Электромагнитный ускоритель масс гаусса

Ответы на вопросы в статье по теме: "Электромагнитный ускоритель масс гаусса" с выводами. Здесь собран и подготовлен тематический материал. При возникновении вопросов задавайте их юристу-консультанту.

Электромагнитный ускоритель масс гаусса

Расчет магнитного ускорителя масс

Перед тем, как начать делать магнитный ускоритель масс, было бы очень неплохо хотя бы примерно рассчитать его основные параметры и характеристики, на которые можно рассчитывать собрав его.

Читать текст рекомендуется с ручкой, бумажкой и калькулятором, а лучше – с “вордом”, “маткадом” и головой. Ну, если конечно вы хотите произвести расчет своего гаусса прямо по ходу текста.

Как правило, основой для начала конструирования гаусс гана являются имеющиеся в наличии конденсаторы, параметры которых, в сущности, и определяют параметры будущей магнитной пушки.

С этого и начнем. Всякий электрический конденсатор характеризуется электрической емкостью и максимальным напряжением, до которого его можно заряжать. Кроме того, 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. Умножаем емкость (не забыть перевести в Фарады! 1Ф=1000000мКф) на квадрат напряжения и делим все это на два. E=(C*U^2)/2 [Дж]

Полученная энергия будет в джоулях – т.е. сколько джоулей электрической энергии содержится в конденсаторе, если его зарядить на напряжение U.

Зная энергию конденсатора (если конденсаторов несколько, то их энергии можно сложить) можно найти ориентировочную кинетическую энергию снаряда – или попросту мощность будущего магнитного ускорителя. Как правило, КПД МУ примерно равен 1% — т.е. раздели на 100 энергию конденсаторов и найдешь кинетическую энергию гвоздя, с которой он будет выстреливаться из твоего гаусса. Однако при оптимизации гаусса его КПД можно будет поднять аж до 4-7%, что уже существенно.

Кинетическая энергия снаряда находится по формуле E=(m*V^2)/2 [Дж]. Зная кинетическую энергию гвоздя и его массу (m) ты легко найдешь его скорость полета. Умножь энергию на 2, раздели на массу (в Кг) и извлеки квадратный корень, получишь скорость полета гвоздя в мс. Чтобы перевести её в километры в час (если вдруг захочешь) то умножь её на число 3,6.

Ориентировочную скорость полета конкретного гвоздя ты уже знаешь. Так как длина гвоздя тоже, скорее всего известна, ты можешь найти примерную длину обмотки соленоида. Она равна длине снаряда-гвоздя.

Теперь попробуем рассчитать 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.

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 ты уже рассчитал из предыдущих пунктов. С другой стороны, как известно, период свободных колебаний равен 2 Пи умножить на квадратный корень из L*C. В нашей системе колебания будут вовсе не свободными, поэтому период колебаний будет несколько больше этого значения. Впрочем, мы это учтем позже, когда будем рассчитывать непосредственно саму обмотку.

Время полупериода колебаний ты знаешь, емкость конденсаторов тоже – осталось лишь выразить из формулы индуктивность катушки.

На практике индуктивность катушки возьмем несколько меньше в связи с тем, что период колебаний из-за наличия в цепи активного сопротивления будет больше. Раздели индуктивность на 1,5 – думаю, для оценочного расчета это примерно так.

Теперь найдем через индуктивность и длину параметры катушки – число витков и т.д.

Индуктивность соленоида находится по формуле L=m*m0*(N^2*S)/l [Гн].

Где m – относительная магнитная проницаемость сердечника, m0 – магнитная проницаемость вакуума = 4*Пи*10^-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, ты наверняка уже приглядел трубку, на которой собрался наматывать соленоид. Диаметр трубки легко измерить, примерно прикинь толщину будущей намотки и рассчитай площадь поперечного сечения. И не забудь перевести её в квадратные метры! Индуктивность у нас взята с учетом наличия внутри катушки гвоздя. Поэтому относительную магнитную проницаемость возьми 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). Кроме того, учти то, что диаметр обмотки больше диаметра гвоздя, поэтому значение m взятое из справочника можно разделить еще раз на 2.

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

Теперь 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. Помножь его на 2, думаю, будет достаточно.

Ясное дело, что чем меньше сопротивление, тем лучше. Т.е. вроде как провод большего диаметра предпочтителен, однако это вызовет увеличение геометрических размеров катушки и уменьшение плотности магнитного поля в её середине, так что тут придется искать свою золотую середину. В общем случае типичным для “домашних” гаусс ганов, на энергию порядка 100-500Дж и напряжение 150-400в медный намоточный провод диаметром 0,8-1,2 мм является вполне приемлемым.

