Гаусс пушка многоступенчатая схема – Пушка Гаусса своими руками. Собираем пушку Гаусса. — Мастер-Класс — Разное — Каталог статей

Пушка Гаусса своими руками | Журнал Популярная Механика

Несмотря на относительно скромные размеры, пистолет Гаусса — это самое серьезное оружие, которое мы когда-либо строили. Начиная с самых ранних этапов его изготовления, малейшая неосторожность в обращении с устройством или отдельными его компонентами может привести к поражению электрическим током. Будьте внимательны!

Сергей Апресов
Сергей Коноплёв

Обладать оружием, которое даже в компьютерных играх можно найти только в лаборатории сумасшедшего ученого или возле временного портала в будущее, — это круто. Наблюдать, как равнодушные к технике люди невольно фиксируют на устройстве взгляд, а заядлые геймеры спешно подбирают с пола челюсть, — ради этого стоит потратить денек на сборку пушки Гаусса.

Как водится, начать мы решили с простейшей конструкции — однокатушечной индукционной пушки. Эксперименты с многоступенчатым разгоном снаряда оставили опытным электронщикам, способным построить сложную систему коммутации на мощных тиристорах и точно настроить моменты последовательного включения катушек. Вместо этого мы сконцентрировались на возможности приготовления блюда из повсеместно доступных ингредиентов. Итак, чтобы построить пушку Гаусса, прежде всего придется пробежаться по магазинам. В радиомагазине нужно купить несколько конденсаторов с напряжением 350−400 В и общей емкостью 1000−2000 микрофарад, эмалированный медный провод диаметром 0,8 мм, батарейные отсеки для «Кроны» и двух 1,5-вольтовых батареек типа С, тумблер и кнопку. В фототоварах возьмем пять одноразовых фотоаппаратов Kodak, в автозапчастях — простейшее четырехконтактное реле от «Жигулей», в «продуктах» — пачку соломинок для коктейлей, а в «игрушках» — пластмассовый пистолет, автомат, дробовик, ружье или любую другую пушку, которую вы захотите превратить в оружие будущего.


Рентген пушки Гаусса

Мотаем на ус

Главный силовой элемент нашей пушки — катушка индуктивности. С ее изготовления стоит начать сборку орудия. Возьмите отрезок соломинки длиной 30 мм и две большие шайбы (пластмассовые или картонные), соберите из них бобину с помощью винта и гайки. Начните наматывать на нее эмалированный провод аккуратно, виток к витку (при большом диаметре провода это довольно просто). Будьте внимательны, не допускайте резких перегибов провода, не повредите изоляцию. Закончив первый слой, залейте его суперклеем и начинайте наматывать следующий. Поступайте так с каждым слоем. Всего нужно намотать 12 слоев. Затем можно разобрать бобину, снять шайбы и надеть катушку на длинную соломинку, которая послужит стволом. Один конец соломинки следует заглушить. Готовую катушку легко проверить, подключив ее к 9-вольтовой батарейке: если она удержит на весу канцелярскую скрепку, значит, вы добились успеха. Можно вставить в катушку соломинку и испытать ее в роли соленоида: она должна активно втягивать в себя отрезок скрепки, а при импульсном подключении даже выбрасывать ее из ствола на 20−30 см.


Многоступенчатая мощь Освоившись с простой однокатушечной схемой, можно испытать свои силы в постройке многоступенчатого орудия — ведь именно такой должна быть настоящая пушка Гаусса. В качестве коммутирующего элемента для низковольтных схем (сотни вольт) идеально подходят тиристоры (мощные управляемые диоды), для высоковольтных (тысячи вольт) — управляемые искровые разрядники. Сигнал на управляющие электроды тиристоров или разрядников будет посылать сам снаряд, пролетая мимо фотоэлементов, установленных в стволе между катушками. Момент выключения каждой катушки будет всецело зависеть от питающего ее конденсатора. Будьте внимательны: избыточное увеличение емкости конденсатора при заданном импедансе катушки может привести к увеличению длительности импульса. В свою очередь это может привести к тому, что после прохождения снарядом центра соленоида катушка останется включенной и замедлит движение снаряда. Детально отследить и оптимизировать моменты включения и выключения каждой катушки, а также измерить скорость движения снаряда поможет осциллограф.

Препарируем ценности

Для формирования мощного электрического импульса как нельзя лучше подходит батарея конденсаторов (в этом мнении мы солидарны с создателями самых мощных лабораторных рельсотронов). Конденсаторы хороши не только большой энергоемкостью, но и способностью отдать всю энергию в течение очень короткого времени, до того как снаряд достигнет центра катушки. Однако конденсаторы необходимо как-то заряжать. К счастью, нужное нам зарядное устройство есть в любом фотоаппарате: конденсатор используется там для формирования высоковольтного импульса для поджигающего электрода вспышки. Лучше всего нам подходят одноразовые фотоаппараты, потому что конденсатор и «зарядка» — это единственные электрические компоненты, которые в них есть, а значит, достать зарядный контур из них проще простого.


Quake railgun Знаменитый рэйлган из игр серии Quake с большим отрывом занимает первое место в нашем рейтинге. В течение многих лет виртуозное владение «рельсой» отличало продвинутых игроков: оружие требует филигранной точности стрельбы, однако в случае попадания скоростной снаряд буквально разрывает противника на куски.

Разборка одноразового фотоаппарата — это этап, на котором стоит начать проявлять осторожность. Вскрывая корпус, старайтесь не касаться элементов электрической цепи: конденсатор может сохранять заряд в течение долгого времени. Получив доступ к конденсатору, первым делом замкните его выводы отверткой с ручкой из диэлектрика. Только после этого можно касаться платы, не опасаясь получить удар током. Удалите с зарядного контура скобы для батарейки, отпаяйте конденсатор, припаяйте перемычку к контактам кнопки зарядки — она нам больше не понадобится. Подготовьте таким образом минимум пять зарядных плат. Обратите внимание на расположение проводящих дорожек на плате: к одним и тем же элементам схемы можно подключиться в разных местах.


S.T.A.L.K.E.R. Gauss gun Снайперское орудие из зоны отчуждения получает второй приз за реализм: сделанный на основе винтовки LR-300 электромагнитный ускоритель сверкает многочисленными катушками, характерно гудит при зарядке конденсаторов и насмерть поражает противника на колоссальных расстояниях. Источником питания служит артефакт «Вспышка».

Расставляем приоритеты

Подбор емкости конденсаторов — это вопрос компромисса между энергией выстрела и временем зарядки орудия. Мы остановились на четырех конденсаторах по 470 микрофарад (400 В), соединенных параллельно. Перед каждым выстрелом мы в течение примерно минуты ждем сигнала светодиодов на зарядных контурах, сообщающих, что напряжение в конденсаторах достигло положенных 330 В. Ускорить процесс заряда можно, подключая к зарядным контурам по несколько 3-вольтовых батарейных отсеков параллельно. Однако стоит иметь в виду, что мощные батареи типа «С» обладают избыточной силой тока для слабеньких фотоаппаратных схем. Чтобы транзисторы на платах не сгорели, на каждую 3-вольтовую сборку должно приходиться 3−5 зарядных контуров, подключенных параллельно. На нашем орудии к «зарядкам» подключен только один батарейный отсек. Все остальные служат в качестве запасных магазинов.


Расположение контактов на зарядном контуре одноразового фотоаппарата Kodak. Обратите внимание на расположение проводящих дорожек: каждый провод схемы можно припаять к плате в нескольких удобных местах.

Определяем зоны безопасности

Мы никому не посоветуем держать под пальцем кнопку, разряжающую батарею 400-вольтовых конденсаторов. Для управления спуском лучше установить реле. Его управляющий контур подключается к 9-вольтовой батарейке через кнопку спуска, а управляемый включается в цепь между катушкой и конденсаторами. Правильно собрать пушку поможет принципиальная схема. При сборке высоковольтного контура пользуйтесь проводом сечением не менее миллиметра, для зарядного и управляющего контуров подойдут любые тонкие провода. Проводя эксперименты со схемой, помните: конденсаторы могут иметь остаточный заряд. Прежде чем прикасаться к ним, разряжайте их коротким замыканием.


