Проза ::: Остальное ::: Создание Гаусс Гана
|
В основе функционирования Электромагнитного Ускорителя (ЭМУ) масс лежит принцип электромагнитной индукции. В соленоиде в момент прохождения импульса электрического тока возникает электромагнитное поле. Если расположить ферромагнитный снаряд у положительного на момент замыкания конца соленоида, электромагнитное поле начнет втягивать снаряд в соленоид, от чего он с некоторой кинетической энергией равноускоренно полетит к противоположному концу соленоида. Структура электромагнитного поля такова, что в середине соленоида поле перестанет действовать на снаряд, а при дальнейшем движении снаряда на него будет действовать сила, противоположно направленная направлению снаряда и равная силе, придавшей ему ускорение. Это явление я наблюдал на своем первом тестовом соленоиде, но (!) снаряд все-таки вылетал из соленоида, правда он не пролетал и десяти сантиметров ;(. С этим надо как-то бороться:
а) В момент размыкания цепи в катушке возникает Электродвижущая Сила (ЭДС) самоиндукции, направленная противоположно электромагнитному полю при замыкании. Т.е. если мы точно в момент прохождения снаряда середины соленоида разомкнем общую цепь, на снаряд не будет действовать отрицательное поле, но возникнет ЭДС самоиндукции. Появится сила, действующая на снаряд в результате поля тока самоиндукции. Эта сила во много раз превосходит первоначальную и может не только затормозить его движение, но и направить его противоположную сторону. Но от самоиндукции соленоида можно избавиться с помощью простой схемы, благодаря которой остаточный заряд перетечет на следующую обмотку в многоступенчатой винтовке или будет загашен в одноступенчатой.
б) При прохождении снарядом середины катушки, в ней можно поменять направление тока, что придаст ему большее ускорение. Направление тока можно изменить ТОЛЬКО на схеме БЕЗ механических деталей. Т.е. никакое реле не успеет сработать в столь короткий промежуток времени. Подобных схем полно на радиолюбительских сайтах. А как избавиться от самоиндукции катушки мы уже говорили. Но остается нерешенным один вопрос - как фиксировать прохождение середины соленоида снарядом? Можно - наугад, как сделали многие, применив "волшебные курки", схемы таймеров и т.д. вкупе со строго определенными по длине гвоздями и прочими извращениями. (сори, если кого обидел) Да, эти идеи имеют место быть, да, они приносят доли процента КПД, более того, некоторые из них реализуются довольно просто и будут лучшими решениями для некоторых конкретных случаев. Отдельно хочу сказать о схемах, в которых снаряд сам замыкает щетки и подает ток на соленоиды. В теории они, конечно, гениальны, НО я опять же не видел ни одного ЭМУ с этими самыми щетками. Дело в том, что в домашних условиях изготовить ТАКОЕ с непригорающими щетками от двигателя нереально. Эта конструкция требует очень высокой точности изготовления и инструментов, более точных и удобных, чем мы располагаем. Не стоит забывать о том, что трение, в нашем случае, критично, а щетками мы его только увеличим. Еще была предложена идея о замыкании путем пробоя воздуха между снарядом и щетками. Эта идея, несомненно, имеет место быть, но не в нашей портативной конструкции т.к. хоть мы и имеем очень большое напряжение, его недостаточно для пробоя воздуха. А если мы увеличим напряжение, то мы не сможем зарядить батарею не несколько тысяч вольт от батареек.
Так чем же фиксировать положение снаряда? Многие собирают схемы с использованием оптопар, т.е. это светодиод и фотодиод. Идея не так уж сложна при реализации, и она является лучшим решением для многих. А лучшее решение по скорости, которое можно реализовать в домашних условиях - схема на оптронах.
Со схемой фиксирования положения снаряда разобрались, следующий главный вопрос - чем замыкать цепь? Со всеми, замыкающими руками, встретимся на том свете, хотя, признаюсь, мои лабораторные образцы я именно руками и замыкал, но для постоянного применения это не подходит. Опять же нельзя использовать никакой механики - контакты сварятся при первом же выстреле. Конечно, если вы замыкали голые провода руками, их можно отодрать, но вот с кнопками или реле так сделать не получится. Были предложены идеи о нанесении графитовой смазки на поверхность контактов, но я не видел ни одного рабочего прототипа с этой смазкой. Лучшими в этой области являются мощные тиристоры - их удобнее всего использовать, а запирающиеся тиристоры помогут решить проблему отключения питания в части катушки под напряжением. У тиристоров есть только один минус - их высокая стоимость.
