукоятка от пистолета для инъекций инсулина. Внутрь рукоятки устанавливается кнопка с двумя положениями (три вывода).
3) Устанавливаем рукоятку.
4) Делаем крепления на фанере для преобразователя.
5) Устанавливаем преобразователь на фанеру.
6) Делаем защитный щиток на преобразователе, чтобы снаряд не повредил преобразователь.
7) Устанавливаем катушку и все спаиваем все провода как на структурной схеме.
8) Делаем корпус из ДВП
9) Устанавливаем все выключатели на место, аккумулятор закрепляем большими стяжками. Вот и все! Пушка готова! Стреляет эта пушка вот такими снарядами:
Диаметр снаряда 10 мм,а длина 50 мм. Вес 29 грам.
Пушка с приподнятым корпусом:
И в завершение несколько видеозаписей
Вот видео работы Гаусс пушки.Выстрел в коробку из рифлёного картона
Выстрел в плитку толщиной 0.8 мм:
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:
- Кусок фанеры.
- Листовой пластик.
- Пластиковая трубка для дула ∅5 мм.
- Медный провод для катушки ∅0,8 мм.
- Электролитические конденсаторы большой ёмкости
- Пусковая кнопка
- Тиристор 70TPS12
- Батарейки 4X1.5V
- Лампа накала и патрон для неё 40W
- 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.
Информация предоставлена исключительно в образовательных целях!
Администратор сайта не несет ответственности за возможные последствия использования предоставленной информации.
ЗАРЯЖЕННЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ СМЕРТЕЛЬНО ОПАСНЫ!
Электромагнитная пушка (Гаусс-ган, англ. coilgun ) в ее классическом варианте представляет собой устройство, использующее свойство ферромагнетиков втягиваться в область более сильного магнитного поля для ускорения феромагнитного "снаряда".
Мой гаусс-ган:
вид сверху:
вид сбоку:
1 - разъем для подключения дистанционного спуска
2 - переключатель "заряд аккумулятора/работа"
3 - разъем для подключения к звуковой карте компьютера
4 - переключатель "заряд конденсатора/выстрел"
5 - кнопка аварийного разряда конденсатора
6 - индикатор "Заряд аккумулятора"
7 - индикатор "Работа"
8 -индикатор "Заряд конденсатора"
9 - индикатор "Выстрел"
Схема силовой части пушки Гаусса:
1 - ствол
2 - защитный диод
3 - катушка
4 - ИК-светодиоды
5 - ИК-фототранзисторы
Основные элементы конструкции моей электромагнитной пушки
:
аккумулятор
-
я использую два литий-ионных аккумулятора SANYO UR18650A
формата 18650 от ноутбука емкостью 2150 мАч, включенных последовательно:
...
Предельное напряжение разряда этих аккумуляторов составляет 3,0 В.
преобразователь напряжения для питания цепей управления -
Напряжение с батарей поступает на повышающий преобразователь напряжения на микросхеме 34063, который повышает напряжение до 14 В. Затем напряжение поступает на преобразователь для заряда конденсатора, а стабилизированное до 5 В микросхемой 7805 - для питания цепи управления.
преобразователь напряжения для заряда конденсатора
-
повышающий преобразователь на базе таймера 7555 и MOSFET
-транзистора ;
- это N
-канальный MOSFET
-транзистор в корпусе TO-247
с максимально допустимым напряжением "сток-исток" V DS
= 500 вольт, максимальным импульсным током стока I D
= 56 ампер и типичным значением сопротивления "сток-исток" в открытом состоянии R DS(on)
= 0,33 ома.
Индуктивность дросселя преобразователя влияет на его работу:
слишком малая индуктивность определяет низкую скорость заряда конденсатора;
слишком высокая индуктивность может привести к насыщению сердечника.
В качестве генератора импульсов (oscillator circuit ) для преобразователя (boost converter ) можно использовать микроконтроллер (например, популярный Arduino ), который позволит реализовать широтно-импульсную модуляцию (ШИМ, PWM ) для управления скважностью импульсов.
конденсатор (coil cap(acitor))
-
электролитический конденсатор на напряжение несколько сотен вольт.
Ранее я использовал конденсатор К50-17 от советской внешней фотовспышки емкостью 800 мкФ на напряжение 300 В:
Недостатком этого конденсатора являются, по моему мнению, невысокое рабочее напряжение, повышенный ток утечки (приводит к более долгой зарядке) и возможно завышенная емкость.
