แผนภาพปืนเกาส์และการคำนวณ ปืนใหญ่เกาส์ที่ทรงพลังทำมันด้วยตัวเอง
สถาบันการศึกษางบประมาณของรัฐสำหรับการศึกษาวิชาชีพชั้นสูง
"สถาบันการศึกษาระดับภูมิภาคของรัฐ SAMARA (NAYANOV)"
การแข่งขันวิจัย All-Russian
"ความรู้ความเข้าใจ-2558"
(ภาควิชาฟิสิกส์)
งานวิจัย
ในหัวข้อ: " « จากเตรียมปืนเกาส์ที่บ้านและศึกษาลักษณะของมัน»
ทิศทาง : ฟิสิกส์
สมบูรณ์:
ชื่อเต็ม เอกอร์ชิน แอนตัน
มูร์ซิน อาร์เต็ม
สโกอัน คลาส 9 "A2"
สถาบันการศึกษาชั้นเรียน
หัวหน้างานด้านวิทยาศาสตร์:
ชื่อเต็ม ซาเวอร์ชินสกายา ไอ.เอ.
ปริญญาเอก ครูฟิสิกส์
ศีรษะ ภาควิชาฟิสิกส์ สโกอัน
(วุฒิการศึกษา ตำแหน่ง)
ซามารา 2015
1. บทนำ…………………………………………………………3
2. ประวัติโดยย่อ…………………………………………..……5
3. สูตรคำนวณคุณลักษณะของปืนเกาส์รุ่น...6
4. ส่วนปฏิบัติ………………………………….…..…….8
5. การกำหนดประสิทธิภาพของแบบจำลอง…………………………………..….10
6. การวิจัยเพิ่มเติม……………….….…11
7. บทสรุป………………………………………………….……...13
8. รายการอ้างอิง……………………………………………………………...14
การแนะนำ
ในงานนี้ เราจะมาสำรวจปืนเกาส์ ซึ่งหลายคนอาจเคยเห็นในเกมคอมพิวเตอร์บางเกม ปืนแม่เหล็กไฟฟ้า Gauss เป็นที่รู้จักของแฟนเกมคอมพิวเตอร์และนิยายวิทยาศาสตร์ ได้รับการตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Carl Gauss ผู้ศึกษาหลักการของแม่เหล็กไฟฟ้า แต่อาวุธแฟนตาซีสุดอันตรายนั้นยังห่างไกลจากความเป็นจริงจริงหรือ?
จากหลักสูตรฟิสิกส์ของโรงเรียน เราได้เรียนรู้ว่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำจะสร้างสนามแม่เหล็กรอบตัวพวกมัน ยิ่งกระแสแรงมาก สนามแม่เหล็กก็จะยิ่งแรงขึ้น สิ่งที่น่าสนใจในทางปฏิบัติมากที่สุดคือสนามแม่เหล็กของขดลวดที่มีกระแสไฟฟ้าหรืออีกนัยหนึ่งคือตัวเหนี่ยวนำ (โซลินอยด์) ถ้าขดลวดที่มีกระแสไฟฟ้าแขวนอยู่บนตัวนำแบบบาง ขดลวดนั้นจะถูกติดตั้งในตำแหน่งเดียวกับเข็มเข็มทิศ ซึ่งหมายความว่าตัวเหนี่ยวนำมีสองขั้ว - เหนือและใต้
ปืนเกาส์ประกอบด้วยโซลินอยด์ซึ่งภายในมีกระบอกอิเล็กทริก กระสุนปืนที่ทำจากวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกถูกสอดเข้าไปในปลายด้านหนึ่งของลำกล้อง เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลในโซลินอยด์ สนามแม่เหล็กจะเกิดขึ้น ซึ่งจะเร่งกระสุนปืนโดย "ดึง" มันเข้าไปในโซลินอยด์ ในกรณีนี้เสาจะถูกสร้างขึ้นที่ปลายกระสุนปืนซึ่งสมมาตรกับขั้วของขดลวดเนื่องจากหลังจากผ่านจุดศูนย์กลางของโซลินอยด์แล้ว กระสุนปืนจึงสามารถดึงดูดไปในทิศทางตรงกันข้ามและชะลอตัวลง
เพื่อให้ได้ผลสูงสุด พัลส์ปัจจุบันในโซลินอยด์จะต้องเป็นระยะสั้นและทรงพลัง ตามกฎแล้วตัวเก็บประจุไฟฟ้าจะใช้เพื่อรับพัลส์ดังกล่าว พารามิเตอร์ของขดลวด กระสุนปืน และตัวเก็บประจุจะต้องประสานกันในลักษณะที่ว่าเมื่อยิงกระสุนออกไป เมื่อกระสุนปืนเข้าใกล้โซลินอยด์ ค่าความเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กในโซลินอยด์จะสูงสุด แต่ด้วยการเข้าใกล้ของ กระสุนปืนมันลดลงอย่างรวดเร็ว
ปืนใหญ่ Gauss เป็นอาวุธมีข้อได้เปรียบที่อาวุธขนาดเล็กประเภทอื่นไม่มี นี่คือการไม่มีคาร์ทริดจ์ตัวเลือกความเร็วเริ่มต้นและพลังงานกระสุนไม่ จำกัด ความเป็นไปได้ของการยิงแบบเงียบรวมถึงโดยไม่ต้องเปลี่ยนลำกล้องและกระสุน การหดตัวค่อนข้างต่ำ (เท่ากับแรงกระตุ้นของกระสุนปืนที่พุ่งออกมา ไม่มีแรงกระตุ้นเพิ่มเติมจากก๊าซผงหรือชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว) ตามทฤษฎีแล้ว ความน่าเชื่อถือและความทนทานต่อการสึกหรอที่มากขึ้น รวมถึงความสามารถในการทำงานในทุกสภาวะ รวมถึงอวกาศด้วย นอกจากนี้ยังสามารถใช้ปืนเกาส์เพื่อส่งดาวเทียมแสงขึ้นสู่วงโคจรได้
อย่างไรก็ตาม แม้จะดูเรียบง่าย แต่การใช้มันเป็นอาวุธก็เต็มไปด้วยความยากลำบากร้ายแรง:
ประสิทธิภาพต่ำ - ประมาณ 10% ข้อเสียนี้สามารถชดเชยได้บางส่วนโดยใช้ระบบเร่งความเร็วกระสุนปืนแบบหลายขั้นตอน แต่ไม่ว่าในกรณีใด ประสิทธิภาพจะไม่ค่อยถึง 30% ดังนั้นปืนใหญ่ Gauss จึงด้อยกว่าในแง่ของแรงยิงแม้แต่กับอาวุธนิวแมติก ปัญหาที่สองคือการใช้พลังงานสูงและระยะเวลาการชาร์จประจุสะสมค่อนข้างนานซึ่งทำให้จำเป็นต้องพกพาแหล่งพลังงานพร้อมกับปืน Gauss ประสิทธิภาพสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างมากโดยใช้โซลินอยด์ตัวนำยิ่งยวด แต่จะต้องใช้ระบบระบายความร้อนที่ทรงพลัง ซึ่งจะลดการเคลื่อนที่ของปืน Gauss ลงอย่างมาก
เวลาบรรจุกระสุนระหว่างนัดสูง นั่นคือ อัตราการยิงต่ำ กลัวความชื้นเพราะถ้าเปียกน้ำจะทำให้คนยิงช็อคเอง
แต่ปัญหาหลักคือแหล่งพลังงานอันทรงพลังของปืนซึ่งปัจจุบันมีขนาดใหญ่เทอะทะซึ่งส่งผลต่อความคล่องตัว
ดังนั้นในปัจจุบันปืนใหญ่ Gauss สำหรับปืนที่มีอัตราการตายต่ำ (ปืนกล ปืนกล ฯลฯ) จึงไม่มีโอกาสเป็นอาวุธมากนัก เนื่องจากด้อยกว่าอาวุธขนาดเล็กประเภทอื่นอย่างมาก อนาคตจะปรากฏขึ้นเมื่อใช้เป็นอาวุธทางเรือลำกล้องใหญ่ ตัวอย่างเช่น ในปี 2559 กองทัพเรือสหรัฐฯ จะเริ่มทดสอบปืนเรลกันในน้ำ Railgun หรือ Rail Gun เป็นอาวุธที่กระสุนปืนถูกขว้างออกไปไม่ได้ด้วยความช่วยเหลือของวัตถุระเบิด แต่ด้วยความช่วยเหลือของกระแสชีพจรที่ทรงพลังมาก กระสุนปืนตั้งอยู่ระหว่างรางอิเล็กโทรดสองอันที่ขนานกัน กระสุนปืนได้รับการเร่งความเร็วเนื่องจากแรง Lorentz ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อปิดวงจร เมื่อใช้ปืนเรลกัน คุณสามารถเร่งความเร็วกระสุนปืนให้มีความเร็วที่สูงกว่าการใช้ประจุแบบผงมาก
