Obliczanie cewki Gaussa. Zacznij od nauki
Całkiem potężny model słynnej armaty Gaussa, który można wykonać własnymi rękami z dostępnych materiałów. Ten domowy pistolet Gaussa jest bardzo prosty w wykonaniu, ma lekką konstrukcję, wszystkie użyte części można znaleźć u każdego majsterkowicza i radioamatora. Za pomocą programu do obliczania cewek można uzyskać maksymalną moc.
Zatem do zrobienia Działka Gaussa potrzebujemy:
- Kawałek sklejki.
- Arkusz z tworzywa sztucznego.
- Plastikowa rurka do kufy ∅5 mm.
- Drut miedziany na cewkę ∅0,8 mm.
- Kondensatory elektrolityczne o dużej pojemności
- Przycisk Start
- Tyrystor 70TPS12
- Baterie 4X1,5V
- Żarówka i gniazdo do niej o mocy 40W
- Dioda 1N4007
Montaż obudowy obwodu pistoletu Gaussa
Kształt ciała może być dowolny, nie jest konieczne trzymanie się przedstawionego schematu. Aby nadać nadwoziu estetyczny wygląd, można go pomalować farbą w sprayu.
Instalowanie części w obudowie działka Gaussa
Na początek podłączamy kondensatory, w tym przypadku były one przymocowane do plastikowych opasek, ale można wymyślić inne mocowanie.
Następnie montujemy oprawkę żarówki na zewnątrz obudowy. Nie zapomnij podłączyć do niego dwóch przewodów zasilających.
Następnie umieszczamy komorę baterii wewnątrz obudowy i mocujemy ją np. za pomocą wkrętów do drewna lub w inny sposób.
Nawijanie cewki do pistoletu Gaussa
Do obliczenia cewki Gaussa można skorzystać z programu FEMM, który można pobrać pod tym linkiem https://code.google.com/archive/p/femm-coilgun
Korzystanie z programu jest bardzo proste, należy wprowadzić niezbędne parametry do szablonu, załadować je do programu, a na wyjściu otrzymujemy wszystkie charakterystyki cewki i przyszłego działa jako całości, aż do prędkości pocisku.
Zacznijmy więc nawijać! Najpierw należy wziąć przygotowaną tubę i owinąć ją papierem za pomocą kleju PVA, tak aby zewnętrzna średnica tuby wynosiła 6 mm.
Następnie wiercimy otwory w środku segmentów i umieszczamy je na rurze. Naprawiamy je za pomocą gorącego kleju. Odległość między ścianami powinna wynosić 25 mm.
Nakładamy cewkę na beczkę i przechodzimy do kolejnego etapu...
Schemat armaty Gaussa. Montaż
Obwód montujemy wewnątrz obudowy za pomocą mocowania na zawiasach.
Następnie instalujemy przycisk na korpusie, wiercimy dwa otwory i przeciągamy tam przewody do cewki.
Dla uproszczenia użytkowania można wykonać stojak na broń. W tym przypadku wykonano go z drewnianego klocka. W tej wersji wózka pozostawiono szczeliny wzdłuż krawędzi lufy, jest to konieczne, aby wyregulować cewkę, przesuwając cewkę, można uzyskać największą moc.
Łuski armat wykonane są z metalowego gwoździa. Segmenty mają długość 24 mm i średnicę 4 mm. Półprodukty z muszli należy naostrzyć.
Projekt rozpoczęto w 2011 roku. Był to projekt w pełni autonomicznego automatycznego systemu do celów rozrywkowych, o energii pocisku około 6-7 J, porównywalnej z pneumatyką. Planowano mieć 3 automatyczne stopnie ze startem z czujników optycznych oraz potężny wtryskiwacz-impaktor, który wystrzeliwuje pocisk z magazynka w lufę.
Układ został zaplanowany w następujący sposób:
Czyli klasyczny Bullpup, który umożliwił przeniesienie ciężkich akumulatorów do kolby i tym samym przesunięcie środka ciężkości bliżej rączki.
