Читать онлайн «Как сделать рельсотрон» — RuLit
Автор неизвестен
Как сделать pельсотpон
Как сделать pельсотpон
Наиболее простой пример электромагнитной ускоряющей системы-так называемый «рельсотрон», хорошо известный физикам-экспериментаторам уже десятки лет (1.20].
Идея рельсотрона (или электромагнитной пушки-«рейлгана») довольно проста (рис. 1). К двум параллельным (или коаксиальным) токонесущим шинам-рельсам прикладывается напряжение от источника питания. Если замкнуть контур, поместив на шины, например, подвижную тележку, проводящую ток и обладающую хорошими контактами с шинами, то возникающий электрический ток индуцирует магнитное поле. Это поле создает давление P, равное H**2/8Pi, которое стремится раздвинуть проводники,образующие контур. Массивные шины-рельсы закреплены. Единственным подвижным элементом является тележка, которая под действием давления начинает двигаться по рельсам так, чтоббы объем, занимаемый магнитны полем, возрастал, т.е . по направлению от источника питания. Ускорение тележки будет продолжаться, пока действует магнитное давление. Предельная скорость, до которой разгонится тележка, определяется соотношением
V**2=2aS
где S-длина разгона, a-эффективное ускорение. Для его оценки вычислим давление магнитного поля. Положим H = 10**5 Гс. Тогда P=4х10**8 дин/см**2 = 400 атм. Пусть эффективная толщина тележки равна 10 г/см**2, тогда ускорение составит 4×10**5 м/с**2 или 4×10**4g. При таких условиях скорость 10 км/с достигается на длине 125 м, а скорость 20 км/с-на рость 20 км/с,-то им соответствует длина разгона 200 м. Таковы типичные линейные размеры электромагнитных ускорителей. Время разгона равно v/а, что составляет для типичных значений параметров ускорителей сотые доли секунды. Заметим, что от полной массы тележки приведенные выше значения не зависят; полная масса сказывается только на суммарных энергозатратах.
Совершенствование электромагнитных пушек направлено на повышение конечной скорости. Увеличение линейных размеров до километровых масштабов вряд ли возможно. Для увеличения ускорения необходимо либо повышение магнитного давления, либо уменьшение эффективной массы снаряда.
Увеличение давления магнитного поля не может быть безграничным-при давлениях порядка 1000 атмосфер (т.е. 150-160 кгаусс) достигается порог механической устойчивости. Подобную систему очень длинных шин, распираемых внутренним давлением, трудно сделать жесткой и прочной. Если механическую прочность еще можно попытаться обеспечить увеличением м акое увеличение массы не поможет против потери тепловой стойкости.
При длительности токового импульса порядка сотых долей секунды толщина скин-слоя в меди составляет 1 см. Магнитному полю 120 кгаусс в этом случае соответствует плотность тока 100 кА/см^. Это приводит к тепловым потерям в материале порядка 400 Дж/см^ при длительности импульса тока 20 мс (медь нагревается до 120°С). При этом соответствующая пло няя в точности равна кинетической энергии снаряда. Таким образом, КПД рельсотрона равен 1/3. С учетом того, что КПД источника электроэнергии не превышает ЗО%, полный КПД оказывается около 10%, как уже упоминалось выше.
Тепловой нагрев шин ограничивает скорострельность системы, а любое тепловое повреждение ухудшает воспроизводимость характеристик выстрелов.
Желательность уменьшения массы снаряда с целью увеличения его конечной скорости вступает в противоречие с необходимостью иметь перехватчики с довольно сложной системой самонаведения, масса которых не может быть уменьшена беспрепятственно.
Еще одним следствием больших токов, о которых речь шла выше, является то, что контактная тележка (сечение которой меньше сечения шин) должна расплавиться, испариться и частично превратиться в плазму. Такое плазменное облако становится своеобразным поршнем для снаряда, который должен быть электрически изолирован от плазмы. В связи с этим в пос го облака с шинами.
Кроме того, существует проблема завершения разгона. Чтобы снаряд оторвался от плазменного поршня, последний должен исчезнуть или замедлиться. В рассмотренной простой схеме замедление невозможно, а для исчезновения плазменного поршня требуется разрыв электрической цепи.
Разрыв сильноточной электрической цепи, как известно, приводит к большим перенапряжениям и пробоям. В результате снаряд может получить дополнительный случайный импульс, обладающий перпендикулярной составляющей, что резко ухудшает угловую точность стрельбы.
Наконец, само движение плазменного поршня подвержено действию многочисленных плазменных неустойчивостей, которые трудно предусмотреть и устранить заранее.
Возможен бесконтактный способ ускорения, основанный на использовании, например, разновидности индукционного линейного мотора. В таком моторе замкнутый виток выталкивается в область с меньшим значением магнитного поля. Виток движется вдоль осевой линии цепочки внешних катушек, на которые поочередно в фазе с движением витка подается напряжение. ельное количество вещества (до сотни кг за выстрел) и обеспечивал бы при этом высокую угловую точность (порядка микрорадиана). Недостатком такой системы является сравнительно небольшое эффективное ускорение (100g) и, следовательно, значительные линейные размеры (десятки км!).