อย่างไรก็ตาม หลักการของการเร่งด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าของมวลสามารถนำไปใช้ได้จริงในทางปฏิบัติ เช่น เมื่อสร้างเครื่องมือก่อสร้าง - ที่เกี่ยวข้องและทันสมัยทิศทางของฟิสิกส์ประยุกต์ อุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าที่แปลงพลังงานสนามเป็นพลังงานของการเคลื่อนไหวของร่างกายด้วยเหตุผลหลายประการยังไม่พบการประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในทางปฏิบัติ ดังนั้นจึงสมเหตุสมผลที่จะพูดถึง ความแปลกใหม่งานของเรา
ความเกี่ยวข้องของโครงการ : โครงการนี้เป็นแบบสหวิทยาการและครอบคลุมเนื้อหาจำนวนมาก
วัตถุประสงค์ของการทำงาน : ศึกษาโครงสร้างของเครื่องเร่งมวลแม่เหล็กไฟฟ้า (ปืนเกาส์) ตลอดจนหลักการทำงานและการใช้งาน ประกอบแบบจำลองการทำงานของ Gauss Cannon และพิจารณาประสิทธิภาพของมัน
งานหลัก :
1. ตรวจสอบอุปกรณ์ตามแบบและเค้าโครง
2. ศึกษาโครงสร้างและหลักการทำงานของเครื่องเร่งมวลแม่เหล็กไฟฟ้า
3.สร้างรูปแบบการทำงาน
4. กำหนดประสิทธิภาพของแบบจำลอง
ส่วนที่ใช้งานได้จริงของงาน :
การสร้างแบบจำลองการทำงานของเครื่องเร่งมวลที่บ้าน
สมมติฐาน : เป็นไปได้ไหมที่จะสร้างแบบจำลอง Gauss Gun ที่ทำงานง่ายที่สุดที่บ้าน?
สั้น ๆ เกี่ยวกับเกาส์เอง
(1777-1855) - นักคณิตศาสตร์ นักดาราศาสตร์ นักสำรวจ และนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน
งานของเกาส์มีลักษณะเฉพาะคือความเชื่อมโยงระหว่างคณิตศาสตร์เชิงทฤษฎีและคณิตศาสตร์ประยุกต์กับปัญหาที่หลากหลาย ผลงานของเกาส์มีอิทธิพลอย่างมากต่อการพัฒนาพีชคณิต (การพิสูจน์ทฤษฎีบทพื้นฐานของพีชคณิต), ทฤษฎีจำนวน (สิ่งตกค้างกำลังสอง), เรขาคณิตเชิงอนุพันธ์ (เรขาคณิตภายในของพื้นผิว), ฟิสิกส์คณิตศาสตร์ (หลักการของเกาส์), ทฤษฎีไฟฟ้าและแม่เหล็ก , ธรณีวิทยา (การพัฒนาวิธีกำลังสองน้อยที่สุด) และดาราศาสตร์หลายแขนง
Carl Gauss เกิดเมื่อวันที่ 30 เมษายน พ.ศ. 2320 ที่เมืองบรันสวิก ปัจจุบันคือประเทศเยอรมนี สิ้นพระชนม์เมื่อวันที่ 23 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2398 เกิตทิงเงน ราชอาณาจักรฮันโนเวอร์ ปัจจุบันคือเยอรมนี) ในช่วงชีวิตของเขาเขาได้รับรางวัลกิตติมศักดิ์ "เจ้าชายแห่งนักคณิตศาสตร์" เขาเป็นลูกชายคนเดียวของพ่อแม่ที่ยากจน ครูในโรงเรียนประทับใจในความสามารถทางคณิตศาสตร์และภาษาของเขามากจนพวกเขาหันไปหาดยุคแห่งบรันสวิกเพื่อขอความช่วยเหลือ และดยุคก็มอบเงินเพื่อศึกษาต่อที่โรงเรียนและที่มหาวิทยาลัยเกิททิงเงน (ในปี พ.ศ. 2338-3141) เกาส์ได้รับปริญญาเอกในปี พ.ศ. 2342 จากมหาวิทยาลัยเฮล์มสเตดท์
การค้นพบทางฟิสิกส์
ในช่วงปี ค.ศ. 1830-1840 เกาส์ให้ความสนใจกับปัญหาทางฟิสิกส์เป็นอย่างมาก ในปี พ.ศ. 2376 ด้วยความร่วมมืออย่างใกล้ชิดกับวิลเฮล์ม เวเบอร์ เกาส์ได้สร้างเครื่องโทรเลขแม่เหล็กไฟฟ้าเครื่องแรกของเยอรมนี ในปี ค.ศ. 1839 เกาส์ตีพิมพ์บทความของเขาเรื่อง “ทฤษฎีทั่วไปของแรงดึงดูดและแรงผลักที่ทำหน้าที่ผกผันกับกำลังสองของระยะทาง” ซึ่งเขาอธิบายไว้ บทบัญญัติหลักของทฤษฎีที่เป็นไปได้และพิสูจน์ทฤษฎีบท Gauss-Ostrogradsky ที่มีชื่อเสียง งาน “Dioptric Research” (1840) โดย Gauss อุทิศให้กับทฤษฎีการสร้างภาพในระบบแสงที่ซับซ้อน
สูตรที่เกี่ยวข้องกับหลักการทำงานของปืน
พลังงานจลน์ของโพรเจกไทล์
https://pandia.ru/text/80/101/images/image003_56.gif" alt="~m" width="17"> - масса снаряда!}
- ความเร็วของมัน
พลังงานที่สะสมอยู่ในตัวเก็บประจุ
https://pandia.ru/text/80/101/images/image006_39.gif" alt="~U" width="14" height="14 src="> - напряжение конденсатора!}
https://pandia.ru/text/80/101/images/image008_36.gif" alt="~T = (\pi\sqrt(LC) \over 2)" width="100" height="45 src=">!}
https://pandia.ru/text/80/101/images/image007_39.gif" alt="~C" width="14" height="14 src="> - ёмкость!}
เวลาการทำงานของตัวเหนี่ยวนำ
นี่คือช่วงเวลาที่ EMF ของตัวเหนี่ยวนำเพิ่มขึ้นเป็นค่าสูงสุด (การคายประจุตัวเก็บประจุเต็ม) และลดลงจนเหลือ 0
https://pandia.ru/text/80/101/images/image009_33.gif" alt="~L" width="13" height="14 src="> - индуктивность!}
https://pandia.ru/text/80/101/images/image011_23.gif" alt=" ความเหนี่ยวนำของคอยล์หลายชั้น สูตร" width="201" height="68 src=">!}
เราคำนวณความเหนี่ยวนำโดยคำนึงถึงการมีตะปูอยู่ภายในขดลวด ดังนั้นลองพิจารณาการซึมผ่านของแม่เหล็กสัมพัทธ์ให้อยู่ที่ประมาณ 100-500 ในการผลิตปืน เราสร้างขดลวดเหนี่ยวนำของเราเองด้วยจำนวนรอบ 350 รอบ (7 ชั้น รอบละ 50 รอบ) ส่งผลให้ได้ขดลวดที่มีความเหนี่ยวนำ 13.48 μH
เราคำนวณความต้านทานของสายไฟโดยใช้สูตรมาตรฐาน
ยิ่งมีความต้านทานน้อยก็ยิ่งดี เมื่อมองแวบแรก ดูเหมือนว่าลวดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าจะดีกว่า แต่สิ่งนี้ทำให้ขนาดทางเรขาคณิตของขดลวดเพิ่มขึ้นและความหนาแน่นของสนามแม่เหล็กที่อยู่ตรงกลางลดลง ดังนั้นที่นี่คุณต้องมองหาค่าเฉลี่ยสีทองของคุณ .
