自作のガウス砲。 未来に向けて発射: DIY ガウスガン

まず最初に、Science Debate の編集者がすべての砲兵とロケット弾兵に祝福を送ります。 結局のところ、今日は 11 月 19 日、ロケット軍と砲兵の日です。 72 年前の 1942 年 11 月 19 日、スターリングラードの戦いにおける赤軍の反撃は、強力な砲兵の準備から始まりました。

そのため、今日私たちは大砲に特化した出版物を用意しましたが、通常のものではなく、ガウス大砲です。

男は大人になっても心は少年のままだが、おもちゃは変化する。 コンピューターゲーム幼少期に「戦争ごっこ」をやりきれなかった立派な男性にとって、このゲームは真の救いとなり、今では失った時間を取り戻す機会を得ている。

コンピューター アクション映画には、映画では見られない未来的な武器が登場することがよくあります。 実生活- 有名なガウス砲。狂った教授によって植えられたこともあれば、秘密の年代記で偶然発見されたこともあります。

現実でもガウス銃を手に入れることは可能でしょうか？

それは可能であり、一見したほど難しくないことがわかりました。 古典的な意味でのガウス銃が何であるかを簡単に見てみましょう。 ガウス銃は電磁質量加速を利用した兵器である。

この恐るべき武器の設計は、ワイヤーを円筒状に巻いたソレノイドに基づいており、ワイヤーの長さは巻線の直径よりも何倍も大きくなります。 電流が流れると、コイル（ソレノイド）の空洞内に強い磁場が発生します。 発射体をソレノイド内に引き込みます。

発射体が中心に到達した瞬間に電圧が取り除かれると、磁場は慣性による体の動きを妨げず、発射体はコイルから飛び出します。

自宅でガウス銃を組み立てる

自分の手でガウス銃を作成するには、まずインダクタが必要です。 丁寧にボビンに巻き付けていきます エナメル線絶縁体に損傷を与えないように、鋭い曲げをせずに。

ラッピング後、最初の層に瞬間接着剤を塗り、乾燥するまで待ってから次の層に進みます。 同様に、10〜12層を巻く必要があります。 完成したコイルを将来の武器のバレルに置きます。 プラグは端の 1 つに配置する必要があります。

強力な電気インパルスを得るには、コンデンサのバンクが最適です。 弾丸がコイルの中央に到達するまでの短期間、蓄積されたエネルギーを放出することができます。

コンデンサを充電するには充電器が必要です。 適切なデバイスは写真カメラにあり、フラッシュを生成するために使用されます。 もちろん、私たちが解剖するような高価なモデルについて話しているわけではありませんが、使い捨てのコダックでも十分です。

さらに、充電とコンデンサー以外には、他の電気要素は含まれていません。 カメラを分解する際は、感電に注意してください。 充電装置からバッテリークリップを自由に取り外し、コンデンサのはんだを外してください。

したがって、約 4 ～ 5 枚のボードを準備する必要があります (希望と能力があればさらに多くのボードも可能です)。 コンデンサーの選択では、ショットのパワーと充電にかかる時間の間で選択を迫られます。 コンデンサの容量が大きくなると、必要な時間も長くなり、発射速度が低下するため、妥協点を見つける必要があります。

充電回路に取り付けられた LED 素子は、必要な充電レベルに達したことを光で知らせます。 もちろん、追加の充電回路を接続することもできますが、ボード上のトランジスタを誤って焼損しないように、やりすぎないでください。 バッテリーを放電させるには、安全上の理由からリレーを取り付けるのが最善です。

制御回路をリリースボタンを介してバッテリーに接続し、制御回路をコイルとコンデンサの間の回路に接続します。 発砲するには、システムに電力を供給し、光信号の後に武器を充電する必要があります。 電源を切って、狙って撃ってください！

プロセスに魅了されても、その結果として得られるパワーが十分でない場合は、創作を始めることができます。 多段式銃ガウス、それはまさにそうあるべきだからです。

近距離から。 当然のことながら、私はすぐに同様の自家製製品を作りたいと思いました。なぜなら、それは非常に印象的であり、電磁パルスの働きを実際に実証しているからです。 最初のモデルでは、EMRエミッターはやや高かった 容量性コンデンサしかし、この設計は「充電」時間が長いためあまりうまく機能しません。 そこで、中国製の高電圧モジュール（スタンガンで一般的に使用されている）を使用して、それに「パンチ」を追加することにしました。 このデザインが私には合いました。 しかし、残念ながら、私の高電圧モジュールが焼損したため、この自作製品に関する記事を撮影することはできませんでしたが、映像はありました。 詳細なビデオ組み立てについては、ビデオからいくつかのポイントを抜粋することにしました。手作りの製品は本当に非常に興味深いので、管理者が気にしないことを願っています。

