Магнитная пушка – Электромагнитная пушка Гаусса: оружие будущего

Поколебать монополию пороха смогло электричество. Идея создания электромагнитной пушки зародилась практически одновременно в России и Франции в разгар Первой мировой войны. В ее основу легли труды немецкого исследователя Йоганна Карла Фридриха Гаусса, который разработал теорию электромагнетизма, воплотившуюся в необычное устройство — электромагнитную пушку.

Опережая время

Гаусс-пушка

Рельсовая электромагнитная пушка

Порох на большее не способен

Рельсовые пушки – больше не фантазия

Наш ответ

В России и сейчас ведутся подобные разработки. Свое видение рельсотрона недавно продемонстрировал коллектив одного из филиалов Объединенного института высоких температур РАН. Для разгона заряда был разработан электромагнитный ускоритель. Пулю весом в несколько грамм здесь удалось разогнать до скорости около 6,3 км/сек.

Электромагнитные пушки: описание, виды

Электромагнитные пушки – это общее название установок, предназначенных для ускорения предметов (объектов) с помощью электромагнитных сил. Такие устройства называются электромагнитными ускорителями масс.

Электромагнитные пушки разделяют на следующие виды:

1. Рельсотрон – это устройство представляет собой электродный импульсный ускоритель масс. Работа этого прибора заключается в передвижении снаряда между двух электродов – рельс — по которым течет ток. Благодаря этому электромагнитные пушки такого типа и получили свое название – рельсотрон. В таких приборах источники тока подключаются к основанию рельс, в результате ток течет «вдогонку» движущемуся объекту. Магнитное поле создается вокруг проводников, по которым протекает ток, оно сосредоточено за движущимся снарядом. В результате объект, по сути, является проводником, который помещен в перпендикулярное магнитное поле, создаваемое рельсами. Согласно законам физики, на снаряд воздействует сила Лоренца, которая направлена в противоположную сторону от места подключения рельс и ускоряет объект.

2. Электромагнитные пушки Томпсона – это индукционные ускорители масс. В основу работы индукционных пушек заложены принципы электромагнитной индукции. В катушке устройства возникает быстро нарастающий ток, он вызывает в пространстве магнитное поле переменного характера. Обмотка намотана вокруг ферритового сердечника, на конце которого находится токопроводящее кольцо. Благодаря воздействию магнитного потока, который пронизывает кольцо, возникает переменный ток. Он создает магнитное поле, имеющее противоположную полю обмотки направленность. Проводящее кольцо своим полем отталкивается от противоположного поля обмотки и, ускоряясь, слетает с ферритового стержня. Скорость и мощность вылета кольца напрямую зависят от силы импульса тока.

3. Электромагнитная пушка Гаусса – магнитный ускоритель масс. Назван в честь математика-ученого Карла Гаусса, который внес огромный вклад в изучение свойств электромагнетизма. Основным элементом пушки Гаусса является соленоид. Он наматывается на диэлектрическую трубку (ствол). В один конец трубки вставляется ферромагнитный объект. В момент появления в катушке электрического тока в соленоиде возникнет магнитное поле, под действием которого разгоняется снаряд (в направлении центра соленоида). При этом на концах заряда образуются полюса, которые ориентированы соответственно полюсов катушки, в результате чего, после прохождения снаряда через центр соленоида, он начинает притягиваться в противоположном направлении (тормозится). Схема электромагнитной пушки показана на фото.

Современная наука значительно продвинулась в области изучения ускорения и накопления энергии, а также образования импульсов. Можно предположить, что в ближайшем будущем человечество столкнется с новым типом оружия — электромагнитные пушки. Для развития этой технологии требуется огромная работа во всех аспектах ускорителей масс, включая снаряды и энергоснабжение. Важнейшую роль сыграют новые материалы. Для реализации такого проекта потребуются мощные и компактные источники электрической энергии. А также высокотемпературные сверхпроводники. Учитывая, что в последнее время большой популярностью пользуются работы Н. Тесла, можно предположить, что эти технологии могут быть объединены. В таком случае мы увидим электромагнитные пушки без источников энергии, ведь она будет поступать непосредственно из эфира.

fb.ru

Магнитная пушка Википедия

Пушка Гаусса (англ. Gauss gun, Coil gun, Gauss cannon) — одна из разновидностей электромагнитного ускорителя масс. Названа по имени немецкого учёного Карла Гаусса, заложившего основы математической теории электромагнетизма. Следует иметь в виду, что этот метод ускорения масс используется в основном в любительских установках, так как не является достаточно эффективным для практической реализации. По своему принципу работы (создание бегущего магнитного поля) сходна с устройством, известным как линейный двигатель.

Принцип действия

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).

Для наибольшего эффекта импульс тока в соленоиде должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого импульса используются электролитические конденсаторы большой 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. Стоит заметить, что возможны разные алгоритмы работы ускоряющих катушек.