จากการวิเคราะห์วรรณกรรมเราได้ข้อสรุปว่าสำหรับปืน Gauss ลวดขดลวดทองแดงทำเองที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.8-1.2 มม. ค่อนข้างยอมรับได้
พลังของการสูญเสียแบบแอคทีฟพบได้จากสูตร [W] โดยที่: I คือกระแสในหน่วยแอมแปร์ R คือความต้านทานแบบแอคทีฟของสายไฟในหน่วยโอห์ม
ในงานนี้ เราไม่ได้ถือว่าการวัดความแรงของกระแสและการคำนวณการสูญเสียเป็นปัญหาสำหรับงานในอนาคต โดยที่เราวางแผนที่จะกำหนดกระแสและพลังงานของคอยล์..jpg" width="552" height="449"> .gif" width="12" height="23"> ;https://pandia.ru/text/80/101/images/image021_8.jpg" width="599 height=906" height="906">
การกำหนดประสิทธิภาพของแบบจำลอง
เพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพ เราทำการทดลองต่อไปนี้: เรายิงกระสุนปืนที่มีมวลที่ทราบ ไปที่แอปเปิ้ลที่มีมวลที่ทราบ แอปเปิ้ลถูกแขวนไว้บนด้ายยาว 1 เมตร เรากำหนดระยะทางที่แอปเปิ้ลจะเบี่ยงเบน จากการเบี่ยงเบนนี้ เราจะหาความสูงของการเพิ่มขึ้นโดยใช้ทฤษฎีบทพีทาโกรัส
ผลการทดลองเพื่อคำนวณประสิทธิภาพ
ตารางที่ 1
การคำนวณพื้นฐานเป็นไปตามกฎหมายอนุรักษ์:
ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน เรากำหนดความเร็วของกระสุนปืนพร้อมกับแอปเปิ้ล:
https://pandia.ru/text/80/101/images/image024_15.gif" width="65" height="27 src=">
https://pandia.ru/text/80/101/images/image026_16.gif" width="129" height="24">
https://pandia.ru/text/80/101/images/image029_14.gif" width="373" height="69 src=">
0 " style="border-collapse:collapse">
ตารางแสดงว่าแรงยิงขึ้นอยู่กับชนิดของกระสุนปืนและมวลของมัน เนื่องจากสว่านมีน้ำหนักเท่ากับเข็ม 4 เข็มรวมกัน แต่มีความหนากว่า แข็งกว่า ดังนั้นพลังงานจลน์จึงมากกว่า
องศาการเจาะทะลุของวัตถุต่าง ๆ ด้วยกระสุนปืน:
ประเภทเป้าหมาย: แผ่นโน้ตบุ๊ก
ทุกอย่างชัดเจนที่นี่แผ่นงานทะลุได้อย่างสมบูรณ์แบบ
ประเภทเป้า : สมุดโน๊ต 18 แผ่น .
เราไม่ได้เจาะเพราะมันทื่อ แต่การหดตัวนั้นสำคัญ
ในกรณีนี้ โพรเจกไทล์มีพลังงานเพียงพอที่จะเจาะโน้ตบุ๊ก แต่ไม่เพียงพอที่จะเอาชนะแรงเสียดทานและบินออกไปอีกด้านหนึ่ง ตรงนี้ขึ้นอยู่กับความสามารถในการเจาะทะลุของกระสุนปืน ซึ่งก็คือ รูปร่าง และความหยาบของมัน
บทสรุป.
วัตถุประสงค์ของงานของเราคือเพื่อศึกษาโครงสร้างของเครื่องเร่งมวลแม่เหล็กไฟฟ้า (ปืนเกาส์) รวมถึงหลักการทำงานและการใช้งาน ประกอบแบบจำลองการทำงานของ Gauss Cannon และพิจารณาประสิทธิภาพของมัน
เราบรรลุเป้าหมายแล้ว: เราได้สร้างแบบจำลองการทำงานทดลองของเครื่องเร่งมวลแม่เหล็กไฟฟ้า (ปืนเกาส์) ทำให้วงจรที่มีอยู่บนอินเทอร์เน็ตง่ายขึ้น และปรับแบบจำลองให้เข้ากับเครือข่ายกระแสสลับที่มีลักษณะมาตรฐาน
กำหนดประสิทธิภาพของแบบจำลองผลลัพธ์ ประสิทธิภาพกลายเป็นประมาณ 1% ประสิทธิภาพมีความสำคัญเพียงเล็กน้อย ซึ่งเป็นการยืนยันทุกสิ่งที่เราได้เรียนรู้จากวรรณกรรม
หลังจากดำเนินการวิจัยแล้ว เราก็ได้ข้อสรุปดังต่อไปนี้:
1. ค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะประกอบต้นแบบการทำงานของเครื่องเร่งมวลแม่เหล็กไฟฟ้าที่บ้าน
2. การใช้ความเร่งมวลแม่เหล็กไฟฟ้ามีแนวโน้มที่ดีในอนาคต
3. อาวุธแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถทดแทนอาวุธปืนขนาดใหญ่ได้ ซึ่งจะเป็นไปได้โดยเฉพาะเมื่อสร้างแหล่งพลังงานขนาดกะทัดรัด
อ้างอิง:
1. วิกิพีเดีย http://ru. วิกิพีเดีย องค์กร
2. ประเภทหลักของ EMO (2010) http://www. เกาส์2k ประชากร ru/ดัชนี htm
3. อาวุธแม่เหล็กไฟฟ้าใหม่ 2553
http://vpk. ชื่อ/ข่าว/40378_novoe_elektromagnitnoe_oruzhie_vyizyivaet_vseobshii_interes. html
4. ทุกอย่างเกี่ยวกับปืนใหญ่เกาส์
http://catarmorgauss. ยูคอส ru/ฟอรั่ม/6-38-1
5. www. ป๊อปเมค รุ
6.เกาส์2เค. ประชากร รุ
7. www. ฟิสิกส์ รุ
8. www. สฟิซ รุ
12. ฟิสิกส์: หนังสือเรียนสำหรับชั้นประถมศึกษาปีที่ 10 พร้อมการศึกษาฟิสิกส์เชิงลึก/ ฯลฯ แก้ไขโดย - – อ.: การศึกษา, 2552.
13. ฟิสิกส์: หนังสือเรียนสำหรับชั้นประถมศึกษาปีที่ 11 พร้อมการศึกษาฟิสิกส์เชิงลึก/ ฯลฯ แก้ไขโดย - – อ.: การศึกษา, 2553.