これはすべて実験として行われたと言いたいです。

したがって、EMR エミッターには次のものが必要です。
-高電圧モジュール
- 1.5 ボルト電池 2 個
- 電池用ボックス
-ケース、私は使っています ペットボトル 0.5ずつ
-銅線直径0.5～1.5mm
- ロックのないボタン
-ワイヤー

必要なツールは次のとおりです。
-はんだごて
-サーモグルー

それで、最初にやるべきことは、風を起こすことです 上部ボトルの太いワイヤーを約 10 ～ 15 回巻き、交互に巻きます（コイルは電磁パルスの範囲に非常に強い影響を及ぼし、それ自体が最もよく現れました） スパイラルコイル直径4.5cm）ボトルの底を切り取ります。

まず箱から電池を取り出した後、高電圧モジュールを取り出し、ボタンを介して電源を入力線にはんだ付けします。

ハンドルからチューブを取り出し、そこから長さ 2 cm の部分を切り取ります。

写真に示すように、高電圧出力線の 1 つをチューブに挿入し、接着します。

はんだごてを使用して、ボトルの側面に太いワイヤーの直径よりわずかに大きい穴を開けます。

ボトルの内側の穴に最長のワイヤーを挿入します。

残りの高電圧線をそれにはんだ付けします。

高電圧モジュールをボトル内に配置します。

ボトルの側面に、ハンドルからのチューブの直径よりわずかに大きい直径の別の穴を開けます。

穴からワイヤーが付いたチューブを引き出し、しっかりと接着し、熱接着剤で絶縁します。

次に、コイルから2番目のワイヤーを取り出し、チューブの内側に挿入します。それらの間には1.5〜2 cmのエアギャップがあるはずです。実験的に選択する必要があります。

すべての電子機器をボトルの中に入れ、ショートせず、ぶらぶらせず、十分に絶縁してから接着します。

ボタンの直径に沿って別の穴を開け、内側から引き出して接着します。

切り取った底を取り、ボトルにフィットするように端に沿って切り、それを置いて接着します。

OK、もう終わりです！ EMR エミッターの準備ができたので、あとはテストするだけです。 これを行うには、古い電卓を取り出し、貴重な電子機器を取り外し、できれば服装を整えます。 ラテックス手袋ボタンを押して電卓を立ち上げると、チューブ内で故障が発生し始めます。 電流、コイルが電磁パルスを放出し始め、電卓が最初にオンになり、次にランダムに数字を書き始めます。

この自作の前にグローブをベースにEMRを作りましたが、残念ながらテストの動画しか撮っていませんでした。ちなみにこのグローブを持って展示会に行き、プレゼンテーションをしたため2位になりました。不完全に。 EMP グローブの最大範囲は 20 cm でした。この記事が興味を持っていただければ幸いです。高電圧には注意してください。

こんにちは、みんな。 この記事では、マイクロコントローラーを使用して組み立てられるポータブル電磁ガウス銃の作り方を見ていきます。 さて、ガウス砲ですが、もちろん興奮しましたが、電磁砲であることは間違いありません。 このマイクロコントローラー デバイスは、設計例を使用して初心者にマイクロコントローラーのプログラミング方法を教えるように設計されています。 電磁砲電磁ガウス銃自体とマイクロコントローラーのプログラムの両方の設計ポイントをいくつか見てみましょう。

最初から、銃自体の直径と長さ、そしてそれが作られる材料を決定する必要があります。 水銀体温計の10mmプラケースが転がっていたのでそれを使いました。 どれでも使えます 入手可能な材料、非強磁性の性質を持っています。 こちらはガラス、プラスチック、 銅管バレルの長さは、使用される電磁コイルの数に依存する場合があります。 私の場合、4つの電磁コイルが使用され、バレルの長さは20センチメートルでした。

使用されるチューブの直径に関しては、電磁銃の動作中に、使用される発射体に対するバレルの直径を考慮する必要があることがわかりました。 簡単に言うと、バレルの直径は、使用する発射体の直径より大きくてはなりません。 理想的には、電磁砲の銃身は発射体自体に適合する必要があります。

発射体を作成するための材料は、直径 5 ミリメートルのプリンターの車軸でした。 長さ 2.5 センチメートルのブランク 5 つがこの材料から作られました。 ただし、ワイヤーや電極など、ありとあらゆるものを使用することもできます。

発射体自体の重量に注意する必要があります。 重量はできるだけ軽くする必要があります。 私の貝殻は少し重かったです。

この銃を作成する前に、実験が行われました。 ペンの空のペーストをバレルとして使用し、針を発射体として使用しました。 針は電磁砲の近くに設置されたマガジンのカバーをいとも簡単に突き刺した。