Command & conquer 3: tiberium wars railgun В одной из самых популярных стратегических игр пехотинцы Глобального Совета Безопасности (GDI) оснащаются мощнейшими противотанковыми рельсотронами. Кроме того, рэйлганы устанавливаются и на танки GDI в качестве апгрейда. По степени опасности такой танк — это примерно то же самое, что Звездный разрушитель в Star Wars.

Подводим итог

Процесс стрельбы выглядит так: включаем тумблер питания; дожидаемся яркого свечения светодиодов; опускаем в ствол снаряд так, чтобы он оказался слегка позади катушки; выключаем питание, чтобы при выстреле батарейки не отбирали энергию на себя; прицеливаемся и нажимаем на кнопку спуска. Результат во многом зависит от массы снаряда. Нам с помощью короткого гвоздя с откусанной шляпкой удалось прострелить банку с энергетическим напитком, которая взорвалась и залила фонтаном полредакции. Затем очищенная от липкой газировки пушка запустила гвоздь в стену с расстояния в полсотни метров. А сердца поклонников фантастики и компьютерных игр наше орудие поражает без всяких снарядов.


Ogame Gauss cannon Ogame — это многопользовательская космическая стратегия, в которой игроку предстоит почувствовать себя императором планетных систем и вести межгалактические войны с такими же живыми противниками. Ogame переведена на 16 языков, в том числе русский. Пушка Гаусса — одно из самых мощных оборонительных орудий в игре.

www.popmech.ru

Сказ о том, как сделать Гаусс пушку за семь дней / Хабр

Когда я учился в университете на втором курсе, мне пришел весьма необычный заказ — трехступенчатая Гаусс пушка. Сроки на ее создание были очень короткими: на все про все была лишь неделя. Кроме того, пушка была с физически нереализуемой изюминкой: переполюсовкой магнитного поля катушек, что должно было, по мнению автора пушки, повысить ее КПД. Тем не менее, поскольку я любил Гаусс пушки и мечтал начать зарабатывать деньги любимым делом, я согласился на выполнение заказа.

На каникулах ничто не предвещало…

Это были зимние каникулы, оставалось чуть больше недели до начала учебы. Ничто не предвещало странных заказов, как вдруг мне позвонил мой друг и спросил, нет ли у меня желания принять участие в разработке настоящей пушки Гаусса. Конечно же, я был всеми руками за. Деньги на пушку обещали выделить сколько угодно много (имеется ввиду на детали, а не плату за работу). Главным условием было закончить пушку вовремя, также она должна была уметь делать переполюсовку магнитного поля катушек, чтобы снаряд получал дополнительное ускорение, а еще быть способной пробить танк обладать КПД не менее 10%.

Ознакомившись со схемой пушки, я просто выпал, ведь это был совершенно секретный чертеж из НИИ времен СССР. К сожалению, схема была сожжена инквизицией не сохранилась, по памяти помню лишь то, что автор хотел заряжать неполярные конденсаторы переменным током. В общем, заказчик не имел ни малейшего понятия о том, как работают Гаусс пушки и электроника в целом, раз даже не знал, что переменным током конденсаторы не заряжают. Поэтому все пришлось делать самому.

Еще один неприятный сюрприз был в том, что корпус для пушки уже был готов. Поэтому расположение катушек менять было нельзя, да и их размер был ограничен по длине.

Что же касается переполюсовки катушек… Я попытался объяснить, что энергия на катушке не может «исчезнуть в никуда», тем не менее, это было важным условием, хотя благодаря моему преложению реализация переполюсовки магнитного поля стала нужна лишь на первой ступени, а остальные три работали, как в обычных Гаусс пушках.

Начало разработки. Мостовая схема управления катушкой

Вышло так, что в команде только я разбирался в электронике на достаточно высоком уровне. Возможно, поэтому разработка шла круглосуточно в течение недели с перерывами на небольшой сон, хотя нас, «Слав», было три человека. («Слав», потому что имена всех троих заканчивались на «слав»).

Первым делом надо был прикинуть, что будет происходить в мостовой схеме включения ключей при попытке подать на катушку напряжение в противоположном направлении после того, как через нее уже начал течь ток. Для этих целей я использовал симулятор LTSpice с необходимыми библиотеками элементов (которые взял вроде как тут и тут). В качестве ключей решил использовать параллельно включенные IGBT транзисторы. Поиск по Гуглу показал, что параллельное включение IGBT транзисторов в Гаусс пушке будет корректно работать, если у каждого транзистора будет небольшое добавочное сопротивление (по памяти вроде 0.1 — 0.5 Ом). Без добавочных резисторов транзисторы скорее всего будут гореть один за другим. Также для защиты от самоиндукции у каждого транзистора должен быть защитный диод. В качестве конденсаторов, конечно же, использовались обычные электролиты емкостью 330 — 470 мкф и напряжением 450 вольт. Значение индуктивности катушки для симулятора было получено из расчетов катушек в программе FEММ. IGBT транзисторы управлялись через специализированные для этих целей оптодрайверы, так как была необходима гальваническая развязка.

В итоге выяснилось, что в мостовой схеме во время переподключения катушки у транзисторов возникали мощные выбросы обратного тока, несовместимые с жизнью кремния. Данную проблему не решало абсолютно ничто, и варистор тоже не спасал. С другой стороны, если по одной диагонали убрать транзисторы и оставить там диоды, получалась схема рекуперации энергии. В случае с рекуперацией остаточная энергия катушки после прохождения через нее снаряда возвращалась обратно на конденсатор.

Эти две новости я сообщил заказчику. Однако заказчик сказал, что переполюсовка должна быть реализована обязательно, даже если придется жертвовать КПД (хотя изначально целью было повысить КПД.). В итоге я просто включил катушку последовательно с добавочным резистором, значение которого подобрал исходя из допустимых значений обратного тока транзисторов.

Расчет катушек

Пожалуй, именно столкнувшись с расчетами катушек для Гаусс пушки, я впервые узнал о том, что что-то может рассчитываться компьютером часами, если не целыми днями. Как уже писал ранее, расчет проводился с мощью специального скрипта в программе FEMM. Один знакомый дал мне «правдивый» скрипт для расчета. Кому интересно, можете поискать в интернете «coilgun_cu.lua» или скачать тут, пока ссылка работает. Также есть два ресурса (тут и тут), где я читал и про те же IGBT транзисторы, и про FEMM и многое другое.

После завершения расчетов с оптимизацией были получены значения скорости снаряда, КПД пушки, количество витков и т. д. На самом деле, нельзя эти значения назвать единственно оптимальными, при выборе параметров оптимизации приходится руководствоваться технической интуицией, так что нет гарантий, что данные значения будут наилучшими. Скорее всего они будут наилучшими лишь в некоторой области параметров катушек.

Управление пушкой

Так как пушка трехступенчатая, возникает вопрос, как катушки переключать. Для того, чтобы определить наличие снаряда перед катушкой, было решено использовать стандартное решение в виде оптических датчиков (советую покупать для этих целей импортные ИК светодиоды, так как старые отечественные потребляют очень много энергии). Сигналы от датчиков было решено определять с помощью внешних прерываний микроконтроллера серии AVR. Микроконтроллер также делал замер напряжения на конденсаторах и издавал соответствующие звуки при двух уровнях заряда: когда конденсаторы заряжены полностью, и когда они близки к полной зарядке (80-90% от максимума).

Преобразователи напряжения

Чтобы зарядить от аккумулятора на 12 вольт конденсаторы суммарной емкостью почти 2000 мкф до напряжения 450 вольт, нужен был достаточно мощный преобразователь. Мне было лень делать преобразователь с нуля, и потому я попросту снял его со своей собственной Гаусс пушки. Кому интересно, это был преобразователь Вальдемара.

Для питания затворов IGBT транзисторов верхней части моста нужно было гальванически развязанное напряжение, которое я решил получать с помощью обычного блокинг генератора. В итоге в пушке добавился еще один преобразователь напряжения.