Кинетическая энергия снаряда

E=mv22{\displaystyle E={mv^{2} \over 2}}

m{\displaystyle m} — масса снаряда

v{\displaystyle v} — его скорость

Энергия, запасаемая в конденсаторе

E=CU22{\displaystyle E={CU^{2} \over 2}}

U{\displaystyle U} — напряжение конденсатора

C{\displaystyle C} — ёмкость конденсатора

Время разряда конденсаторов

Это время за которое конденсатор полностью разряжается:

T=πLC2{\displaystyle T={\pi {\sqrt {LC}} \over 2}}

L{\displaystyle L} — индуктивность

C{\displaystyle C} — ёмкость

Время работы катушки индуктивности

Это время за которое ЭДС катушки индуктивности возрастает до максимального значения (полный разряд конденсатора) и полностью падает до 0. Оно равно верхнему полупериоду синусоиды.

T=2πLC{\displaystyle T=2\pi {\sqrt {LC}}}

L{\displaystyle L} — индуктивность

C{\displaystyle C} — ёмкость

Стоит заметить, что в представленном виде две последние формулы не могут применяться для расчетов пушки Гаусса, хотя бы по той причине, что по мере движения снаряда внутри катушки, её индуктивность все время изменяется.

Применение

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)

Создание

Простейшие конструкции могут быть собраны из подручных материалов даже при школьных знаниях физики^[1]

Существует множество сайтов, в которых подробно описано, как собрать пушку Гаусса. Но стоит помнить, что создание оружия в некоторых странах может преследоваться по закону. Поэтому, перед тем, как создавать пушку Гаусса, стоит задуматься, как вы будете применять её.

Преимущества и недостатки

Пушка Гаусса в качестве оружия обладает преимуществами, которыми не обладают другие виды стрелкового оружия. Это отсутствие гильз и неограниченность в выборе начальной скорости и энергии боеприпаса, возможность бесшумного выстрела (если скорость достаточно обтекаемого снаряда не превышает скорости звука) в том числе без смены ствола и боеприпаса, относительно малая отдача (равная импульсу вылетевшего снаряда, нет дополнительного импульса от пороховых газов или движущихся частей), теоретически, больша́я надёжность и, в теории, износостойкость, а также возможность работы в любых условиях, в том числе в космическом пространстве.

Однако, несмотря на кажущуюся простоту пушки Гаусса, использование её в качестве оружия сопряжено с серьёзными трудностями, главное из которых: большие затраты энергии.

Первая и основная трудность — низкий КПД установки. Лишь 1-7 % заряда конденсаторов переходят в кинетическую энергию снаряда. Отчасти этот недостаток можно компенсировать использованием многоступенчатой системы разгона снаряда, но в любом случае КПД редко достигает 27 %. В основном в любительских установках энергия, запасённая в виде магнитного поля, никак не используется, а является причиной использования мощных ключей (часто применяют IGBT модули) для размыкания катушки (правило Ленца).

Вторая трудность — большой расход энергии (из-за низкого КПД).

Третья трудность (следует из первых двух) — большой вес и габариты установки при её низкой эффективности.

Четвёртая трудность — достаточно длительное время накопительной перезарядки конденсаторов, что заставляет вместе с пушкой Гаусса носить и источник питания (как правило, мощную аккумуляторную батарею), а также высокая их стоимость. Можно, теоретически, увеличить эффективность, если использовать сверхпроводящие соленоиды, однако это потребует мощной системы охлаждения, что приносит дополнительные проблемы, и серьёзно влияет на область применения установки. Или же использовать заменяемые батареи конденсаторы.

Пятая трудность — с увеличением скорости снаряда время действия магнитного поля, за время пролёта снарядом соленоида, существенно сокращается, что приводит к необходимости не только заблаговременно включать каждую следующую катушку многоступенчатой системы, но и увеличивать мощность её поля пропорционально сокращению этого времени. Обычно этот недостаток сразу обходится вниманием, так как большинство самодельных систем имеет или малое число катушек, или недостаточную скорость пули.

В условиях водной среды применение пушки без защитного кожуха также серьёзно ограничено — дистанционной индукции тока достаточно, чтобы раствор солей диссоциировал на кожухе с образованием агрессивных (растворяющих) сред, что требует дополнительного магнитного экранирования.

Таким образом, на сегодняшний день у пушки Гаусса нет перспектив в качестве оружия, так как она значительно уступает другим видам стрелкового оружия, работающего на других принципах. Теоретически, перспективы, конечно, возможны, если будут созданы компактные и мощные источники электрического тока и высокотемпературные сверхпроводники (200—300К). Однако, установка, подобная пушке Гаусса, может использоваться в космическом пространстве, так как в условиях вакуума и невесомости многие недостатки подобных установок нивелируются. В частности, в военных программах СССР и США рассматривалась возможность использования установок, подобных пушке Гаусса, на орбитальных спутниках для поражения других космических аппаратов (снарядами с большим количеством мелких поражающих деталей), или объектов на земной поверхности.

В литературе

Довольно часто в литературе научно-фантастического жанра упоминается пушка Гаусса. Она выступает там в роли высокоточного смертоносного оружия.

Примером такого литературного произведения являются книги из серии «S.T.A.L.K.E.R.», написанные по серии игр S.T.A.L.K.E.R., где Гаусс-пушка была одним из мощнейших видов оружия, не считая РПГ-7.

