Když jsem byl ve druhém ročníku na univerzitě, dostal jsem velmi neobvyklou zakázku - třístupňovou Gaussovu zbraň. Podmínky pro jeho vytvoření byly velmi krátké: na všechno o všem byl jen týden. Kromě toho měla zbraň fyzikálně nerealizovatelnou chuť: obrácení magnetického pole cívek, což mělo podle autora zbraně zvýšit její účinnost. Protože jsem však miloval Gaussovy zbraně a snil jsem o tom, že začnu vydělávat peníze tím, co miluji, souhlasil jsem s plněním objednávky.

O prázdninách nic nenaznačovalo...

Tyto byly zimní prázdniny Do začátku školy zbývá něco málo přes týden. Nic nenaznačovalo podivné rozkazy, když mi najednou zavolal můj přítel a zeptal se, jestli mám chuť podílet se na vývoji skutečného Gaussova děla. Samozřejmě jsem byl pro. Slíbili, že vyčlení na dělo tolik peněz, kolik budou chtít (myšleno na detaily, a ne na platbu za práci). Hlavní podmínkou bylo dokončit zbraň včas, musela také umět obrátit magnetické pole cívek tak, aby střela dostala další zrychlení, a také být schopna prorazit nádrž a mít účinnost alespoň 10% .

Když jsem se seznámil se schématem zbraně, jednoduše jsem vypadl, protože to byla přísně tajná kresba z výzkumného ústavu z dob SSSR. Bohužel obvod byl spálen inkvizicí, nedochoval se, jen si z paměti pamatuji, že autor chtěl nabíjet nepolární kondenzátory střídavým proudem. Zákazník obecně neměl ponětí, jak fungují Gaussovy zbraně a elektronika obecně, protože ani nevěděl, že kondenzátory nejsou nabíjeny střídavým proudem. Takže jsem si všechno musel udělat sám.

Dalším nepříjemným překvapením bylo, že tělo pro zbraň bylo již připraveno. Umístění cívek proto nebylo možné změnit a jejich velikost byla omezena na délku.

Co se týče převrácení cívek ... snažil jsem se vysvětlit, že energie na cívce nemůže „zmizet nikam“, nicméně to byla důležitá podmínka, i když díky mému návrhu byla implementace převrácení magnetického pole stal se nezbytným pouze v první fázi a další tři fungovaly jako u konvenčních Gaussových děl.

Začátek vývoje. Ovládání můstkové cívky

Ukázalo se, že v týmu jsem byl jediný, kdo rozuměl elektronice na dost vysoké úrovni. Snad proto šel vývoj celý týden nepřetržitě s přestávkami na trochu spánku, ačkoliv jsme byli tři, Sláv. („Slav“, protože jména všech tří končila na „slav“).

V první řadě bylo potřeba odhadnout, co se stane v můstkovém spínacím obvodu kláves při pokusu přivést napětí na cívku v opačném směru poté, co jí již začal protékat proud. Pro tyto účely jsem použil simulátor LTSpice s potřebnými knihovnami prvků (který jsem vzal, něco jako ). Jako klíče jsem se rozhodl použít IGBT tranzistory zapojené paralelně. Vyhledávání Google ukázalo, že paralelní zapojení IGBT tranzistorů v Gaussově pistoli bude fungovat správně, pokud má každý tranzistor malý přídavný odpor (z paměti jako 0,1 - 0,5 Ohm). Bez dalších rezistorů budou tranzistory s největší pravděpodobností hořet jeden po druhém. Také pro ochranu proti samoindukci musí mít každý tranzistor ochrannou diodu. Jako kondenzátory byly samozřejmě použity běžné elektrolyty s kapacitou 330 - 470 mikrofaradů a napětím 450 voltů. Hodnota indukčnosti cívek pro simulátor byla získána z výpočtů cívek v programu FEMM. IGBT tranzistory byly řízeny pomocí optomotorů specializovaných pro tento účel, protože bylo nutné galvanické oddělení.

V důsledku toho se ukázalo, že v můstkovém obvodu při opětovném zapojování cívky měly tranzistory silné zpětné proudové rázy, které byly neslučitelné s životností křemíku. Tento problém absolutně nic nevyřešilo a varistor také nezachránil. Na druhou stranu, pokud odstraníte tranzistory podél jedné úhlopříčky a necháte tam diody, získáte obvod pro rekuperaci energie. V případě rekuperace se zbytková energie cívky po průchodu projektilu vracela zpět do kondenzátoru.