Создание печатных плат

На тот момент для создания печатных плат я пользовался Sprint-Layout. Данная программа весьма проста в освоении и использовании, для небольших проектов самое то.

Нарисовав все схемы, я распечатал их на глянцевой бумаге и затем утюжком перенес рисунки на подготовленный лист стеклотекстолита с медным односторонним покрытием. Дальше оставалось платы вытравить, залудить, потом запаять детали… И так со всеми 5-тью платами.

Залуженные платы

Плата с переполюсовкой

Сборка и тестирование

Собрав все воедино, я получил что-то воде этого:

И первое же тестирование показало несостоятельность идеи с переполюсовкой катушки. Транзисторы горели даже при большом добавочном сопротивлении, а КПД при этом падало так низко, что снаряд «выкатывался» из пушки. Если же снаряд и не выкатывался, а вылетал, транзисторов хватало максимум на пять выстрелов. В итоге я предложил оставить переполюсовку лишь внешне, а на обратной стороне платы переделать схему так, чтобы работа первой ступени пушки не отличалась от работы остальных двух ступеней.

Во всяком случае, рекуперация энергии работала, и она была заметна (хотя бы один плюс от использования мостовой схемы для катушек).

КПД пушки осталось в итоге неизвестным. Однако, во время одного из тестирования пушки я недооценил ее мощность, и снаряд пробил стену и снес полгорода продырявил пластиковый цветочный горшок, который стоял за мишенью. В целом, пушка была способна промять стенку большой и набитой гвоздями жестяной банки.

Итог.

Заказчик остался вполне доволен результатом. Деньги мы получили (надо сказать, сейчас я понимаю что это было мало за такую работу) и поделили по заслугам поровну между собой в неравной пропорции.

Позже я обнаружил свое детище в одном бизнес-инкубаторе, где она лежала для красоты. Также ее показывали на одном фестивале, правда, на тот момент она была уже в нерабочем состоянии.

Фото с фестиваля Анимау 2015

habr.com

Пушка Гаусса своими руками — SDELAITAK24.RU

Здравствуйте, дорогие друзья! Сегодня я хочу рассказать о том, как сделать электромагнитную пушку Гаусса. Она является разновидностью электромагнитного оружия, её также называют «Электромагнитный ускоритель масс Гаусса». Изобрел эту пушку немецкий ученый Карл Гаусс. Но к сожалению этот метод ускорения масс используется в основном в любительских  самодельных установках потому, что не является достаточно эффективным для практического применения в качестве оружия.

Как работает пушка Гаусса?

Гаусс пушка состоит из катушки соленоида, через него проходит пластиковая трубочка, в которую с одной стороны вставляется металлический снаряд. Чтобы произвести выстрел, к соленоиду подключается заряженный конденсатор большой емкости и высоким рабочим напряжением. В соленоиде возникает электромагнитное поле, которое в момент протекания импульса разрядного тока от конденсатора втягивает снаряд в соленоид и разгоняет его. Конструкция пушки настолько проста, что её может собрать любой начинающий радиолюбитель из подручных материалов.

Но следует помнить, что изготовление оружия в некоторых странах запрещено и преследуется по закону! Следует учесть тот факт, что это всего лишь действующая модель пушки Гаусса с дульной энергией около 1,5 Дж и применяется только для развлекательной стрельбы по лампочкам, баночкам и картонным коробкам. Из этого следует вывод: -Делайте смело и ничего не бойтесь! Как говорил космонавт Юрий Гагарин: -Поехали!!!

Схема электромагнитной пушки Гаусса

Скачать схему электромагнитной пушки Гаусса 

Из материалов вам понадобиться:

  • Пластиковая трубочка соответствующая диаметру пули. Но к сожалению, я трубку не нашел и поэтому, сделал ствол из бумаги, намотал её на карандаш и намазал клеем.
  • Диод любой на 1,5 А
  • Лампочка 40 Ватт 220 В, можно 60 Ватт 220 В
  • Кнопка с контактами на замыкание при нажатии 1,5 А
  • Автоматический выключатель не менее 40 А
  • Медный провод в лаковой изоляции диаметром 0,5-0,7 мм
  • Конденсатор электролитический 1000 Мкф 450 В, можно использовать сборку из конденсаторов. Чем больше емкость, тем лучше стреляет. Рабочее напряжение у используемых конденсаторов не менее 250 В.

Чертеж электромагнитного ускорителя для пушки Гаусса

Скачать чертеж электромагнитного ускорителя для пушки Гаусса 

Особое внимание следует уделить изготовлению катушки соленоида, от правильности изготовления зависит мощность выстрела и дальность полета пули. Обмотка соленоида наматывается проводом в лаковой изоляции диаметром 0,5-0,7 мм и содержит 200 витков. Провод мотаем виток к витку, каждый слой заливаем нитролаком и оборачиваем бумагой.

Обмотку своей пушки я намотал в пять слоев проводом 0,5 мм, в каждом слое у меня получилось по 40 витков, а в сумме 200 витков. Сопротивление катушки замерил мультиметром получилось 8 ом.

Пули для Гаусс пушки я изготовил из обычного строительного гвоздя диаметром 6 мм и длиною 200 мм.

Пули для Гаусс пушки из строительного гвоздя 6х200 мм

Как стрелять из Гаусс пушки?

Включаем вилку в розетку и нажимаем кнопку «Заряд», как только лампочка потухнет, значит конденсатор полностью зарядился.

Вставляем пулю в ствол.

Нажимаем кнопку «Огонь». Происходит выстрел, пуля с большой скоростью вылетает из ствола.

Хочу напомнить о технике безопасности:

    • Не направляйте пушку в сторону домашних животных и людей
    • Не заглядывайте в ствол
    • Не стреляйте в металлические предметы во избежание рекошета
    • Не трогайте контакты заряженного конденсатора, во избежание поражения электрическим током

А сейчас о самом главном…  Баллистические испытания пушки Гаусса.

Испытания пушки проводил с расстояния в 15 сантиметров до цели. Максимальная дальность полета пули около 2 метров. Стреляет абсолютно бесшумно, слышен лишь удар пули о картонную коробку.

Коробка из тонкого картона.

Коробка из рифленого картона.

Коробка из более плотного рифленого картона.

Резиновая кричащая курица.

DVD диск.

Лампочка 500 Ватт 220 В.

В заключение хочу сказать, что действующая модель пушки Гаусса идеально подходит для демонстрации возможностей соленоида и электромагнитной индукции, возникающей в нем при отдаче конденсатором накопленной энергии. А так же для развлекательной стрельбы по коробкам, баночкам и лампочкам.

Хотите удивить своих друзей? Соберите пушку Гаусса своими руками!

И обязательно посмотрите видеоролик, в котором вы увидите, как стреляет Гаусс пушка.
До встречи в новых статьях!

sdelaitak24.ru

Схема гаусс пушки своими руками от батареек

Гаусс пушка (гаусс винтовка)

Другие названия: гауссовка, гаусс-ружье, винтовка Гаусса, гаусс-ган, разгонная винтовка.

Гаусс-винтовка (или ее более крупная разновидность гаусс-пушка), как и рельсотрон, относится к электро-магнитному оружию.

Гаусс пушка

В настоящий момент боевых промышленных образцов не существует, хотя ряд лабораторий (по большей части любительских и университетских) продолжает настойчиво работать над созданием этого оружия. Система названа по имени немецкого ученого Карла Гаусса (1777–1855). С какого перепугу математик удостоился такой чести, лично я понять не могу (пока не могу, вернее не имею соответствующей информации). Гаусс к теории электромагнетизма имел куда меньшее отношение, чем к примеру Эрстед, Ампер, Фарадей или Максвелл, но, тем не менее, пушку назвали именно в его честь. Название прижилось, а посему будем им пользоваться и мы.

Принцип действия:
Гаусс винтовка состоит из катушек (мощных электромагнитов), насаженных на сделанный из диэлектрика ствол. При подаче тока электромагниты на какой-то краткий момент включаются один за другим в направлении от ствольной коробки к дулу. Они по очереди притягивают к себе стальную пулю (иглу, дротик или снаряд, если говорить о пушке) и тем самым разгоняют ее до значительных скоростей.