Но первым в научной фантастике пушку Гаусса воплотил в реальность Гарри Гаррисон в своей книге «Месть Стальной Крысы». Цитата из книги: «Каждый имел при себе гауссовку — многоцелевое и особо смертоносное оружие. Его мощные батареи накапливали впечатляющий заряд. Когда нажимали на спуск, в стволе генерировалось сильное магнитное поле, разгоняющее снаряд до скорости, не уступающей скорости снаряда любого другого оружия с реактивными патронами. Но гауссовка имела то превосходство, что обладала более высокой скорострельностью, была абсолютно бесшумной и стреляла любыми снарядами, от отравленных иголок до разрывных пуль.»

В видеоиграх

• В игре Halo 2 и всех последующих после неё частях на боевых внедорожниках — «Бородавочниках» в качестве оружия присутствуют боевые установки «Серебро V», которые по своему принципу действия похожи на пушку Гаусса.
• В игре Crimsonland присутствует винтовка Гаусса (а также Gauss Shotgun, работающий как дробовик), которая бесшумно пронизывает врагов, нанося тяжёлые повреждения.
• В Warzone 2100 при развитии до 70 % открывается доступ к пушке Гаусса.
• В BattleTech, в сериях MechWarrior и MechCommander, MechCommander 2
• В игре S.T.A.L.K.E.R. гаусс-пушка имеет огромную мощность и медленно перезаряжается. Она работает на батареях, которые используют энергию артефакта «Вспышка». В игре S.T.A.L.K.E.R.: Зов Припяти под аномалией «Железный лес» есть помещение, где проводились её испытание, там же стоит прототип огромной пушки Гаусса.
• В StarCraft пехотинцы вооружены автоматической винтовкой Гаусса C-14 «Impaler». «Призраки» также имеют винтовки C-10, которые называются «Картечные винтовки».
• В Crysis винтовка Гаусса представляет собой снайперское оружие, наносящее максимальный урон.
• В Crysis 2 пушка Гаусса представляет собой модификацию для штурмовой винтовки, наряду с подствольным гранатомётом. Обладает большим уроном и медленной перезарядкой.
• В Fallout 2 винтовка Гаусса является мощным оружием с высокой дальностью стрельбы, не уступающей снайперским винтовкам.
• В Fallout 3 и в Fallout New Vegas винтовка Гаусса — энергетическая снайперская винтовка, оснащённая оптическим прицелом и отличающаяся высокой эффективностью на средних и больших дистанциях. Наносит очень большой урон.
• В Fallout 4 Винтовка Гаусса — одно из самых мощных видов оружия в игре.

• В Fallout Tactics есть гаусс-пистолет, гаусс-винтовка и четырёхствольный гаусс-пулемёт.
• В играх серии X-COM: Terror From The Deep орудие Гаусса является одной из первых разработок для уничтожения инопланетян под водой.
• В играх X³: Reunion/X³: Terran Conflict Гаусс-пушка — мощное оружие для эсминцев, обладающее хорошей дальностью, но низкой скоростью полёта снарядов. Энергии практически не тратит, но требует специальных боеприпасов.
• B Ogame пушка Гаусса — мощное оборонительное сооружение.
• В Red Faction: Guerrilla гауссова винтовка является оружием высокой мощности, но обладает средней разрушающей силой по сравнению с другими видами оружия, несущими разрушающий характер.
• В MMOTPS S4 League пушка Гаусса представляет собой пулемет, у которого при беспрерывной стрельбе постепенно снижается точность.
• В Planetside и Planetside 2 у империи New Conglomerate почти всё оружие от пистолета до тяжёлого дробовика (вернее многоствольной гаусс пушки) на руке у экзоскелета представляет собой как раз таки разнообразные варианты пушки Гаусса.
• В игре Half-Life гауссова пушка (также называемая тау-пушкой) является наиболее мощным оружием, стреляющим раскалёнными плутониевыми стержнями.
• В игре Syndicate пушка Гауса является самым мощным оружием, схожим по силе с РПГ. Минус в маленькой обойме и случайных жертвах.
• В игре Master of Orion II пушка Гаусса обладает уроном, не зависящим от расстояния стрельбы.
• В игре Star Conflict пушка Гаусса является дальнобойным кинетическим орудием. Способно накапливать заряд.
  [2]
• В игре Command & Conquer 3 Tiberium Wars гаусс-автомат спецназовца — ГСБ.
• В игре Doom 4 также присутствует ускоритель Гаусса (на самом деле это больше похоже на рельсотрон)
• В игре EVE Online гаусс-пушка является гибридным оружием наравне с бластером, которое отличается повышенной дальностью, но уменьшенным уроном, в отличие от бластера, который наносит больше урона на коротких дистанциях.

См. также

Ссылки

Примечания

wikiredia.ru

Электромагнитная пушка — Сайт rudanovskiivalentin!

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ  РУЖЬЕ

Все знают, что магнит притягивает железо. Это явление не регулируемое. Магнит притягивается ко всем железкам одинаково.  Наверное, меньшее число людей знает, что магнитное поле можно создать другим способом. Если через катушку из изолированного провода пропустить электрический ток,  она тоже будет притягивать железо. Это явление уже регулируемое. С помощью изменения величины тока, можно регулировать силу притяжения железа, а с помощь выключения источника питания можно явление притяжения полностью отключить. Обычно, катушку с изолированным проводом называют соленоидом. Явление притягивания железа к соленоиду известно давно.  Как только явление возникновения магнитного поля вокруг проводника с током было открыто, люди  стали задумываться над тем, как использовать это явление  для разгона железных снарядов. Немецкий физик Карл Фридрих Гаусс (считается одним из величайших математиков всех времён, «королём математиков»  30.04. 1777 г.- 23.02.1855г.)  впервые осуществил эту идею в металле. Теперь она так и называется: «пушка Гаусса» .