Tyto dvě novinky jsem oznámil zákazníkovi. Zákazník však řekl, že přepólování musí být implementováno bez problémů, i když je třeba obětovat účinnost (ačkoli původním cílem bylo zvýšit účinnost.). V důsledku toho jsem jednoduše zapnul cívku v sérii s přídavným rezistorem, jehož hodnotu jsem vybral na základě přípustných hodnot zpětného proudu tranzistorů.

Výpočet cívky

Možná právě tím, že jsem se setkal s výpočty cívek pro Gaussovu pistoli, jsem se poprvé dozvěděl, že něco může počítač počítat hodiny, ne-li celé dny. Jak jsem již psal, výpočet byl proveden pomocí speciálního skriptu v programu FEMM. Jeden kamarád mi dal "pravdivý" scénář pro výpočet. Pokud máte zájem, můžete si na internetu vyhledat "coilgun_cu.lua" nebo stáhnout . Existují také dva zdroje ( a ), kde jsem četl o stejných tranzistorech IGBT a o FEMM a mnohem více.

Po dokončení výpočtů s optimalizací byly získány hodnoty rychlosti střely, účinnosti zbraně, počtu závitů atd. nejlépe. S největší pravděpodobností budou nejlepší pouze v určitém rozsahu parametrů cívky.

Ovládání děla

Jelikož je pistole třístupňová, vyvstává otázka, jak přepínat cívky. Aby bylo možné určit přítomnost projektilu před cívkou, bylo rozhodnuto použít standardní řešení ve formě optických senzorů (doporučuji vám pro tento účel zakoupit importované IR LED, protože staré domácí spotřebují hodně energie). Bylo rozhodnuto určit signály ze snímačů pomocí externích přerušení mikrokontroléru řady AVR. Mikrokontrolér také změřil napětí na kondenzátorech a vydával odpovídající zvuky při dvou úrovních nabití: když jsou kondenzátory plně nabité, a když se blíží plnému nabití (80-90 % maxima).

Měniče napětí

Pro nabíjení kondenzátorů o celkové kapacitě téměř 2000 mikrofaradů z 12voltové baterie na napětí 450 voltů byl potřeba dostatečně výkonný měnič. Byl jsem příliš líný vyrobit konvertor od nuly, tak jsem ho jednoduše odstranil ze své vlastní Gaussovy zbraně. Koho by zajímalo, byl to převodník

29. března 2013 ve 12:59 hodin

Gaussova zbraň- legenda o 3% účinnosti

• DIY nebo DIY

Nějak jsem na internetu našel článek o Gaussově zbrani a přemýšlel o tom, že by bylo hezké mít jednu (nebo dokonce dvě) pro sebe. V procesu hledání jsem narazil na webovou stránku gauss2k a nejjednodušší obvod postavil super-cool-mega-gauss zbraň.

Tady je:

A trochu střílel:

A pak mě přepadl silný smutek, že nemám super cool pistoli, ale prd, kterých je spousta. Posadil jsem se a začal přemýšlet o tom, jak zvýšit efektivitu. Dlouhá úvaha. Rok. Četl jsem celý gauss2k a patro vojenského fóra. Vynalezeno.

Ukázalo se, že existuje program napsaný zámořskými vědci, ale dokončený našimi řemeslníky pod Gaussovým kanónem, a nejmenuje se jinak než FEMM.

Z fóra jsem si stáhl skript .lua a zámořskou verzi 4.2 programu a připravil se na vědecké výpočty. Ale nebylo to tam, zámořský program nechtěl spustit ruský skript, protože skript byl vyroben pod verzí 4.0. A otevřel jsem návod (říkají tomu manuál) v měšťáckém jazyce a úplně ho rozsvítil. Byla mi odhalena velká pravda, že do scénáře, prokletí, musíte nejprve přidat záludnou linku.

Tady to je: setcompatibilitymode(1) -- povolí režim kompatibility femm 4.2
A posadil jsem se k dlouhým výpočtům, můj počítací stroj zabručel a dostal jsem popis vědce:

Popis

Kapacita kondenzátoru, microFarad= 680
Napětí kondenzátoru, Volt = 200
Celkový odpor, Ohm = 1,800147899376892
Vnější odpor, Ohm = 0,5558823529411765
Odpor cívky, Ohm = 1,244265546435716
Počet závitů na cívku = 502,1193771626296
Průměr drátu vinutí cívky, mm = 0,64
Délka drátu v cívce, metr = 22,87309092387464
Délka cívky, mm = 26
Vnější průměr cívky, mm = 24
Indukčnost cívky s kulkou ve výchozí poloze, microHenry = 1044,92294174225
Vnější průměr hlavně, mm = 5
Hmotnost střely, gramy = 2,450442269800038
Délka střely, mm = 25
Průměr střely, mm = 4
Vzdálenost, na kterou je střela zatlačena do cívky v počátečním okamžiku, milimetr = 0
Materiál, ze kterého je střela vyrobena = č. 154 Experimentálně vybraný materiál (jednoduché železo)
Doba zpracování (mikrosekundy) = 4800
Časový přírůstek, mikros=100
Energie střely J = 0,2765589667129519
Energie kondenzátoru J = 13,6
Gaussova účinnost (%)= 2,033521814065823
Úsťová rychlost, m/s = 0
Rychlost střely na výstupu z cívky, m/s = 15,02403657199634
Maximální dosažená rychlost, m/s = 15,55034094445013

A pak jsem se posadil, abych realizoval toto kouzlo ve skutečnost.

Vzal jsem z antény trubku (jeden z úseků D = 5mm) a udělal jsem do ní řez (bruskou), protože trubka je uzavřená smyčka, ve které se budou indukovat proudy prokleté, tzv. vířivé proudy, a to právě trubice se zahřeje, čímž se sníží účinnost, která je již tak nízká .

Stalo se toto: štěrbina ~ 30 mm

Začal navíjet cívku. Abych to udělal, vyřízl jsem 2 čtverce (30x30 mm) z fólie skelného vlákna a s otvorem ve středu (D = 5 mm) a naleptal na něj záludné stopy, abych je připájel k trubce (dokonce se leskne jako kus železa, ale vlastně mosaz).

Se všemi těmito věcmi jsem se posadil, abych navinul cívku:

Zabalený. A podle stejného schématu jsem sestavil toto složité zařízení.

Vypadá to takto:

Tyristor a mikřík byly ze starých zásob, ale kondenzátor jsem sehnal z počítače (jsou dva). Ze stejného zdroje byl následně použit diodový můstek a tlumivka převedená na zvyšovací transformátor, protože je nebezpečné nabíjet ze zásuvky a není v otevřeném poli, a proto potřebuji měnič, který jsem začal stavět. K tomu jsem vzal dříve sestavený generátor na NE555:

A připojil to k plynu:

který měl 2 vinutí po 54 závitech 0,8 drátu. Vše jsem napájel z 6V baterie. A koneckonců, jaké kouzlo - místo 6 voltů na výstupu (vinutí jsou stejná) jsem dostal až 74 voltů. Když jsem vykouřil další balíček příruček o transformátorech, zjistil jsem:

- Jak víte, proud v sekundárním vinutí je tím větší, čím rychleji se mění proud v primárním vinutí, tzn. úměrné derivaci napětí v primárním vinutí. Pokud je derivace sinusoidy zároveň sinusoidou se stejnou amplitudou (v transformátoru se hodnota napětí násobí transformačním poměrem N), pak je situace u obdélníkových impulsů jiná. Na náběžné a zadní hraně lichoběžníkového impulsu je rychlost změny napětí velmi vysoká a derivace v tomto bodě má také velká důležitost proto vysoké napětí.

Gauss2k.narod.ru "Přenosné zařízení pro nabíjení kondenzátorů." Autor ADF

Po krátkém přemýšlení jsem došel k závěru: protože moje výstupní napětí je 74 voltů, ale potřebuji 200, pak je třeba zvýšit 200/74 = 2,7 násobek počtu závitů. Celkem 54 * 2,7 = 146 otáček. Jedno z vinutí jsem převinul tenčím drátem (0,45). Počet otáček se zvýšil na 200 (v záloze). Pohrál jsem si s frekvencí měniče a dostal kýžených 200 voltů (ve skutečnosti 215).

Vypadá to takto:

Ošklivé, ale toto je dočasná možnost, pak se to předělá.

Po shromáždění všech těchto věcí jsem udělal několik natáčení:

Po střelbě jsem se rozhodl změřit, jaké má moje zbraň výkonnostní vlastnosti. Začalo to měřením rychlosti.

Poté, co jsem večer seděl s papírem a perem, přišel jsem se vzorcem, který vám umožní vypočítat rychlost podél dráhy letu:

S tímto složitým vzorcem jsem dostal:

Cílová vzdálenost, x = 2,14 m
vertikální odchylka, y (aritmetický průměr 10 výstřelů) = 0,072 m
Celkový:

Zpočátku jsem tomu nevěřil, ale následně jsem sestavil penetrační senzory připojené k zvuková karta, ukázal rychlost 17,31 m/s

Byl jsem příliš líný změřit hmotnost karafiátu (a nic není), tak jsem vzal hmotnost, kterou mi vypočítal FEMM (2,45 gramu). Nalezená účinnost.