Schemat wygląda następująco:
Jednostka sterująca została następnie podzielona na jednostkę sterującą jednostką napędową i ogólną jednostkę sterującą. Blok kondensatorów i blok przełączający zostały połączone w jeden. Opracowano także systemy tworzenia kopii zapasowych. Z nich zmontowano jednostkę sterującą zespołu napędowego, zespół napędowy, przetwornicę, rozdzielacz napięcia i część wyświetlacza.
Składa się z 3 komparatorów z czujnikami optycznymi.
Każdy czujnik ma swój własny komparator. Dokonano tego w celu zwiększenia niezawodności, więc w przypadku awarii jednego mikroukładu ulegnie awarii tylko jeden stopień, a nie 2. Kiedy pocisk blokuje wiązkę czujnika, zmienia się rezystancja fototranzystora i uruchamia się komparator. Przy klasycznym przełączaniu tyrystorowym zaciski sterujące tyrystorów można podłączyć bezpośrednio do wyjść komparatorów.
Czujniki należy zamontować w następujący sposób:
A urządzenie wygląda tak:
Blok mocy ma następujący prosty obwód:
Kondensatory C1-C4 mają napięcie 450V i pojemność 560uF. Stosowane są diody VD1-VD5 typu HER307, a jako przełączające stosowane są tyrystory mocy VT1-VT4 typu 70TPS12.
Zmontowana jednostka podłączona do centrali sterującej na zdjęciu poniżej:
Przetwornica była niskonapięciowa, można dowiedzieć się więcej na ten temat
Jednostka dystrybucji napięcia realizowana jest poprzez banalny filtr kondensatorowy z wyłącznikiem zasilania i wskaźnikiem informującym o procesie ładowania akumulatorów. Blok posiada 2 wyjścia - pierwsze to zasilanie, drugie to wszystko inne. Posiada również zaciski do podłączenia ładowarki.
Na zdjęciu blok dystrybucyjny znajduje się po prawej stronie u góry:
W lewym dolnym rogu umieszczono przetwornicę rezerwową, zmontowaną według najprostszego układu z wykorzystaniem NE555 i IRL3705 i dysponującą mocą około 40W. Miał on być używany z oddzielną małą baterią, zawierającą system rezerwowy na wypadek awarii baterii głównej lub rozładowania baterii głównej.
Za pomocą przetwornicy rezerwowej przeprowadzono wstępne sprawdzenie cewek i sprawdzono możliwość zastosowania akumulatorów ołowiowych. Film przedstawia jednoetapowe strzelanie modelu do sosnowej deski. Pocisk ze specjalną końcówką o zwiększonej penetracji wchodzi w drzewo na głębokość 5mm.
W ramach projektu powstała także uniwersalna scena, będąca głównym blokiem dla kolejnych projektów.
Układ ten jest blokiem dla akceleratora elektromagnetycznego, na podstawie którego można złożyć akcelerator wielostopniowy o liczbie stopni do 20. Stopień posiada klasyczny wyłącznik tyrystorowy oraz czujnik optyczny. Energia wpompowana do kondensatorów wynosi 100J. Wydajność wynosi około 2 procent.
Zastosowano przetwornik o mocy 70 W z oscylatorem głównym opartym na chipie NE555 oraz tranzystor polowy mocy IRL3705. Pomiędzy tranzystorem a wyjściem mikroukładu znajduje się wzmacniacz na komplementarnej parze tranzystorów, który jest niezbędny do zmniejszenia obciążenia mikroukładu. Komparator czujnika optycznego jest montowany na chipie LM358 i steruje tyrystorem poprzez podłączenie kondensatorów do uzwojenia, gdy pocisk mija czujnik. Dobre obwody tłumiące są stosowane równolegle z transformatorem i cewką przyspieszającą.
Metody zwiększania efektywności
Rozważono także metody zwiększania wydajności, takie jak obwody magnetyczne, chłodzenie cewki i odzyskiwanie energii. O tym ostatnim opowiem więcej.