オリジナルのガウス電磁銃は、安全上の理由から、約 300 ボルトの高電圧でコンデンサを充電する原理に基づいて構築されているため、初心者のアマチュア無線家は、約 20 ボルトの低電圧で電力を供給する必要があります。 電圧が低いということは、発射体の飛行距離がそれほど長くないことを意味します。 しかし、繰り返しになりますが、それはすべて使用される電磁コイルの数によって決まります。 より多くの電磁コイルが使用されるほど、電磁銃内の発射体の加速は大きくなります。 バレルの直径（バレルの直径が小さいほど、発射体はより遠くまで飛びます）と電磁コイル自体の巻きの品質も重要です。 おそらく、電磁コイルは電磁砲の設計において最も基本的なものであり、最大限の発射体飛行を実現するには、これに細心の注意を払う必要があります。

私の電磁コイルのパラメータを示しますが、あなたのものは異なるかもしれません。 コイルには直径0.2mmのワイヤーが巻かれています。 電磁コイル層の巻き長さは 2 センチメートルで、このような列が 6 つ含まれています。 新しい層をそれぞれ絶縁するのではなく、前の層の上に新しい層を巻き始めました。 電磁コイルは低電圧で駆動されるため、コイルの品質係数を最大化する必要があります。 したがって、すべてのターンを互いにしっかりと巻き、ターンからターンに巻きます。

給電装置については、特に説明する必要はないであろう。 すべては、生産時に残った廃箔PCBからはんだ付けされました。 プリント基板。 すべてが写真に詳細に示されています。 フィーダーの心臓部は SG90 サーボ ドライブで、マイクロコントローラーによって制御されます。

フィードロッドは直径 1.5 mm のスチールロッドでできており、サーボドライブと結合するためにロッドの端には M3 ナットが封止されています。 アームを増やすために、直径 1.5 mm の銅線の両端を曲げてサーボ ドライブ ロッカーに取り付けます。

廃材から組み立てられたこの単純な装置は、電磁砲の銃身に発射体を発射するのに十分です。 フィードロッドはローディングマガジンから完全に突き出る必要があります。 ひび割れた真鍮のスタンド 内径長さは3mmと7mmです。 捨てるのが惜しかったので、箔基板同様に重宝しました。

atmega16 マイクロコントローラーのプログラムは AtmelStudio で作成されており、完全に プロジェクトを開くあなたのために。 マイクロコントローラー プログラムで行う必要がある設定をいくつか見てみましょう。 最大限に 効率的な仕事電磁ガンを使用する場合は、プログラムで各電磁コイルの動作時間を設定する必要があります。 設定は順番に行われます。 まず、最初のコイルを回路にはんだ付けします。他のコイルは接続しないでください。 動作時間（ミリ秒単位）をプログラムで設定します。

ポルタ |=(1<<1); // катушка 1
_遅延_ms(350); / / 労働時間

マイクロコントローラーをフラッシュし、マイクロコントローラー上でプログラムを実行します。 コイルの力は、発射体を引き込み、初期加速を与えるのに十分である必要があります。 最大の発射到達距離を達成した後、マイコンプログラムでコイルの動作時間を調整し、2番目のコイルを接続して時間も調整することで、さらに大きな発射体の飛行距離を実現します。 したがって、第１のコイルはオンのままである。

ポルタ |=(1<<1); // катушка 1
_遅延_ms(350);
ポルタ&=~(1<<1);
ポルタ |=(1<<2); // катушка 2
_遅延_ms(150);

このように、各電磁コイルを順番に接続して動作を設定します。 電磁ガウス銃の装置内の電磁コイルの数が増加すると、速度が増加し、それに応じて発射体の射程も増加するはずです。

各コイルを設定するという面倒な手順を省略できます。 しかし、これを行うには、電磁銃自体の装置を最新化し、電磁コイルの間にセンサーを取り付けて、あるコイルから別のコイルへの発射体の動きを監視する必要があります。 センサーとマイクロコントローラーを組み合わせると、セットアッププロセスが簡素化されるだけでなく、発射体の飛行距離も長くなります。 私はこれらの付加機能を追加しませんでしたし、マイクロコントローラー プログラムを複雑にすることもありませんでした。 目標は、マイクロコントローラーを使用して面白くてシンプルなプロジェクトを実装することでした。 もちろん、どれだけ面白いかはあなた次第です。 正直に言うと、私は子供のようにこのデバイスを「磨き」、マイクロコントローラー上のより本格的なデバイスのアイデアが成熟しました。 しかし、これは別の記事で取り上げます。

プログラムとスキーム -

コンピューター ゲームであっても、マッド サイエンティストの研究室か、未来へのタイム ポータルの近くでしか見つけられない武器を持っているのはクールです。 テクノロジーに無関心な人々が思わずデバイスに目を向けたり、熱心なゲーマーが急いで床から顎を持ち上げたりする様子を観察するため、ガウス大砲を組み立てるのに一日を費やす価値があります。