Energie uložená v kondenzátoru = (680 * 10^-6 * 200^2) / 2 = 13,6 J
Energie střely = (2,45 * 10^-3 * 17,3^2) / 2 = 0,367 J
Účinnost = 0,367 / 13,6 * 100 % = 2,7 %

To je v podstatě vše, co je s jednostupňovým urychlovačem spojeno. Vypadá to takto:

Text práce je umístěn bez obrázků a vzorců.
Plná verze práce je dostupná v záložce "Soubory práce" ve formátu PDF

1. Úvod.

Elektromagnetická pistole Gauss je známá všem amatérům počítačové hry a fantazie. Byl pojmenován po německém fyzikovi Karlu Gaussovi, který zkoumal principy elektromagnetismu. Ale je to tak daleko smrtící fantasy zbraň z reality?

Z kurzu školní fyziky jsme se dozvěděli, že elektrický proud procházející vodiči vytváří kolem nich magnetické pole. Čím větší je proud, tím silnější je magnetické pole. Největší praktický zájem je o magnetické pole cívky s proudem, jinými slovy induktoru (solenoidu). Pokud je cívka s proudem zavěšena na tenkých vodičích, bude nastavena do stejné polohy jako střelka kompasu. To znamená, že induktor má dva póly – severní a jižní.

Gaussova pistole se skládá ze solenoidu, uvnitř kterého je dielektrická hlaveň. Do jednoho z konců hlavně je vložena střela z feromagnetika. Při proudění elektrický proud v elektromagnetu vzniká magnetické pole, které projektil urychlí a „vtáhne“ do elektromagnetu. V tomto případě jsou na koncích střely vytvořeny póly, které jsou symetrické k pólům cívky, díky čemuž může být střela po průchodu středem elektromagnetu přitahována k opačný směr a zpomalit.

Pro co největší účinek musí být proudový impuls v elektromagnetu krátkodobý a silný. K získání takového impulsu se zpravidla používají elektrické kondenzátory. Parametry vinutí, střely a kondenzátorů musí být sladěny tak, aby při přiblížení střely k elektromagnetu byla indukce magnetického pole v elektromagnetu maximální při přiblížení střely k elektromagnetu, ale při přiblížení střely prudce klesla.

Gaussův kanón jako zbraň má výhody, které jiné typy nemají ručních palných zbraní. To je absence nábojů, neomezená volba počáteční rychlosti a energie munice, možnost tichý výstřel, včetně bez výměny hlavně a střeliva. Relativně nízký zpětný ráz (rovný hybnosti vyhozeného projektilu, žádná další hybnost od hnacích plynů nebo pohyblivých částí). Teoreticky větší spolehlivost a odolnost proti opotřebení, stejně jako schopnost pracovat v jakýchkoli podmínkách, včetně kosmického prostoru. Je také možné použít Gaussova děla k vynesení lehkých satelitů na oběžnou dráhu.

Navzdory své zdánlivé jednoduchosti je však její použití jako zbraně plné vážných potíží:

Nízká účinnost - asi 10%. Částečně lze tuto nevýhodu kompenzovat použitím vícestupňového systému zrychlení střely, každopádně však účinnost málokdy dosáhne 30 %. Gaussova zbraň proto ztrácí na síle výstřelu dokonce pneumatické zbraně. Druhým úskalím je vysoká spotřeba energie a dost dlouho kumulativní dobíjení kondenzátorů, které nutí k přenášení zdroje energie spolu s Gaussovou pistolí. Je možné výrazně zvýšit účinnost použitím supravodivých solenoidů, ale to by vyžadovalo výkonný chladicí systém, který by výrazně snížil pohyblivost Gaussovy zbraně.

Vysoká doba přebíjení mezi výstřely, tedy nízká rychlost střelby. Strach z vlhkosti, protože když je mokrý, šokuje samotného střelce.

Hlavním problémem jsou ale výkonné zdroje energie zbraně, které jsou tento moment jsou objemné, což ovlivňuje přenositelnost

Dnes tedy Gaussův kanón pro zbraně s nízkou ničivou silou (automatické zbraně, kulomety atd.) nemá jako zbraň příliš velkou perspektivu, protože je výrazně horší než jiné typy. ručních palných zbraní. Vyhlídky se objevují při jeho použití jako námořní zbraně velkého kalibru. A tak například v roce 2016 začne americké námořnictvo testovat railgun na vodě. Railgun neboli rail gun je zbraň, ve které je projektil vymrštěn nikoli pomocí výbušniny, ale pomocí velmi silného proudového impulsu. Střela je umístěna mezi dvěma rovnoběžnými elektrodami - kolejnicemi. Střela získává zrychlení díky Lorentzově síle, ke které dochází při uzavření okruhu. Pomocí railgunu je možné rozptýlit střelu na mnohem vyšší rychlosti než u prachové náplně.