29 มีนาคม 2556 เวลา 12:59 นปืนเกาส์ - ตำนานเกี่ยวกับประสิทธิภาพ 3%
- DIY หรือทำมันด้วยตัวเอง
ฉันพบบทความเกี่ยวกับปืน Gauss บนอินเทอร์เน็ตและคิดว่ามันคงจะดีถ้ามีหนึ่งอัน (หรือสองอัน) ในระหว่างการค้นหา ฉันพบเว็บไซต์ gauss2k และประกอบปืน mega-Gauss สุดเจ๋งโดยใช้รูปแบบที่ง่ายที่สุด
นี่คือ:
และฉันก็ยิงไปเล็กน้อย:
แล้วฉันก็จมอยู่กับความเศร้า เสียใจอย่างแรง ที่ฉันไม่มีปืนเจ๋งๆ มีแต่ผายลม ซึ่งมีมากมาย ฉันนั่งลงและเริ่มคิดว่าจะเพิ่มประสิทธิภาพได้อย่างไร ฉันคิดอยู่นาน ปี. ฉันอ่านฟอรัม Gauss2k ทั้งหมดและครึ่งหนึ่งของฟอรัมสงคราม ฉันมากับมัน
ปรากฎว่ามีโปรแกรมที่เขียนโดยนักวิทยาศาสตร์จากต่างประเทศ และเสร็จสิ้นโดยช่างฝีมือของเราโดยใช้ปืนใหญ่ Gauss และเรียกว่าไม่มีอะไรน้อยไปกว่า FEMM
ฉันดาวน์โหลดสคริปต์ .lua และโปรแกรมต่างประเทศเวอร์ชัน 4.2 จากฟอรั่ม และเตรียมพร้อมเข้าสู่การคำนวณทางวิทยาศาสตร์ แต่นั่นไม่ใช่กรณี โปรแกรมในต่างประเทศไม่ต้องการเรียกใช้สคริปต์ภาษารัสเซีย เนื่องจากสคริปต์นี้สร้างขึ้นสำหรับเวอร์ชัน 4.0 และฉันก็เปิดคำแนะนำ (เรียกว่าคู่มือ) ในภาษาชนชั้นกลางและรมควันจนหมด ความจริงอันยิ่งใหญ่ถูกเปิดเผยแก่ฉันว่าในสคริปต์สาปแช่งคุณต้องเพิ่มบรรทัดที่ยุ่งยากก่อน
นี่คือ: setcompatibilitymode(1) -- เปิดใช้งานโหมดความเข้ากันได้กับเวอร์ชัน femm 4.2
และฉันก็นั่งคำนวณอยู่นาน เครื่องคำนวณก็ฮัมเพลง และฉันก็ได้รับคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์:
คำอธิบาย
ความจุของตัวเก็บประจุ ไมโครฟารัด = 680
แรงดันตัวเก็บประจุ, โวลต์ = 200
ความต้านทานรวม, โอห์ม = 1.800147899376892
ความต้านทานภายนอก, โอห์ม = 0.5558823529411765
ความต้านทานคอยล์, โอห์ม = 1.244265546435716
จำนวนรอบในขดลวด = 502.1193771626296
เส้นผ่านศูนย์กลางของลวดพันขดลวด มิลลิเมตร = 0.64
ความยาวสายไฟเป็นม้วน เมตร = 22.87309092387464
ความยาวคอยล์มิลลิเมตร = 26
เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกคอยล์ มิลลิเมตร = 24
ความเหนี่ยวนำของขดลวดด้วยกระสุนในตำแหน่งเริ่มต้น microHenry = 1044.92294174225
เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของลำกล้อง มิลลิเมตร = 5
มวลกระสุน กรัม = 2.450442269800038
ความยาวกระสุน มิลลิเมตร = 25
เส้นผ่านศูนย์กลางกระสุน มิลลิเมตร = 4
ระยะทางที่กระสุนถูกดันเข้าไปในขดลวด ณ วินาทีแรก มิลลิเมตร = 0
วัสดุที่ใช้ทำกระสุน = หมายเลข 154 วัสดุที่เลือกจากการทดลอง (เหล็กธรรมดา)
เวลาดำเนินการ (ไมโครวินาที) = 4800
เวลาที่เพิ่มขึ้น ไมโครวินาที=100
พลังงานกระสุน J = 0.2765589667129519
พลังงานตัวเก็บประจุ J = 13.6
ประสิทธิภาพแบบเกาส์เซียน (%) = 2.033521814065823
ความเร็วกระสุนเริ่มต้น m/s = 0
ความเร็วกระสุนที่ทางออกจากขดลวด m/s = 15.02403657199634
ความเร็วสูงสุดที่ได้ m/s = 15.55034094445013
จากนั้นฉันก็นั่งลงเพื่อนำเวทมนตร์นี้ไปปฏิบัติให้เป็นจริง
ฉันเอาท่อออกจากเสาอากาศ (หนึ่งในส่วน D = 5 มม.) แล้วทำการตัดเข้าไป (ด้วยเครื่องบด) เพราะท่อเป็นวงปิดซึ่งกระแสน้ำสาปจะถูกเหนี่ยวนำเรียกว่ากระแสน้ำวนและสิ่งนี้ หลอดเดียวกันจะถูกให้ความร้อนทำให้ประสิทธิภาพลดลงซึ่งต่ำอยู่แล้ว
นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้น: ช่อง ~ 30 มม
ฉันเริ่มม้วนรอก ในการทำเช่นนี้ฉันตัด 2 สี่เหลี่ยม (30x30 มม.) ออกจากไฟเบอร์กลาสฟอยล์ที่มีรูตรงกลาง (D = 5 มม.) และสลักแทร็กที่ยุ่งยากไว้เพื่อบัดกรีเข้ากับท่อ (แม้ว่ามันจะส่องแสงเหมือนเหล็กก็ตาม จริงๆแล้วมันเป็นทองเหลือง)
ฉันนั่งลงเพื่อหมุนรอกด้วยสิ่งเหล่านี้:
ฉันเหวี่ยงมันเข้าไป และใช้รูปแบบเดียวกัน ฉันจึงประกอบอุปกรณ์อันชาญฉลาดนี้
นี่คือสิ่งที่ดูเหมือน:
ไทริสเตอร์และไมโครโฟนมาจากสต็อกเก่า แต่ฉันเอาตัวเก็บประจุมาจากแหล่งจ่ายไฟของคอมพิวเตอร์ (มีอยู่สองตัว) จากแหล่งจ่ายไฟเดียวกัน สะพานไดโอดและโช้คถูกนำมาใช้ในเวลาต่อมา แปลงเป็นหม้อแปลงแบบสเต็ปอัพ เนื่องจากการชาร์จจากเต้ารับเป็นอันตราย และไม่มีเลยในสนามเปิด ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีตัวแปลง ซึ่งก็คือ สิ่งที่ฉันเริ่มสร้าง ในการทำเช่นนี้ฉันใช้เครื่องกำเนิด NE555 ที่ประกอบไว้ก่อนหน้านี้:
และเชื่อมต่อกับคันเร่ง:
ซึ่งมี 2 ขดลวด 54 รอบ เส้นลวด 0.8 ฉันใช้พลังงานทั้งหมดจากแบตเตอรี่ขนาด 6 โวลต์ และช่างเป็นเวทมนตร์ - แทนที่จะเป็น 6 โวลต์ที่เอาต์พุต (ขดลวดเหมือนกัน) ฉันได้มากถึง 74 โวลต์ หลังจากสูบคู่มืออีกกองหนึ่งบนหม้อแปลง ฉันได้เรียนรู้:
- ดังที่คุณทราบ กระแสในขดลวดทุติยภูมิจะมากขึ้น กระแสในขดลวดปฐมภูมิจะเปลี่ยนแปลงเร็วขึ้นเท่านั้น เช่น สัดส่วนกับอนุพันธ์ของแรงดันไฟฟ้าในขดลวดปฐมภูมิ หากอนุพันธ์ของไซน์ซอยด์นั้นเป็นไซน์ซอยด์ที่มีแอมพลิจูดเท่ากัน (ในหม้อแปลงค่าแรงดันไฟฟ้าจะคูณด้วยค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลง N) จากนั้นด้วยพัลส์สี่เหลี่ยมสถานการณ์จะแตกต่างออกไป ที่ขอบนำหน้าและต่อท้ายของพัลส์สี่เหลี่ยมคางหมู อัตราการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าสูงมาก และอนุพันธ์ ณ จุดนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเช่นกัน ดังนั้นไฟฟ้าแรงสูงGauss2k.narod.ru “อุปกรณ์พกพาสำหรับชาร์จตัวเก็บประจุ” โพสต์โดย A.D.F.