Источники питания цепи. Нам потребуется очень высокое напряжение на несколько миллисекунд. Его многие получали от электроосветительной цепи, предварительно включив в цепь электромеханическое реле, при замыкании ключа дающее короткие импульсы тока на соленоид. Я решительно против этой схемы т. к:
а) Ток в цепи переменный, а нам нужен постоянный. Но это не причина для того, чтобы отказаться от этой идеи т.к. можно собрать простую схему для получения тока постоянного.
б) Такая винтовка ограничена длиной шнура подключения, это очень большой недостаток т.к. нет особого смысла обстреливать свою комнату.
в) Это довольно опасно. Техникой безопасности можно пренебречь только при лабораторном тестировании, когда аккуратность и внимание компенсируют ТБ, НО НЕ ПРИ ПОСТОЯННОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ, с теми, кто, опять же, думает иначе, поговорим.. ну вы знаете.
Источником питания у нас будут конденсаторы. Их можно соединять в батареи, обязательно помня о полярности. Законы Ома, надеюсь, все знают. (!) ТБ при работе с конденсаторами должна соблюдаться беспрекословно, а сами конденсаторы лучше убрать в коробку на случай взрыва. Батарея должна быть очень мощной. Нам важен заряд, который мы можем получить. Он вычисляется по формуле W=CU^2/2. У меня - три параллельно соединенных конденсатора 300в X 1000мКф. Не стоит соединять все ваши конденсаторы последовательно - вам придется заряжать их на получившееся напряжение от батареек (как они заряжаются у меня, от 9в), хотя, если планируете заряжать от электроосветительной сети, можно создать батарею хоть на 1500в, схему нагнетателя вам все равно паять. Каким бы высоким не было напряжение в цепи, ток будет низким, а начальная скорость снаряда зависит в первую очередь от тока, а не от напряжения. Для зарядки конденсаторов можно использовать электроосветительную сеть, но, в портативном варианте, вам потребуется повышающий преобразователь – схема, на питание которой будет представлено штабелем батареек, а на выходе – напряжение батареи конденсаторов. Я взял готовую схему от советской фотовспышки, отпаял все ненужное и отпилил кусок платы. Получилось 55X45мм. Если у вас нет фотовспышки, схем полно на сайтах радиолюбителей. После четырехдневной практики перемотки катушки и, соответственно, непрерывной стрельбы, мой нагнетатель пробило, и схему пришлось выбросить ;(. Так что я рекомендую собирать свою схему для конкретной батареи конденсаторов – моему первому нагнетателю для того чтобы сгореть потребовалось совсем небольшое расхождение с идеалом его применения. У меня была батарея на 3000 мКф, он был рассчитан на 1000 мКф, еще он получал на один вольт больше напряжения, чем должен был. Есть еще некоторые факты, которые показывают использование советских схем с не лучшей стороны, я опишу только свою схему т.к. возможно, у меня одного она оказалась плохой. В первую очередь хочу отметить то, что трансформатор на моей схеме сильно свистел, что нехило меня раздражало, затем свист становился близким к ультразвуку. Кремниевый транзистор (я первый раз в жизни видел такой раритет) сильно грелся, к нему пришлось прикрутить процессорный радиатор, именно его у меня и пробило, не было кулера нужных размеров для более эффективного охлаждения. Смотрелась такая схема не очень хорошо – на тестовом стенде (благо не успел отпилить) радиатор был гораздо больше самой схемы. Лучше все-таки спаять схему с использованием современных деталей.
Напомню законы параллельного и последовательного соединений, в частности, нас они интересуют относительно напряжения: При параллельном соединении, напряжение постоянно, I = I1 + I2 + In, 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/Rn. При последовательном: U = U1 + U2 + Un, сила тока постоянна, IR = IR1 + IR2 + IRn.
Как видно из вышеприведенных формул, нам предпочтительнее параллельное соединение. Последовательное соединение очень удобно комбинировать с параллельным в случае, если ваши конденсаторы имеют разное номинальное напряжение. Емкость в обоих случаях складывается. Это поможет вам собрать наиболее подходящую схему из имеющихся в запасе конденсаторов.
Не стоит даже пытаться собрать ЭМУ с одним конденсатором на катушку – в домашних условиях невозможно согласовать работу трех независимых ступеней. Малейшее расхождение зарядов конденсаторов нарушит всю технику работы, разгон будет осуществляться рывками и наш КПД станет ничтожно мал. Используйте ОДИН ОБЩИЙ источник питания.
Теперь поговорим о катушках. От формы, сечения провода, длины, материала провода сильно зависит КПД винтовки.