Princip elektromagnetického zrychlení hmoty lze ale v praxi s úspěchem využít např. při tvorbě stavebních nástrojů - aktuální a moderní směr aplikované fyziky. Elektromagnetická zařízení, která přeměňují energii pole na energii pohybu těla, nebyla dosud z různých důvodů nalezena. široké uplatnění v praxi, takže má smysl o tom mluvit novinka naše práce.

1.1 Relevance projektu: tento projekt je interdisciplinární a pokrývá velký počet materiálu, po jehož prostudování vznikl nápad vytvořit funkční model Gaussovy zbraně.

1.2 Účel práce: zkoumat zařízení elektromagnetický urychlovač hmot (Gaussova pistole), jakož i principy její činnosti a aplikace. Sestavte funkční model Gaussova děla a určete rychlost střely a její hybnost.

Hlavní cíle:

1. Zvažte zařízení podle výkresů a rozložení.

2. Prostudovat zařízení a princip činnosti elektromagnetického urychlovače hmoty.

3. Vytvořte pracovní model.

4. Určete rychlost střely a její hybnost.

Praktická část práce:

Vytvoření funkčního modelu urychlovače hmoty v domácích podmínkách.

1.3 Hypotéza: Je možné si doma vytvořit nejjednodušší fungující model Gauss Gun?

2. Stručně o Gaussovi samotném.

Carl Friedrich Gauss (1777-1855) byl německý matematik, astronom, zeměměřič a fyzik. Gaussovo dílo se vyznačuje organickým propojením teoretické a aplikované matematiky, šíří problémů. Gaussova díla poskytla velký vliv o vývoji algebry (důkaz základní věty algebry), teorii čísel (kvadratické zbytky), diferenciální geometrii (vnitřní geometrie ploch), matematické fyzice (Gaussův princip), teorii elektřiny a magnetismu, geodézii (vývoj metody nejmenších čtverců) a mnoha odvětvích astronomie.

Carl Gauss se narodil 30. dubna 1777 v Braunschweigu, nyní Německo. Zemřel 23. února 1855, Göttingen, království Hannover, nyní Německo. Za svého života mu byl udělen čestný titul „Princ matematiků“. Byl jediným synem chudých rodičů. Učitelé školy byli tak ohromeni jeho matematickými a lingvistickými schopnostmi, že se obrátili na vévodu z Brunswicku s žádostí o podporu a vévoda dal peníze, aby mohl pokračovat ve studiu na škole a na univerzitě v Göttingenu (v letech 1795-98). Gauss získal doktorát v roce 1799 z University of Helmstedt.

Objevy v oblasti fyziky

V letech 1830-1840 věnoval Gauss velkou pozornost problémům fyziky. V roce 1833 sestrojil Gauss v úzké spolupráci s Wilhelmem Weberem první německý elektromagnetický telegraf. V roce 1839 Gauss publikoval svou práci „Obecná teorie přitažlivých a odpudivých sil působících nepřímo jako čtverec vzdálenosti“, ve které nastiňuje. hlavní ustanovení teorie potenciálu a dokazuje slavný Gauss-Ostrogradského teorém. Práce „Dioptric Studies“ (1840) od Gausse je věnována teorii zobrazování ve složitých optických systémech

3. Vzorce související s principem činnosti zbraně.

Kinetická energie střely

kde: - hmotnost střely, - její rychlost

Energie uložená v kondenzátoru

kde: - napětí kondenzátoru, - kapacita kondenzátoru

Doba vybití kondenzátoru

Toto je doba, za kterou se kondenzátor úplně vybije:

Provozní doba induktoru

Toto je doba, během které EMF induktoru stoupne na svou maximální hodnotu (plné vybití kondenzátoru) a zcela klesne na 0.

kde: - indukčnost, - kapacita

Jedním z hlavních prvků Gaussovy pistole je elektrický kondenzátor. Kondenzátory jsou polární a nepolární - téměř všechny kondenzátory velká kapacita, používané v magnetických urychlovačích, jsou elektrolytické a jsou polární. To znamená, že jeho správné připojení je velmi důležité - kladný náboj aplikujeme na svorku „+“ a záporný náboj na „-“. Hliníkové pouzdro elektrolytického kondenzátoru je mimochodem také svorkou „-“. Když znáte kapacitu kondenzátoru a jeho maximální napětí, můžete najít energii, kterou může tento kondenzátor akumulovat

4. Praktická část

Náš induktor C má 30 závitů (3 vrstvy po 10 závitech). Dva kondenzátory s celkovou kapacitou 450 mikrofaradů. Model byl sestaven podle následujícího schématu: viz Příloha 1.