Кстати, мощность активных потерь находится по формуле P=I^2*R [Вт] Где: I – ток в амперах, R – активное сопротивление проводов в омах.

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.

Читайте так же:  Как получить землю под гараж возле дома

Индуктивность ты знаешь, энергию тоже – максимум 50% от энергии конденсаторов. Можно взять цифру меньше чем 50% — расчет будет более реалистичным. Ну и находишь ток. Думаю, правила преобразования уравнений ты ещё не забыл из школы.

Вот, собственно, и весь оценочный расчет. В любом случае после изготовления доводить магнитный ускоритель до законченного образца с хорошим КПД придется вручную.

Пушка Гаусса своими руками

Здравствуйте, дорогие друзья! Сегодня я хочу рассказать о том, как сделать электромагнитную пушку Гаусса. Она является разновидностью электромагнитного оружия, её также называют «Электромагнитный ускоритель масс Гаусса». Изобрел эту пушку немецкий ученый Карл Гаусс. Но к сожалению этот метод ускорения масс используется в основном в любительских самодельных установках потому, что не является достаточно эффективным для практического применения в качестве оружия.

Как работает пушка Гаусса?

Гаусс пушка состоит из катушки соленоида, через него проходит пластиковая трубочка, в которую с одной стороны вставляется металлический снаряд. Чтобы произвести выстрел, к соленоиду подключается заряженный конденсатор большой емкости и высоким рабочим напряжением. В соленоиде возникает электромагнитное поле, которое в момент протекания импульса разрядного тока от конденсатора втягивает снаряд в соленоид и разгоняет его. Конструкция пушки настолько проста, что её может собрать любой начинающий радиолюбитель из подручных материалов.

Но следует помнить, что изготовление оружия в некоторых странах запрещено и преследуется по закону! Следует учесть тот факт, что это всего лишь действующая модель пушки Гаусса с дульной энергией около 1,5 Дж и применяется только для развлекательной стрельбы по лампочкам, баночкам и картонным коробкам. Из этого следует вывод: -Делайте смело и ничего не бойтесь! Как говорил космонавт Юрий Гагарин: -Поехали.

Схема электромагнитной пушки Гаусса

Из материалов вам понадобиться:

  • Пластиковая трубочка соответствующая диаметру пули. Но к сожалению, я трубку не нашел и поэтому, сделал ствол из бумаги, намотал её на карандаш и намазал клеем.
  • Диод любой на 1,5 А
  • Лампочка 40 Ватт 220 В, можно 60 Ватт 220 В
  • Кнопка с контактами на замыкание при нажатии 1,5 А
  • Автоматический выключатель не менее 40 А
  • Медный провод в лаковой изоляции диаметром 0,5-0,7 мм
  • Конденсатор электролитический 1000 мкф 450 В, можно использовать сборку из конденсаторов. Чем больше емкость, тем лучше стреляет. Рабочее напряжение у используемых конденсаторов не менее 250 В.

Чертеж электромагнитного ускорителя для пушки Гаусса

Особое внимание следует уделить изготовлению катушки соленоида, от правильности изготовления зависит мощность выстрела и дальность полета пули. Обмотка соленоида наматывается проводом в лаковой изоляции диаметром 0,5-0,7 мм и содержит 200 витков. Провод мотаем виток к витку, каждый слой заливаем нитролаком и оборачиваем бумагой.

Обмотку своей пушки я намотал в пять слоев проводом 0,5 мм, в каждом слое у меня получилось по 40 витков, а в сумме 200 витков. Сопротивление катушки замерил мультиметром получилось 8 ом.

Пули для Гаусс пушки я изготовил из обычного строительного гвоздя диаметром 6 мм и длиною 200 мм.

Пули для Гаусс пушки из строительного гвоздя 6х200 мм

Как стрелять из Гаусс пушки?

Включаем вилку в розетку и нажимаем кнопку «Заряд», как только лампочка потухнет, значит конденсатор полностью зарядился.

Вставляем пулю в ствол.

Нажимаем кнопку «Огонь». Происходит выстрел, пуля с большой скоростью вылетает из ствола.

Хочу напомнить о технике безопасности:

    • Не направляйте пушку в сторону домашних животных и людей
    • Не заглядывайте в ствол
    • Не стреляйте в металлические предметы во избежание рекошета
    • Не трогайте контакты заряженного конденсатора, во избежание поражения электрическим током

А сейчас о самом главном… Баллистические испытания пушки Гаусса.