GaussGan ma bardzo niską wydajność, osoby pracujące w tym obszarze od dawna szukają sposobów na zwiększenie wydajności. Jedną z takich metod jest regeneracja. Jego istotą jest zwrot niewykorzystanej energii znajdującej się w cewce z powrotem do kondensatorów. Zatem energia indukowanego impulsu zwrotnego nigdzie nie trafia i nie łapie pocisku resztkowym polem magnetycznym, ale jest pompowana z powrotem do kondensatorów. Ta metoda pozwala zwrócić do 30 procent energii, co z kolei zwiększy wydajność o 3-4 procent i skróci czas przeładowania, zwiększając szybkostrzelność w systemach automatycznych. I tak - schemat na przykładzie akceleratora trzystopniowego.
Do izolacji galwanicznej w tyrystorowym obwodzie sterującym stosuje się transformatory T1-T3. Rozważmy działanie jednego stopnia. Przykładamy napięcie ładowania do kondensatorów, poprzez VD1, kondensator C1 ładuje się do napięcia nominalnego, pistolet jest gotowy do strzału. Po przyłożeniu impulsu do wejścia IN1 jest on przetwarzany przez transformator T1 i trafia do zacisków sterujących VT1 i VT2. VT1 i VT2 otwierają się i podłączają cewkę L1 do kondensatora C1. Poniższy wykres przedstawia procesy podczas ujęcia.
Najbardziej interesuje nas część zaczynająca się od 0,40 ms, kiedy napięcie staje się ujemne. To właśnie to napięcie można wychwycić i zwrócić do kondensatorów za pomocą rekuperacji. Kiedy napięcie staje się ujemne, przechodzi przez VD4 i VD7 i jest pompowane do akumulatora następnego stopnia. Proces ten odcina również część impulsu magnetycznego, co pozwala pozbyć się hamującego efektu resztkowego. Pozostałe etapy działają podobnie do pierwszego.
Stan projektu
Projekt i mój rozwój w tym kierunku zostały w zasadzie zawieszone. Prawdopodobnie w najbliższej przyszłości będę kontynuował prace w tym obszarze, ale niczego nie obiecuję.
Lista radioelementów
Przeznaczenie | Typ | Określenie | Ilość | Notatka | Sklep | Mój notatnik | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Jednostka sterująca sekcją mocy | |||||||
Wzmacniacz operacyjny | LM358 | 3 | Do notatnika | ||||
regulator liniowy | 1 | Do notatnika | |||||
Fototranzystor | SFH309 | 3 | Do notatnika | ||||
Dioda LED | SFH409 | 3 | Do notatnika | ||||
Kondensator | 100 µF | 2 | Do notatnika | ||||
Rezystor | 470 omów | 3 | Do notatnika | ||||
Rezystor | 2,2 kOhm | 3 | Do notatnika | ||||
Rezystor | 3,5 kOhm | 3 | Do notatnika | ||||
Rezystor | 10 kiloomów | 3 | Do notatnika | ||||
Blok mocy | |||||||
VT1-VT4 | Tyrystor | 70TPS12 | 4 | Do notatnika | |||
VD1-VD5 | Dioda prostownicza | HER307 | 5 | Do notatnika | |||
C1-C4 | Kondensator | 560 µF 450 V | 4 | Do notatnika | |||
L1-L4 | Induktor | 4 | Do notatnika | ||||
LM555 | 1 | Do notatnika | |||||
regulator liniowy | L78S15CV | 1 | Do notatnika | ||||
Komparator | LM393 | 2 | Do notatnika | ||||
Tranzystor bipolarny | MPSA42 | 1 | Do notatnika | ||||
Tranzystor bipolarny | MPSA92 | 1 | Do notatnika | ||||
Tranzystor MOSFET | IRL2505 | 1 | Do notatnika | ||||
Dioda Zenera | BZX55C5V1 | 1 | Do notatnika | ||||
Dioda prostownicza | ONA207 | 2 | Do notatnika | ||||
Dioda prostownicza | HER307 | 3 | Do notatnika | ||||
