Gauss gun – сказание о 3% КПД

Как-то на просторах интернета я нашел статью про Гаусс пушку и задумался над тем, что неплохо было бы заиметь себе одну (или даже две). В процессе поиска наткнулся я на сайт gauss2k и по простейшей схеме собрал супер-крутую-мега-гаусс-пушку.



Вот она:


И немного пострелял:


И взяла меня тут грусть-печаль сильная о том, что не супер-крутая пушка у меня, а так – пукалка, каких много. Сел я и начал думать, как же мне кпд повысить. Долго думал. Год. Прочитал весь гаусс2к и пол евойного форума. Придумал.

Оказывается, есть программа, написанная учеными заморскими, да нашими умельцами под гаусс пушечку допиленная, и зовется она не иначе как FEMM.

Скачал я с форума .lua скрипт да программу заморскую 4.2 версии и приготовился удариться в расчеты научные. Но не тут-то было, не захотела программа заморская запускать скрипт русский, ибо скрипт под 4.0 версию сделан был. И открыл я инструкцию (у них мануалом она зовется) на языке буржуинском и воскурил ее полностью. Открылась мне истина великая о том, что в скрипт, окаянный, нужно вначале добавить строку хитрую.

Вот она:
setcompatibilitymode(1) -- включаем режим совместимости с версией femm 4.2

И засел я за расчеты долгие, загудела машина моя счетная, и получил описание я ученое:

Описание
Емкость конденсатора, микроФарад= 680
Напряжение на конденсаторе, Вольт = 200
Сопротивление общее, Ом = 1.800147899376892
Внешнее сопротивление, Ом = 0.5558823529411765
Сопротивление катушки, Oм = 1.244265546435716
Количество витков в катушке = 502.1193771626296
Диаметр обмоточного провода катушки, милиметр = 0.64
Длина провода в катушке, метр = 22.87309092387464
Длина катушки, милиметр = 26
Внешний диаметр катушки, милиметр = 24
Индуктивность катушки с пулей в начальном положении, микроГенри= 1044.92294174225
Внешний диаметр ствола, милиметр = 5
Масса пули, грамм = 2.450442269800038
Длина пули, милиметр = 25
Диаметр пули, милиметр = 4
Расстояние, на которое в начальный момент вдвинута пуля в катушку, милиметр = 0
Материал из которго сделана пуля = № 154 Экпериментально подобранный материал (простое железо)
Время процесса (микросек)= 4800
Приращение времени, микросек=100
Энергия пули Дж = 0.2765589667129519
Энергия конденсатора Дж = 13.6
КПД гауса(%)= 2.033521814065823
Начальная скорость пули, м/с = 0
Скорость пули на выходе из катушки, м/с= 15.02403657199634
Максимальная скорость, которая была достигнута, м/с = 15.55034094445013

И тут я сел реализовывать сие колдунство в реальность.

Взял трубку от антенны (одна из секций D = 5mm) и сделал в ней пропил (болгаркой), ибо трубка это замкнутый виток в котором будут наводиться токи окаянные, вихревыми зовущиеся, и будут эту самую трубку нагревать, снижая КПД, который и так невысок.

Вот что получилось: прорезь ~ 30 мм


Начал мотать катушку. Для этого вырезал из фольгированного стеклотекстолита 2 квадрата (30х30 мм) да с отверстием в центре (D = 5мм) и дорожки на нем вытравил хитрые, чтобы к трубке припаять (она то хоть и блестит как железка, но на самом деле латунная).



Со всем этим добром сел мотать катушку:


Намотал. И по все той же схеме собрал сей хитрый девайс.


Вот как это выглядит:


Тиристор и микрик были из старых запасов, а вот конденсатор я достал из компьютерного БП (там их два). Из того же БП впоследствии использовались еще диодный мост и дроссель переделанный в повышающий трансформатор, ибо от розетки заряжаться опасно, да и нет ее в чистом поле, а потому нужен преобразователь построением которого я и занялся. Для этого взял ранее собранный генератор на NE555:


И подключил его к дросселю:

у которого было 2 обмотки по 54 витка 0,8 проводом. Питал я все это от АКБ на 6 вольт. И вот ведь колдунство какое – вместо 6 вольт на выходе (обмотки то одинаковые), я получил целых 74 вольта. Выкурив еще пачку мануалов по трансформаторам я узнал:

— Как известно, ток во вторичной обмотке тем больше, чем быстрее изменяется ток в первичной обмотке, т.е. пропорционален производной от напряжения в первичной обмотке. Если производная от синусоиды тоже является синусоидой с такой же амплитудой (в трансформаторе величина напряжения умножается на коэффициент трансформации N), то с прямоугольными импульсами дело обстоит иначе. На переднем и заднем фронте трапециевидного импульса скорость изменения напряжения очень высока и производная в этом месте тоже имеет большое значение, отсюда и возникает высокое напряжение.