Испытания пушки проводил с расстояния в 15 сантиметров до цели. Максимальная дальность полета пули около 2 метров. Стреляет абсолютно бесшумно, слышен лишь удар пули о картонную коробку.

Коробка из тонкого картона.

Коробка из рифленого картона.

Коробка из более плотного рифленого картона.

Резиновая кричащая курица.

Лампочка 500 Ватт 220 В.

В заключение хочу сказать, что действующая модель пушки Гаусса идеально подходит для демонстрации возможностей соленоида и электромагнитной индукции, возникающей в нем при отдаче конденсатором накопленной энергии. А так же для развлекательной стрельбы по коробкам, баночкам и лампочкам.

Хотите удивить своих друзей? Соберите пушку Гаусса своими руками!

И обязательно посмотрите видеоролик, в котором вы увидите, как стреляет Гаусс пушка.
До встречи в новых статьях!

Электромагнитный ускоритель масс

Электромагнитный ускоритель масс (ЭМУ) — общее название установки для ускорения объектов с помощью электромагнитных сил.

Электромагнитные ускорители масс принято подразделять на следующие виды:

Вложение Размер
el._magn_uskoritel.pptx 2.3 МБ
Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

Электромагнитный ускоритель масс Выполнил Студент гр. ТМ-17 Майоров Н.А.

ВВЕДЕНИЕ Электромагнитный ускоритель масс (ЭМУ) — общее название установки для ускорения объектов с помощью электромагнитных сил. Электромагнитные ускорители масс принято подразделять на следующие виды: Рельсотрон — импульсный электродный ускоритель масс « рэйл ган » (от англ. “ Rail gun ”).

Катушка Томпсона — индукционный ускоритель масс (“ Tompson gun ”). В основу функционирования индукционного ускорителя масс положен принцип электромагнитной индукции.

Пушка Гаусса — магнитный ускоритель масс «гаусс ган » (от англ. “ Gauss gun ”). Магнитный ускоритель 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.

Задавшись целью увеличить дальнобойность артиллерии, русские инженеры Подольский и Ямпольский в 1915 году создали проект «магнитно- фугальной » (электромагнитной) пушки. Ее ствол предполагалось выполнить в виде ряда катушек индуктивности. В них по команде должен был подаваться ток. Авторы утверждали, что при заданной мощности электростанции снаряд, разгоняемый электромагнитами по 50-метровому стволу, разовьет скорость 915 м/с и пролетит до 300 км. Эксперты Артиллерийского комитета сочли реализацию проекта Подольского и Ямпольского «несвоевременной». Та же участь постигла проект электромагнитной пушки французов Фашона и Виллепле . Ее ствол представлял собой цепь катушек-соленоидов, к которым по мере движения снаряда следовало поочередно подавать напряжение. Изобретатели подтвердили жизнеспособность своей идеи: при стрельбе из модели электромагнитной пушки 50-граммовый снаряд набирал скорость 200 м/с.

Читайте так же:  Предъявление обвинения в уголовном деле

Из экзотических способов применения ускорителей на основе соленоидов стоит отметить концепцию запуска объектов в космос без помощи ракет. Предполагается, что, построив многокилометровый тоннель из одного или нескольких соленоидов, можно обеспечить достаточную для преодоления земного притяжения скорость разгона тела. При этом в отличие от рельсовой пушки или обычного выстрела на основе теплового расширения газов, запускаемому объекту обеспечивается сравнительно плавное ускорение.

Стоит заметить, что более перспективным считается строительство подобных космических ускорителей на нашем естественном спутнике – Луне. Практическое отсутствие атмосферы и низкая гравитация + низкая окружающая температура открывают фантастические перспективы для сверхпроводящих магнитов. Монорельсовый ускоритель на основе линейного мотора либо тоннель из соленоидов планируется размещать горизонтально на поверхности Луны под небольшим углом. Питаться установка может либо от солнечных батарей, либо от привезенных на Луну ядерных реакторов.

Стоит отметить что широкую популярность пушка гаусса обрела и в играх. Из них могу отметить следующие: трилогия S.T.A.L.K.E.R. , Fallout , Half-Life Source , Crysis .