Достоинства оружия:
1. Отсутствие патрона. Это позволяет значительно увеличить вместимость магазина. Например, в магазин, в который вмещается 30 патронов, можно зарядить 100–150 пуль.
2. Высокая скорострельность. Теоретически система позволяет начинать разгон следующей пули еще до того, как предыдущая покинула ствол.
3. Бесшумность стрельбы. Сама конструкция оружия позволяет избавиться от большинства акустических составляющих выстрела (см. отзывы), поэтому стрельба из гаусс-винтовки выглядит как серия едва различимых хлопков.
4. Отсутствие демаскирующей вспышки. Данное свойство особенно полезно в темное время суток.
5. Малая отдача. По этой причине при выстреле ствол оружия практически не задирается, а следовательно возрастает точность огня.
6. Безотказность. В гаусс винтовке не используются патроны, а стало быть сразу отпадает вопрос о недоброкачественных боеприпасах. Если же вдобавок к этому вспомнить об отсутствии ударно-спускового механизма, то само понятие «осечка» можно позабыть, как страшный сон.
7. Повышенная износостойкость. Это свойство обусловлено малым количеством подвижных частей, низкими нагрузками на узлы и детали при стрельбе, отсутствием продуктов сгорания пороха.
8. Возможность использования как в открытом космосе, так и в атмосферах, подавляющих горение пороха.
9. Регулируемая скорость пули. Эта функция позволяет при необходимости уменьшать скорость пули ниже звуковой. В результате исчезают характерные хлопки, и гаусс-винтовка становится полностью беззвучной, а стало быть, пригодной для выполнения секретных спецопераций.

Недостатки оружия:
Среди недостатков Гаусс винтовки часто называют следующие: низкий КПД, большой расход энергии, большой вес и габариты, длительное время перезарядки конденсаторов и т. д. Хочу сказать, что все эти проблемы обусловлены лишь уровнем современного развития техники. В будущем при создании компактных и мощных источников питания, при использовании новых конструкционных материалов и сверхпроводников Гаусс пушка действительно может стать мощным и эффективным оружием.

В литературе, конечно же фантастической, гаусс-винтовкой вооружил легионеров Уильям Кейт в своем цикле «Пятый иностранный легион». (Одна из моих любимейших книг!) Была она и на вооружении милитаристов с планеты Клизанд, на которую занесло Джима ди Гриза в романе Гаррисона «Месть крысы из нержавеющей стали». Говорят, гаусовка встречается и в книгах из серии «S.T.A.L.K.E.R.», но я прочел всего пяток из них. Там ничего подобного не обнаружил, а за другие говорить не буду.

Что касается лично моего творчества, то в своем новом романе «Мародеры» я вручил гаусс-карабин «Метель-16» тульского производства своему главному герою Сергею Корну. Правда, владел он им только в начале книги. Ведь главный герой все-таки, а значит, ему полагается пушка посолидней.

Олег Шовкуненко

Отзывы и комментарии:

Александр 29.12.13
По п.3 — выстрел со сверхзвуковой скоростью пули в любом случае будет громким. По этой причине для бесшумного оружия используются специальные дозвуковые патроны.
По п.5 — отдача будет присуща любому оружию, стреляющему «материальными объектами» и зависит от соотношения масс пули и оружия, и импульса силы ускоряющей пулю.
По п.8 — никакая атмосфера не может повлиять на горение пороха в герметичном патроне. В открытом космосе огнестрельное оружие тоже будет стрелять.
Проблема может быть только в механической устойчивости деталей оружия и свойствах смазки при сверхнизких температурах. Но это вопрос решаемый и ещё в 1972 году были проведены испытательные стрельбы в открытом космосе из орбитальной пушки с военной орбитальной станции ОПС-2 (Салют-3).

Олег Шовкуненко
Александр хорошо, что написали.

Честно говоря, делал описание оружия исходя из своего собственного понимания темы. Но может кое в чем оказался не прав. Давайте вместе разбираться по пунктам.

Пункт №3. «Бесшумность стрельбы».
Насколько я знаю, звук выстрела из любого огнестрельного оружия складывается из нескольких компонентов:
1) Звук или лучше сказать звуки срабатывания механизма оружия. Сюда относятся удар бойка по капсулю, лязг затвора и т.д.
2) Звук, который создает воздух, наполнявший ствол перед выстрелом. Его вытесняет как пуля, так и пороховые газы, просачивающиеся по каналам нарезки.
3) Звук, который создают сами пороховые газы при резком расширении и охлаждении.
4) Звук, создаваемый акустической ударной волной.
Первые три пункта к гауссовке вообще не относятся.

Предвижу вопрос по воздуху в стволе, но в гаусс-виновке стволу совсем не обязательно быть цельным и трубчатым, а значит проблема отпадает сама собой. Так что остается пункт номер 4, как раз тот, о котором вы, Александр, и говорите. Хочу сказать, что акустическая ударная волна это далеко не самая громкая часть выстрела. Глушители современного оружия с ней практически вообще не борются. И тем не менее, огнестрельное оружие с глушителем все же называется бесшумным. Следовательно, и гауссовку тоже можно назвать бесшумной. Кстати, огромное вам спасибо, что напомнили. Я забыл указать среди достоинств гаусс-гана возможность регулировки скорости пули. Ведь возможно установить дозвуковой режим (что сделает оружие полностью бесшумным и предназначенным для скрытных действий в ближнем бою) и сверхзвуковой (это уже для войны по-настоящему).

Пункт №5. «Практически полное отсутствие отдачи».
Конечно, отдача у гассовки тоже имеется. Куда же без нее?! Закон сохранения импульса пока еще никто не отменял. Только принцип работы гаусс-винтовки сделает ее не взрывной, как в огнестреле, а как бы растянутой и плавной и потому куда менее ощутимой для стрелка. Хотя, честно говоря, это лишь мои подозрения. Пока еще не доводилось палить из такой пушки :))

Пункт №8. «Возможность использования как в открытом космосе…».
Ну, про невозможность использования огнестрельного оружия в космическом пространстве я вообще ничего не говорил. Только его потребуется так переделать, столько технических проблем решить, что уж легче создать гаусс-ган :)) Что касается планет со специфическими атмосферами, то применение на них огнестрела действительно может быть не только затруднено, но и небезопасно. Но это уже из раздела фантастики, собственно говоря, которой ваш покорный слуга и занимается.

Вячеслав 05.04.14
Спасибо за интересный рассказ об оружии. Все очень доступно изложено и разложено по полочкам. Еще бы схемку для пущей наглядности.

Олег Шовкуненко
Вячеслав, вставил схемку, как Вы и просили).

интересующийся 22.02.15
«Почему винтовка Гауса?» — в Википедии говорят что потому что он заложил основы теории электромагнетизма.

Олег Шовкуненко
Во-первых, исходя из этой логики, авиабомбу следовало назвать «Бомбой Ньютона», ведь она падает на землю, подчиняясь Закону всемирного тяготения. Во-вторых, в той же самой Википедии Гаусс в статье «Электромагнитное взаимодействие» вообще не упоминается. Хорошо, что мы все образованные люди и помним, что Гаусс вывел одноименную теорему. Правда, эта теорема входит в более общие уравнения Максвелла, так что Гаусс тут вроде как опять в пролете с «заложением основ теории электромагнетизма».

Евгений 05.11.15
Винтовка Гауса, это придуманное название оружия. Впервые оно появилось в легендарной постапокалептической игре Fallout 2.

Roman 26.11.16
1) насчет того какое отношение имеет Гаусс к названию ) почитайте в Википедии, но не электромагнетизм, а теорема Гаусса эта теорема — основа электромагнетизма и является основой для уравнений Максвелла.
2) грохот от выстрела в основном из-за резко расширяющихся пороховых газов. потому как пуля она сверхзвуковая и через 500м от среза ствола , но грохота от нее нет ! только свист от разрезаемого ударной волной от пули воздуха и только-то! )
3) насчет того, что мол существуют образцы стрелкового оружия и оно бесшумно потому, что мол пуля там дозвуковая — это бред! когда приводятся какие-либо аргументы, нужно разобраться с сутью вопроса! выстрел бесшумный не потому, что пуля дозвуковая, а потому, что там пороховые газы не вырываются из ствола! почитайте про пистолет ПСС в Вике.