หลังจากคิดนิดหน่อยฉันก็ได้ข้อสรุป: เนื่องจากแรงดันเอาต์พุตของฉันคือ 74 โวลต์ แต่ฉันต้องการ 200 ดังนั้น - 200/74 = 2.7 เท่า ฉันต้องเพิ่มจำนวนรอบ รวม 54 * 2.7 = 146 รอบ ฉันกรอขดลวดอันหนึ่งด้วยลวดที่บางกว่า (0.45) จำนวนรอบเพิ่มขึ้นเป็น 200 (สำรอง) ฉันเล่นกับความถี่ของตัวแปลงและได้ไฟ 200 โวลต์ (อันที่จริงคือ 215)
นี่คือสิ่งที่ดูเหมือน:
มันน่าเกลียด แต่นี่เป็นเพียงตัวเลือกชั่วคราวและจะทำใหม่ในภายหลัง
เมื่อรวบรวมสิ่งเหล่านี้ทั้งหมดแล้วฉันก็ถ่ายภาพเล็กน้อย:
หลังจากการยิง ฉันตัดสินใจวัดว่าปืนของฉันมีคุณลักษณะด้านประสิทธิภาพแบบใด ฉันเริ่มต้นด้วยการวัดความเร็ว
หลังจากนั่งกระดาษและปากกาในตอนเย็น ฉันก็เกิดสูตรที่ช่วยให้คำนวณความเร็วจากเส้นทางการบินได้:
เมื่อใช้สูตรที่ซับซ้อนนี้ฉันได้รับ:
ระยะห่างถึงเป้าหมาย x = 2.14 ม
ส่วนเบี่ยงเบนแนวตั้ง, y (ค่าเฉลี่ยเลขคณิต 10 นัด) = 0.072 ม.
ทั้งหมด:
ตอนแรกฉันไม่เชื่อ แต่ต่อมาเซ็นเซอร์การเจาะที่ประกอบเข้ากับการ์ดเสียงแสดงความเร็ว 17.31 m/s
ฉันขี้เกียจเกินกว่าจะวัดมวลของกานพลู (และไม่มีอะไรจะใช้เลย) เลยเอามวลที่ FEMM คำนวณมาให้ (2.45 กรัม) ฉันพบประสิทธิภาพ
พลังงานที่เก็บไว้ในตัวเก็บประจุ = (680 * 10^-6 * 200^2)/2 = 13.6 J
พลังงานกระสุน = (2.45 * 10^-3 * 17.3^2)/2 = 0.367 J
ประสิทธิภาพ = 0.367/13.6*100% = 2.7%
โดยพื้นฐานแล้วทั้งหมดนั้นเชื่อมต่อกับเครื่องเร่งความเร็วแบบขั้นตอนเดียว นี่คือสิ่งที่ดูเหมือน:
ผู้อ่านบางคนอาจเคยประกอบปืนพก Gauss บางชนิดมาก่อน แต่พวกเขาไม่พอใจกับผลลัพธ์ที่ได้ บทความนี้จะพูดถึงวิธีค้นหาประสิทธิภาพของปืนพก Gauss ของคุณและเพิ่มประสิทธิภาพประสิทธิภาพปืนพก Gauss คำนวณง่ายๆ - นี่คือพลังงานของกระสุนที่ทางออกจากกระบอกปืนหารด้วยพลังงานที่เก็บไว้ในตัวเก็บประจุ (สำหรับกรณีที่ซับซ้อนมากขึ้นเมื่อพลังงานของตัวเก็บประจุไม่เข้าสู่ขดลวดทั้งหมดพลังงานที่ใช้ไป เมื่อคำนวณการยิง) พลังงานที่เก็บไว้ในตัวเก็บประจุคำนวณโดยใช้สูตร E = C*U^2/2,โดยที่ C คือความจุของตัวเก็บประจุในหน่วยฟารัด U คือแรงดันไฟฟ้าที่ประจุตัวเก็บประจุ .
พลังงานกระสุนคำนวณโดยสูตร E = ม*วี^2/2,โดยที่ m คือมวลของกระสุนเป็นกิโลกรัม และ V คือความเร็วเป็นเมตรต่อวินาที .
ตัวอย่างเช่น หากเก็บ 100 J ไว้ในตัวเก็บประจุของปืนพก Gauss ของคุณและพลังงานของกระสุนที่ทางออกจากกระบอกปืนคือ 1 J ประสิทธิภาพของปืนพก Gauss ของคุณคือ 1%
วิธีการวัดความเร็วกระสุนได้อธิบายไว้ในบทความก่อนหน้านี้ เพื่อที่จะหามวลของกระสุนโดยไม่ต้องมีมาตราส่วนในห้องปฏิบัติการคุณสามารถใส่กระสุนลงในกระบอกฉีดยาที่เต็มไปด้วยน้ำและเมื่อพบปริมาตรแล้วให้คูณด้วยความหนาแน่นของวัสดุกระสุน
ตอนนี้เรามาพูดถึงวิธีการเลือกและคำนวณทุกส่วนของปืนพก Gauss เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด
ตัวเก็บประจุ
1. โดยทั่วไป ยิ่งแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุสูงเท่าไรก็ยิ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพขั้นสุดท้ายของทั้งระบบได้ดีขึ้นเท่านั้น เนื่องจากการสูญเสียเนื่องจากความต้านทานแบบแอคทีฟจะลดลงตามแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น แต่ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้ามีอัตราส่วนความจุต่อปริมาตรสูงสุด และหาได้ยากสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่มากกว่า 450V แน่นอนคุณสามารถใช้ตัวเก็บประจุแบบฟิล์มสำหรับแรงดันไฟฟ้า 1,000 โวลต์ขึ้นไป แต่อย่างแรกมันเทอะทะและหนักและอย่างที่สองคุณจะต้องแก้ไขปัญหาฉนวนด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง ดังนั้นตัวที่เหมาะสมที่สุดคือตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า 300-450V
2. ESR (ความต้านทานอนุกรมเทียบเท่า) ของตัวเก็บประจุ ESR ของตัวเก็บประจุยิ่งต่ำก็ยิ่งดี (อย่างไรก็ตาม ตัวเก็บประจุดังกล่าวมีราคาแพงกว่า) ผู้ผลิตบางรายสร้างสายพิเศษของตัวเก็บประจุ ESR ต่ำ
3. ปฏิกิริยารีแอคทีฟก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน สิ่งอื่นๆ ทั้งหมดเท่ากัน ยิ่งตัวเก็บประจุแคบและยาวเท่าไร ค่ารีแอกแตนซ์รีแอคทีฟก็จะยิ่งต่ำลง
4. ข้อสรุป ตัวเก็บประจุที่มีขั้วต่อแบบน็อตจะดีกว่าตัวเก็บประจุที่มีขั้วต่อแบบบัดกรี (แม้ว่าแบบแรกจะมีราคาแพงกว่าก็ตาม)
กุญแจ
ทุกอย่างเรียบง่ายที่นี่ - ยิ่งความต้านทานของคีย์ต่ำเท่าไรก็ยิ่งดีเท่านั้น
กระโปรงหลังรถ
1. ยิ่งกระบอกสูบบางลงก็ยิ่งดีเท่านั้น เนื่องจากในกรณีนี้ปริมาณภายในคอยล์จะสูญเสียน้อยลง ปืนพก Gauss บางรุ่นไม่มีกระบอกปืนเลย (เช่น ดังที่แสดงในภาพ) แต่อย่าลืมความแข็งแกร่ง!