Характеристики модели: Ёмкость конденсатора, мкФ = 4700.0 Начальное напряжение, В = 380.0 Общее сопротивление, Ом = 0.082 Внешнее сопротивление, Ом = 0.040 Сопротивление обмотки, Ом = 0.042 Количество витков = 126 Диаметр провода, мм = 2.00 Общая длина провода, м = 7.5 Длина катушки, мм = 63.0 Внешний диаметр катушки, мм = 30.0 Индуктивность катушки в старт. позиции, мкГн = 58.5 Внутренний диаметр катушки, мм = 8.0 Масса пули, г = 1.47 Длина пули, мм = 15.0 Диаметр пули, мм = 4.0 Стартовая позиция пули, мм = 3.0 Энергия пули начальная, Дж = 0.0 Энергия пули конечная, Дж = 0.8 Приращение энергии пули, Дж = 0.8 Энергия конденсатора начальная, Дж = 339.3 Энергия конденсатора конечная, Дж = 0.0 Расход энергии конденсатора, Дж = 339.3 Средняя сила, Н = 0.0 КПД, % = 0.24 Начальная скорость пули, м/с = 0.2 Конечная скорость пули, м/с = 33.4 Максимальная скорость пули, м/с = 35.9

Электромагнитный ускоритель масс гаусса

Магнитный ускоритель масс

Если вы не имеете ни малейшего представления о магнитных ускорителях масс и новичок в этой области, то коротко принцип действия магнитного ускорителя масс или “гаусс гана” (от англ. Gauss gun — пушка Гаусса — По имени ученого и математика Гаусса, в честь имени которого названы единицы измерения магнитного поля. 10000Гс = 1Тл) можно описать так. В цилиндрической обмотке (соленоиде) при протекании через нее электрического тока возникает магнитное поле. Это магнитное поле начинает втягивать внутрь соленоида железный снаряд, который от этого начинает разгоняться. Если в тот момент, когда снаряд окажется в середине обмотки ток в последней отключить, то втягивающее магнитное поле исчезнет и снаряд, набравший скорость, свободно вылетит через другой конец обмотки. Чем сильнее магнитное поле и чем быстрее оно отключается – тем сильнее вылетает снаряд.

На практике конструкция простейшего гаусс-гана представляет собой намотанную в несколько слоев на диэлектрическую трубку медную проволоку и конденсатор большой емкости. Внутрь трубки перед самым началом обмотки устанавливается железный снаряд (часто гвоздь со спиленной шляпкой) и предварительно заряженный конденсатор при помощи электрического ключа замыкается на обмотку.

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

Перед тем, как браться за самостоятельное изготовление чего-либо, советую прочитать технику безопасности. С теми, кто считает, что техника безопасности “для лохов”, встретимся на кладбище, другим же советую коротко ознакомится с основными моментами ТБ, знание которых поможет вам быстрее изготовить задуманную электромагнитную пушку, не теряя времени на отлежки в больнице.

Ниже приведена схема конструкции одноступенчатого магнитного ускорителя масс. Для получения более подробной информации о элементах конструкции и их назначении щелкните на них.

А тут FAQ по электромагнитному оружию

Другие типы электромагнитного оружия.

Помимо магнитных ускорителей масс, существует множество других типов оружия, использующих для своего функционирования электромагнитную энергию. Рассмотрим наиболее известные и распространенные их типы.

Электромагнитные ускорители масс.

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

В основу функционирования индукционного ускорителя масс 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 мощнее вылетает кольцо.

Помимо ускорителей масс к электромагнитному оружия относятся источники мощного электромагнитного излучения, такие как лазеры и магнетроны.

Микроволновые пушки — основным функциональным узлом является магнетрон — мощный источник микроволнового излучения. Недостатком микроволновых пушок является их чрезмерная даже по сравнению с лазерами опасность применения — микроволновое излучение хорошо отражается от препятствий и в случае стрельбы в закрытом помещении облучению подвергнется буквально все внутри! Кроме того, мощное микроволновое излучение смертельно для любой электроники, что так же надо учитывать.

А почему, собственно, именно «гаусс ган», а не дискометы Томпсона, рельсотроны или лучевое оружие?

Дело в том, что из всех типов электромагнитного оружия он наиболее прост в изготовлении именно гаусс ган. Кроме того, он имеет довольно высокий по сравнению с другими электромагнитными стрелялками КПД и может работать на низких напряжениях.

Читайте так же:  Еткс педагог дополнительного образования

На следующей по сложности ступени стоят индукционные ускорители – дискометы (или трансформаторы) Томпсона. Для их работы требуются несколько более высокие напряжения, нежели для обычной гауссовки, затем, пожалуй, по сложности стоят лазеры и микроволновки, и на самом последнем месте стоит рельсотрон, для которого требуются дорогие конструкционные материалы, безупречный расчет и точность изготовления, дорогой и мощный источник энергии (батарея высоковольтных конденсаторов) и ещё много всего дорогого.