Dioda Schottky’ego | 1N5817 | 1 | Do notatnika | ||||
Dioda LED | 2 | Do notatnika | |||||
470 µF | 2 | Do notatnika | |||||
Kondensator elektrolityczny | 2200 µF | 1 | Do notatnika | ||||
Kondensator elektrolityczny | 220 µF | 2 | Do notatnika | ||||
Kondensator | 10 µF 450 V | 2 | Do notatnika | ||||
Kondensator | 1 µF 630 V | 1 | Do notatnika | ||||
Kondensator | 10 nF | 2 | Do notatnika | ||||
Kondensator | 100 nF | 1 | Do notatnika | ||||
Rezystor | 10 MOhm | 1 | Do notatnika | ||||
Rezystor | 300 kiloomów | 1 | Do notatnika | ||||
Rezystor | 15 kiloomów | 1 | Do notatnika | ||||
Rezystor | 6,8 kOhm | 1 | Do notatnika | ||||
Rezystor | 2,4 kOhm | 1 | Do notatnika | ||||
Rezystor | 1 kOhm | 3 | Do notatnika | ||||
Rezystor | 100 omów | 1 | Do notatnika | ||||
Rezystor | 30 omów | 2 | Do notatnika | ||||
Rezystor | 20 omów | 1 | Do notatnika | ||||
Rezystor | 5 omów | 2 | Do notatnika | ||||
T1 | Transformator | 1 | Do notatnika | ||||
Blok dystrybucji napięcia | |||||||
VD1, VD2 | Dioda | 2 | Do notatnika | ||||
Dioda LED | 1 | Do notatnika | |||||
C1-C4 | Kondensator | 4 | Do notatnika | ||||
R1 | Rezystor | 10 omów | 1 | Do notatnika | |||
R2 | Rezystor | 1 kOhm | 1 | Do notatnika | |||
Przełącznik | 1 | Do notatnika | |||||
Bateria | 1 | Do notatnika | |||||
Programowalny timer i oscylator | LM555 | 1 | Do notatnika | ||||
Wzmacniacz operacyjny | LM358 | 1 | Do notatnika | ||||
regulator liniowy | LM7812 | 1 | Do notatnika | ||||
Tranzystor bipolarny | BC547 | 1 | Do notatnika | ||||
Tranzystor bipolarny | BC307 | 1 | Do notatnika | ||||
Tranzystor MOSFET | AUIRL3705N | 1 | Do notatnika | ||||
Fototranzystor | SFH309 | 1 | Do notatnika | ||||
Tyrystor | 25 A | 1 | Do notatnika | ||||
Dioda prostownicza | ONA207 | 3 | Do notatnika | ||||
Dioda | 20 A | 1 | Do notatnika | ||||
Dioda | 50 A | 1 | Do notatnika | ||||
Dioda LED | SFH409 | 1 |
Elektromagnetyczny akcelerator masy Gaussa nosi imię genialnego niemieckiego fizyka. Johann Carl Friedrich Gauss uważany jest za największego matematyka wszechczasów, jednak w kręgach radioamatorskich słynie nie ze swoich twierdzeń i wzorów matematycznych, ale ze swojego akceleratora masy Gaussa.
Dzisiaj rozważymy jedną z najprostszych opcji akceleratora Gaussa. Tym razem nie będziemy używać skomplikowanych przetwornic napięcia, ponieważ obwód będzie zasilany bezpośrednio z sieci 220 woltów.
Na początek chcę ostrzec, że cały obwód jest pod napięciem, dlatego należy zachować szczególną ostrożność i przestrzegać wszystkich zasad bezpieczeństwa, przed przystąpieniem do prac instalacyjnych upewnić się, że wszystkie kondensatory są rozładowane.
Moc obwodu zależy od pojemności niepolarnego kondensatora o pojemności 1,5 µF; im większa jest jego pojemność, tym szybciej ładują się elektrolity.
Żarówka ogranicza prąd, można ją zastąpić 10-watowym rezystorem o rezystancji 470 omów - 1 kOhm.
Elektrozawór lub cewka jest główną częścią pistoletu. Elektromagnes nawinięty jest na plastikową ramkę o średnicy wewnętrznej 5-7 mm (wygodnie jest używać ramek z długopisów). Długość ramy 15-25 cm. Do mocowania cewek użyto super kleju.