Určení rychlosti letu střely vylétající z "hlavně" našeho modelu jsme provedli empiricky pomocí balistického kyvadla. Zkušenost je založena na zákonech zachování hybnosti a energie.Jelikož rychlost střely dosahuje významné hodnoty, přímé měření rychlosti, tedy určení doby, za kterou střela urazí nám známou vzdálenost, vyžaduje zvláštní vybavení. Rychlost kulky jsme měřili nepřímo pomocí nepružného nárazu – nárazu, který způsobí, že se srážející se těla spojí a pokračují v pohybu jako jedno. Letící projektil zažije nepružný dopad na volné těleso o větší hmotnosti. Po dopadu se tělo začne pohybovat rychlostí, která je o tolik menší než rychlost střely, jako je hmotnost střely menší než hmotnost těla.

Nepružný náraz se vyznačuje tím, že nevzniká potenciální energie pružné deformace, kinetická energie těles se zcela nebo částečně přemění na energii vnitřní. Po dopadu se srážející se tělesa buď pohybují stejnou rychlostí, nebo jsou v klidu. Pro dokonale nepružný dopad je splněn zákon zachování hybnosti:

kde je rychlost těles po interakci.

Zákon zachování hybnosti (hybnosti) se uplatní, tvoří-li spolupůsobící tělesa izolovanou mechanickou soustavu, tedy soustavu, která není ovlivňována vnějšími silami, ani vnějšími silami působícími na každé z těles se vzájemně vyrovnávají, případně průměty vnější síly do určitého směru jsou rovné nule.

Při nepružném dopadu se kinetická energie nezachová, protože část kinetické energie střely se přemění na vnitřek kolidujících těles, ale zákon zachování celkové mechanické energie je splněn a lze jej napsat:

kde je přírůstek vnitřní energie interagujících těles.

4.1 Metodika výzkumu.

Balistické kyvadlo, které jsme použili, je dřevěný blok s vrstvou plastelíny. cílová M zavěšené na dvou dlouhých téměř neroztahovacích nitích. Na cíli je upevněno laserové ukazovátko, jehož paprsek se při vychýlení kyvadla (po dopadu střely) pohybuje po vodorovné stupnici (obr. 1).

V určité vzdálenosti od kyvadla je Gaussovo dělo. Po dopadu střela o hmotnosti m uvízne v cíli M. Systém projektil-cíl je izolován v horizontálním směru. Od délky l závity jsou mnohem větší než lineární rozměry cíle, pak lze systém střela-cíl považovat za matematické kyvadlo. Po zásahu projektilu se těžiště systému „projektil-cíl“ zvedne do výšky h.

Na základě zákona zachování hybnosti v projekci na osu x (viz obr. 1) máme:

Kde je rychlost střely, je rychlost střely a kyvadla.

Zanedbáme-li tření v závěsu kyvadla a sílu odporu vzduchu, můžeme na základě zákona zachování energie napsat:

kde je výška systému po nárazu.

Hodnotu h lze určit z měření odchylky kyvadla od rovnovážné polohy po dopadu střely na cíl (obr. 2):

kde a je úhel vychýlení kyvadla z rovnovážné polohy.

Pro malé úhly vychýlení:

kde je vodorovný posun kyvadla.

Dosazením posledního vzorce do projekce zákona zachování hybnosti na ose zjistíme:

4.2 Výsledky měření.

Hmotnost střely m jsme určili vážením na mechanické laboratorní váze:

m = 3 g. = 0,003 kg.

Hmotnost M terče s vrstvou plastelíny a laserovým ukazovátkem je uvedena v popisu laboratorního uspořádání.

M = 297 g. = 0,297 kg.

Délky závěsných závitů musí být stejné a osa otáčení musí být přísně vodorovná.

V této části jsme měřili délku nití pomocí pravítka.

l \u003d 147 cm \u003d 1,47 m.

Po výstřelu z Gaussova děla nabitého projektilem se vizuálně zjišťuje, že střela zasáhla střed kyvadla.

Pro další výpočty označíme na stupnici polohu n 0 světelného indikátoru v rovnovážném stavu cíle a polohu n světelného indikátoru při maximální výchylce kyvadla a zjistíme posunutí S = (n - n 0 ) kyvadla.