Кроме того, гаусс ган, несмотря на свою простоту, обладает неимоверно большим простором для конструкторских решений и инженерных изысканий — так что это направление довольно интересное и перспективное.

Электромагнитный ускоритель масс гаусса

Актуальность исследования: С середины 20 века электромагнитные ускорители масс рассматриваются людьми, как полезные приборы для различного рода применения. Актуальный вопрос: где можно применять ЭУМ с наибольшей полезностью.

Объект и предмет исследования: Объектом исследования является электромагнитный ускоритель масс — установка для ускорения объектов с помощью электромагнитных сил. Предметом исследования является возможность широкого использования данных установок.

Степень разработанности проблемы: Считается, что первыми выдвинули идею электромагнитной пушки французские инженеры. Работа по модернизации электромагнитной пушки быстро продвигается в США, а также начинается в других странах. Электромагнитные ускорители — перспективное устройство, которое, несомненно, будет применяться в будущем в промышленности, науки, быту и военном деле. В настоящее время существует множество видов электромагнитных ускорителей масс. Пушка Гаусса в качестве оружия обладает преимуществами, которыми не обладают другие виды стрелкового оружия.

Цель исследования: Создание работоспособной модели ускорителя масс.

Дать определение электромагнитным ускорителям масс;

Объяснить принцип действия и строение каждого из них;

Изучить их применение на практике;

Собрать работоспособную модель ускорителя масс для наглядной демонстрации её способностей;

Выяснить преимущества и недостатки каждого из видов ЭУМ;

Гипотеза исследования: Электромагнитные явления были исследованы давно, и на их основе было изобретено очень много вещей, которыми люди пользуются, и будут пользоваться в течение всей жизни. Но также есть такие изобретения, которые не так широко используются, но стоят внимания. Среди них электромагнитные ускорители масс.

Изучение информации по данной теме по следующим источникам:

Интернет-сайты с информацией об ЭМУ

Видео (кликните для воспроизведения).

СМИ (рубрики с телевидения об ЭМУ)

Проведение практической работы по сборке работоспособной модели ЭМУ

Научная новизна: Преимущества электромагнитной пушки Гаусса по сравнению с другими видами оружия — возможность гибко варьировать начальную скорость и энергию снаряда, а также бесшумность выстрела. Ускоритель может работать в любых условиях, в том числе и космосе. Электромагнитный ускоритель может иметь высокую скорострельность, так как система позволяет досылать снаряд сразу после первого. Однако, идея может получить вторую жизнь в случае изобретения новых компактных и сверхмощных источников тока.

Практическая значимость: Теоретически возможно применение пушек Гаусса для запуска лёгких спутников на орбиту, так как при стационарном использовании есть возможность иметь большой источник энергии. Основное применение — любительские установки, демонстрация свойств ферромагнетиков. Также достаточно активно используется в качестве детской игрушки или развивающей техническое творчество самодельной установки (простота и относительная безопасность). Практическая значимость самой работы состоит в возможности ее использования как демонстрационного материала на уроках и внеклассных мероприятиях по физике.

Структура работы: Работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников и литературы.

Глава 1. Электромагнитные ускорители масс: определение, виды, их происхождения, строения и принципы действия.

Электромагнитный ускоритель масс (ЭМУ) — общее название установки для ускорения объектов с помощью электромагнитных сил.

ЭМУ принято подразделять на три вида:

Рельсотрон – электромагнитный ускоритель масс, разгоняющий токопроводящий снаряд вдоль двух металлических направляющих с помощью силы Ампера.

Термин «рельсотрон» был предложен в конце 1950-х годов советским академиком Львом Арцимовичем для замены существовавшего громоздкого названия «электродинамический ускоритель массы». Причиной разработки подобных устройств, являющихся перспективным оружием, стало то, что, по оценкам экспертов, использование порохов для стрельб достигло своего предела — скорость выпущенного с их помощью заряда ограничена 2,5 км/сек.

В 1970-х годах рельсотрон был спроектирован и построен Джоном П. Барбером из Канады и его научным руководителем Ричардом А. Маршаллом из Новой Зеландии в Исследовательской школе физических наук Австралийского национального университета.(см.приложение№1)

Рельсотрон состоит из двух параллельных электродов, называемых рельсами, подключённых к источнику мощного постоянного тока. Разгоняемая электропроводная масса располагается между рельсами, замыкая электрическую цепь, и приобретает ускорение вследствие силы Ампера, действующей на замкнутый проводник с током в его собственном магнитном поле. Сила Ампера действует и на рельсы, приводя их к взаимному отталкиванию.

Катушка Томпсона – индукционный ускоритель масс.