Cewka w tym przypadku zawiera 55 zwojów, stosuje się drut o średnicy 0,6 mm. Nawijanie odbywa się w rzędach, każdy rząd składa się z 10-12 zwojów, co daje 5 warstw uzwojenia.
Jak już wspomniano, obwód jest ładowany bezpośrednio z sieci. Ładowanie jest dość proste, składa się tylko z trzech elementów.
Diody - dowolny prostownik, wybierz przy napięciu powyżej 400 woltów. Możesz także użyć diod pulsacyjnych, ale nie ma to sensu, ponieważ częstotliwość wynosi tylko 50 Hz, a konwencjonalne prostowniki radzą sobie z hukiem.
Kondensator o napięciu 400 woltów i pojemności 1,5 μF, ale można go wybrać eksperymentalnie.
Pociskami mogą być kawałki gwoździ o długości 3 cm, średnica powinna wynosić 3-4 mm.
Stycznik to przycisk 15-30 amperów, przez który prąd z kondensatora jest rozładowywany do elektromagnesu.
Ustawienia
Ustawienie polega na prawidłowym fazowaniu cewki. Ponieważ do elektromagnesu odprowadzany jest prąd stały, należy przestrzegać polaryzacji połączenia, w przeciwnym razie pocisk poleci do tyłu.
Kondensatory elektrolityczne muszą mieć napięcie znamionowe 400 woltów.
Instalacja
Podstawą jest aluminiowy stojak na dysk twardy. Przed rozpoczęciem należy sprawdzić obwód.
Z mojego doświadczenia najpierw sprawdź działanie kondensatorów i diod, w moim przypadku diody nie były sprawdzane, więc przy pierwszym włączeniu był sylwestrowy fajerwerk...
Wskazane jest użycie podstawek plastikowych lub drewnianych, w moim przypadku po prostu nie miałam ich pod ręką.
Pistolet nie jest najpotężniejszy, ale można za jego pomocą przeprowadzić wiele ciekawych eksperymentów i zrozumieć zasadę działania wielu urządzeń.
Pocisk leci na odległość 10-15 metrów, w zależności od pojemności kondensatora.
Lista radioelementów
Przeznaczenie | Typ | Określenie | Ilość | Notatka | Sklep | Mój notatnik |
---|---|---|---|---|---|---|
VD1, VD2 | Dioda prostownicza | 1N4007 | 2 | Do notatnika | ||
C1 | 1,5 µF | 1 | Do notatnika | |||
C2 | Kondensator elektrolityczny | 680uF 400V | 1 | Do notatnika | ||
R1 | Rezystor | 560 omów | 1 | 10 W | Do notatnika | |
L1 | Induktor | 1 |
Efektywność Pistolet Gaussa oblicza się po prostu - jest to energia pocisku na wyjściu z lufy podzielona przez energię zmagazynowaną w kondensatorach (w bardziej skomplikowanych przypadkach, gdy nie cała energia kondensatorów trafia do cewki, energia zużyta na strzał jest liczony). Energię zmagazynowaną w kondensatorach oblicza się ze wzoru E = C*U^2/2, gdzie C jest pojemnością kondensatora w faradach, U jest napięciem, do którego naładowany jest kondensator .
Energię pocisku oblicza się ze wzoru E = m*V^2/2, gdzie m to masa pocisku w kilogramach, a V to prędkość w metrach na sekundę .
Na przykład, jeśli w kondensatorach pistoletu Gaussa zgromadzonych jest 100 J, a energia pocisku na wyjściu z lufy wynosi 1 J, wówczas skuteczność pistoletu Gaussa wynosi 1%.
Metody pomiaru prędkości pocisku zostały opisane w poprzednim artykule. Aby poznać masę pocisku, nie mając wagi laboratoryjnej, można włożyć pocisk do strzykawki wypełnionej wodą i po ustaleniu objętości pomnożyć ją przez gęstość materiału pocisku.
Porozmawiajmy teraz o tym, jak wybrać i obliczyć wszystkie części pistoletu Gaussa, aby uzyskać najwyższą wydajność.