Пушка Гаусса  — это одноступенчатый электромагнитный катушечный разгонный блок. Она очень наглядно показывает на возможности использования управляемого магнитного поля соленоида в  разгоне железного снаряда до определенных пределов  скорости 100-150 м/с, что вполне достаточно для охоты на птичек и кошек.  Военное ведомство любой страны заинтересовала бы пушка со скоростью снаряда 2000 – 4000 м/с. Пока в этом направление ничего не создано.  Рассматривая физические возможности многоступенчатой пушки Гаусса, можно констатировать, что с помощью ее принципов такую скорость тоже достичь невозможно. Почему? Чтобы искать пути –дороги к достижению высоких скоростей, нужно начать с изучения пушки Гаусса, ее возможностей.

 В принципе работы пушки Гаусса заложен импульсный разряд энергии конденсатора на индуктивность разгонного соленоида, где энергия конденсатора переходит частично и в кинетическую энергию ферромагнитного снаряда. Коэффициент полезного действия этого перехода бывает очень низок в пределах 1-2%. Т.е. пушка Гаусса имеет свои рациональные пределы. Давайте разберемся в причинах этих ограничений.

Самая простая схема электромагнитной пушки.  Л1 лампа на 220в 40-60 вт, диоды D1 и  Vd    —  1N4007 (1a , 1000в), L — соленоид, Ср — накопительный конденсатор, более 560 мкф 400в,  Т1 — тиристор Т 132-40 (1200в, 40а). Диод Vd пропускает через себя обратный ток и предотвращает пробой тиристора .

        В этой схеме все просто. Через ограничительное сопротивление Л1 и диод D1 происходит зарядка конденсатора Ср от сети 220 вольт до напряжения 300 вольт. Нажимая на кнопку «пуск», мы подаем напряжение от простой батарейки 1,5 в на управляющий электрод тиристора Т1 и открываем его — электрический заряд конденсатора Ср разряжается на индуктивность соленоида L, в котором возникает импульсное магнитное поле, которое «притягивая», разгоняет ферромагнитный снаряд до скорости, достаточной для свободного полета.

ПЕРВЫЕ ОПЫТЫ

1.     Для ствола, я приобрел немагнитную нержавеющую трубку  наружным диаметром  10 мм и толщиной стенки 1 мм. – продается в магазинах сантехники.  Такая трубка имеет достаточную высокую прочность, что очень важно при использовании ее при больших энергиях импульсов и при конструировании многоступенчатой пушки.

2.     Изготовил несколько соленоидов одинакового размера, но с разным числом витков. Число витков: 160, 120, 80…  Внутреняя каркасная трубка катушки соленоида делались таким образом, что она насаживались на трубку – ствол с некоторым усилием. Длина соленоида между щечек катушки — 46 мм, намотка рядовая проводом 1,0 мм. 

3.      Приобрел в магазине 4 электролитических конденсатора по 560 мкф на 400 в.

4.     Случайно, оказался под рукой тиристор Т 132-40 (ток 40 А и раб. напряжение 1200 В)

5.     Снаряд – кусок стального прута диаметром 6 -7 мм и длиной 25мм. Если в таком куске прута торцевые стороны засверлить и с помощь эпоксидного клея в отверстиях закрепить с одной стороны кисточку, а с другой стороны гвоздик, то получится дротик, который можно метать в деревянную цель.  Получается электромагнитное ружье.

Чтобы  контролировать скорость вылета снаряда (его энергию), я использую пакет из пенопластовых блоков теплоизоляции, которые продаются  в магазинах  стройматериалов. Чем глубже вошел снаряд в пенопластовый блок, тем больше была его  скорость, больше энергия, к.п.д. пушки. Меряем  глубину проникновения в мм. И сравниваем.

Вот первые «открытия»

1.     Трубка из нержавеющей немагнитной стали хорошо пропускает магнитное  поле через себя – это плюс. Достаточно прочная – тоже плюс.

2.     Электрическая проводимость металлической трубки создает условия существования короткозамкнутого витка внутри соленоида. Это уже трансформатор. Обмотка соленоида является первичной обмоткой трансформатора, а вторичной обмоткой является трубка – короткозамкнутый виток. При возникновении импульса тока в первичной обмотке, во вторичной обмотке – в трубке возникает ток, который перехватывает основную энергию на себя, уменьшая магнитное поле, идущее на притяжение снаряда. Это главный минус металлического ствола.

3.     Как выйти из положения? Нужно разрезать  стенку трубки вдоль. В результате, короткозамкнутый виток превратится в виток разомкнутый.  Теперь  энергия магнитного поля соленоида не будет тратиться на нагрев трубки и будет работать на  разгон снаряда.  После этого совершенствования, снаряд  стал вылетать из металлического ствола. Это уже хорошо, но не отлично.