Поэтому я перешел на использование импортных современных конденсаторов:
SAMWHA
на напряжение 450 В емкостью 220 мкФ серии HC
. HC
- это стандартная серия конденсаторов SAMWHA
, существуют и другие серии: HE
- работающие в более широком температурном диапазоне, HJ
- с увеличенным временем жизни;
PEC
на напряжение 400 В емкостью 150 мкФ.
Также я испытывал третий конденсатор на напряжение 400 В емкостью 680 мкФ, приобретенный в интернет-магазине dx.com
-
В итоге я остановился на использовании конденсатора PEC на напряжение 400 В емкостью 150 мкФ .
Для конденсатора также важно его эквивалентное последовательное сопротивление (ESR ).
переключатель -
силовой переключатель SA
предназачен для коммутирования заряженного конденсатора C
на катушку L
:
в качестве переключателя можно использовать либо тиристоры, либо IGBT -транзисторы:
тиристор
-
я использую силовой тиристор ТЧ125-9-364 с управлением по катоду
внешний вид
размеры
- тиристор быстродействующий штыревого исполнения: "125" означает максимально допустимый действующий ток (125 А); "9" означает класс тиристора, т.е. повторяющееся импульсное напряжение в сотнях вольт (900 В).
Использование тиристора в качестве ключа требует подбора емкости конденсаторной батареи, так как затянутый импульс тока приведет к втягиванию пролетевшего центр катушки снаряда обратно - "suck-back effect" .
IGBT-транзистор -
применение в качестве ключа IGBT
-транзистора позволяет не только замыкать, но и размыкать цепь катушки. Это позволяет прерывать ток (и магнитное поле катушки) после пролета снаряда через центр катушки, иначе бы снаряд втягивался назад, в катушку, и, следовательно, замедлялся. Но размыкание цепи катушки (резкое убывание тока в катушке) приводит к возникновению импульса высокого напряжения на катушке в соответствии с законом электромагнитной индукции $u_L = {L {{di_L} \over {dt}} }$. Для защиты ключа-IGBT
-транзистора необходимо использовать дополнительные элементы:
VD tvs
- диод (TVS diode
), создающий путь току в катушке при размыкании ключа и гасящий резкий бросок напряжения на катушке
R dis
- разрядный резистор (discharge resistor
) - обеспечивает затухание тока в катушке (поглощает энергию магнитного поля катушки)
C rs
ringing suppression capacitor
), предотвращающий возникновение импульсов перенапряжения на ключе (может дополняться резистором, образуя RC-snubber
)
Я использовал IGBT -транзистор IRG48BC40F из популярной серии IRG4 .
катушка (coil) -
катушка намотана на пластиковом каркасе медным проводом. Омическое сопротивление катушки составляет 6,7 Ом. Ширина многослойной намотки (внавал) $b$ равна 14 мм, в одном слое около 30 витков, максимальный радиус - около 12 мм, минимальный радиус $D$ - около 8 мм (средний радиус $a$ - около 10 мм, высота $c$ - около 4 мм), диаметр провода - около 0,25 мм.
Параллельно катушке включен диод UF5408
(supression diode
) (пиковый ток 150 А, пиковое обратное напряжение 1000 В), гасящий импульс напряжения самоиндукции при прерывании тока в катушке.
ствол (barrel)
-
сделан из корпуса шариковой ручки.
снаряд (projectile) -
Параметры испытательного снаряда - отрезок гвоздя диаметром 4 мм (диаметр ствола ~ 6 мм) и длиной 2 см (объем снаряда составляет 0,256 см 3 , а масса $m$ = 2 грамма, если принять плотность стали 7,8 г/см 3). Массу я вычислял, представив снаряд как совокупность конуса и цилиндра.
Материал снаряда обязан быть ферромагнетиком
.
Также материал снаряда должен иметь как можно более высокий порог магнитного насыщения - значение индукции насыщения $B_s$
. Одним из лучших вариантов является обычное магнитомягкое железо (например, обычная незакаленная сталь Ст. 3 - Ст. 10) с индукцией насыщения 1,6 - 1,7 Тл. Гвозди изготавливают из низкоуглеродистой термически необработанной стальной проволоки (сталь марок Ст. 1 КП, Ст. 2 КП, Ст. 3 ПС, Ст. 3 КП).
Обозначение стали:
Ст.
- углеродистая сталь обыкновенного качества;
0 - 10
- процентное содержание углерода, увеличенное в 10 раз. С увеличением содержания углерода снижается индукция насыщения $B_s$.