いつものように、最も単純な設計であるシングルコイル誘導銃から始めることにしました。 発射体の多段階加速の実験は、強力なサイリスタを使用して複雑なスイッチング システムを構築し、コイルの連続作動の瞬間を微調整することができた経験豊富な電子技術者に委ねられました。 その代わりに、私たちは広く入手可能な食材を使って料理を作成できることに焦点を当てました。 ガウス砲を作るには、まず買い物に行かなければなりません。 ラジオ店では、電圧が 350 ～ 400 V、総容量が 1000 ～ 2000 マイクロファラッドのコンデンサをいくつか購入する必要があります。直径 0.8 mm のエナメル銅線、Krona 用の電池室と 1.5 ボルトの C-2 個を購入する必要があります。タイプの電池、トグルスイッチ、ボタン。 写真用品では、コダックの使い捨てカメラ 5 台、自動車部品では、Zhiguli の単純な 4 ピン リレー、「製品」では、カクテル ストローのパック、「おもちゃ」では、プラスチック製のピストル、マシンガン、ショットガンを考えてみましょう。 、ショットガン、または将来の武器に変えたいその他の銃。

夢中になろう

私たちの銃の主な電力要素はインダクターです。 その製造が完了したら、武器の組み立てを開始する価値があります。 長さ 30 mm のストローと 2 つの大きなワッシャー (プラスチックまたはボール紙) を用意し、ネジとナットを使用してボビンに組み立てます。 エナメル線を順番に慎重に巻き始めます（線径が大きい場合、これは非常に簡単です）。 ワイヤーを急激に曲げたり、絶縁体を損傷したりしないように注意してください。 最初の層を完成したら、瞬間接着剤で満たし、次の層を巻き始めます。 これを各レイヤーで行います。 合計12層巻く必要があります。 次に、リールを分解し、ワッシャーを取り外し、バレルとして機能する長いストローの上にリールを置きます。 ストローの一端は栓をしてください。 完成したコイルを 9 ボルトのバッテリーに接続することでテストするのは簡単です。ペーパー クリップを挟むことができれば成功です。 ストローをコイルに挿入し、ソレノイドとしてテストすることができます。コイルはペーパークリップを積極的に引き込み、パルス接続されている場合はバレルから20〜30 cm飛び出すこともあります。

シンプルなシングルコイル回路に慣れたら、多段砲の構築で自分の力をテストできます。結局のところ、これが本物のガウス砲のあるべき姿です。 サイリスタ (強力に制御されたダイオード) は、低電圧回路 (数百ボルト) のスイッチング素子として理想的であり、制御されたスパーク ギャップは高電圧回路 (数千ボルト) に最適です。 サイリスタの制御電極またはスパークギャップへの信号は、発射体自体によって送信され、コイル間のバレルに取り付けられたフォトセルを通過します。 各コイルがオフになる瞬間は、コイルに供給されるコンデンサーに完全に依存します。 注意: 特定のコイル インピーダンスに対してコンデンサの静電容量を過度に増加させると、パルス持続時間が長くなる可能性があります。 さらに、これは、発射体がソレノイドの中心を通過した後、コイルがオンのままになり、発射体の動きを遅くするという事実につながる可能性があります。 オシロスコープは、各コイルのオン/オフの瞬間を詳細に追跡して最適化したり、発射体の速度を測定したりするのに役立ちます。

価値観を解剖する

コンデンサのバッテリーは、強力な電気パルスを生成するのに理想的です (この意見では、最も強力な実験用レールガンの作成者に同意します)。 コンデンサは、その高いエネルギー容量だけでなく、発射体がコイルの中心に到達する前に、非常に短い時間内にすべてのエネルギーを放出できるという点でも優れています。 ただし、コンデンサは何らかの方法で充電する必要があります。 幸いなことに、必要な充電器はどのカメラでも利用できます。フラッシュの点火電極用の高電圧パルスを生成するためにコンデンサが使用されています。 使い捨てカメラが最も適しているのは、カメラに搭載されている電気部品がコンデンサと「充電器」だけであるためです。つまり、充電回路を取り出すのは簡単です。

Quake シリーズの有名なレールガンが大差でランキングの 1 位に輝きました。 長年にわたり、「レール」の巧みな使い方が上級プレイヤーの注目を集めてきました。この武器には繊細な射撃精度が必要ですが、命中すれば高速発射体が文字通り敵を粉々に引き裂きます。

使い捨てカメラの分解は、注意が必要な段階です。 ケースを開けるときは、電気回路の要素に触れないように注意してください。コンデンサは長時間電荷を保持する可能性があります。 コンデンサにアクセスしたら、まず誘電体ハンドル付きドライバーを使ってその端子を短絡します。 この後初めて、感電を恐れることなくボードに触れることができるようになります。 充電回路からバッテリーブラケットを取り外し、コンデンサーのはんだを外し、充電ボタンの接点にジャンパーをはんだ付けします。これはもう必要ありません。 この方法で充電ボードを最低5枚用意します。 基板上の導電性トラックの位置に注意してください。異なる場所にある同じ回路要素に接続できます。