Měření byla provedena 5x. V tomto případě byly opakované výstřely prováděny pouze na pevný cíl. Výsledky měření jsou uvedeny níže:

S cf = = 14 mm = 0,014 m,

a vypočítal rychlost ʋ 0 střely podle vzorce.

U 0 = =12,96 km/h

Stanovení chyb měření. Definice je provedena podle vzorce: , kde l₀ je průměrná hodnota délek, Δ l je průměrná hodnota chyby. Průměrnou hodnotu délek jsme již určili v předchozích krocích, zbývá nám tedy určit průměrnou hodnotu chyby. Určíme ji podle vzorce: Δ l = Nyní můžeme přiřadit hodnotu délky s chybou: Zjištění hybnosti střely. Hybnost je určena vzorcem: , kde je rychlost střely Dosadíme hodnoty:

5. Závěr.

Účelem naší práce bylo prostudovat zařízení elektromagnetického urychlovače hmoty (Gaussovo dělo), dále principy jeho činnosti a použití, jakož i výrobu funkčního modelu Gaussova děla a určit rychlost projektil. Námi prezentované výsledky ukazují, že jsme vytvořili experimentální provozní model elektromagnetického urychlovače hmoty (Gaussovo dělo). Zároveň jsme zjednodušili schémata dostupná na internetu a model jsme upravili pro práci ve standardní průmyslové AC síti. Naše práce nám umožňuje vyvodit následující závěry:

1. Funkční prototyp elektromagnetického urychlovače hmoty je docela možné sestavit doma.

2. Využití elektromagnetického zrychlení hmoty má do budoucna velkou perspektivu.

3. Elektromagnetické zbraně se mohou stát důstojnou náhradou střelných zbraní velké ráže, což bude možné zejména při vytváření kompaktních zdrojů energie.

6. Informační zdroje:

Wikipedie http://ru.wikipedia.org

Nový elektromagnetická zbraň 2010 http://vpk. name/news/40378_novoe_elektromagnitnoe_oruzhie_vyizyivaet_vseobshii_interes. html

13 394 zobrazení

Výkonný model slavné Gaussovy pistole, kterou si můžete vyrobit vlastníma rukama z improvizovaných prostředků, je spokojen. Tato domácí Gaussova pistole je vyrobena velmi jednoduše, má lehkou konstrukci, každý milovník domácí výroby a radioamatér najde všechny použité díly. S pomocí programu pro výpočet cívky můžete získat maximální výkon.

K výrobě Gaussova děla tedy potřebujeme:

1. Kus překližky.
2. Plastová fólie.
3. Plastová trubka pro čenich ∅5 mm.
4. Měděný drát pro cívku ∅0,8 mm.
5. Velké elektrolytické kondenzátory
6. tlačítko Start
7. Tyristor 70TPS12
8. Baterie 4x1,5V
9. Žárovka a patice k ní 40W
10. Dioda 1N4007

Sestavení těla pro schéma Gaussovy zbraně

Tvar pouzdra může být libovolný, není nutné dodržovat prezentované schéma. Aby pouzdro získalo estetický vzhled, můžete jej natřít barvou ve spreji.

Instalace dílů do krytu pro Gauss Cannon

Nejprve namontujeme kondenzátory, v tomto případě byly připevněny k plastovým sponám, ale můžete si vymyslet jiný držák.

Poté nainstalujeme kazetu pro žárovku na vnější stranu pouzdra. Nezapomeňte k němu připojit dva napájecí vodiče.

Poté přihrádku na baterie umístíme dovnitř pouzdra a zafixujeme např. vruty do dřeva nebo jiným způsobem.

Vinutí cívky pro Gauss Cannon

Pro výpočet Gaussovy cívky můžete použít program FEMM, program FEMM si můžete stáhnout z tohoto odkazu https://code.google.com/archive/p/femm-coilgun

Použití programu je velmi snadné, do šablony je potřeba zadat potřebné parametry, nahrát je do programu a na výstupu získáme všechny charakteristiky cívky a budoucí pistole jako celku až do rychlosti projektil.

Takže, začneme navíjet! Nejprve je třeba vzít připravenou trubici a omotat ji papírem pomocí lepidla PVA tak, aby vnější průměr trubice byl 6 mm.

Poté vyvrtáme otvory ve středu segmentů a nasadíme je na trubku. Opravte je horkým lepidlem. Vzdálenost mezi stěnami by měla být 25 mm.

Nasadíme cívku na hlaveň a pokračujeme k dalšímu kroku ...