А самым эффективным является сплав "пермендюр ", но он слишком экзотический и дорогой. Этот сплав состоит из 30-50 % кобальта, 1,5-2 % ванадия и остальное - железо. Пермендюр обладает наивысшей из всех известных ферромагнетиков индукцией насыщения $B_s$ до 2,43 Тл.
Также желательно, чтобы материал снаряда имел как можно более низкую проводимость . Это связано с тем, что возникающие в переменном магнитном поле в проводящем стержне вихревые токи, которые приводят к потерям энергии.
Поэтому в качестве альтернативы снарядам - обрезкам гвоздей я испытал ферритовый стержень (ferrite rod
), взятый из дросселя с материнской платы:
Аналогичные катушки встречаются и в компьютерных блоках питания:
Внешний вид катушки с ферритовым сердечником:
Материал стержня (вероятно, никель-цинковый (Ni-Zn
) (аналог отечественных марок феррита НН/ВН) ферритовый порошок) является диэлектриком
, что исключает возникновение вихревых токов. Но недостатком феррита является низкая индукция насыщения $B_s$ ~ 0,3 Тл.
Длина стержня составила 2 см:
Плотность никель-цинковых ферритов составляет $\rho$ = 4,0 ... 4,9 г/см 3 .
Сила притяжения снаряда
Вычисление силы, действующей на снаряд в пушке Гаусса, является сложной
задачей.
Можно привести несколько примеров вычисления электромагнитных сил.
Сила притяжения кусочка ферромагнетика к катушке-соленоиду с ферромагнитным сердечником (например, якоря реле к катушке) определяется выражением $F = {{{{(w I)}^2} \mu_0 S} \over {2 {{\delta}^2}}}$ , где $w$ - количество витков в катушке, $I$ - ток в обмотке катушки, $S$ - площадь сечения сердечника катушки, $\delta$ - расстояние от сердечника катушки до притягиваемого кусочка. При этом пренебрегаем магнитным сопротивлением ферромагнетиков в магнитной цепи.
Сила, втягивающая ферромагнетик в магнитное поле катушки без сердечника, определяется выражением $F = {{w I} \over 2} {{d\Phi} \over {dx}}$.
В этой формуле ${{d\Phi} \over {dx}}$ - скорость изменения магнитного потока катушки $\Phi$ при перемещении кусочка ферромагнетика вдоль оси катушки (изменении координаты $x$), эту величину вычислить достаточно сложно. Вышеуказанная формула может быть переписана в виде $F = {{{I}^2} \over 2} {{dL} \over {dx}}$, где ${{dL} \over {dx}}$ - скорость изменения индуктивности катушки $L$.
Порядок выполнения выстрела из гаусс-гана
Перед выстрелом конденсатор необходимо зарядить до напряжения 400 В. Для этого необходимо включить выключатель (2) и перевести переключатель (4) в положение "ЗАРЯД". Для индикации напряжения к конденсатору через делитель напряжения подключен индикатор уровня от советского магнитофона. Для аварийного разряда конденсатора без подключения катушки служит резистор сопротивлением 6,8 кОм мощностью 2 Вт, подключаемый с помощью выключателя (5) к конденсатору. Перед выстрелом необходимо перевести переключатель (4) в положение "ВЫСТРЕЛ". Для избежания влияния дребезга контактов на формирование импульса управления кнопка "Выстрел" подключается к схеме защиты от дребезга на переключающем реле и микросхеме 74HC00N
. С выхода этой схемы сигнал запускает одновибратор, который вырабатывает одиночный импульс настраиваемой длительности. Этот импульс поступает через оптопару PC817
на первичную обмотку имульсного трансформатора, обеспечивающего гальваническую развязку цепи управления от силовой цепи. Импульс, формируемый на вторичной обмотке, открывает тиристор и конденсатор разряжается через него на катушку.
Ток, протекающий через катушку при разряде, создает магнитное поле, втягивающее ферромагнитный снаряд и придающее снаряду некоторую начальную скорость. После вылета из ствола снаряд дальше летит по инерции. При этом следует учитывать то, что после пролета снаряда через центр катушки магнитное поле будет замедлять снаряд, поэтому импульс тока в катушке не должен быть затянут, иначе это приведет к уменьшению начальной скорости снаряда.