В основу функционирования индукционного ускорителя масс 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 мощнее вылетает кольцо.

Пушка Гаусса — одна из разновидностей электромагнитного ускорителя масс. Названа по имени немецкого учёного Карла Гаусса , заложившего основы математической теории электромагнетизма . По своему принципу работы (создание бегущего магнитного поля) сходна с устройством, известным как линейный двигатель .

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

Читайте так же:  Судья не выдает решение суда что делать

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

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

Глава 2. Применение ЭМУ

Подобные ускорители давно используют в промышленности и транспортной сфере. В более узком понимании это устройство известно как соленоид и линейный двигатель. Такие двигатели широко применяются в высокоскоростных поездах. Примером служит поезд на магнитной подушке Maglev. Еще более распространенная сфера применения линейных двигателей – высокоточные манипуляторы в станках, современных автоматических дверях и других схожих устройствах. В целом – везде, где есть необходимость преобразования электроэнергии в прямолинейное движение определенных объектов. В 2005 году ВМС США запустили программу по разработке рельсовых орудий под названием Velocitas Eradico, которые должных использоваться в будущем, как мощное оружие, применяемое на море.

По данным первого зампреда комитета Совета Федерации по обороне и безопасности Франца Клинцевича , работа по созданию электромагнитной пушки (рельсотрона) активно ведётся и в России. Предполагается его использование в Воздушно-космических силах, а также в космонавтике для вывода на орбиту полезных грузов.

Способность разгонять снаряд малых масс, вследствие чего пуля приобретает огромную разрушительную силу (особенно у рельсотрона);

Простое строение и простота в использовании (у пушки Гаусса и катушки Томпсона);

Сравнительная безопасность использования (у пушки Гаусса и катушки Томпсона);

Бесшумность выстрела (у пушки Гаусса);

Очень высокое потребление электроэнергии (у рельсотрона);

Очень маленький КПД (особенно у рельсотрона). Дульная энергия снаряда равна 10 МДж, при том, что сама установка питается энергией в 100МДж, из чего следует, что КПД рельсотрона составляет примерно 10%;

Большие по габаритам размеры установки (у рельсотрона);

Большая опасность электрического тока (в рельсотроне используется сила тока, которая примерно в 10 раз больше, чем у молнии);

Глава 4. Практическая часть

Практическая часть заключается в сборке работоспособной модели пушки Гаусса. (см.приложение№2)

Составить и начертить принципиальную схему будущей пушки;

Нарисовать рисунок с примерным расположением компонентов цепи;

Сделать чертежи модели ;

Проверить модель на работоспособность ;

Вывести некоторые характеристики нашей пушки;

Принципиальная схема пушки Гаусса:

1 – сетевая вилка; 2 – лампа накаливания; 3 – диод; 4 – конденсатор; 5 – катушка индуктивности; 6 – кнопка; 7 – гальванический элемент; 8 – тиристор;

Индуктивность катушки в стартовой позиции = 1178 микроГенри
Ёмкость конденсатора = 470 микроФарад
Начальное напряжение = 450 Вольт
Сопротивление обмотки = 1.12, Ом
Масса пули = 1.65 г
Общее время выстрела = 4150 микросекунд
Энергия пули начальная,= 8.27 Дж
Энергия пули конечная,= 0.38 Дж
Энергия конденсатора начальная,= 47.58 Дж
Энергия конденсатора конечная= 0 Дж
Расход энергии конденсатора = 47.5875 Дж
КПД, % = 0.8071467503121468
Начальная скорость пули = 0.1, м/с
Конечная скорость пули = 21.5 м/с
Максимальная скорость пули, (в катушке) = 22.4 м/с
Средняя сила выстрела = 8.44 Н

Проведя эту исследовательскую работу, я подробно изучил электромагнитные ускорители масс, выяснил, где они применяются, выявил их преимущества и недостатки. Также я собрал работоспособную модель пушки Гаусса. Исходя из её характеристик, могу сказать, что при хороших лабораторных условиях, имея все необходимые ресурсы, можно собрать пушку с увеличенным КПД, которой можно заменить огнестрельное оружие у военных. Главным его преимуществом является бесшумность выстрела, а его недостатками сравнительно большой размер и масса, за счёт мощного источника энергии. 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).

Также такой прибор можно применить для запуска искусственных спутников на орбиты Земли.

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаргун В.М. Физика 11, «Просвещение», М., 2010Г., 339 С

Иродов И.Е. Основные законы электромагнетизма, «Стереотип», М., 1991 г., 288 с.