Схема распространения магнитных силовых линий простого соленоида

4.     Можно заметить, что большая часть энергии магнитного поля соленоида распространяется снаружи соленоида. Чтобы не терять эту энергию, закроем наружный слой обмотки соленоида и его торцы магнитным экраном из трансформаторного железа. Таким образом , мы собираем наружные магнитные силовые линии,   сжимаем (концентрируем) магнитное поле в стволе, увеличиваем ее плотность, а значит, увеличиваем его к.п.д. использования. После этих усовершенствований, снаряд стал лететь дальше. Магнитный экран стал также и защищать стрелка от магнитного импульса, который очень вреден для здоровья. Уже отличные результаты.

Схема соленоида с магнитным экраном

5.     Лучшим вариантом установки снаряда — дротика является  положение , когда его тело находится на  ½ — 2/3  в соленоиде – в таком положении снаряд охватывается магнитными силовыми линиями и  втягивается более эффективно. Хороший старт вызывает быстрый разгон и высокую конечную скорость.

6. Увеличение количества конденсаторов увеличивает скорость снаряда. но не в прямой зависимости, а в квадратичной. Так, при увеличении емкости конденсаторов в 4 раза, скорость снаряда увеличивается только вдвое.

7. Теперь необходимо проверить, какая конструкция соленоида при той же индуктивности лучше работает? Длинная или короткая? Сначала я проверял работу пушки на  соленоиде (длина 46 мм с числом витков  =160 провода диаметром 1,0 мм , индуктивностью 115 мгн и сопротивление 0,19 ома).  Что будет, если мы сделаем более длинный  соленоид (длиной 150мм, число витков 238,  намотанным  проводом диаметром 2,1 мм , такой же индуктивностью =120 мгн, сопротивление 0,08 ома) . В импульсном режиме очень важно сопротивление обмотки соленоида. Чем оно меньше, тем больший импульсный ток проходит по соленоиду.  Эксперимент показал, что, чем длиннее соленоид, тем слабее концентрация магнитного поля в стволе, тем хуже он разгоняет снаряд. Это значит, что соленоид должен быть коротким. Длинный соленоид не дает никакого эффекта. Нужно стремиться к тому, чтобы длина магнитного поля была как можно короче.

8. Хочу отметить, что чем диаметр снаряда ближе к диаметру ствола, то снаряд летит дальше. Это можно объяснить увеличением магнитного сцепления. Чем больше площадь (сечение) снаряда, тем  больше сила притяжения.

9. Вопрос магнитного сцепления магнитного поля соленоида со снарядом имеет важное значение. Необходимо обратить внимание на выбор материала снаряда. Должно быть понятно, что этот материал должен хорошо намагничиваться.

10. Для эффективной работы электромагнитной пушки, напрашивается идея использования магнитного снаряда. Если снаряд магнитный, то он будет лучше взаимодействовать с магнитным полем соленоида. Для этого можно использовать небольшие неодимовые магниты, которые легко купить через интернет-магазины. Они выпускаются в форме дисков, прутков, колец  любых размеров. Однако первые эксперименты с такими магнитами показали на неэффективность их использования. После первого же выстрела, неодимовый магнит потерял свою намагниченность и длина полета с наряда с неодимовым магнитом оказалась меньше, чем простой стали.

11.  Остается вариант использования электромагнитного снаряда — снаряда на который намотана катушка провода, по которому протекает электрический ток от малогабаритного аккумулятора. Это сложный снаряд, который невозможно сделать совсем малого размера — калибра. Значит поиски в этом направлении могут быть результативными только при увеличении калибра более 15 мм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Одноступенчатая пушка Гаусса — это пушка для демонстрации возможности использования электромагнитного разгона снаряда. Никакого практического применения она не может иметь за счет слишком малого к.п.д. и громоздкой схемы . Пути совершенствования пушки Гаусса тупиковые, так при увеличении скорости снаряда, последующие разгонные ступени должны срабатывать слишком быстро, а это возможно только при слишком больших токах и малых индуктивностях соленоидов. Это сделать в домашних условиях невозможно.

ДРУГИЕ ТИПЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО РАЗГОНА СНАРЯДА

Электромагнитный разгон снаряда является все-таки более привлекателен, чем использование порохового заряда. Попробуем другие варианты. 

2. ТРЕХФАЗНЫЙ РАЗГОННЫЙ БЛОК — аналог асинхронного двигателя. Он имеет свои ограничения в скорости разгона. Однако, можно его модернизировать, разделив ствол на участки с трехфазными полями с увеличивающимся частотами. Т.е. снаряд трогается и разгоняется на участке с малой частотой , переходит на участок с большей частотой и так далее. Схема достаточно работоспособна.  Конечный участок можно сделать  по принципу Гаусса. Этот вариант очень приемлемый , так как разогнать снаряд с нуля до 2-3 км/сек — это очень большая энергетическая мощность установки, а разогнать снаряд уже предварительно разогнанный до 500 м/сек — это намного меньше энергетическая мощность установки.

3. РЕЛЬСОВЫЙ.

     Рельсовый вариант более перспективный. Здесь используется сила Лоренса, а рельсы используются как токопроводники.  Снаряд преобразует электрическую энергию в магнитное поле, в котором образуется сила , разгоняющая снаряд. Электромагнитная пушка на этом принципе в домашних условиях тоже не может быть создана. Требуются очень большие накопители энергии и кучу всяких «хитростей»: о-че-нь мощные конденсаторы, сверхпроводники и т.д.