Олег Шовкуненко
Roman, вы случайно не родственник Гауссу? Уж больно рьяно вы отстаиваете его право на данное название. Лично мне по барабану, если людям нравится, пусть будет гаусс-пушка. Насчет всего остального, почитайте отзывы к статье, там вопрос бесшумности уже детально обсуждался. Ничего нового к этому добавить не могу.

Даша 12.03.17
Пишу научную фантастику. Мнение: РАЗГОНКА – это оружие будущего. Я бы не стала приписывать чужаку-иноземцу право иметь первенство на это оружие. Русская РАЗГОНКА НАВЕРНЯКА ОПЕРЕДИТ гнилой запад. Лучше не давать гнилому иноземцу ПРАВО НАЗЫВАТЬ ОРУЖИЕ ЕГО ГОВЕНЫМ ИМЕНЕМ! У русских своих умников полно! (незаслуженно забытых). Кстати, пулемет (пушка) Гатлинга появился ПОЗЖЕ, чем русская СОРОКА (система вращающихся стволов). Гатлинг просто запатентовал украденную из России идею. (Будем впредь звать его Козел Гатл за это!). Поэтому Гаусс тоже не имеет отношения к разгонному оружию!

Олег Шовкуненко
Даша, патриотизм это конечно хорошо, но только здоровый и разумный. А вот с гаусс-пушкой, как говорится, поезд ушел. Термин уже прижился, как и многие другие. Не станем же мы менять понятия: интернет, карбюратор, футбол и т.д. Однако не столь уж и важно чьим именем названо то или иное изобретение, главное, кто сможет довести его до совершенства или, как в случае с гаусс-винтовкой, хотя бы до боевого состояния. К сожалению, пока не слышал о серьезных разработках боевых гаусс-систем, как в России, так и за рубежом.

Божков Александр 26.09.17
Все понятно. Но можно и про другие виды оружия статьи добавить?: Про термитную пушку, электромёт, BFG-9000, Гаусс-арбалет, эктоплазменный автомат.

 

Написать комментарий

steptosleep.ru

Высоковольтный многоступенчатый ускоритель:
почему он перспективный?

 

Высоковольтный
многоступенчатый ускоритель: почему он
перспективный?

Автор ADF

В этой статье речь пойдет о
конструкции многоступенчатого магнитного
ускорителя, на основе которого можно сделать
ручное стрелковое оружие, по мощности
конкурирующее с огнестрелом.

Откуда берется КПД или куда
девается энергия?

Ужа давно не для кого не секрет, что КПД
одноступенчатого гаусс гана редко превышает 1%.
Остальная энергия конденсаторов идет на
нагревание проводов и электромагнитное
излучение. Давайте разберемся, почему же потеря
энергии на тепло в магнитных ускорителях стоит
столь остро, резко снижая КПД? И в самом деле, ведь
например коллекторные электродвигатели
постоянного тока, по своим принципам
функционирования практически идентичные
гауссовке, имеют КПД значительно выше –

70-80%! И это несмотря на то, что ЭД
состоит из тех же обмоток, коммутационного
устройства (коллектора и щеток) и некого подобия
сердечника, роль которого в различных
конструкциях выполняет либо статор, либо ротор
двигателя.

Чтобы понять это, следует рассмотреть
физику процесса придания снаряду энергии. Как
известно, энергия снаряда равна работе,
произведенной над ним внешней силой. Внешняя
сила в гауссовке – это магнитное поле катушки.
Работа определяется как скалярное произведение
вектора силы на вектор перемещения тела (путь),
над которым совершается работа.

С противоположной полезной работе
стороны в гауссе стоит нагрев проводов. Работа по
нагреву проводов определяется по другой формуле
– квадрат тока умножить на сопротивление
проводов и умножить на время. Т.е. чем больше
время действия тока, тем больше потери на тепло.

Но если мы снова обратимся к
формуле работы по разгону снаряда, то обнаружим,
что получение снарядом энергии НЕ зависит от
времени действия силы! А сила в соленоиде с
заданными параметрами пропорциональна величине
тока в обмотке
.

Таким
образом, отсюда следует очень важный вывод –
если участок действия ускоряющей силы снаряд
преодолеет с как можно большей скоростью, то
время совершения силой полезной работы будет
очень мало и потери на тепло за это время будут
минимальными. Необходимо лишь обеспечить подачу
тока нужной величины на строго ограниченное
время.

Иначе говоря, чем быстрее движется
снаряд, тем меньше потерь при его дополнительном
разгоне! И именно поэтому электродвигатели имеют
высокий КПД! При высокой скорости вращения вала,
отношение полезной работы к потерям на нагрев
увеличивается и по этой же причине при старте и
на низких оборотах электродвигатель потребляет
от источника питания очень большую мощность и
его КПД на старте не превышает 10-15%.

Из всего вышесказанного следует, что
очень перспективно делать многоступенчатый
магнитный ускоритель – каждая последующая
ступень будет обладать более высоким КПД, чем
предыдущая благодаря увеличению скорости
снаряда.

Но ситуация эта обоюдоострая. Дело в
том, что при малом времени нахождения снаряда в
зоне эффективного действия ускоряющего
магнитного поля требуется как можно быстрее
установить в соленоиде ток нужной величины, а
потом его отключить, дабы избежать бесполезных
трат энергии. Всему этому препятствует
индуктивность катушки и требования к параметрам
коммутационных устройств. Разрешить эту
проблему можно множеством разных способов –
использовать последующие обмотки
увеличивающейся длины при постоянном количестве
витков – индуктивность

будет
ниже, а время пролета через них снаряда не
намного больше, чем у предыдущей ступени. Что
касается ключей – то можно использовать обычные,
на запираемые тиристоры – тогда на каждую
ступень придется ставить свой конденсатор и при
малейшем отклонении параметров движения снаряда
от оптимальных КПД ускорителя будет резко
снижаться. Снаряд пролетает через обмотку
быстрее оптимального значения скорости для ней
– магнитное поле не успевает вовремя выключится
и прихватывает за задницу снаряд, уменьшая его
скорость. Пролетает слишком медленно –
магнитное поле уже выключилось, а снаряд ещё не
достиг точки, где магнитное поле в соленоиде
имеет максимальную плотность – тоже недобор

энергии. При чем несовпадение хотя бы на одной
ступени вызовет несвоевременность появления
снаряда на всех последующих ступенях – в итоге
из за малейшего отклонения мощность выстрела
такого магнитного ускорителя будет
дестрофичной. И только при 100% настройке, 100%
одинаковом заряде конденсаторов перед выстрелом
и 100% соответствии снарядов и даже их начальной
намагниченности такой МУ, с раздельным питанием
всех обмоток через НЕ запираемые ключи будет
развивать нужную мощность!… Именно поэтому идея
многоступенчатого гаусса с раздельным питанием
не так уж популярна среди любителей (хотя все о
нем говорят) и именно поэтому так редко
встречаются конструкции с числом ступеней более
3.

Чтобы сделать эффективный
многоступенчатый магнитный ускоритель масс, не
особо критичный к его настройке, требуется
обеспечить несколько важных условий:

  1. Использовать ОДИН общий источник питания
    обмоток
  2. Использовать ключи, обеспечивающее строго
    заданное по времени включение тока на обмотку
  3. Использовать синхронное с движением снаряда
    включение и выключение обмоток.
  4. На различных ступенях использовать различные
    обмотки (вроде понятное условие – но некоторые
    все равно лепят все обмотки одинаковыми)
  5. Использовать снаряд небольшой массы и высокое
    напряжение питания.