Форма. Лучшие результаты дают Сфероконические Градиентные (СФГ) катушки. Благодаря их форме, снаряд разгоняется не рывками, как в обычном соленоиде, а равномерно, что благоприятно сказывается на его начальной скорости. Наматывается такая катушка следующим образом: сначала, несколько слоев (2 - 4) основания, затем – с небольшими отступами от краев, отступая при намотке каждого последующего слоя. Каждый слой катушки должен быть изолирован от предшествующего. Также хорошие результаты показывают конические соленоиды, являясь как бы половиной сфероконической. Форма соленоида очень важна (!). Первый эксперимент я провел на обычной цилиндрической однослойной катушке. Результат был неудовлетворительным – снаряд вылетел на ~5см. Перемотав тем же проводом соленоид, который стал трехслойным, я получил дальность полета ~4м (дальше комната заканчивается). Трехслойная катушка при выстреле придавала снаряду кинетическую энергию, которой было достаточно, чтобы пробить 4 тетрадных листа. Сфероконическая катушка показала самые лучшие результаты – снаряд пробил навылет картонную коробку. И это при условии: я еще не использовал ни одной схемы, кроме нагнетателя для зарядки батареи конденсаторов, и катушка была ОДНА, мы же создаем многоступенчатую винтовку.
Есть еще один способ повысить КПД – повысить магнитный поток внутри соленоида. Этого можно достигнуть, если поместить катушку в металлический контур, находящийся в непосредственной близости от нее и закрывающий большую часть катушки. Более того, металлический контур значительно уменьшит электромагнитный импульс, появляющийся в момент выстрела, т.е. сохранит чувствительную к электромагнитному излучению технику. Электромагнитный импульс возникает из-за того, что при замыкании образуется колебательный контур (им становится наш силовой контур). Большего КПД благодаря форме катушки мы получить не можем, но мы можем улучшить другие ее характеристики.
Диаметр сечения провода. От него зависит многое, и, т.к. мы создаем многоступенчатый ЭМУ, рассмотрим лучшие провода для нескольких ступеней, (кто делает одноступенчатую винтовку – используйте ПЭВ 0.8). Расходовать большую часть энергии конденсаторов на первой ступени неразумно – снаряд не сможет набрать максимально возможной скорости на ней, первая ступень нужна ТОЛЬКО для первоначального разгона. Сопротивление первой ступени ДОЛЖНО быть большим, следовательно, наматывать ее следует самым тонким проводом (забегая вперед, скажу, что первую ступень можно сделать алюминиевой). Тонким – значит от 0.4 до 0.6. Вторая ступень, в нашем случае, промежуточная. Наматывается она проводом с сечением от 0.7 до 0.9. Третья ступень у нас основная, на ней снаряд получит большую часть ускорения, наматывать ее следует самым толстым проводом, какой только найдете.
Длина соленоида. На самом деле, длина для нас некритична и не очень важна. Правильно намотанные СФГ катушки с правильно подобранным сечением проводов дадут нам высокий КПД. Длина соленоида должна быть больше или равна диаметру конуса деленного на 1.5, но и не стоит забывать, что в отношении СФГ катушек «длиннее» не значит «лучше». Средняя самого большого соленоида у меня была ~5 см.
Материал провода. Для первой ступени можно использовать алюминий, для всех остальных – только медь, т.к. она имеет наименьшее сопротивление, а для нас важны каждые десятые доли Ома. Алюминий имеет большое сопротивление и не потратит основную часть энергии конденсаторов. Если вы будете использовать алюминиевый провод для первой ступени, сечение провода должно быть ОЧЕНЬ большим, благо наматывать его будет легче.
Также не стоит забывать о том, что все катушки нужно наматывать виток к витку, а не внавал.
На этом можно закончить обсуждение катушек т.к. лучших результатов, чем от идеальной сборки соленоидов по представленному способу, в домашних условиях не получить.
Снаряд. В качестве снаряда можно использовать любой материал, обладающий магнитными свойствами, но НЕ постоянный магнит. Обычно используют обрезки гвоздей, по диаметру наиболее близкие к используемой трубке. Я экспериментировал с обрезками гвоздей разной длины, вязальной спицей и обрезком толстого советского дупеля. Последний, кстати, показал наилучшие результаты, видимо, обладая лучшими магнитными свойствами. Длину вам придется подбирать экспериментально – на оптимальную для Гвоздя длину влияют такие факторы, как внутренний диаметр трубки, отдаленность соленоида от ее края, и, собственно, ваши оригинальные катушки с их длиной и магнитными свойствами. У меня длина дупеля была 2.5см. Многие рекомендуют отвергают использование ферритовых стержней – просто купите несколько стержней и попробуйте, результаты относительно их использования различны.