И все же самой, пожалуй, серьезной проблемой для электромагнитных систем оказывается энергетика. Типичными источниками энергии для электромагнитных систем в настоящее время являются униполярные генераторы (маховики) с энергоемкостью до 10 Дж/г (10 МДж/т) [1-22]. Если от системы требуется высокая скорострельность, то энергия должна запасаться
Итак, электромагнитным системам (с использованием давления магнитного поля) свойственны два основных недостатка:
— значительные линейные размеры, что затрудняет перенацеливание (с учетом компенсации отдачи) и, следовательно, понижает скорострельность, а также увеличивает уязвимость;
— непомерно большая масса энергосистем.
Поэтому электромагнитные системы, ориентированные пока что в основном на достижение «сверхскоростей», на современном уровне развития представляются малоподходящими для того, чтобы стать главным средством для запуска самонаводящихся перехватчиков (нужно учесть еще огромные перегрузки, свойственные таким системам; они могут затруднить создание
Целесообразность применения индивидуальных баллистических перехватчиков такого типа, даже обладающих весьма высокой скоростью, пока представляется сомнительной, по крайней мере для больших дальностей поражения в связи с неопределенностью угловой точности стрельбы.
www.rulit.me
Рельсотрон своими руками — Офтоп на TJ
Изобретатель под ником Xtamared с помощью 3D-принтера и общедоступных компонентов построил ручной плазменный рельсотрон со скоростью полета «пули» в 560 миль в час.Мощность «оружия» составляет порядка 1800 Джоулей. Пушка стреляет стержнями из графита, а процесс её создания опубликован на фотохостинге Imgur.
«Патроны» для рельсотрона
Электроника «оружия» создана на базе программируемого контроллер Arduino Uno R3
Собранный и покрашенный рельсотрон
Схема создание рельсотрона
Подобное оружие является крайне популярным в компьютерных играх.
Рельсотрон в игре Quake 2
Материал опубликован пользователем.
Нажмите кнопку «Написать», чтобы рассказать свою историю.
tjournal.ru
Гаусс ган | Мастер-класс своими руками
Добрый день дорогие радиолюбители. Каждый из вас хоть раз в жизни хотел собрать Гаусс гана, иными словами пушку Гаусса. Сегодня будет рассмотрен вариант, пожалуй одной из самых простых схем реализации проекта. Основная часть Гаусс пушки — преобразователь напряжения. В данной схеме использован достаточно простой и мощный преобразователь напряжение на основе контроллера.
Микросхема играет роль генератора импульсов. Схематическая развязка выполнена таким образом, что микросхема вырабатывает импульсы с частотой 50 кГц. Напряжение импульсов составляет 9 вольт, этого достаточно для срабатывания мощного полевого транзистора. Желательно использовать полевики серии ирф3205 или ирл3705. Транзистор укреплен на теплоотвод, удобно использовать теплоотводы от блоков питания АТ или АТХ. Мощность преобразователя 70 — 80 ватт, что дает возможность заряжать емкость в 2000 микрофарад почти за секунду. Применены конденсаторы с напряжением 400 вольт, суммарная емкость 4 — х конденсаторов составляет 13200 микрофарад. Резистор 820 ом подобрать на 2 ватта, поскольку он будет греться.
Трансформатор намотан на чашках, хотя можно использовать ш — образный трансформатор от компьютерных блоков питания ( тот , что побольше ). Первичная обмотка содержит всего 5 витков, намотана тремя жилами провода с диаметром 0,7 мм каждая жила. Вторичная обмотка содержит всего 12 витков провода с диаметром 0,4 — 0,7 мм, межслойные изоляции не нужны. Особенность данного преобразователя то, что зарядка конденсаторов автоматическим образом отключается, как только напряжение на конденсаторах достигает 300 вольт. Светодиод подсказывает о полной зарядке конденсаторов.
Пушка — выполнена на пластмассовой трубе с диаметром 8 — 9 мм. Катушка содержит 50 витков провода с диаметром 0,7 — 0,8 мм. Снарядами служат заостренные железные стержни с длиной 3 см и с диаметром 7 мм, они свободно входят и выходят в трубу. После зарядки конденсаторов весь их потенциал передается катушке. Замыкать цепь нужно мощной кнопкой на 5 — 10 ампер. На выходе из трубы скорость снаряда достигает- 50 м/сек.
Питанием может служить любой источник постоянного напряжения, который способен отдавать в нагрузку более 3 — х ампер тока. Напряжение питания от 9 до 18 вольт ( стандарт 12 вольт ). Удобно использовать аккумуляторы от бесперебойников. Ток потребления преобразователя достигает 12 ампер.
ВИДЕО:
sdelaysam-svoimirukami.ru