Ресурсы удаленного доступа

Легендарная Гаусс-пушка своими руками http://www.sciencedebate2008.com/handmade-gauss-cannon/

Лунариум: Электромагнитный ускоритель масс http://planetarium-moscow.ru/about/news/detail.php? >

Магнитный ускоритель масс http://www.gauss2k.narod.ru/theory.htm

Пушка Гаусса https://ru.wikipedia.org/wiki/

Электромагнитная пушка: оружие будущего https://www.techcult.ru/technics/1831-elektromagnitnaya-pushka

Внешний вид экспериментальной пушки на принципе рельсотрона (США)

Момент выстрела из экспериментальной пушки — рельсотрона

Электромагнитная пушка

Департамент образования администрации г. Томска

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

Оглавление

Принцип действия ускорителей масс. 3

Катушка Томпсона. 5

Реализация идеи МУ. 6

Строительство мощного электромагнитного ускорителя. 6

Сборка небольшого электромагнитного ускорителя. 8

Программы, использованные при проектировании МУ.. 10

Основные характеристики МУ.. 13

Список литературы.. 14

Магнитный ускоритель масс (МУ) или электромагнитную пушку чаще называют Gauss gun. Это название возникло еще в первой половине прошлого столетия потому, что величина магнитного поля измерялась тогда в гауссах, по имени ученого и математика Гаусса. (10000 гс = 1 Тл). Сейчас, чаще всего, можно встретить гауссовку в компьютерных играх или научной фантастике, но, тем не менее, можно отыскать и реальные, реализованные проекты. Возможно, их показатели далеки от желаемых, но работы по улучшению ведутся не прекращаясь, например Соединённые Штаты ежегодно тратят миллиарды долларов на разработку МУ для вооружения ПРО. Уже сейчас существуют образцы, которые 20 лет назад действительно считались вымыслом и фантастикой.

Принцип действия ускорителей масс

Существует, как минимум 3 типа ускорителей масс: электромагнитные ускорители масс (Gauss gun), индукционные ускорители масс (катушка Томпсона), рельсовые ускорители масс (от англ. “Rail gun” – рельсовая пушка).

На практике конструкция гаусс-гана представляет собой ствол (трубу) из диэлектрика, намотанный на него изолированный проводник (катушка, их может быть несколько), и конденсаторы большой емкости. Внутрь трубки, перед началом катушки, помещают снаряд из железа или другого ферромагнитного вещества, затем, предварительно заряженный конденсатор при помощи электрического ключа замыкается на обмотку. Параметры обмотки, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле,

Рис.1 Схема одноступенчатого МУ

Читайте так же:  Можно ли получить паспорт раньше 14 лет

к моменту подлета снаряда к середине обмотки, ток в последней уже успевал бы уменьшится до минимального значения, то есть заряд конденсаторов был бы уже полностью израсходован, и снаряд смог бы продолжить движение по инерции. В таком случае КПД одноступенчатого (рис.1) МУ будет максимальным.

Существую различные варианты схем многоступенчатого МУ, которые предусматривают синхронизацию замыкания цепи (катушка — конденсатор) при подлете снаряда к обмотке (рис.2).

Рис.2 Собранная плата (на фотографии плата собранного МУ)

Катушка Томпсона

Рис.3 Катушка Томпсона

В основу функционирования индукционного ускорителя масс 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 мощнее вылетает кольцо.

Рис.4 Рельсовая пушка

Реализация идеи МУ.

Строительство мощного электромагнитного ускорителя

Рис.5 Возможно, так выглядела бы электропушка средней мощности

Очевидно, что столь огромные сооружения (рис.5) дороги и не выгодны. Почему же разработки все равно ведутся? Дело в том, что МУ имеет много достоинств:

Разгон снаряда можно выполнять плавно, что делает возможным создание некого подобия поезда, транспортных сетей, возможно, это будет не на Земле, а в космосе, и произойдет не скоро, но перспектива остается. Теоретически, запустить снаряд можно на сотни и даже тысячи километров, путем удлинения ствола (сходство можно найти с рычагом, мы теряем в расстоянии, но выигрываем в силе). Снаряд можно разогнать до огромных скоростей, увеличивая длину ствола и, возможно, число независимых обмоток (только стоит синхронизировать их работу). Полная бесшумность выстрела.

Gauss gun имеет большой потенциал и возможности. Конечно, существуют проблемы, большей частью, заключающиеся в недостаточно развитых технологиях получения больших импульсов тока, достижение сверхпроводимости, а также создания мощных портативных аккумуляторов. Как известно, эти технологии развиваются очень быстро, тем самым, готовя “основание” для воплощения идеи МУ.