Для дистанционного управления выстрелом к разъему (1) подключается кнопка:
Определение скорости вылета снаряда из ствола
При выстреле дульная скорость и энергия сильно зависят от начального положения снаряда
в стволе.
Для настройки оптимального положения необходимо измерять скорость вылета снаряда из ствола. Для этого я использовал оптический измеритель скорости - два оптических датчика (ИК-светодиоды VD1
, VD2
+ ИК-фототранзисторы VT1
, VT2
) размещены в стволе на расстоянии $l$ = 1 см друг от друга. При пролете снаряд закрывает фототранзисторы от излучения светодиодов, а компараторы на микросхеме LM358N
формируют цифровой сигнал:
При перекрытии светового потока датчика 2 (ближайшего к катушке) загорается красный ("RED ") светодиод, а при перекрытии датчика 1 - зеленый ("GREEN ").
Этот сигнал преобразуется к уровню в десятые доли вольта (делители из резисторов R1
,R3
и R2
,R4
) и подается на два канала линейного (не микрофонного!) входа звуковой карты компьютера с помощью кабеля с двумя штекерами - штекером, подключаемого к разъему гаусс-гана, и штекером, втыкаемым в гнездо звуковой карты компьютера:
делитель напряжения:
LEFT
- левый канал; RIGHT
- правый канал; GND
- "земля"
штекер, подключаемый к пушке:
5 - левый канал; 1 - правый канал; 3 - "земля"
штекер, подключаемый к компьютеру:
1 - левый канал; 2 - правый канал; 3 - "земля"
Для обработки сигнала удобно использовать бесплатную программу Audacity
().
Так как на каждом канале входа звуковой карты включен последовательно с остальной цепью конденсатор, то фактически вход звуковой карты представляет собой RC
-цепочку, и записанный компьютером сигнал имеет сглаженный вид:
Характерные точки на графиках:
1 - пролет передней части снаряда мимо датчика 1
2 - пролет передней части снаряда мимо датчика 2
3 - пролет задней части снаряда мимо датчика 1
4 - пролет задней части снаряда мимо датчика 2
Я определяю начальную скорость снаряда по разнице времени между точками 3 и 4 с учетом того, что расстояние между датчиками составляет 1 см.
В приведенном примере при частоте оцифровки $f$ = 192000 Гц для количества сэмплов $N$ = 160 скорость снаряда $v = {{l f} \over {N}} = {{1920} \over 160}$ составила 12 м/с.
Скорость вылета снаряда из ствола зависит от его начального положения в стволе, задаваемого смещением задней части снаряда от края ствола $\Delta$:
Для каждой емкости батареи $C$ оптимальное положение снаряда (значение $\Delta$) различно.
Для вышеописанного снаряда и емкости батареи 370 мкФ я получил следующие результаты:
При емкости батареи 150 мкФ результаты были следующими:
Максимальная скорость снаряда составила $v$ = 21,1 м/с (при $\Delta$ = 10 мм), что соответствует энергии ~0,5 Дж
-
При испытании снаряда - ферритового стержня выяснилось, что он требует намного более глубокого расположения в стволе (намного большей величины $\Delta$).
Законы об оружии
В Республике Беларусь изделия с дульной энергией (muzzle energy
) не более 3 Дж
приобретаются без соответствующего разрешения и не регистрируются.
В Российской Федерации изделия с дульной энергией менее 3 Дж
не считаются оружием.
В Великобритании оружием не считаются изделия с дульной энергии не более 1,3 Дж.
Определение разрядного тока конденсатора
Для определения максимального разрядного тока конденсатора можно использовать график напряжения на конденсаторе при разряде. Для этого можно подключиться к разъему, на который через делитель подается напряжение на конденсаторе, уменьшенное в $n$ = 100 раз. Ток разряда конденсатора $i = {n} \cdot {C \cdot {{du} \over {dt}}} = {{{m_u} \over {m_t}} C tg \alpha}$, где $\alpha$ - угол наклона касательной к кривой напряжения конденсатора в данной точке.
Вот пример такой разрядной кривой напряжения на конденсаторе:
В этом примере $C$ = 800 мкФ, $m_u$ = 1 В/дел., $m_t$ = 6,4 мс/дел., $\alpha$ = -69,4°, $tg \alpha = -2,66 $, что соответствует току в начале разряда $i = {100} \cdot {800} \cdot {10^{-6}} \cdot {1 \over {6,4 \cdot {10^{-3}}}} \cdot (-2,66) = -33,3$ ампера.
Продолжение следует