Использование общего накопителя
энергии совместно с запираемыми ключами поможет
избежать лишних трат энергии, и тогда в случае
недобора энергии на одной из ступеней энергия
накопителя обязательно будет использована на
последующих ступенях. Естественно, что начальные
обмотки следует делать такими, чтобы они не
забирали бы всю энергию накопителя (делать их с
большой индуктивностью и короткими по длине).
Кроме того, имеет даже смысл оставить основную
массу энергии на оконечные ступени, где КПД
разгона снаряда будет наиболее высок из за его
высокой скорости.

Что значит синхронное с движением
снаряда включение обмоток? Это значит, что ток в
обмотке должен включатся, когда снаряд попадает
в зону эффективного действия ускоряющего
магнитного поля, и должен отключатся, когда
снаряд выходит из этой зоны. Обычно для этого
используют фотодетекторы – перед соленоидом
стоит оптопара и когда снаряд пересекает луч,
управляющая схема открывает ключ, когда снаряд
перестает пересекать луч, схема закрывает ключ и
отключает обмотку от цепи питания. При этом
обмотка шунтируется силовыми диодами с той
целью, чтобы мощное напряжение, возникающее в
результате самоиндукции обмотки, не повредило бы
ключ или источник питания.

Но на этом процесс выжимания из гаусса
максимального КПД не закончен!

Очень перспективно использовать
конструкцию гаусса на высокое напряжение, а
снаряды небольшой массы. Снаряд малой массы в
процессе выстрела развивает гораздо большую
скорость, следовательно, КПД его разгона будет
выше. А так как для разгона снаряда с большой
скоростью требуется более быстрое включение
тока в обмотках, то необходимо использовать
источник питания с высоким напряжением.

Высокое напряжение так же открывает
очень простой и перспективный для использования
в реальном оружии способ коммутации обмоток –
при помощи электрического разряда, идущего через
сам движущийся снаряд.

Вы можете возразить — что замыкание
тока самим снарядом неэффективно и чревато его
привариванием к контактам. Но вспомним тот факт,
что с ростом скорости движения снаряда потери на
нагрев значительно снижаются, именно поэтому
коммутация тока самим снарядом вполне реальна,
безопасна и эффективна. А для предотвращения
приваривания снаряда к контактам снаряд не
должен касаться самих контактов – из за высокого
напряжения замыкание будет осуществляться за
счет пробоя воздуха.

Общая конструкция магнитного
ускорителя будет следующая: система
предварительного разгона снаряда, с довольно
низким КПД и с использованием обычных ключей для
коммутации обмоток. Может так же состоять из
нескольких ступеней. И высоковольтная
высокоэффективная система окончательного
разгона снаряда – имеет множество обмоток с
искровой коммутацией и обладает высоким КПД.

Многоступенчатый магнитный
ускоритель, собранный по такой схеме, будет
обладать очень высоким КПД – думаю не менее 25%.
При такой эффективности, ручная гауссовка на
основе высоковольтного конденсатора на энергию 1
килоджоуль будет метать снаряд с кинетической
энергией в 250Дж, что соответствует мощности
хорошей мелкокалиберной винтовки при
использовании усиленных патронов.

К списку статей

gauss2k.narod.ru

Пушка Гаусса — Меандр — занимательная электроника

Читать все новости

Ружьё Гаусса или Gauss Gun. Здесь я познакомлю вас с одним перспективным оружием которое можно сделать в домашних условиях за 20 минут. Принцип работы гаусс гана (далее ГГ) состоит в следующем: если подать на соленоид постоянное напряжение, то любое находящееся у одного из его концов тело из магнитного вещества втянется внутрь него. Это происходит потому что катушка намагничивает тело, и сама катушка с током является магнитом. Чтобы тело вылетело из соленоида, надо убрать напряжение в тот момент, когда оно достигнет его середины, тогда магнитное поле не будет мешать двигаться телу дальше по инерции.

И как же дать кратковременный и мощный импульс тока? Ответ очевиден: Конденсатор!

Заряжаем конденсатор и разряжаем его на катушку. Главное расчитать, чтобы ёмкости хватило до того момента когда снаряд достигнет середины, тогда достигнется наибольший КПД. Вот вобщем то и вся теория.

Простейшая одноступенчатый ГГ

Простейшая одноступенчатый ГГ (схема на рисунке) состоит из батареи накопительных конденсаторов, коммутатора тока (полупроводниковый — тиристор или транзистор, или электромеханический — реле), блока питания и соленоида.

На практике КПД одноступенчатого ускорителя не превышает 1% (7% при применении обмоток определенной формы).

Выпрямитель

Выпрямитель используется для зарядки электролитических конденсаторов от сети 220V 50Hz. Резистор желательно использовать большой мощности и установить на радиатор. Диоды любые, на напряжение 350V.

Накопительная батарея состоит из 3 электролитических конденсаторов соединенных параллельно — суммарная емкость 3000 мкф и напряжение 300V. Соленоид выполнен проводом диаметром 0,8мм на стержне от гелевой ручки . Длина обмотки 5см. Катушка многослойная (5 слоев, изолированных друг от друга изоляционной лентой). Сопротивление 0,3Ом.

Соединение соленоида и батареи конденсаторов осуществляется механическим ключом. В качестве снаряда хорошо подходит сверло диаметром 3мм или гвозди.

Запуска ускорителя

Для запуска ускорителя поместите снаряд в ствол, как на рисунке. Подключите параллельно конденсаторам вольтметр. Включите выпрямитель в сеть. Подключите конденсаторы к выпрямителю. Дождитесь, пока вольтметр покажет напряжение 300V (или другое, на которое рассчитаны конденсаторы). Отключите выпрямитель от конденсаторов и сети. Замкните конденсаторы на катушку.

Приобретенной снарядом энергии достаточно для пробивания насквозь лист картона толщиной 1мм или кусок пенопласта толщиной 4мм.

А вот и моя ГГ.

СЛЕДУЮЩИЙ ОБРАЗЕЦ

Обладать оружием, которое даже в компьютерных играх можно найти только в лаборатории сумасшедшего ученого или возле временного портала в будущее, – это круто. Наблюдать, как равнодушные к технике люди невольно фиксируют на устройстве взгляд, а заядлые геймеры спешно подбирают с пола челюсть, – ради этого стоит потратить денек на сборку пушки Гаусса.

Как водится, начать мы решили с простейшей конструкции – однокатушечной индукционной пушки. Эксперименты с многоступенчатым разгоном снаряда оставили опытным электронщикам, способным построить сложную систему коммутации на мощных тиристорах и точно настроить моменты последовательного включения катушек. Вместо этого мы сконцентрировались на возможности приготовления блюда из повсеместно доступных ингредиентов. Итак, чтобы построить пушку Гаусса, прежде всего придется пробежаться по магазинам. В радиомагазине нужно купить несколько конденсаторов с напряжением 350–400 В и общей емкостью 1000–2000 микрофарад, эмалированный медный провод диаметром 0,8 мм, батарейные отсеки для «Кроны» и двух 1,5-вольтовых батареек типа С, тумблер и кнопку. В фототоварах возьмем пять одноразовых фотоаппаратов Kodak, в автозапчастях – простейшее четырехконтактное реле от «Жигулей», в «продуктах» – пачку соломинок для коктейлей, а в «игрушках» – пластмассовый пистолет, автомат, дробовик, ружье или любую другую пушку, которую вы захотите превратить в оружие будущего.

Мотаем на ус

Главный силовой элемент нашей пушки – катушка индуктивности. С ее изготовления стоит начать сборку орудия. Возьмите отрезок соломинки длиной 30 мм и две большие шайбы (пластмассовые или картонные), соберите из них бобину с помощью винта и гайки. Начните наматывать на нее эмалированный провод аккуратно, виток к витку (при большом диаметре провода это довольно просто). Будьте внимательны, не допускайте резких перегибов провода, не повредите изоляцию. Закончив первый слой, залейте его суперклеем и начинайте наматывать следующий. Поступайте так с каждым слоем. Всего нужно намотать 12 слоев. Затем можно разобрать бобину, снять шайбы и надеть катушку на длинную соломинку, которая послужит стволом. Один конец соломинки следует заглушить. Готовую катушку легко проверить, подключив ее к 9-вольтовой батарейке: если она удержит на весу канцелярскую скрепку, значит, вы добились успеха. Можно вставить в катушку соломинку и испытать ее в роли соленоида: она должна активно втягивать в себя отрезок скрепки, а при импульсном подключении даже выбрасывать ее из ствола на 20–30 см.