立ち入り禁止区域の狙撃銃は、リアリズムの点で2番目の賞を受賞しました。LR-300ライフルに基づいて作られた電磁加速器は、多数のコイルで輝き、コンデンサーを充電するときに特徴的にうなり音を立て、遠距離の敵を殺します。 電源は Flash アーティファクトです。

優先順位の設定

コンデンサ容量の選択は、ショットのエネルギーとガンの充電時間の間の妥協の問題です。 私たちは、470 マイクロファラッド (400 V) のコンデンサを 4 つ並列接続することに落ち着きました。 各ショットの前に、コンデンサの電圧が必要な 330 V に達したことを示す充電回路の LED からの信号を約 1 分間待ちます。充電プロセスは、複数の 3 ボルト バッテリ コンパートメントを接続することで加速できます。充電回路と並列に接続します。 ただし、強力な「単二」バッテリーは弱いカメラ回路に対して過剰な電流を流すことに留意する価値があります。 基板上のトランジスタが焼損するのを防ぐために、各 3 ボルト アセンブリには 3 ～ 5 個の充電回路が並列接続されている必要があります。 私たちの銃では、1 つのバッテリー コンパートメントのみが「充電器」に接続されています。 他のすべては予備のストアとして機能します。

コダックの使い捨てカメラの充電回路上の接点の位置。 導電性トラックの位置に注意してください。回路の各ワイヤは、いくつかの便利な場所で基板にはんだ付けできます。

安全ゾーンの定義

400 ボルトのコンデンサのバッテリーを放電させるボタンを指の下に押し続けることはお勧めしません。 降下を制御するには、リレーを設置することをお勧めします。 制御回路はシャッターボタンを介して9ボルトバッテリーに接続されており、制御回路はコイルとコンデンサーの間の回路に接続されています。 概略図は、銃を正しく組み立てるのに役立ちます。 高電圧回路を組み立てる場合は、充電回路と制御回路に適した断面が 1 ミリメートル以上のワイヤを使用してください。 回路を実験するときは、コンデンサに残留電荷が存在する可能性があることに注意してください。 触れる前に短絡して放電してください。

最も人気のある戦略ゲームの 1 つでは、世界安全保障評議会 (GDI) の歩兵が強力な対戦車レールガンを装備しています。 さらに、アップグレードとして GDI 戦車にもレールガンが搭載されています。 危険性という点では、このような戦車はスター・ウォーズのスター・デストロイヤーとほぼ同じです。

要約しましょう

撮影プロセスは次のようになります。電源スイッチをオンにします。 LED が明るく光るまで待ちます。 発射体がコイルのわずかに後ろになるように発射体をバレル内に下げます。 発砲時にバッテリーがそれ自体からエネルギーを消費しないように電源を切ります。 狙いを定めてシャッターボタンを押します。 結果は発射体の質量に大きく依存します。 頭を噛みちぎられた短い釘を使ってエナジードリンクの缶を撃ち抜くことに成功しました。缶が爆発して編集部の半分が水浸しになりました。 その後、粘性ソーダを取り除いた大砲が50メートルの距離から壁に釘を打ち込んだ。 そして私たちの武器は、何の殻もなく、SF とコンピューター ゲームのファンの心を打ちます。

Ogame はマルチプレイヤー宇宙戦略であり、プレイヤーは惑星系の皇帝のような気分になり、同じ生きている敵と銀河間戦争を繰り広げます。 『Ogame』はロシア語を含む 16 か国語に翻訳されています。 ガウスキャノンは、ゲーム内で最も強力な防御武器の 1 つです。

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充電コンデンサ 致命的危険な！

電磁砲（ガウスガン、英語。 コイルガン) の古典的なバージョンでは、強磁性体の「発射体」を加速するために、より強い磁場の領域に引き込まれるという強磁性体の特性を利用する装置です。

私のガウスガン:
上から見る:


側面図：


1 - リモートレリーズ接続用コネクタ
2 - 「バッテリー充電/作業」スイッチ
3 - コンピュータのサウンドカードに接続するためのコネクタ
4 - コンデンサ充電/ショットスイッチ
5 - 緊急コンデンサ放電ボタン
6 - 「バッテリー充電」インジケーター
7 - 「作業」インジケーター
8 - 「コンデンサーの充電」インジケーター
9 - 「ショット」インジケーター

ガウス砲の動力部分の図:

1 - トランク
2 - 保護ダイオード
3 - コイル
4 - IR LED
5 - IRフォトトランジスタ

私の電磁砲の主な設計要素:
バッテリー -
リチウムイオン電池を2個使用しています 三洋電機 UR18650A直列接続された容量 2150 mAh のラップトップからの 18650 フォーマット:
...
これらの電池の最大放電電圧は 3.0 V です。