ЭТА ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ ПОЗНАНИЙ, А НЕ ДЛЯ РАЗДЕЛА «СДЕЛАЙ САМ» 

www.rudanovskiy.ru

Магнитная пушка

Описание:

Для опыта мы использовали 4 сильных магнита (каждый такой кубик способен удерживать массу в 1 кг), стальные шарики и пластиковую направляющую.

Система, составленная из этих предметов, позволяет многократно ускорить движение шарика.

Создается впечатление, что шарик просто пролетает сквозь магниты с огромной скоростью.

Объяснение:

На самом деле происходит передача импульса от одного шарика другому.

При ударе о магнит первый шарик останавливается и передает свое движение магниту, магнит передает это движение 1-му шарику после себя, этот первый шарик следующему за ним шарику. Этот последний шарик передать движение уже никому не может, поэтому сам начинает двигаться.

Т.к. массы шариков одинаковы, то, при ударе в магнит одного шарика, с противоположной стороны магнита отскочит тоже только один шарик (по закону сохранения импульса). Отскакивает шарик от магнита потому, что он расположен дальше от магнита и притягивается слабее.

Почему же шарик вылетает со скоростью большей чем скорость ударяющего шарика? 

На самом деле это не так. Сильный магнит разгоняет своим притяжением приближающийся к нему шарик в последний момент (т.к. магниты сильно притягивают только на близком расстоянии). Магнит сообщает шарику дополнительную скорость (импульс), которая и передается шарику вылетающему.

Этого дополнительного ускорения на расстоянии всего несколько миллиметров от магнита мы не замечаем, поэтому нам кажется, что «выходящая скорость» больше «входящей».

В нашей системе таких ускоряющих элементов 4 штуки. Поэтому ускорившийся шарик при подлете ко второму магниту, ускоряется еще сильнее, передавая последующему шарику еще больший импульс. И так далее.

В итоге получается, что легкий толчок стального шарика по нашей дорожке приводит к сбиванию достаточно массивной бутылки.

virtuallab.by

Рельсовая электромагнитная пушка ВМС США

Специалисты центра разработки надводного вооружения ВМС США в Далгрен (штат Виргиния) создали экспериментальный образец электромагнитной пушки, которая, согласно планом войдет в состав вооружения перспективных боевых кораблей, в частности эсминцев DDG-1000 «Замволт».

Рельсовая электромагнитная пушка (Electromagnetic Railgun), это оружие, воздействующее на цель посредством разогнанного до скорости несколько километров в секунду снаряда. Свое название оружие получило из-за воздействия на цель кинетической энергией поражающих элементов.

Командование ВМС США занимается вопросами разработки систем артиллерийского вооружения сверхдальнего поражения для надводных кораблей, которые войдут в состав флота после 2016 года. Одним из наиболее перспективных направлений и является создание электромагнитных рельсовых пушек.

В рамках проводимых научных исследований фирма «BAE Systems» в январе 2012 года поставила в Центр наземных военных исследований ВМС США полноразмерный демонстрационный образец рельсовой электромагнитной пушки с кинетической энергией разогнанного снаряда в конце канала ствола около 32 МДж. С помощью этой пушки снаряды массой 18 кг будут лететь со скоростью до 2,5 км/с на дальность от 89 и до 161 км.

Испытания различных моделей электромагнитных пушек начались в США в марте 2007 года. За все время проведения тестов были проверены различные конфигурации ствола и конструкции направляющих рельсового типа. При этом производились и испытания сплавов, из которых изготовлены различные элементы пушки.

Проектированием и изготовлением импульсного источника энергии, который должен обеспечить работу на борту корабля электромагнитной пушки и других систем оружия, занимается американская компания «Рейтеон».

В настоящее время соответствующие научные исследования возглавляет управление по военно-морским исследованиям ВМС страны, которое реализует план исследований и разработок с дальнейшим принятием на вооружение нового вида оружия.

Испытания будут продолжаться вплоть до 2017 года. По заявлению представителя фирмы «BAE Systems», пока стрельба ведется снарядами не аэродинамической формы. Их форма оптимизирована для наиболее эффективного разгона в канале ствола.

В дальнейшем ожидается, что в качестве боеприпасов будут использоваться управляемые снаряды. При этом поражение цели должно происходить не за счет использования обычных взрывчатых веществ, а за счет высокой кинетической энергии самого снаряда.

Целью специалистов но данном этапе является проверка работы всех систем и узлов установки. В дальнейшем планируется начать испытания на дальность стрельбы до 160 км, а затем это расстояние будет увеличено до 350 км.

В 2013 году командование ВМС США заключило контракт с компанией «BAE Systems» на разработку нового образца рельсовой пушки, который будет способен вести огонь очередями без перегрева ствола.

В 2016 году, согласно его планам, будут проведены испытания новой рельсовой пушки с борта корабля. Предполагается установить опытный образец электронной пушки на быстроходный транспорт JHSV-3 «Millinocket» и продемонстрировать работу пушки.

Исходя из анализа совокупности работ, проводимых в этой области, можно сделать вывод, что в настоящее время они находятся на этапе натурных испытаний промышленно произведенных демонстрационных прототипов, результаты которых предсказать невозможно.