Gauss2k.narod.ru “Портативное устройство для зарядки конденсаторов.” Автор ADF


Немного подумав, я пришел к выводу: раз выходное напряжение у меня 74 вольта, а надо 200 то – 200/74 = в 2,7 раза нужно увеличить количество витков. Итого 54*2,7 = 146 витков. Перемотал одну из обмоток более тонким проводом (0,45). Количество витков увеличил до 200 (про запас). Поигрался с частотой преобразователя и получил вожделенные 200 вольт (по факту 215).

Вот как это выглядит:



Некрасиво, но это временный вариант потом будет переделываться.

Собрав все это добро, я немного пострелял:



Постреляв, решил измерить, что за ТТХ у моей пушки. Начал с измерения скорости.

Посидев вечерком с бумагой и ручкой, вывел формулу, которая позволяет по траектории полета вычислить скорость:


С помощью сей хитрой формулы я получил:

расстояние до цели, x = 2,14 м
отклонение по вертикали, y (среднее арифметическое 10 выстрелов) = 0,072 м
Итого:

Я сначала не поверил, но впоследствии собранные пробивные датчики, подключенные к звуковой карте, показали скорость 17,31 м/с

Мерить массу гвоздика я поленился (да и нечем) поэтому взял массу, которую насчитал мне ФЕММ (2,45 грамма). Нашел КПД.

Энергия запасаемая в конденсаторе = (680 * 10^-6 * 200^2)/2 = 13,6 Дж
Энергия пули = (2,45 * 10^-3 * 17,3^2)/2 = 0,367 Дж
КПД = 0,367/13,6*100% = 2,7%

Вот в принципе и все что связано с одноступенчатым ускорителем. Вот как он выглядит:



Share post
AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

More
Ads

Comments 49

    +36
    Очень не хватает видео процесса стрельбы :)
      +11
      Да, не учёл этот момент, а сейчас возможности снять видео нет, поэтому попробую описать словами.
      Зарядка происходит примерно минуту с лёгким свистом (свистит трансформатор зарядного устройства). Выстрел происходит с тихим щелчком (витки ускоряющей катушки в момент выстрела немного смещаются, от этого и звук), гвоздик летит примерно 3-7 метров полностью беззвучно.
      Моей целью было проверить саму возможность расчёта и создания подобного устройства с КПД более 1%, поэтому мощность небольшая, хотя, если добавить ещё 2-3 ступени то можно получить нечто годное для стрельбы по банкам.
      • UFO just landed and posted this here
          0
          В статье пропали картинки, а вы про видео…
        +1
        Выстрел выглядит приблизительно так
        www.youtube.com/watch?v=D4B1biczwIE
        только менее впечатляюще
          +8
          Прошу пардон, но на видео — рейлган, а не гаусс-ган. Это разные штуки с разной физикой.
            +3
            Да, действительно, пришлось просветиться в википедии. До этого всегда почему-то всегда думал что это одно и то же.
        +26
        Интересно, но стилизация ИМХО не очень удалась. И где видео того, как работают ваши 2,7%?
          +12
          Ну да, насчет стиля — я бы назвал «ара-тюнинг под сказку».
          0
          Интересно, если несколько ускорителей будет, КПД не зависит от начальной скорости снаряда?
          Что-то грустно совсем с таким КПД.
            0
            Там они друг на друга влиять будут, что будет уменьшать кпд. Короче реальные оружейники давно идею забраковали.
              0
              Да КПД напрямую зависит от начальной скорости снаряда, поэтому каждая последующая ступень будет иметь всё больший КПД, соответственно и суммарный КПД пушки будет расти.
                0
                Не думал многокатушечное ружьё собрать, как на первой картинке? Там правда нужно по-хитрому катушки коммутировать в момент выстрела. Например, поставить опто-датчики между катушками и переключать питание катушек в момент перехода пули из одной катушки в другую. Конечно, придется с контроллером заморочиться. И катушку питать высокочастотными импульсами, а не просто одним импульсом.

                Потом, пулю нужно делать потолще, подлинее и поферромагнитнее, чтобы она лучше в магнитное поле втягивалась. Гвоздик маловат имхо.
                  0
                  Думал, можно расширить до многоступенчатой версии, схема на оптике и тиристорах довольно простая, но каждую ступень нужно считать отдельно, контроллер конечно можно использовать но, имхо, это те 20% профита на реализацию которого нужно 80% усилий ;)
                  По поводу пули потолще: при увеличении толщины пули КПД конечно возрастёт но так-же возрастёт и масса пули а соответственно падает скорость полёта, что не есть хорошо, тут я попытался найти баланс этими параметрами, ну и конечно у меня была трубка D 5мм и это тоже наложило ограничение на размер снаряда.
              +2
              Сдаётся мне, чтобы повысить кпд, нужно хитрее соленоид лепить: разной толщины обмотки, на разных радусах разные токи, и вообще чем больше шагов и точнее разгон тем выше кпд.
                0
                энергия пули (mV^2)/2, а значит: (2,45 * 10^-6 * 299,9824)/2 = 367,47844 * 10^-6, что конечно же меньше Ваших расчетов

                  0
                  я ступил, вы квадрат не поставили и внесли меня в ступор, мои расчеты неверны
                    0
                    Да верно символ ^ у меня при публикации пропал.
                    0
                    А давайте ещё учтём нагрев снаряда ;)
                    +1
                    Нашел моделирование методом конечных элементов code.google.com/p/femm-coilgun/
                    Когда-то и сам писал подобный скрпит к этой же программе.