制御回路に電力を供給するための電圧コンバータ -
バッテリからの電圧は、34063 チップ上の昇圧電圧コンバータに供給され、電圧が 14 V に増加します。次に、電圧がコンバータに供給されてコンデンサが充電され、7805 チップによって 5 V に安定化され、制御回路に電力を供給します。

コンデンサを充電するための電圧コンバータ -
7555タイマーに基づいた昇圧コンバータと MOSFET-トランジスタ ;
- これ N-チャネル MOSFET- ハウジング内のトランジスタ TO-247最大許容ドレイン・ソース間電圧 VDS= 500 ボルト、最大パルスドレイン電流 ID= 56 アンペアおよび標準的なオープン状態のドレイン-ソース間抵抗 RDS(オン)= 0.33オーム。

コンバータのチョークのインダクタンスは、その動作に影響を与えます。
インダクタンスが低すぎると、コンデンサの充電速度が遅くなります。
インダクタンスが高すぎるとコアが飽和する可能性があります。

パルスジェネレーターとして（ 発振回路) コンバーター用 ( 昇圧コンバータ) マイクロコントローラー (たとえば、一般的な Arduino）、パルス幅変調（PWM、 PWM) パルスのデューティ サイクルを制御します。

コンデンサ（コイルキャップ（コンデンサー）） -
数百ボルトの電圧に対応する電解コンデンサ。
以前は、電圧 300 V で容量 800 μF のソビエト製外部フラッシュの K50-17 コンデンサを使用しました。

私の意見では、このコンデンサの欠点は、動作電圧が低いこと、漏れ電流が増加すること (充電時間が長くなる)、そして静電容量が増加する可能性があることです。
したがって、私は輸入された最新のコンデンサの使用に切り替えました。

三和電圧450V、容量220μFシリーズ用 H.C.. H.C.- これは標準シリーズのコンデンサです 三和、他のシリーズもあります: 彼- より広い温度範囲で動作します。 H.J.- 寿命が延びる。

PEC電圧400V、容量150μFの場合。
また、オンラインストアから購入した3番目のコンデンサを、電圧400V、容量680μFでテストしました。 dx.com -

結局コンデンサを使うことにしました PEC 電圧400V、容量150μFの場合.

コンデンサの場合、その等価直列抵抗 ( ESR).

スイッチ -
電源スイッチ SA充電されたコンデンサをスイッチングするように設計されています Cリールあたり L:

サイリスタか IGBT-トランジスタ:

サイリスタ -
カソード制御付きパワーサイリスタТЧ125-9-364を使用しています
外観

寸法

- 高速ピン サイリスタ: 「125」は最大許容実効電流 (125 A) を意味します。 「9」はサイリスタのクラスを意味します。 数百ボルト (900 V) の繰り返しパルス電圧。

サイリスタをキーとして使用するには、コンデンサバンクの静電容量を選択する必要があります。電流パルスが長く続くと、コイルの中心を通過した発射体の後退につながるためです。」 サックバック 効果".

IGBTトランジスタ -
鍵として使用する IGBT-トランジスタはコイル回路を閉じるだけでなく開くこともできます。 これにより、発射体がコイルの中心を通過した後に電流 (およびコイルの磁場) を遮断できます。そうでないと、発射体はコイル内に引き戻され、速度が低下します。 しかし、コイル回路を開く (コイル内の電流が急激に減少する) と、電磁誘導の法則に従ってコイルに高電圧パルスが発生します $u_L = (L ((di_L) \over (dt) ))$。 鍵を守るために -IGBT-トランジスタの場合、追加の要素を使用する必要があります。

VDテレビ- ダイオード ( TVSダイオード)、キーが開いたときにコイルに電流の経路を作成し、コイル上の急激な電圧サージを減衰します。
Rdis- 放電抵抗 ( 放電抵抗器) - コイル内の電流を減衰させます (コイルの磁場のエネルギーを吸収します)
Ｃｒｓリンギング抑制コンデンサ）、キー上の過電圧パルスの発生を防止します（抵抗を追加して形成することができます） RCスナバ)

私が使用した IGBT-トランジスタ IRG48BC40F人気シリーズから IRG4.

コイル -
コイルはプラスチックのフレームに銅線で巻かれています。 コイルのオーム抵抗は 6.7 オームです。 多層巻線の幅 (バルク) $b$ は 14 mm に等しく、1 つの層には約 30 回の巻きがあり、最大半径は約 12 mm、最小半径 $D$ は約 8 mm (平均半径 $ a$は約10mm、高さ$c$-約4mm）、ワイヤー直径-約0.25mm。
コイルに並列にダイオードが接続されています UF5408 (抑制ダイオード) (ピーク電流 150 A、ピーク逆電圧 1000 V)、コイル内の電流が遮断されたときの自己誘導電圧パルスを減衰させます。