Kondensatory
1. Ogólnie rzecz biorąc, im wyższe napięcie robocze kondensatora, tym lepiej może to wpłynąć na końcową wydajność całego układu, ponieważ straty spowodowane rezystancją czynną zmniejszają się wraz ze wzrostem napięcia. Jednak kondensatory elektrolityczne mają najwyższy stosunek pojemności do objętości i trudno je znaleźć dla napięć większych niż 450 V. Możesz oczywiście użyć kondensatorów foliowych na napięcia 1000 woltów lub więcej, ale po pierwsze są one nieporęczne i ciężkie, a po drugie, będziesz musiał jakoś rozwiązać problemy z izolacją. Optymalne są więc kondensatory elektrolityczne 300-450V.
2. ESR (równoważna rezystancja szeregowa) kondensatorów. Im niższy ESR kondensatora, tym lepiej (jednak takie kondensatory są droższe). Niektórzy producenci tworzą specjalne linie kondensatorów o niskim ESR.
3. Ważną rolę odgrywa także reaktancja indukcyjna. Przy wszystkich pozostałych czynnikach im węższy i dłuższy kondensator, tym niższa jego reaktancja indukcyjna.
4. Konkluzje. Kondensatory z zaciskami nakrętkowymi są lepsze niż kondensatory z zaciskami lutowanymi (chociaż te pierwsze są droższe).
Klucze
No cóż, tutaj wszystko jest proste – im niższy opór klawisza, tym lepiej.
Pień
1. Im cieńsza lufa, tym lepiej, ponieważ w tym przypadku marnuje się mniej objętości wewnątrz cewki. Niektóre pistolety Gaussa w ogóle nie posiadają lufy (przykładowo ten pokazany na obrazku). Ale nie zapomnij o sile!
2. Im mniejsze tarcie wewnątrz lufy, tym więcej energii zatrzyma pocisk. Specjalne smary do broni, takie jak Ballistol, pomagają zmniejszyć tarcie.
3. Beczki wykonane z dielektryków są lepsze od metalowych, ponieważ w tych ostatnich podczas wypalania indukowane są prądy wirowe, które zużywają część energii strzału. Problem prądów wirowych można rozwiązać wykonując nacięcie na całej długości lufy (lub przynajmniej w części, w której znajduje się cewka, jak pokazano na rysunku).
Pocisk
1. Przy wszystkich pozostałych czynnikach pocisk o większej masie przyspiesza z większą wydajnością, ponieważ ma więcej domen magnetycznych wciągniętych do cewki.
2. Im wyższy próg nasycenia materiału, z którego wykonany jest pocisk, tym lepiej. Spośród dostępnych materiałów najwyższy próg nasycenia posiadają stale miękkie typu St.3 (z których wykonuje się np. gwoździe).
3. Nie bez znaczenia jest także aerodynamiczny kształt pocisku. Wskazane jest wykonanie go w taki sposób, aby w jak największym stopniu zmniejszyć tarcie z powietrzem.
Cewka
1. Nadal trwa dyskusja na temat optymalnego kształtu cewki, ale moim zdaniem jest ona następująca: średnica zewnętrzna jest równa trzykrotności średnicy wewnętrznej, a długość wynosi 11/9 średnicy zewnętrznej. Zależności te można wyprowadzić matematycznie. Nie twierdzę jednak, że znam tu ostateczną prawdę i czytelnicy mogą określić optymalny kształt cewki w drodze eksperymentów.
2. Aktywna rezystancja cewki powinna być nieco mniejsza niż czynna rezystancja kondensatorów, najlepiej 1,4 razy mniejsza. Ale ta relacja to także pole do eksperymentów.
3. Układanie drutu powinno być możliwie ciasne. Idealnie drut może być kwadratowy, sześciokątny lub płaski - aby nie było niewypełnionych nisz.
4. Materiał drutu powinien mieć możliwie najniższą rezystancję.
Jak zatem połączyć wszystkie często sprzeczne wymagania dotyczące części, aby osiągnąć najlepszą wydajność? Odpowiedź na to pytanie dają różne programy do modelowania matematycznego akceleratorów elektromagnetycznych. Na przykład, FEMM oraz specjalne skrypty do niego, które można pobrać.