Препарируем ценности

Для формирования мощного электрического импульса как нельзя лучше подходит батарея конденсаторов (в этом мнении мы солидарны с создателями самых мощных лабораторных рельсотронов). Конденсаторы хороши не только большой энергоемкостью, но и способностью отдать всю энергию в течение очень короткого времени, до того как снаряд достигнет центра катушки. Однако конденсаторы необходимо как-то заряжать. К счастью, нужное нам зарядное устройство есть в любом фотоаппарате: конденсатор используется там для формирования высоковольтного импульса для поджигающего электрода вспышки. Лучше всего нам подходят одноразовые фотоаппараты, потому что конденсатор и «зарядка» – это единственные электрические компоненты, которые в них есть, а значит, достать зарядный контур из них проще простого.


Разборка одноразового фотоаппарата – это этап, на котором стоит начать проявлять осторожность. Вскрывая корпус, старайтесь не касаться элементов электрической цепи: конденсатор может сохранять заряд в течение долгого времени. Получив доступ к конденсатору, первым делом замкните его выводы отверткой с ручкой из диэлектрика. Только после этого можно касаться платы, не опасаясь получить удар током. Удалите с зарядного контура скобы для батарейки, отпаяйте конденсатор, припаяйте перемычку к контактам кнопки зарядки – она нам больше не понадобится. Подготовьте таким образом минимум пять зарядных плат. Обратите внимание на расположение проводящих дорожек на плате: к одним и тем же элементам схемы можно подключиться в разных местах.

Расставляем приоритеты

Подбор емкости конденсаторов – это вопрос компромисса между энергией выстрела и временем зарядки орудия. Мы остановились на четырех конденсаторах по 470 микрофарад (400 В), соединенных параллельно. Перед каждым выстрелом мы в течение примерно минуты ждем сигнала светодиодов на зарядных контурах, сообщающих, что напряжение в конденсаторах достигло положенных 330 В. Ускорить процесс заряда можно, подключая к зарядным контурам по несколько 3-вольтовых батарейных отсеков параллельно. Однако стоит иметь в виду, что мощные батареи типа «С» обладают избыточной силой тока для слабеньких фотоаппаратных схем. Чтобы транзисторы на платах не сгорели, на каждую 3-вольтовую сборку должно приходиться 3–5 зарядных контуров, подключенных параллельно. На нашем орудии к «зарядкам» подключен только один батарейный отсек. Все остальные служат в качестве запасных магазинов.

Определяем зоны безопасности

Мы никому не посоветуем держать под пальцем кнопку, разряжающую батарею 400-вольтовых конденсаторов. Для управления спуском лучше установить реле. Его управляющий контур подключается к 9-вольтовой батарейке через кнопку спуска, а управляемый включается в цепь между катушкой и конденсаторами. Правильно собрать пушку поможет принципиальная схема. При сборке высоковольтного контура пользуйтесь проводом сечением не менее миллиметра, для зарядного и управляющего контуров подойдут любые тонкие провода. Проводя эксперименты со схемой, помните: конденсаторы могут иметь остаточный заряд. Прежде чем прикасаться к ним, разряжайте их коротким замыканием.

Подводим итог

Процесс стрельбы выглядит так: включаем тумблер питания; дожидаемся яркого свечения светодиодов; опускаем в ствол снаряд так, чтобы он оказался слегка позади катушки; выключаем питание, чтобы при выстреле батарейки не отбирали энергию на себя; прицеливаемся и нажимаем на кнопку спуска. Результат во многом зависит от массы снаряда. Нам с помощью короткого гвоздя с откусанной шляпкой удалось прострелить банку с э нергетическим напитком, которая взорвалась и залила фонтаном полредакции. Затем очищенная от липкой газировки пушка запустила гвоздь в стену с расстояния в полсотни метров. А сердца поклонников фантастики и компьютерных игр наше орудие поражает без всяких снарядов.

Ускорители масс – от скоростного метро до космического полета

Рассмотренная недавно рельсовая пушка являлась одним из видов так называемых ускорителей масс (англ. Mass driver). Ускорение в магнитном поле за счет силы Лоренца используется не только в экспериментальных пушках, но и в широком спектре промышленных и научных устройств. Сегодня рассмотрим ближайшего родственника рельсовой пушки – пушку Гаусса и ее более мирные производные.

Наверняка многие помнят серию игр Fallout, где оружие под названием Gauss rifle стреляло небольшими пульками, имея самый большой из всех видов легкого оружия показатель урона и пробивную силу. Винтовка была прорисована с несколькими последовательно расположенными катушками на стволе. Эти катушки – электромагниты — и разгоняли пули в стволе.

Принцип работы пушки гаусса (англ. Coil gun) наиболее наглядно объясняется следующим рисунком

Ферромагнитный снаряд «засасывается» внутрь катушки (соленоида) с определенным ускорением. По достижении середины пуля продолжает двигаться по инерции. Однако теперь сила магнитного поля тянет ее обратно к центру. Таким образом, мы подходим к первой проблеме – при достижении разгоняемым телом середины магнитного поля катушки это поле начинает препятствовать дальнейшему движению и должно отключаться.

Понятно, что чем выше будет напряжение и сила тока, прикладываемого к катушкам, тем сильнее будет воздействие магнитного поля на снаряд. И здесь кроется вторая проблема – быстрое переключение заряда между катушками. Не смотря на сотни любительских сайтов и десятки тысяч возможных конструкций пушек гаусса, эффективного и технологически простого механизма переключения до сих пор не создано. Главная проблема – при высоких значениях силы и напряжения тока перегорают кремниевые элементы. Механическое же переключение либо очень неточно, либо крайне сложно в изготовлении.

Источником питания во всех имеющихся на сегодня моделях ускорителей подобной конструкции служат блоки конденсаторов. При этом, КПД преобразования энергии магнитного поля катушки в кинетическую энергию снаряда не превышает 2%. Лучшие образцы самодельных спиральных пушек (coilgun) имеют энергию пули при выстреле в 5-6 Дж. Это в несколько раз меньше, чем у спортивного пневматического пистолета.

Ничего лучше, из того, что можно носить руками, не смогли создать и научные учреждения. По все тем же причинам – невозможность своевременного переключения зарядов между катушками, отсутствие небольших источников питания, невозможность точного отключения поля при прохождении его середины. Несмотря на кажущуюся простоту конструкции, на существующей технологической базе мировой науке создать ничего толкового не удалось.

Устройства, которые разрабатывались как военные, не смогли даже приблизиться по эффективности к огнестрельному оружию. Так что о винтовках из Fallout можно забыть. Ближайший вариант электромагнитной пушки – упоминавшийся Railgun.

Зато у подобных ускорителей огромный потенциал гражданского применения. Более того, он давно реализован в промышленности и транспортной сфере. В более узком понимании это устройство известно как соленоид и линейный двигатель. Такие двигатели широко применяются в высокоскоростных поездах. Конструктивно линейный двигатель представляет из себя все те же ротор и статор обычного электромотора. Но обмотки ротора неподвижны на пути следования транспортного средства, а обмотки статора вмонтированы в него. В результате при приложении электрического тока ротор, будучи прикреплен, например, к поезду, движет его вдоль рельс – статоров. Живой пример – поезд на магнитной подушке Maglev.

Еще более распространенная сфера применения линейных двигателей – высокоточные манипуляторы в станках, современных автоматических дверях и других схожих устройствах. В целом – везде, где есть необходимость преобразования электроэнергии в прямолинейное движение определенных объектов. Автолюбители могут вспомнить часто выходящие из строя соленоиды би-ксеноновых фар. Да-да, там тоже есть миниатюрные электромагнитные катушки, а шторка линзы\лампа двигается втягиванием в них ферромагнитного цилиндра. Возвращение в исходный «ближний» свет обеспечивает механическая пружина.