たる -
ボールペンのボディから作られています。

発射体 -
テスト発射体のパラメータは、直径 4 mm (バレルの直径 ~ 6 mm)、長さ 2 cm (発射体の体積は 0.256 cm 3、質量 $m$ = 2 グラム) の釘です。鋼の密度を 7.8 g/cm 3 とすると)。 発射体を円錐と円柱の組み合わせとして想像して質量を計算しました。

発射体の材質は次のとおりである必要があります。 強磁性体.
また、発射体の材料にも同じ量が必要です 高い磁気飽和閾値 - 飽和誘導値 $B_s$。 最良の選択肢の 1 つは、飽和誘導が 1.6 ～ 1.7 テスラの通常の軟磁性鉄 (たとえば、通常の非硬化鋼 St. 3 ～ St. 10) です。 釘は、熱処理されていない低炭素鋼線 (鋼等級 St. 1 KP、St. 2 KP、St. 3 PS、St. 3 KP) から作られています。
鋼材の指定:
美術。- 通常の品質の炭素鋼。
0 - 10 - 炭素の割合が10倍に増加。 炭素含有量が増加すると、飽和誘導 $B_s$ は減少します。

そして最も効果的なのは合金です」 パーメンジュール"しかし、それはあまりにもエキゾチックで高価です。この合金は 30 ～ 50% のコバルト、1.5 ～ 2% のバナジウム、残りは鉄で構成されています。パーメンジュールは、既知のすべての強磁性体の中で最も高い飽和誘導 $B_s$ を持ち、最大 2.43 テスラです。

発射体材料も同様の量を有することが望ましい。 低い導電性。 これは、導体ロッド内の交流磁場で発生する渦電流がエネルギー損失につながるためです。

そこで、爪切り発射体の代替品として、フェライトロッドをテストしました（ フェライトロッド)、マザーボードのインダクタから取得:

同様のコイルはコンピューターの電源にも使用されています。

フェライトコアコイルの外観：

ロッドの材質（おそらくニッケル亜鉛（ ニッケル亜鉛）（国内ブランドフェライトNN/VN類似フェライトパウダー）です。 誘電渦電流の発生を排除します。 しかし、フェライトの欠点は、飽和誘導 $B_s$ ～ 0.3 テスラが低いことです。
棒の長さは2cmでした。

ニッケル亜鉛フェライトの密度は $\rho$ = 4.0 ... 4.9 g/cm 3 です。

発射体の重力
ガウス砲の発射体に作用する力の計算は次のようになります。 複雑なタスク。

電磁力の計算例はいくつかあります。

強磁性コアを備えたソレノイド コイルに対する強磁性体の吸引力 (コイルに対するリレー アーマチュアなど) は、式 $F = (((((w I))^2) \mu_0 によって決定されます。 S) \over (2 ((\delta)^ 2)))$、ここで $w$ はコイルの巻き数、$I$ はコイル巻線の電流、$S$ は断面積$\delta$はコイルコアの面積、$\delta$はコイルコアから吸着片までの距離です。 この場合、磁気回路内の強磁性体の磁気抵抗は無視します。

強磁性体をコアレス コイルの磁場に引き込む力は $F = ((w I) \over 2) ((d\Phi) \over (dx))$ で与えられます。
この式において、 $((d\Phi) \over (dx))$ は、コイルの軸に沿って強磁性体を移動させたとき (座標を変更したとき) のコイル $\Phi$ の磁束の変化率です。 $x$)、この値を計算するのは非常に困難です。 上の式は $F = (((I)^2) \over 2) ((dL) \over (dx))$ として書き直すことができます。ここで $((dL) \over (dx))$ はレートですコイルのインダクタンス $L$ を変更します。

ガウスガンの発砲手順
点火する前に、コンデンサを 400 V の電圧に充電する必要があります。これを行うには、スイッチ (2) をオンにし、スイッチ (4) を「CHARGE」位置に移動します。 電圧を示すために、ソビエトのテープレコーダーのレベルインジケーターが分圧器を介してコンデンサーに接続されています。 コイルを接続せずにコンデンサを緊急放電するには、電力 2 W の 6.8 kΩ 抵抗を使用し、スイッチ (5) を使用してコンデンサに接続します。 発射する前に、スイッチ (4) を「SHOT」位置に移動する必要があります。 制御パルスの形成における接点バウンスの影響を回避するために、「ショット」ボタンはスイッチングリレーとマイクロ回路のアンチバウンス回路に接続されています。 74HC00N。 この回路の出力からの信号は、調整可能な持続時間の単一パルスを生成するワンショット デバイスをトリガーします。 このパルスはフォトカプラを介して到着します PC817パルストランスの一次巻線に接続され、制御回路を電源回路からガルバニック絶縁します。 二次巻線で生成されたパルスはサイリスタを開き、コンデンサはサイリスタを通じてコイルに放電されます。