Schéma Gauss Cannon. Shromáždění

Obvod uvnitř pouzdra sestavíme povrchovou montáží.

Poté na pouzdro nainstalujeme tlačítko, vyvrtáme dva otvory a navlékneme tam drátky pro cívku.

Pro zjednodušení použití můžete vyrobit stojan na zbraň. V tomto případě byl vyroben z dřevěného bloku. V této verzi vozíku byly podél okrajů hlavně ponechány mezery, což je nezbytné pro nastavení cívky, posunutí cívky, můžete dosáhnout největšího výkonu.

Dělové náboje jsou vyrobeny z kovového hřebíku. Segmenty jsou vyrobeny o délce 24 mm a průměru 4 mm. Je třeba nabrousit polotovary munice.

Elektromagnetický urychlovač hmoty Gauss, pojmenovaný po skvělém německém fyzikovi. Johann Carl Friedrich Gauss je považován za největšího matematika všech dob, ale v radioamatérských kruzích ho proslavily nikoli věty a matematické vzorce, ale Gaussův urychlovač hmoty.
Dnes bude zvažována jedna z nejjednodušších variant Gaussova urychlovače. Tentokrát nepoužijeme složité měniče napětí, jelikož obvod bude napájen přímo z 220V sítě.

Nejprve chci upozornit, že celý obvod je pod napětím, takže buďte velmi opatrní a dodržujte všechna bezpečnostní pravidla, před prováděním instalačních prací se ujistěte, že veškerá kapacita kondenzátorů je vybitá.

Výkon obvodu závisí na kapacitě nepolárního kondenzátoru o 1,5 mikrofaradu, čím větší je jeho kapacita, tím rychleji se budou elektrolyty nabíjet.
Žárovka omezuje proud, lze ji nahradit 10W rezistorem s odporem 470 Ohm-1 kOhm.

Solenoid neboli cívka je hlavní částí zbraně. Solenoid je navinut na plastovém rámečku o vnitřním průměru 5-7 mm (vhodné je použít rámečky z kuličkových per). Délka rámu 15-25 cm. K připevnění cívek bylo použito super lepidlo.

Cívka v tomto případě obsahuje 55 závitů, drát je použit o průměru 0,6 mm. Navíjení se provádí v řadách, každá řada se skládá z 10-12 závitů, což má za následek 5 vrstev vinutí.

Jak již bylo zmíněno, okruh se nabíjí přímo ze sítě. Nabíjení je vcelku jednoduché, skládá se pouze ze tří komponent.
Diody - jakýkoli usměrňovač, snímejte s napětím nad 400 voltů. můžete také použít pulzní diody, ale to nemá smysl, protože frekvence je pouze 50 Hz a konvenční usměrňovače si poradí s třeskem.
Kondenzátor s napětím 400 voltů, kapacitou 1,5 mikrofarad, ale může být vybrán pomocí experimentů.
Kousky hřebíků o délce 3 cm mohou sloužit jako skořápky, vyzvedněte průměr 3-4 mm.
Stykač je tlačítko pro 15-30 Ampér, přes něj je proud z kondenzátoru vybíjen do solenoidu.

Nastavení
Úprava spočívá ve správném sfázování cívky. Protože do elektromagnetu je vybíjen stejnosměrný proud, je třeba dodržet polaritu zapojení, jinak střela vyletí zpět.
Elektrolytické kondenzátory musí mít jmenovité napětí 400 voltů.

Montáž
Základ - hliníkový stojánek z pevného disku. Před spuštěním musíte zkontrolovat obvod.

Z mé zkušenosti - nejprve zkontrolujte výkon kondenzátorů a diod, v mém případě diody nebyly testovány, takže při prvním zapnutí byl novoroční ohňostroj ...
Je vhodné použít plastové nebo dřevěné podstavce, v mém případě prostě nebyly po ruce.
Pistole není nejvýkonnější, ale lze s ní provádět řadu zajímavých experimentů, abychom pochopili princip fungování mnoha zařízení.
Projektil uletí o 10-15 metrů, obecně záleží na kapacitě kondenzátoru.

Seznam rádiových prvků

Označení	Typ	Označení	Množství	Poznámka	Skóre	Můj poznámkový blok
VD1, VD2	usměrňovací dioda	1N4007	2			Do poznámkového bloku
C1		1,5uF	1			Do poznámkového bloku
C2	elektrolytický kondenzátor	680uF 400V	1			Do poznámkového bloku
R1	Rezistor	560 ohmů	1	10 wattů		Do poznámkového bloku
L1	Induktor		1