Из экзотических способов применения ускорителей на основе соленоидов стоит отметить концепцию запуска объектов в космос без помощи ракет. Предполагается, что, построив многокилометровый тоннель из одного или нескольких соленоидов, можно обеспечить достаточную для преодоления земного притяжения скорость разгона тела. При этом, в отличие от рельсовой пушки или обычного выстрела на основе теплового расширения газов, запускаемому объекту обеспечивается сравнительно плавное ускорение. Это делает возможной отправку не только сложного и хрупкого научного оборудования, боящегося перегрузок, но так же и человека. Причем, живого! 🙂

Ускорение в подобных установках можно контролировать увеличением напряжения и силы тока. Ну и фрагментарно отключать поле на многокилометровой установке значительно легче, чем в небольших установках с высокими стартовыми скоростями снаряда. Например, когда разгоняемая капсула достигнет заданной скорости, она не обязательно сделает это в середине тоннеля. Отключение можно произвести на определенном участке, до входа в противоположный магнитный полюс соленоида. Также не исключается возможность применения нескольких катушек и переключения тока между ними.

В обычных условиях располагать подобные комплексы планируется либо глубоко под землей, с направлением шахты строго вверх, либо вдоль склонов высоких гор. В обоих случаях решается проблема опоры гигантских металлических конструкций. Сколько весит многокилометровая катушка медного кабеля и ее опоры, даже не хочется считать. Желающие могут подержать в руках трансформатор, сравнив соотношение веса к размеру 🙂

Стоит заметить, что более перспективным считается строительство подобных космических ускорителей на нашем естественном спутнике – Луне. Практическое отсутствие атмосферы и низкая гравитация + низкая окружающая температура открывают фантастические перспективы для сверхпроводящих магнитов. Монорельсовый ускоритель на основе линейного мотора либо тоннель из соленоидов планируется размещать горизонтально на поверхности Луны под небольшим углом. Питаться установка может либо от солнечных батарей, либо от привезенных на Луну ядерных реакторов. Таким образом, космическому аппарату сообщалась бы высокая начальная скорость, а дальше в дело вступают ионные двигатели.

Луна в таком виде превратилась бы в перевалочную базу для дальнейшего освоения Солнечной системы. Или даже в первый земной космопорт. Это, кстати, является одной из причин приоритетного освоения нашего спутника. Если вспомнить, что на Луне практически доказано существование в реголите (лунном грунте) большого количества гелия-3, то все это даже обретает смысл. Поясню для тех, кто не в курсе: Гелий-3 интересен в качестве топлива для управляемого термоядерного синтеза. В земных условиях гелий-3 распространен очень слабо, в атмосфере его содержится 0,000137 %. На Земле гелий-3 добывают только путем искусственного синтеза. Годовой объем производства составляет всего несколько десятков граммов. В то же время в реголите содержание этого изотопа составляет 0,04% или 0,01 грамма на тонну. Чтобы понять энергетическую ценность, достаточно сказать, что при реакции 1 тонны гелия-3 с 0,67 тоннами дейтрия, высвобождается энергия, эквивалентная сгоранию 15 млн. тонн нефти. Принципиальная возможность управляемого термоядерного синтеза на основе гелия-3 подтверждена, однако строительство коммерческого реактора не имеет смысла, поскольку понадобятся сотни килограмм этого топлива, которые при текущих объемах синтеза взять ближайшие 100-200 лет будет негде.

Несложно представить, что гигантские ускорители, питаемые термоядерными реакторами, будут способны разгонять космические аппараты до скоростей, при которых путешествие к отдаленным планетам будет занимать месяцы, а не годы. А если вспомнить, что ускорителю не обязательно быть прямым и тоннель можно построить спиральным, с окончанием в произвольную сторону, то возможности получаются действительно революционными.

В общем, подобное преобразование электроэнергии в кинетическую имеет массу применений, помимо военного. И, возможно, к концу 2020-х годов мы даже это увидим.

Возможно, Вам это будет интересно:

meandr.org

Легендарная Гаусс-пушка своими руками | Science Debate

Во-первых, редакция Science Debate поздравляет всех артиллеристов и ракетчиков! Ведь сегодня 19 ноября — День ракетных войск и артиллерии. 72 года назад, 19 ноября 1942 года с мощнейшей артиллерийской подготовки началось контрнаступление Красной Армии в ходе Сталинградской Битвы.

Именно поэтому мы сегодня приготовили для вас публикацию, посвященную пушкам, но не обычным, а пушкам Гаусса!

Мужчина, даже став взрослым, в душе остается мальчишкой, вот только игрушки у него меняются. Компьютерные игры стали настоящим спасением для солидных дядей, которые в детстве не доиграли в «войнушку» и теперь имеют возможность наверстать упущенное.

У компьютерных боевиков часто встречается футуристическое оружие, которое не встретишь в реальной жизни – знаменитая пушка Гаусса, которую может подбросить какой-нибудь чокнутый профессор или ее случайно можно отыскать в секретной хронике.

А возможно ли обзавестись Гаусс-пушкой в реале?

Оказывается можно, и сделать это не так сложно, как может показаться на первый взгляд. Давайте, скорее, выясним, что такое пушка Гаусса в классическом понимании. Пушка Гаусса – это оружие, в котором используется метод электромагнитного ускорения масс.

В основе конструкции этого грозного оружия лежит соленоид – цилиндрическая обмотка из проводов, где длина провода во много раз больше диаметра обмотки. Когда будет подан электрический ток, в полости катушки (соленоида) возникнет сильное магнитное поле. Оно втянет снаряд внутрь соленоида.

Если в момент, когда снаряд дойдет до центра, убрать напряжение, то магнитное поле не помешает двигаться телу по инерции, и оно вылетит из катушки.

Собираем Гаусс-пушку в домашних условиях

Для того чтобы создать пушку Гаусса своими руками, нам для начала, понадобится катушка индуктивности. На бобину аккуратно намотайте эмалированный провод, без резких перегибов, чтобы ни в коем случае не повредить изоляцию.

Первый слой, после наматывания, залейте суперклеем, подождите, пока он высохнет, и приступайте к следующему слою. Таким же образом нужно намотать 10-12 слоев. Готовую катушку надеваем на будущий ствол оружия. На один из его краев следует надеть заглушку.

Для того чтобы получить сильный электрический импульс, отлично подойдет батарея конденсаторов. Они способны отдавать накопленную энергию в течение короткого времени, пока пуля дойдет до середины катушки.

Для зарядки конденсаторов понадобится зарядное устройство. Подходящее устройство есть в фотографических аппаратах, оно служит для возникновения вспышки. Конечно, речь не идет о дорогой модели, которую мы будем препарировать, но одноразовые «Кодаки» сгодятся.

К тому же в них, кроме зарядки и конденсатора, прочих электроэлементов нет. Разбирая фотоаппарат, будьте осторожны, чтобы вас не ударило электрическим током. С устройства для зарядки смело удаляйте скобы для батареек, отпаяйте конденсатор.

Таким образом, нужно подготовить приблизительно 4-5 плат (можно больше, если желание и возможности позволяют). Вопрос выбора конденсатора заставляет сделать выбор между мощностью выстрела и временем, которое понадобится для зарядки. Большая емкость конденсатора требует и большего отрезка времени, снижая скорострельность, так что придется искать компромисс.

Светодиодные элементы, установленные на зарядные контуры, сигнализируют светом о том, что необходимый уровень зарядки достигнут. Конечно, можно подключить дополнительные зарядные контуры, но не переусердствуйте, чтобы не спалить ненароком транзисторы на платах. Для того чтобы разрядить батарею, в целях безопасности лучше всего установить реле.

Управляющий контур подключаем к батарейке через кнопку спуска, а управляемый – в цепь, между катушкой и конденсаторами. Для того чтобы совершить выстрел, необходимо подать питание на систему, и, после светового сигнала, зарядить оружие. Питание отключаем, прицеливаемся и стреляем!

Если процесс вас увлек, а полученной мощности маловато, то вы можете приступить к созданию многоступенчатой пушки Гаусса, ведь она должна быть именно такой.

www.sciencedebate2008.com