Кроме того, разработчикам еще предстоит окончательно решить проблемы скорострельности и стрельбы очередями, а также живучести ствола при сохранении им требуемых параметров. В связи с этим техническая готовность рельсовых электромагнитных пушек, создаваемых по заказу ВМС США, ожидается не ранее 2025 года.

/По материалам warfiles.ru/

army-news.ru

Оружие будущего. Электромагнитная пушка. Андрей Князев

В последнее время в открытой печати все чаще появляются публикации об электромагнитном оружии (ЭМО). Материалы об ЭМО пестрят различными сенсационными, а порой и откровенно антинаучными «выкладками» и экспертными мнениями, часто настолько полярными, что складывается впечатление, что люди говорят вообще о разных вещах. Электромагнитное оружие называют и «технологиями будущего» и одной из «величайших обманок» в истории. Но истина, как это часто бывает, лежит где-то посередине…

Электромагнитное оружие (ЭМО) — оружие, в котором для придания начальной скорости снаряду используется магнитное поле, либо энергия электромагнитного излучения используется непосредственно для поражения или нанесения повреждений технике и живой силе противника. В первом случае магнитное поле используется как альтернатива взрывчатым веществам в огнестрельном оружии. Во втором — используется возможность наведения токов высокого напряжения и электромагнитных импульсов высокой частоты для выведения из строя электрического и электронного оборудования противника. В третьем — применяется эм-излучение определенной частоты и напряженности с целью вызывание болевых или иных (страха, паники, слабости) эффектов у человека. ЭМ оружие второго типа позиционируется как безопасное для людей и служащее для вывода из строя техники и средств связи. Электромагнитное оружие третьего типа, приводящее к временной небоеспособности живой силы противника, относится к категории оружия нелетального действия.

Электромагнитное оружие, разрабатываемое в настоящее время, можно разделить на несколько типов, различающихся по принципу использования свойств электромагнитного поля:

— Электромагнитная пушка (ЭМП)

— Система активного «отбрасывания» (САО)

— «Глушилки» — различные виды систем радиоэлектронной борьбы (РЭБ)

— Электромагнитные бомбы (ЭБ)

В первой части цикла статей, посвященных электромагнитному оружию, речь пойдет об электромагнитных пушках. Ряд стран, например США, Израиль и Франция активно проводят разработки в этой области, сделав ставку на использование электромагнитно-импульсных систем для генерации кинетической энергии беозарядов.

У нас, в России, пошли другим путем — основной упор сделали не на электронные пушки, как США или Израиль, а на системы радиоэлектронной борьбы и электромагнитные бомбы. Например, как утверждают специалисты, работающие над проектом «Алабуга», отработка технологии уже минула стадию полевых испытаний, в данный момент идет стадия доводки опытных образцов в целях увеличить мощность, точность и дальность излучения. Сегодня боевая часть «Алабуги», разорвавшись на высоте 200-300 метров, способна отключить всю радио- и электронную аппаратуру противника в радиусе 4 км и оставить войсковое подразделение масштаба батальон/полк без средств связи, управления и наведения огня, превратив всю имеющуюся технику противника в «груду металлолома». Может быть именно эту систему имел в виду Владимир Владимирович, когда недавно говорил, о «секретном оружии», которое Россия может применить в случае войны? Впрочем, подробнее про систему «Алабуга» и других новейших российских разработках в области ЭМО речь пойдет в следующем материале. А сейчас, давайте, вернемся к электромагнитным пушкам, наиболее известном и «раскрученном» в СМИ типе электромагнитного оружия.

Может возникнуть резонный вопрос — зачем вообще нужны ЭМ-пушки, разработка которых требует огромных затрат времени и ресурсов? Дело в том, что существующие артиллерийские системы (на основе порохов и взрывчатых веществ), по оценкам экспертов и ученых, достигли своего предела — скорость выпущенного с их помощью снаряда ограничена 2,5 км/сек. Для того, чтобы увеличить дальнобойность артиллерийских систем и кинетическую энергию заряда (а следовательно, и поражающую способность боевого элемента) необходимо увеличить начальную скорость снаряда до 3-4 км/сек, а существующие системы на это не способны. Для этого нужны принципиально новые решения.

Идея создания электромагнитной пушки зародилась практически одновременно в России и Франции в разгар Первой мировой войны. В её основу легли труды немецкого исследователя Йоганна Карла Фридриха Гаусса, который разработал теорию электромагнетизма, воплотившуюся в необычное устройство — электромагнитную пушку. Тогда, в начале ХХ века всё ограничилось опытными образцами, показавшими, к тому же, довольно посредственные результаты. Так французский опытный образец ЭМП смог разогнать 50-граммовый снаряд лишь до скорости 200 м/сек, что ни шло ни в какое сравнение с существовавшими на тот момент пороховыми артиллерийскими системами. Её российский аналог — «магнитно-фугальная пушка» и вовсе осталась лишь «на бумаге», — дальше чертежей дело не пошло. Всё дело в особенностях данного вида вооружения. Пушка Гаусса стандартной конструкции состоит из соленоида (катушки) с расположенным внутри него стволом из диэлектрического материала.