放電中にコイルを流れる電流は、強磁性発射体を引き込む磁場を生成し、発射体に一定の初速度を与えます。 砲身を離れた後、発射体は慣性によって飛行し続けます。 発射体がコイルの中心を通過した後、磁場により発射体の速度が低下するため、コイル内の電流パルスを延長すべきではないことを考慮する必要があります。延長しないと、初速度の低下につながります。発射体の。

ショットをリモート制御するには、ボタンをコネクタ (1) に接続します。

発射体がバレルから離れる速度の決定
発射時の初速とエネルギーは大きく依存します 発射体の初期位置からトランクの中。
最適な位置を設定するには、発射体がバレルから離れる速度を測定する必要があります。 このために、私は光学式速度計、つまり 2 つの光学式センサー (IR LED) を使用しました。 VD1, VD2+ IRフォトトランジスタ VT1, VT2) は互いに $l$ = 1 cm の距離でトランクに配置されます。 飛行中、発射体はフォトトランジスタを LED の放射線からカバーし、チップ上のコンパレータもカバーします。 LM358Nデジタル信号を生成します。

センサー2(コイルに最も近い)の光束が遮られると赤色(" 赤") LED、センサー 1 がブロックされている場合 - 緑色 (" 緑").

この信号は 10 分の 1 ボルトのレベルに変換されます (抵抗による分圧器)。 R1,R3そして R2,R4) は、2 つのプラグ (ガウス コネクタに接続されたプラグと、コンピュータ サウンド カードのソケットに接続されたプラグ) が付いたケーブルを使用して、コンピュータ サウンド カードのリニア (マイクではありません!) 入力の 2 つのチャネルに供給されます。
分圧器:


左- 左チャンネル; 右- 右チャンネル; GND- "地球"

ガンに接続されているプラ​​グ:

5 - 左チャンネル。 1 - 右チャンネル。 3 - 「地面」
コンピューターに接続されているプラ​​グ:

1 - 左チャンネル。 2 - 右チャンネル。 3 - 「地面」

信号処理には無料のプログラムを使用すると便利です 大胆さ().
各サウンド カード入力チャンネルではコンデンサが回路の残りの部分と直列に接続されているため、サウンド カード入力は実際には R.C.-chain を使用すると、コンピューターによって記録された信号は滑らかな形式になります。


グラフ上の特徴的な点:
1 - 発射体の前部がセンサー 1 を通過して飛行する
2 - 発射体の前部がセンサー 2 を通過して飛行する
3 - 発射体後部がセンサー 1 を通過して飛行する
4 - 発射体後部がセンサー 2 を通過して飛行する
センサー間の距離が 1 cm であることを考慮して、点 3 と点 4 の間の時間差によって発射体の初速度を決定します。
指定された例では、デジタル化周波数 $f$ = 192000 Hz、サンプル数 $N$ = 160、発射速度 $v = ((lf) \over (N)) = ((1920) \over 160 )$ は 12 m/s でした。

銃身から離れる発射体の速度は、銃身の端からの発射体後部の変位 $\Delta$ によって指定される銃身内の初期位置によって決まります。

バッテリー容量 $C$ ごとに、最適な発射位置 ($\Delta$ 値) が異なります。

上記の発射体と 370 uF のバッテリー容量の場合、次の結果が得られました。

バッテリー容量が 150 µF の場合、結果は次のとおりです。

発射体の最大速度は $v$ = 21.1 m/s ($\Delta$ = 10 mm の場合) で、これは ~ のエネルギーに相当します。 0.5J -

フェライトロッドの発射体をテストしたところ、バレル内のより深い位置 ($\Delta$ 値がはるかに大きい) が必要であることが判明しました。

銃規制
ベラルーシ共和国では、銃口エネルギーを備えた製品（ マズルエネルギー) 3J以下 適切な許可なく購入され、登録されていません。
ロシア連邦では、銃口エネルギーを備えた製品 3J未満 武器とはみなされません。
英国では、銃口エネルギーを備えた製品は武器とみなされません。 1.3J以下。

コンデンサの放電電流の決定
コンデンサの最大放電電流を決定するには、放電中のコンデンサ両端の電圧のグラフを使用できます。 これを行うには、$n$ = 100 倍に減じられたコンデンサの電圧が分圧器を介して供給されるコネクタに接続します。 コンデンサの放電電流 $i = (n) \cdot (C \cdot ((du) \over (dt))) = (((m_u) \over (m_t)) C tg \alpha)$、ここで $\alpha$ - 特定の点におけるコンデンサ電圧曲線の接線の傾斜角。
以下は、コンデンサの放電電圧曲線の例です。

この例では、$C$ = 800 µF、$m_u$ = 1 V/div、$m_t$ = 6.4 ms/div、$\alpha$ = -69.4°、$tg\alpha = -2 .66 $ に相当します。放電開始時の電流 $i = (100) \cdot (800) \cdot (10^(-6)) \cdot (1 \over (6.4 \cdot (10^(-3) ))) \cdot (-2.66) = -33.3$ アンペア。

つづく