Сборка небольшого электромагнитного ускорителя

При сборке многоступенчатого гаусс-гана, в основном проблемы возникают при проектировании схемы. Добиться синхронизации включения определенной катушки в определенный момент, является основной сложностью, так как для максимального результата необходима очень высокая точность, иначе, неверно работающие катушки могут тормозить снаряд. В данной работе я выбрал схему каскадного переключения катушек с некоторой частотой. Точность переключения регулируется взаимным расположением катушек и переменным резистором, меняющим частоту переключения, выведенным на панель основного корпуса системы(рис.6). Таким образом, появляется возможность применять для запуска снаряды с различной массой. Рис.6 Основной корпус

Рассматривался вариант с применение световых или ИК-диодов (инфро-красных) в паре с фотодиодами. На протяжении всего ствола пушки, по количеству катушек, напротив друг-друга, попарно стоят подключенные ИК — и фото-диоды, при прохождении снаряда между ними, прекращается подача инфро-красного излучения, затем срабатывает диод — переключается катушка (сходная система может использоваться для создания датчика скорости). Но такая система достаточно сложна, и имеет ряд проблем с настройкой.

Выбрав каскадный, независимый способ переключения (переключение катушек не зависит от расположения снаряда), более удобный и практичный, возникла только проблема четкой расстановки катушек вдоль ствола (рис.7).

Рис.7 Ствол пушки

Тем не менее, четко расставив катушки и подобрав сопротивление на резисторе, возможно использование снарядов с достаточно большой разностью масс (от 2-5 , до 45-48 грамм). Безусловно, при использовании различных тел будет меняться и конечная скорость выстрела.

Программы, использованные при проектировании МУ

При проектировании ствола МУ использовалась программа 3D моделирования SolidWorks2003 (рис.8-рис.9). Программа позволяет создавать любые детали в 3D пространстве, а так же использовать симуляторы двигателей (в данном случае использовался линейный двигатель)

Рис.8. 3-D модель. Вариант 1(4 катушки)

Рис.9. 3-D модель. Вариант 1(4 катушки)

Для проектирования схемы (рис.2) применялась программа OrCAD_10.3 (рис.10, рис.11, рис.12). Программа позволяет не только составлять схемы, включая большой перечень деталей и микросхем, но и тестировать их, в частности составлять графики тока и напряжения по времени (рис.12).

Рис.11 Простейшая схема колебательного контура

Рис.12 График изменения тока и напряжения во времени простейшего колебательного контура (рис.11)

Основные характеристики МУ

Длина ствола – 100см

Внутренний радиус ствола – 2,3см

Размеры основного корпуса – 30х20х15см

Количество катушек – 8

Диапазон масс снарядов – 2-45гр

Питание – 220В; 50гц

Емкость каждого конденсатора – 2200мкФ

Напряжение каждого конденсатора – 12В

Характеристики катушки (в виде полого цилиндра) – r-2,7см, R-3.6см, L-3см. Толщина медной проволоки – 0,05см

Скорость снаряда непосредственно зависит от его физических свойств (массы, объема, формы и ферромагнитных свойств). Конструкция позволяет экспериментировать с различными снарядами, исследовать различные варианты.

Разрабатывая, и собирая небольшой многоступенчатый МУ типа гаусс-гана, возникали проблемы, в частности из-за недостатка информации по этому вопросу. Приходилось преодолевать многие трудности, не имея точного представления о конечном результате. Но в данной области можно самостоятельно найти новые решения некоторых задач, что делает ее весьма интересной, тем более что идеи создания таких установок очень перспективны. Находя все новые варианты решения проблем, собирая более мощные схемы, можно безгранично совершенствовать конструкцию. Так же развиваются технологии создания портативных аккумуляторов, что позволит расширить возможности реализации проектов.

Современные установки различных типов не дают желаемых результатов, но от теории МУ, полагаю, отказываться не будут, создавая установки более мощные, с большим КПД, кроме того, считается, что его можно приблизить к 95%.

Список литературы

Видео (кликните для воспроизведения).

Автор выражает свою благодарность , а также другим сотрудникам ИОА СО РАН, помогавшим в осуществлении проекта.

Электромагнитный ускоритель масс гаусса
Оценка 5 проголосовавших: 1

КОНСУЛЬТАЦИЯ ЮРИСТА


УЗНАЙТЕ, КАК РЕШИТЬ ИМЕННО ВАШУ ПРОБЛЕМУ — ПОЗВОНИТЕ ПРЯМО СЕЙЧАС

8 800 350 84 37

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here