Пушка Гаусса заряжается снарядом из ферромагнетика. Чтобы заставить снаряд двигаться, на катушку подаётся электрический ток, создающий магнитное поле, благодаря действию которого снаряд «втягивается» в соленоид, — и скорость снаряда на выходе из «ствола» тем больше, чем мощнее сгенерированный электромагнитный импульс. В настоящее время ЭМ-пушки Гаусса и Томпсона, вследствие ряда принципиальных (и на данный момент неустранимых) недостатков, не рассматриваются с точки зрения практического применения, основным видом ЭМ-пушек, разрабатываемых для постановки на вооружение, являются «рельсотроны».

В состав рельсотрона входят мощный источник питания, коммутационная и управляющая аппаратура и два электропроводящих «рельса» длиной от 1 до 5 метров, которые являются своего рода «электродами», расположенными друг от друга на расстоянии примерно 1 см. В основу действия рельсотрона положен кумулятивный эффект, когда энергия электромагнитного поля взаимодействует с энергией плазмы, которая образуется в результате «сгорания» специальной вставки в момент подачи высокого напряжения. В нашей стране об электромагнитных пушках заговорили в 50-е годы, когда началась гонка вооружений, и тогда же начались работы по созданию ЭМП — «сверхоружия», способного в корне изменить расстановку сил в противостоянии с США. Советским проектом руководил выдающийся физик академик Л. А. Арцимович, один из ведущих мировых специалистов по изучению плазмы. Именно он заменил громоздкое название «электродинамический ускоритель массы» на всем известное сегодня — «рельсотрон». Разработчики рельсотронов сразу с толкнулись серьезной проблемой: электромагнитный импульс должен быть настолько мощным, чтобы возникла ускоряющая сила, способная разогнать снаряд до скорости, как минимум 2М (около 2,5 км/с), и вместе с тем настолько кратковременным, чтобы снаряд не успел «испариться» или разлететься на куски. Поэтому снаряд и рельс должны обладать как можно более высокой электрической проводимостью, а источник тока — как можно большей электрической мощностью и как можно меньшей индуктивностью. В данный момент эта фундаментальная проблема, проистекающая из принципа действия рельсотрона, до конца не устранена, но вместе с тем разработаны инженерные решения, способные до определенной степени нивелировать ее негативные последствия и создать действующие прототипы ЭМ-пушки рельсотронного типа.

В США с начала двухтысячных идут лабораторные испытания 475-мм рельсотроной пушки, разработанной компаниями General Atomics и BAE Systems. Первые залпы из «пушки будущего», как ее уже окрестили в ряде СМИ, показали довольно обнадёживающие результаты. Снаряд массой 23-кг вылетал из ствола со скоростью, превышающей 2200 м/сек, что позволило бы поражать цели на расстоянии до 160 км. Невероятная кинетическая энергия поражающих элементов электромагнитных орудий делает боевые части снарядов, по сути, ненужными, так как сам снаряд при попадании в цель производит разрушения, сравнимые с тактической ядерной боеголовкой.

После доводки опытного образца рельсотрон планировали установить на скоростной корабль JHSV Millinocket. Однако планы эти отложили до 2020 года, так как с установкой ЭМП именно на боевые корабли возник ряд принципиальных сложностей, устранить которые пока не удалось.

Та же судьба постигла и ЭМ-пушку на передовом американском эсминце «Zumwalt». В начале 90-х годов вместо артиллерийской системы 155 калибра на перспективных кораблях типа DD(X) / GG(X) планировалось устанавливать электромагнитную пушку, но потом от этой идеи решили отказаться. В том числе потому, что при стрельбе из ЭМП пришлось бы на время отключать большую часть электроники эсминца, в том числе системы ПВО и ПРО, а также останавливать ход корабля и системы жизнеобеспечения, иначе мощности энергосистемы не хватает для обеспечения стрельбы. К тому же ресурс ЭМ-пушки, которая испытывалась на эсминце, оказался крайне невелик, — всего несколько десятков выстрелов, после чего ствол выходит из строя из-за огромных магнитных и температурных перегрузок. Данную проблему решить пока не удалось. Исследования и испытания, а точнее сказать, «освоение бюджета», по программе разработки электромагнитного оружия для эсминцев типа DD(X) в данный момент продолжаются, но вряд ли ЭМП с теми характеристиками, которые заявлялись на старте данной программы, появится на вооружении армии США в обозримой перспективе. 

Есть ли у электромагнитных пушек будущее? Безусловно. И вместе с тем, не стоит ожидать, что уже завтра ЭМП заменят привычные нам артиллерийские системы. Многие ученые и эксперты в начале 80-х годов ХХ века всерьез заявляли, что не пройдет и 30-ти лет, как лазерное оружие изменит «лицо войны» до неузнаваемости. Но заявленный срок вышел, а мы до сих пор не видим на вооружении армий мира ни бластеров, ни лазерных пушек, ни генераторов силовых полей. Все это пока остается фантастикой и темой для футуристических дискуссий, хотя работы в данном русле ведутся, и по ряду направлений достигнут серьезный прогресс. Но порой между открытием и серийным образцом проходят долгие десятилетия, а бывает и так, что разработка, поначалу казавшаяся необычайно перспективной, в итоге совершенно не оправдывает ожидания, становясь очередной «технологией будущего», так и не ставшей «реальностью». И какая судьба ждет электромагнитное оружие — покажет только время!

Андрей Князев,

специально для News Front

news-front.info