2. ยิ่งแรงเสียดทานภายในกระบอกปืนน้อยลง กระสุนก็จะยิ่งกักเก็บพลังงานได้มากขึ้นเท่านั้น สารหล่อลื่นสำหรับอาวุธชนิดพิเศษ เช่น Ballistol ช่วยลดการเสียดสี
3. บาร์เรลที่ทำจากไดอิเล็กทริกจะดีกว่าโลหะเนื่องจากในยุคหลังเมื่อถูกยิงจะเกิดกระแสน้ำวนซึ่งใช้พลังงานส่วนหนึ่งของการยิง ปัญหากระแสไหลวนสามารถแก้ไขได้ด้วยการตัดตามความยาวทั้งหมดของลำกล้อง (หรืออย่างน้อยก็ในส่วนที่มีขดลวดอยู่ดังแสดงในภาพ)
กระสุนปืน
1. สิ่งอื่นๆ ที่เท่าเทียมกัน โพรเจกไทล์ที่มีมวลมากกว่าจะเร่งความเร็วอย่างมีประสิทธิภาพมากกว่า เนื่องจากมีโดเมนแม่เหล็กมากกว่าที่ถูกดึงเข้าไปในขดลวด
2. ยิ่งเกณฑ์ความอิ่มตัวของวัสดุที่ใช้สร้างกระสุนปืนสูงเท่าไรก็ยิ่งดีเท่านั้น จากวัสดุที่มีอยู่ เหล็กอ่อนประเภท St.3 (ซึ่งใช้ในการผลิตตะปู) มีเกณฑ์ความอิ่มตัวสูงสุด
3. รูปร่างตามหลักอากาศพลศาสตร์ของกระสุนปืนก็มีความสำคัญไม่น้อยเช่นกัน ขอแนะนำให้ทำในลักษณะที่จะลดการเสียดสีกับอากาศให้มากที่สุด
ม้วน
1. ยังคงมีการถกเถียงกันเกี่ยวกับรูปร่างที่เหมาะสมที่สุดของคอยล์ แต่ในความคิดของฉันมีดังนี้ เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกเท่ากับสามเท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน และความยาวคือ 11/9 ของเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก ความสัมพันธ์เหล่านี้สามารถหาได้ทางคณิตศาสตร์ แต่ฉันไม่ได้เสแสร้งว่าเป็นความจริงขั้นสุดท้ายที่นี่ และผู้อ่านสามารถกำหนดรูปร่างคอยล์ที่เหมาะสมที่สุดผ่านการทดลองได้
2. ความต้านทานแบบแอคทีฟของคอยล์ควรน้อยกว่าความต้านทานแบบแอคทีฟของตัวเก็บประจุเล็กน้อยซึ่งควรน้อยกว่า 1.4 เท่า แต่ความสัมพันธ์นี้ก็เป็นสนามสำหรับการทดลองเช่นกัน
3. การวางลวดควรแน่นที่สุด ตามหลักการแล้วลวดอาจเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัสหกเหลี่ยมหรือแบนเพื่อไม่ให้มีช่องว่างที่ไม่เต็ม
4. วัสดุลวดควรมีความต้านทานต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
แล้วจะสามารถรวมข้อกำหนดที่มักจะขัดแย้งกันสำหรับชิ้นส่วนเข้าด้วยกันเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุดได้อย่างไร คำตอบสำหรับคำถามนี้ได้มาจากโปรแกรมสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ต่างๆ สำหรับเครื่องเร่งแม่เหล็กไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น, เฟมม์และสคริปต์พิเศษสำหรับมันซึ่งสามารถดาวน์โหลดได้
ในนั้นคุณสามารถตั้งค่าพารามิเตอร์ที่คาดหวังของปืนพก Gauss ในอนาคตของคุณและค้นหาว่าประสิทธิภาพโดยประมาณจะเป็นอย่างไร (ในทางปฏิบัติมักจะต่ำกว่าเล็กน้อย) ฉันขอให้คุณประสบความสำเร็จในการบรรลุประสิทธิภาพสูง!
ตอนที่ฉันอยู่ปีสองในมหาวิทยาลัย ฉันได้รับคำสั่งที่ผิดปกติมาก นั่นคือปืนใหญ่เกาส์สามขั้น กรอบเวลาในการสร้างนั้นสั้นมาก: ทุกอย่างเสร็จสิ้นภายในเวลาเพียงหนึ่งสัปดาห์ นอกจากนี้ปืนยังมีคุณสมบัติที่ไม่สามารถทำได้ทางกายภาพ: การกลับตัวของสนามแม่เหล็กของขดลวดซึ่งตามที่ผู้เขียนปืนกล่าวไว้น่าจะเพิ่มประสิทธิภาพของมันได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากฉันรักปืน Gauss และใฝ่ฝันที่จะเริ่มสร้างรายได้จากสิ่งที่ฉันรัก ฉันจึงตกลงที่จะปฏิบัติตามคำสั่งดังกล่าว
ช่วงวันหยุดไม่มีป้ายบอกทาง...
มันเป็นช่วงปิดเทอมฤดูหนาว เหลือเวลาอีกสัปดาห์กว่าๆ ก่อนโรงเรียนเปิดเทอม ไม่มีสัญญาณของคำสั่งแปลก ๆ เลย ทันใดนั้นเพื่อนของฉันก็โทรมาหาฉันและถามว่าฉันอยากมีส่วนร่วมในการพัฒนาปืน Gauss จริงหรือไม่ แน่นอนว่าฉันทำทุกอย่างเพื่อมัน พวกเขาสัญญาว่าจะจัดสรรเงินให้มากที่สุดเท่าที่จำเป็นสำหรับปืนใหญ่ (หมายถึงชิ้นส่วน ไม่ใช่ค่าจ้างสำหรับงาน) เงื่อนไขหลักคือการทำปืนให้เสร็จตรงเวลา นอกจากนี้ยังต้องสามารถกลับขั้วของสนามแม่เหล็กของขดลวดเพื่อให้กระสุนปืนได้รับความเร่งเพิ่มเติมและยังสามารถเจาะรถถังได้และมีประสิทธิภาพที่ อย่างน้อย 10%
เมื่อทำความคุ้นเคยกับแผนภาพของปืนแล้วฉันก็หลุดออกไปเพราะมันเป็นภาพวาดที่เป็นความลับสุดยอดจากสถาบันวิจัยตั้งแต่สมัยสหภาพโซเวียต น่าเสียดายที่วงจรถูกเผาโดย Inquisition และไม่รอด จากหน่วยความจำฉันจำได้เพียงว่าผู้เขียนต้องการชาร์จตัวเก็บประจุที่ไม่มีขั้วด้วยกระแสสลับ โดยทั่วไป ลูกค้าไม่มีความคิดแม้แต่น้อยเกี่ยวกับวิธีการทำงานทั่วไปของปืน Gauss และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากเขาไม่รู้ด้วยซ้ำว่าตัวเก็บประจุไม่ได้ถูกชาร์จด้วยไฟฟ้ากระแสสลับ ฉันจึงต้องทำทุกอย่างด้วยตัวเอง
สิ่งที่น่าประหลาดใจอีกอย่างหนึ่งก็คือตัวปืนพร้อมแล้ว ดังนั้นจึงไม่สามารถเปลี่ยนตำแหน่งของคอยล์ได้ และขนาดก็จำกัดความยาวด้วย
สำหรับการกลับขั้วของขดลวด... ฉันพยายามอธิบายว่าพลังงานบนขดลวดไม่สามารถ "หายไปจนหมด" ได้ อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเงื่อนไขที่สำคัญ แม้ว่าจะต้องขอบคุณข้อเสนอของฉันก็ตาม การดำเนินการของการกลับขั้วแม่เหล็ก สนามมีความจำเป็นในระยะแรกเท่านั้น และอีกสามสนามก็ใช้ได้ เช่นเดียวกับในปืนเกาส์ทั่วไป
จุดเริ่มต้นของการพัฒนา วงจรควบคุมคอยล์บริดจ์