И, собственно, последняя неотъемлемая деталь – трубка, выполняющая роль ствола. Трубка НЕ ДОЛЖНА обладать магнитными свойствами, т.е. она должна быть либо пластиковой, либо алюминиевой (или из другого цветного металла, сам такую не пробовал – у меня пластиковая), либо металлической с пропилом по всей длине. Пропил вам придется делать и в трубке из цветного металла т.к. иначе она приобретет магнитные свойства в момент разряда (в счетчиках, например, диск алюминиевый, а крутится т.к. поле создает в нем индукционный ток). Также непонятно как сделать ствол с пропилом такой, чтобы пуля не замкнула пропил?
По-этому я его НЕ рекомендую – любая из вышеприведенный трубок будет обладать ужасным трением, не говоря уже о пропиле. Можно попробовать смазать канал ствола каким-нибудь маслом, трение уменьшится, но сопротивление воздуха увеличится (можно, конечно, попробовать выкачать воздух, но это уже из ряда научной-фантастики-в–домашних-условиях). Трубку тоже надо подбирать экспериментально, у нее должен быть небольшой внутренний диаметр (~100-е гвозди), и она должна быть прямой (!). Последнее условие очень важно т.к. гвоздь полетит не столько согласуясь с формой трубки, сколько с направленностью магнитного потока, и может превратить кривой ствол в… Для многоступенчатого ЭМУ требуется обязательно пластиковая трубка (хотел бы я посмотреть на высверливание отверстий под оптопары в металлической трубке с пропилом :). Длина ствола не должна быть очень большой т.к. с ее увеличением увеличивается трение, а, поскольку мы собираем трехступенчатую винтовку, нам вполне хватит и ~20 см (при аккуратной сборке, конечно).
В общем, на этом можно завершить обзор минимально необходимой для создания ЭМУ теории, и приступить к практике. |
|
|
|
|
 Авторский комментарий к работе: Статья про электромагнитное оружие. Фотографии к ней будут чуть позже (графики и мои фоты) Как показала практика, допишу еще не скоро.
|
|
Вы не можете оценивать |
КОММЕНТАРИИ К РАБОТЕ:
|
|
|
|
|
| Deimon ::: комментарий от 28.02.2008 | 10:17
|
|
Неофит (ур.7)
Очки: 1007
Город: Парабель
Тв. работ: 7
Рег: 05.02.2008 (6835) |
--------------------
Делай быстро, но аккуратно!
|
|
|
|
| Moonglow* ::: комментарий от 22.01.2007 | 20:03
|
|
Ученик (ур.11)
Очки: 4463
Город: Бабруйск
Тв. работ: 17
Рег: 18.01.2007 (2680) |
Не умею я прозаично писать ;(, да и литература, которая входит в школьный курс, меня бесит. А вот до найчного издания ему очень далеко - я все-таки физику учу и читал действительно научные работы - моя рядом не стояла. А так, решил опубликовать, долго думал, но пришел к выводу, что не в поэзию же мне выкладывать.
|
|
| Клава* ::: комментарий от 22.01.2007 | 15:03
|
|
Подмастерье (ур.12)
Очки: 7718
Город: Томск
Тв. работ: 3
Рег: 26.04.2006 (1) |
Сдаётся мне, что это больше научное исследование и статья для научно-популярного издания, нежели произведение, которое можно можно назвать "Прозой" ...
|
|
| Moonglow* ::: комментарий от 22.01.2007 | 13:08
|
|
|
Ученик (ур.11)
Очки: 4463
Город: Бабруйск
Тв. работ: 17
Рег: 18.01.2007 (2680) |
|
|
| Moonglow* ::: комментарий от 22.01.2007 | 12:46
|
|
|
Ученик (ур.11)
Очки: 4463
Город: Бабруйск
Тв. работ: 17
Рег: 18.01.2007 (2680) |
Фоллаут форева. Смотрите на моем сайте фотографии и клип как все это стреляло.
|
|
| mipvih* ::: комментарий от 22.01.2007 | 00:46
|
|
Последователь (ур.13)
Очки: 9261
Город: h4Bh75h72h67h61h6E
Тв. работ: 137
Рег: 20.12.2006 (1873) |
7 пэйдждаунов! Я столько не прочитаю на ЭЛТэшном мониторе!
--------------------
Цель: Быть миру светом и солью; Мечта: Найти взаимную любовь.
|
|
|
|
|