                    Кстати, по расчетом удавалось значительно повысить КПД при охлаждении жидким азотом (для увеличение проводимости меди).
                    Было бы здорово, если кто-то провел испытания в живую с азотом.
                      +1
                      Что-уж мелочиться, намотать сверхпроводящие катушки, и жидким гелием их.
                      С жидким гелием нынче проблем нет, только деньги доставай.
                      –10
                      Мне изложение материала под старину — понравилось!!!
                      Читается на ура!

                      Еще бы ЯТЬ и прочие старо-славянские обороты речи использовать и вообще был бы полный фарш :)

                      И Засѣв азъ за расчеты долгия, загудѢла машина моя счетная…
                        +17
                        Мицгола на вас нет!
                          +1
                          согласен, «пол евойного форума» — сначала даже не понял, что это значит :)
                          +6
                          Есть примета «Если у статьи в заголовке есть слова „сказ“, „окаянные“ или „заморские“ — статья будет с закосом под старославянские мотивы».
                          Но слава богу, автор к концу статьи и сам утомился и перешел на нормальный язык.
                            +2
                            И сломали бы мы глаза буквами окаянными…
                              +1
                              Не глаза, а очи ясные!
                          • UFO just landed and posted this here
                              0
                              Собирайте из модулей http://habrahabr.ru/post/144631/
                              КПД каждого будет меньше, 1%, но они одинаковые, печатай и соединяй, можно много соединить :)
                                +3
                                У меня одного картинок не видно?
                                  0
                                  То же самое, dropbox говорит 509, слишком нагружен (
                                    +1
                                    Дробпокс заблокировал их из-за хабраэффекта. Автору уже сообщили, ждём обновления.
                                      0
                                      перезалил
                                    0
                                    Подкину немного. Ст. 222 и 223 УК РФ не светят?
                                      0
                                      РФ не светят, автор из Украины (если верить тому, что написано в профиле)
                                        +1
                                        Следуя букве этих статей — ничего не светит. В 222 и 223 речь идет про огнестрельное оружие, а это можно назвать огнестрельным только с огромной натяжкой.
                                        +2
                                        Из описания не ясно криты с гауса нормально сыпятся или нет? Стоит заморачиваться и качать «тяжелое вооружение» (:
                                          +2
                                          Но винтовка Гаусса из категории легкого оружия.
                                            0
                                            Эх давно это все было. Пойду учить матчасть.
                                          0
                                          А емкость конденсатора увеличить не пытались? На 200В можно бы пару тысяч мкФ всунуть. Да и зарядку подшаманить, а то очень долго заряжать будет. КПД хоть и не изменится (если не упадет) а вот энергия снаряда могла бы и вырасти…
                                            0
                                            Вот бы кто рейлган запилил дома — вот это потеха была-бы. Громадные токи, разряды, искры, плазма… ммммм, лепота.
                                            0
                                            Кажется мне, что сфотографировать пытался юный падаван окружающую обстановку, но не сам прибор...(((
                                              +1
                                              Прочитав статью, естественно попробовал сделать пушку из подручных материалов, катушка нашлась готовая 2 слоя по 10 витков, кондер 10000 мкф на 20 в, заряжал 20 вольтовым бп, спуск ручной. Самое интересное это снаряд — шарик от неокуба. Что интересно, шарик полетел, низенько и плохонько, но полетел :) с учетом, того что все собрано на коленке за 2 минуты, результат вполне удовлетворительный.
                                              По-моему, магнитный шарик это идеальный снаряд для автоподачи.
                                              В общем, спасибо за новое хобби :)
                                                0
                                                А можно на таком принципе сделать водяной пистолет? Хочу сделать водяной пистолет управляемый с компьютера.
                                                  0
                                                  На таком принципе — сложно, а чем вас не устраивают различные (полу)механические способы?
                                                    0
                                                    Просто поинтересовался. Если гвозди летают, то почему вода не полетит, подумалось мне.
                                                      0
                                                      Гвозди ферромагнитные, они втягиваются магнитным полем в соленоид. Вода — нет.
                                                        0
                                                        Теоретически при внесении очень мелких ферромагнитных частиц (а возможно и другими способами) можно заставить и воду реагировать… Но много проще сделать это иными способами.

                                                Only users with full accounts can post comments. Log in, please.