ปรากฎว่าฉันเป็นคนเดียวในทีมที่เข้าใจอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในระดับที่ค่อนข้างสูง บางทีนั่นอาจเป็นเหตุผลว่าทำไมการพัฒนาจึงดำเนินต่อไปตลอด 24 ชั่วโมงในระหว่างสัปดาห์โดยได้พักนอนสักหน่อย แม้ว่าพวกเราสามคนจะเป็น "ชาวสลาฟ" ก็ตาม (“สลาฟ” เพราะทั้งสามชื่อลงท้ายด้วย “สลาฟ”)
ขั้นตอนแรกคือการหาว่าจะเกิดอะไรขึ้นในวงจรสวิตช์บริดจ์เมื่อพยายามจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับขดลวดในทิศทางตรงกันข้ามหลังจากที่กระแสไฟฟ้าเริ่มไหลผ่านแล้ว เพื่อจุดประสงค์เหล่านี้ ฉันใช้เครื่องจำลอง LTSpice กับไลบรารีองค์ประกอบที่จำเป็น (ซึ่งฉันใช้) ฉันตัดสินใจใช้ทรานซิสเตอร์ IGBT ที่เชื่อมต่อแบบขนานเป็นกุญแจ การค้นหาโดย Google แสดงให้เห็นว่าการเชื่อมต่อแบบขนานของทรานซิสเตอร์ IGBT ในปืน Gauss จะทำงานได้อย่างถูกต้องหากทรานซิสเตอร์แต่ละตัวมีความต้านทานเพิ่มเติมเล็กน้อย (จากหน่วยความจำ เช่น 0.1 - 0.5 โอห์ม) หากไม่มีตัวต้านทานเพิ่มเติม ทรานซิสเตอร์มักจะไหม้ทีละตัว นอกจากนี้ เพื่อป้องกันการเหนี่ยวนำตัวเอง ทรานซิสเตอร์แต่ละตัวต้องมีไดโอดป้องกัน แน่นอนว่าอิเล็กโทรไลต์ธรรมดาที่มีความจุ 330 - 470 ไมโครฟารัดและแรงดันไฟฟ้า 450 โวลต์ถูกนำมาใช้ในฐานะตัวเก็บประจุ ค่าตัวเหนี่ยวนำคอยล์สำหรับเครื่องจำลองได้มาจากการคำนวณคอยล์ในโปรแกรม FEMM ทรานซิสเตอร์ IGBT ถูกควบคุมผ่านออปโตไดรเวอร์ที่เชี่ยวชาญเฉพาะเพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ เนื่องจากจำเป็นต้องมีการแยกกระแสไฟฟ้า
ผลปรากฎว่าในวงจรบริดจ์เมื่อเชื่อมต่อคอยล์อีกครั้ง ทรานซิสเตอร์ประสบกับกระแสไฟย้อนกลับอันทรงพลังซึ่งเข้ากันไม่ได้กับอายุการใช้งานของซิลิคอน ไม่มีอะไรสามารถแก้ไขปัญหานี้ได้อย่างแน่นอน และวาริสเตอร์ก็ไม่ได้ช่วยอะไรเช่นกัน ในทางกลับกัน หากคุณถอดทรานซิสเตอร์ออกตามแนวทแยงมุมหนึ่งแล้วปล่อยไดโอดไว้ตรงนั้น คุณจะได้วงจรการนำพลังงานกลับมาใช้ใหม่ ในกรณีของการพักฟื้น พลังงานที่เหลือของคอยล์หลังจากที่กระสุนปืนผ่านไปจะถูกส่งกลับไปยังตัวเก็บประจุ
ฉันบอกข่าวสองชิ้นนี้ให้ลูกค้าฟัง อย่างไรก็ตาม ลูกค้ากล่าวว่าต้องใช้การกลับขั้ว แม้ว่าจะจำเป็นต้องลดประสิทธิภาพลงก็ตาม (แม้ว่าเป้าหมายเดิมคือการเพิ่มประสิทธิภาพก็ตาม) ในท้ายที่สุดฉันเพียงแค่เชื่อมต่อคอยล์เป็นอนุกรมกับตัวต้านทานเพิ่มเติมซึ่งค่านั้นถูกเลือกตามค่าที่อนุญาตของกระแสย้อนกลับของทรานซิสเตอร์
การคำนวณขดลวด
บางทีอาจเป็นตอนที่ฉันพบการคำนวณคอยล์สำหรับปืนเกาส์ ฉันจึงเรียนรู้เป็นครั้งแรกว่าบางอย่างอาจต้องใช้เวลาหลายชั่วโมง (หรือหลายวัน) ในการคำนวณด้วยคอมพิวเตอร์ อย่างที่ฉันเขียนไว้ก่อนหน้านี้ การคำนวณดำเนินการโดยใช้พลังของสคริปต์พิเศษในโปรแกรม FEMM คนรู้จักให้สคริปต์ "จริง" แก่ฉันในการคำนวณ หากใครสนใจสามารถค้นหาคำว่า “coilgun_cu.lua” ในอินเทอร์เน็ตหรือดาวน์โหลดได้ นอกจากนี้ยังมีแหล่งข้อมูลสองแห่ง ( และ ) ที่ฉันอ่านเกี่ยวกับทรานซิสเตอร์ IGBT เดียวกันและเกี่ยวกับ FEMM และอีกมากมาย
หลังจากเสร็จสิ้นการคำนวณด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพแล้ว ค่าของความเร็วกระสุนปืน ประสิทธิภาพของปืน จำนวนรอบ ฯลฯ ที่จริงแล้ว ค่าเหล่านี้ไม่สามารถเรียกได้ว่าเป็นค่าที่เหมาะสมที่สุดเท่านั้น คุณต้องทำ ถูกชี้นำโดยสัญชาตญาณทางเทคนิคดังนั้นจึงไม่มีการรับประกันว่าค่าเหล่านี้จะดีที่สุด เป็นไปได้มากว่าพวกเขาจะดีที่สุดในช่วงพารามิเตอร์คอยล์บางช่วงเท่านั้น
การควบคุมอาวุธปืน
เนื่องจากปืนเป็นแบบสามขั้น จึงมีคำถามเกิดขึ้นว่าจะเปลี่ยนคอยล์ได้อย่างไร เพื่อตรวจสอบการมีอยู่ของกระสุนปืนที่ด้านหน้าคอยล์จึงตัดสินใจใช้โซลูชันมาตรฐานในรูปแบบของเซ็นเซอร์ออปติคัล (ฉันแนะนำให้คุณซื้อ LED IR ที่นำเข้าเพื่อจุดประสงค์เหล่านี้เนื่องจากของเก่าในประเทศใช้จำนวนมาก พลังงาน). มีการตัดสินใจที่จะตรวจจับสัญญาณจากเซ็นเซอร์โดยใช้การขัดจังหวะภายนอกของไมโครคอนโทรลเลอร์ซีรีส์ AVR ไมโครคอนโทรลเลอร์ยังวัดแรงดันไฟฟ้าบนตัวเก็บประจุและสร้างเสียงที่สอดคล้องกันที่ระดับประจุสองระดับ: เมื่อตัวเก็บประจุชาร์จเต็ม และเมื่อประจุใกล้เต็ม (80-90% ของระดับสูงสุด)
ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้า
ในการชาร์จตัวเก็บประจุที่มีความจุรวมเกือบ 2,000 ไมโครฟารัดจากแบตเตอรี่ 12 โวลต์ถึงแรงดันไฟฟ้า 450 โวลต์จำเป็นต้องมีตัวแปลงที่ทรงพลังพอสมควร ฉันขี้เกียจเกินไปที่จะสร้างคอนเวอร์เตอร์ตั้งแต่เริ่มต้น ดังนั้นฉันจึงถอดมันออกจากปืน Gauss ของฉันเอง สำหรับผู้ที่สนใจเป็นตัวแปลง
ก่อนที่คุณจะเริ่มสร้างเครื่องเร่งมวลแม่เหล็ก อย่างน้อยก็ควรคำนวณพารามิเตอร์หลักและคุณลักษณะคร่าวๆ โดยประมาณที่คุณสามารถวางใจได้เมื่อประกอบเครื่อง
ตามกฎแล้วพื้นฐานสำหรับการเริ่มต้นการสร้างปืน Gauss คือตัวเก็บประจุที่มีอยู่ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วจะกำหนดพารามิเตอร์ของปืนแม่เหล็กในอนาคต
เริ่มจากสิ่งนี้กันก่อน