Można w nich ustawić oczekiwane parametry swojego przyszłego pistoletu Gaussa i dowiedzieć się, jaka będzie przybliżona skuteczność (w praktyce zwykle okazuje się ona nieco niższa). To wszystko, życzę sukcesów w osiąganiu wysokiej efektywności!
Aby zbudować działo Gaussa o dobrych właściwościach, oprócz prac czysto projektowych, trzeba wykonać dość skomplikowane obliczenia. Wynika to z faktu, że czas działania przyspieszającego impulsu pola magnetycznego na pocisk musi być ściśle zgodny z czasem przebywania pocisku w cewce – w przeciwnym razie skuteczność przyspieszania będzie bardzo mała, a czasami pocisk może nawet lecieć w przeciwnym kierunku.
Takie obliczenia można wykonać „na oko”, wykorzystując jedynie podstawowe równania teorii obwodów. Podobne podejście jest nadal praktykowane przez wielu konstruktorów Gaussa (patrz na przykład). Jednak w ostatnich latach pojawiły się metody obliczeniowe wykorzystujące programy do modelowania matematycznego, z których najpopularniejszym jest FEMM (Magnetyka metodą elementów skończonych). Tutaj strona internetowa twórcy tego pakietu.
FEMM wykorzystuje do modelowania tak zwaną zasadę „elementów skończonych”. Jego istota jest dość prosta – przestrzeń problemowa podzielona jest na wiele małych obszarów, w obrębie których analizowane wielkości (w tym przypadku pole magnetyczne) aproksymowane są prostymi funkcjami (w najprostszym przypadku wielomianem pierwszego stopnia). Następnie dla każdego z tych obszarów rozwiązuje się podstawowy układ równań, uwzględniając warunki na brzegu. Podobną zasadę stosuje wiele innych programów symulujących różnorodne procesy (na przykład pakiet KOMSOL ).
Kompletne instrukcje dotyczące pracy z FEMM, a także podstawy działania tego programu można przeglądać - niestety tylko w języku angielskim. to skrócony rosyjski opis FEMM.Dobrze mówi po rosyjskuinstrukcje do obliczania Gaussa za pomocą FEMM są również dostępne na forumBroń przyszłości . Tak naprawdę nie ma tam nic skomplikowanego i każdy może to rozgryźć, jeśli chce. Dla każdego budowniczego Gaussa jest to koniecznością.
Ponieważ w przypadku Gaussa rozwiązujemy problem dynamiczny, należy przeprowadzić wielokrotne obliczenia sił i pól działających w układzie podczas ruchu przyspieszanego ciała i za każdym razem określić geometrię układu, warunki brzegowe i początkowe. Aby ułatwić to zadanie, zastosowano skrypty w języku Lua. W pewnym momencie forum Arsenalu Zespół autorów (przy moim skromnym udziale) włożył wiele pracy, aby opracować taki skrypt, dostosowany do naszego konkretnego przypadku. W rezultacie napisano i udostępniono publicznie kilka skryptów opisujących różne konfiguracje cewek (tyrystorowych, tranzystorowych, pustych, wielostopniowych itp.). W tej samej branży pojawiły się także skrypty, które pozwalają na automatyczny dobór parametrów akceleratora (np. średnicy cewki czy położenia początkowego pocisku), aby osiągnąć najlepszy wynik. Kilka bardziej egzotycznych konfiguracji opisano na stronie stronie Pietrowicza .
![]() |
Plik Excel do pobrania dla symulatora FEMM 4.2 (po lewej) i zrzut ekranu procedury obliczeniowej (po prawej).
Postanowiłem poświęcić tę stronęWyniki symulacji FEMM dla różnych konfiguracji cewki. Przez kilka lat zgromadziłem wiele podobnych obliczeń, które mam nadzieję przydadzą się konstruktorom Gaussa.
Dla każdej obliczonej konfiguracji Gaussa starałem się podać skrypty, za pomocą których przeprowadzono obliczenia, a także słowne uogólnienia, które pomagają lepiej zrozumieć istotę uzyskanych wyników.
Z poważaniem .