ตัวเก็บประจุไฟฟ้าทุกตัวมีลักษณะเฉพาะด้วยความจุไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่สามารถชาร์จได้ นอกจากนี้ ตัวเก็บประจุเป็นแบบมีขั้วและไม่มีขั้ว ตัวเก็บประจุขนาดใหญ่เกือบทั้งหมดที่ใช้ในเครื่องเร่งแม่เหล็กเป็นแบบอิเล็กโทรไลต์และมีขั้ว เหล่านั้น. การเชื่อมต่ออย่างถูกต้องเป็นสิ่งสำคัญมาก - เราใช้ประจุบวกกับขั้ว "+" และประจุลบไปที่ "-" ตัวอลูมิเนียมของตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าก็เป็นขั้ว "-" เช่นกัน
เมื่อทราบความจุของตัวเก็บประจุและแรงดันไฟฟ้าสูงสุด คุณสามารถค้นหาพลังงานที่ตัวเก็บประจุนี้สามารถสะสมได้ เราคูณความจุ (อย่าลืมแปลงเป็น Farads! 1F = 1000000 mKF) ด้วยกำลังสองของแรงดันไฟฟ้าแล้วหารทั้งหมดด้วยสอง E=(ค*ยู^2)/2 [เจ]
พลังงานที่ได้รับจะอยู่ในหน่วยจูล - เช่น ตัวเก็บประจุมีพลังงานไฟฟ้ากี่จูลหากประจุที่แรงดันไฟฟ้า U
เมื่อทราบพลังงานของตัวเก็บประจุ (หากมีตัวเก็บประจุหลายตัวก็สามารถรวมพลังงานของพวกมันได้) คุณสามารถค้นหาพลังงานจลน์โดยประมาณของกระสุนปืน - หรือเพียงแค่พลังของตัวเร่งแม่เหล็กในอนาคต ตามกฎแล้วประสิทธิภาพของ MU จะอยู่ที่ประมาณ 1% - นั่นคือ หารพลังงานของตัวเก็บประจุด้วย 100 แล้วคุณจะพบพลังงานจลน์ของตะปูที่จะยิงออกจากเกาส์ของคุณ อย่างไรก็ตาม เมื่อปรับ Gaussian ให้เหมาะสม ประสิทธิภาพของมันจะเพิ่มขึ้นได้มากถึง 4-7% ซึ่งถือว่ามีนัยสำคัญอยู่แล้ว
พลังงานจลน์ของกระสุนปืนหาได้จากสูตร E=(m*V^2)/2 [J]
เมื่อทราบพลังงานจลน์ของเล็บและมวลของมัน (m) คุณสามารถค้นหาความเร็วในการบินได้อย่างง่ายดาย คูณพลังงานด้วย 2 หารด้วยมวล (เป็นกิโลกรัม) แล้วหารากที่สอง คุณจะได้ความเร็วของตะปูในหน่วย m/s หากต้องการแปลงเป็นกิโลเมตรต่อชั่วโมง (หากต้องการกะทันหัน) ให้คูณด้วยตัวเลข 3.6
ระบบขดลวดตัวเก็บประจุเป็นวงจรออสซิลเลชัน
มาหาคาบการแกว่งของมันกันดีกว่า เวลาของการแกว่งครึ่งรอบแรกจะเท่ากับเวลาที่ตะปูบินจากจุดเริ่มต้นของการม้วนไปจนถึงตรงกลางและเนื่องจาก ในตอนแรกตะปูพักอยู่จากนั้นประมาณเวลานี้จะเท่ากับความยาวของขดลวดหารด้วยความเร็วในการบินของตะปูซึ่งคุณได้คำนวณจากย่อหน้าก่อนหน้าแล้ว ในทางกลับกัน ดังที่ทราบกันดีว่า คาบของการแกว่งอิสระจะเท่ากับ 2 Pi คูณรากที่สองของ L*C ในระบบของเรา การแกว่งจะไม่เป็นอิสระเลย ดังนั้นระยะเวลาของการแกว่งจะมากกว่าค่านี้เล็กน้อย อย่างไรก็ตาม เราจะนำมาพิจารณาในภายหลัง เมื่อเราคำนวณการพันโดยตรง
คุณรู้เวลาของการแกว่งครึ่งรอบ ความจุของตัวเก็บประจุด้วย สิ่งที่เหลืออยู่คือการแสดงค่าความเหนี่ยวนำของขดลวดจากสูตร
ในทางปฏิบัติเราจะใช้ค่าความเหนี่ยวนำของขดลวดน้อยลงเนื่องจากระยะเวลาการสั่นเนื่องจากการมีความต้านทานแบบแอคทีฟในวงจรจะนานขึ้น
หารค่าความเหนี่ยวนำด้วย 1.5 - ฉันคิดว่าสำหรับการประมาณค่านั้นถูกต้อง
ตอนนี้เรามาดูพารามิเตอร์ของคอยล์ผ่านการเหนี่ยวนำและความยาว - จำนวนรอบ ฯลฯ
ความเหนี่ยวนำของโซลินอยด์หาได้จากสูตร L=m*m0*(N^2*S)/l [H]
โดยที่ m คือความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กสัมพัทธ์ของแกนกลาง m0 คือความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กของสุญญากาศ = 4*Pi*10^-7, S คือพื้นที่หน้าตัดของโซลินอยด์, l คือความยาวของโซลินอยด์, N คือจำนวนรอบ
ทีนี้มาประเมินพารามิเตอร์ของเส้นลวดกัน ดังที่คุณทราบความต้านทานของเส้นลวดคำนวณโดยค่าความต้านทานของวัสดุคูณด้วยความยาวของตัวนำและหารด้วยพื้นที่หน้าตัดของตัวนำ ความต้านทานของทองแดงของลวดพันนั้นมีค่ามากกว่าค่าที่ทำตารางสำหรับทองแดงบริสุทธิ์เล็กน้อย คูณด้วย 2 ผมว่าก็พอแล้ว.
เห็นได้ชัดว่ายิ่งมีความต้านทานน้อยเท่าไรก็ยิ่งดีเท่านั้น เหล่านั้น. ดูเหมือนว่าควรใช้ลวดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า แต่จะทำให้ขนาดทางเรขาคณิตของขดลวดเพิ่มขึ้นและความหนาแน่นของสนามแม่เหล็กที่อยู่ตรงกลางลดลง ดังนั้นคุณจะต้องมองหาค่าเฉลี่ยสีทองของคุณที่นี่ . ในกรณีทั่วไปซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับ Gaussians "บ้าน" สำหรับพลังงานประมาณ 100-500 J และแรงดันไฟฟ้า 150-400 V ลวดขดลวดทองแดงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.8-1.2 มม. ก็ค่อนข้างยอมรับได้
โดยวิธีการนี้พบพลังของการสูญเสียแบบแอคทีฟโดยสูตร P=I^2*R [W] โดยที่: I คือกระแสในหน่วยแอมแปร์ R คือความต้านทานแบบแอคทีฟของสายไฟในหน่วยโอห์ม
ตามกฎแล้ว 50% ของพลังงานของตัวเก็บประจุจะสูญเสียไปเสมอในการต้านทานแบบแอคทีฟของเกาส์เซียน เมื่อรู้สิ่งนี้แล้ว การค้นหากระแสคอยล์สูงสุดอาจทำได้ค่อนข้างง่าย พลังงานของขดลวดเท่ากับกำลังสองของกระแสคูณด้วยความเหนี่ยวนำแล้วหารด้วย 2 โดยการเปรียบเทียบกับตัวเก็บประจุ
คุณรู้ถึงความเหนี่ยวนำและพลังงานด้วย - สูงสุด 50% ของพลังงานของตัวเก็บประจุ คุณสามารถคิดได้น้อยกว่า 50% - การคำนวณจะสมจริงยิ่งขึ้น คุณจะพบกระแส ฉันคิดว่าคุณยังไม่ลืมกฎการเปลี่ยนสมการจากโรงเรียน
อันที่จริงแล้วคือการคำนวณการประเมินทั้งหมด ไม่ว่าในกรณีใด หลังจากการผลิต คุณจะต้องนำเครื่องเร่งแม่เหล็กไปยังตัวอย่างที่เสร็จแล้วและมีประสิทธิภาพดีด้วยตนเอง