Привіт друзі! Напевно, хтось із вас уже колись читав або особисто стикався з електромагнітним прискорювачем Гауса, який більш відомий під «Гарматою Гауса».

Традиційна Гаус-гармата будується із застосуванням важкодоступних або дорогих конденсаторів великої ємності, також для здійснення правильної зарядки і пострілу потрібна деяка обв'язка (діоди, тиристори і так далі). Це може бути досить складно для людей, які нічого не розуміють у радіоелектроніці, але бажання поекспериментувати не дає сидіти на місці. У цій статті я спробую докладно розповісти про принцип роботи гармати і про те, як можна зібрати прискорювач Гауса, спрощений до мінімуму.

Головною частиною гармати є котушка. Як правило, її мотають самостійно на якомусь діелектричному немагнітному стрижні, який в діаметрі несильно перевищує діаметр снаряда. У запропонованій конструкції котушку можна намотати навіть «на око», тому що принцип дії просто не дозволяє зробити жодних розрахунків. Достатньо видобути мідний або алюмінієвий провід діаметром 0.2-1 мм у лаковій або силіконовій ізоляції і намотати на стволі 150-250 витків так, щоб довжина намотування одного ряду була приблизно 2-3 см. Можна використовувати і готовий соленоїд.

При проходженні електричного струму через котушку виникає магнітне поле. Простіше кажучи, котушка перетворюється на електромагніт, який втягує залізний снаряд, а щоб він не залишався в котушці, під час його входження в соленоїд потрібно просто вимкнути подачу струму.

У класичних гарматах це досягається за рахунок точних розрахунків, застосування тиристорів та інших компонентів, які обріжуть імпульс у потрібний момент. Ми ж просто розриватимемо ланцюг «коли вийде». Для екстреного розривання електричного ланцюга в побуті використовують плавкі запобіжники, їх можна використовувати в нашому проекті, проте доцільніше замінити їх лампочками від ялинкової гірлянди. Вони розраховані на живлення низькою напругою, тому при живленні від мережі 220В миттєво перегорають та розривають ланцюг.

Готовий пристрій складається з трьох деталей: котушки, мережевого кабелю і лампочки, підключеної послідовно котушці.

Багато хто погодиться, що використання гармати в такому вигляді вкрай незручно та неестетично, а часом навіть дуже небезпечно. Тому я змонтував пристрій на маленькому шматочку фанери. Для котушки встановив окремі клеми. Це дає можливість швидко міняти соленоїд та експериментувати з різними варіантами. Для лампочки я встановив два тонкі обрізані цвяхи. Кінці проводів лампочки просто обертаються навколо них, тому лампочка змінюється дуже швидко. Зверніть увагу, що сама колба знаходиться у спеціально виконаному отворі.

Справа в тому, що при пострілі відбувається великий спалах і іскри, тому я вважав за потрібне трохи відвести вниз цей «струм». Схема простого одноступінчастого настільного електромагнітного прискорювача мас або просто Гаус гармата. Названа на ім'я німецького вченого Карла Гауса. У моєму випадку прискорювач складається із зарядки, струмообмежуючого навантаження, двох електролітичних конденсаторів, вольтметра та соленоїда.

Отже, розберемо все по черзі. Заряджання гармати працює від мережі 220 вольт. Зарядка складається з конденсатора 1,5 мкФ 400 В. Діоди 1N4006. Напруга на виході 350 Ст.

Далі йде струмообмежувальна навантаження - Н1, у разі лампа розжарювання, але можна використовувати потужний резистор 500 – 1000 Ом. Ключ S1 обмежує заряджання кондесаторів. Ключ S2 подає розряд потужний розряд струму на соленоїд, тому S2 повинен витримувати великий струм, у своєму випадку я використовував кнопку електричного щитка.

Конденсатори С1 і С2, кожен 470 мкФ 400 В. У сумі виходить 940 мкФ 400 В. Підключати конденсатори потрібно дотримуючись полярності та напруги на них під час зарядки. Контролювати напругу на них можна вольтметром.

І тепер найскладніше у нашій конструкції гаус гармати – соленоїд. Намотується він на діелектичному стрижні. Внутрішній діаметр ствола 5-6 мм. Провід використовував ПЕЛ 0.5. Товщина котушки 1.5 см. Довжина 2 см. Мотаючи соленоїд, потрібно кожен шар ізолювати супер клеєм.

Прискорювати нашої електромагнітної гаус гарматою ми будемо обрізки цвяхів або саморобні кулі завтовшки 4-5 мм, довжиною з котушку. Легші кулі літають на більшу відстань. Тяжкіші літають на відстань менше, але енергія у них більша. Мій гаус ган пробиває пивні банки та стріляє на 10-12 метрів залежно від кулі.

І ще, для прискорювача краще підбирати товщі дроти, щоб було менше опору в ланцюгу. Будьте дуже обережні! Під час винаходу прискорювача мене кілька разів било струмом, дотримуйтесь правил електробезпеки та приділяйте увагу надійності ізоляції. Успіхів у творчості.

Обговорити статтю ГАУСС ПУШКА

.
У цій статті Костянтин, майстерня How-todo, покаже, як зробити портативну гармату Гауса.

Проект робився просто фаном, так що мети встановити будь-які рекорди в Гауссо-будівлі не було.

Насправді Костянтину навіть стало ліньки розраховувати котушку.

Давайте спочатку освіжимо в пам'яті теорію. Як взагалі працює гармата Гауса.

Ми заряджаємо конденсатор високою напругою і розряджаємо його на котушку з мідного дроту, що знаходиться на стволі.

При протіканні струму створюється потужне електромагнітне поле. Куля з феромагнетика втягується всередину стовбура. Заряд конденсатора витрачається дуже швидко і в ідеалі струм через котушку перестає текти в момент, коли куля знаходиться посередині.

Після чого вона продовжує летіти за інерцією.

Перед тим, як перейдемо до складання, слід попередити, що працювати з високою напругою потрібно дуже акуратно.

Особливо, при використанні таких великих конденсаторів це може бути дуже небезпечно.

Робитимемо одноступінчасту гармату.

По-перше, через простоту. Електроніка у ній практично елементарна.

При виготовленні багатоступінчастої системи потрібно якось комутувати котушки, розраховувати їх, встановлювати датчики.

По-друге, багатоступінчастий девайс просто не помістився в задуманий форм-фактор пістолета.

Бо навіть зараз корпус повністю забитий. За основу було взято подібні переломні пістолети.

Корпус друкуватимемо на 3D принтері. Для цього починаємо з моделі.

Робимо його у Fusion360 всі файли будуть в описі, якщо хто захоче повторити.

Постараємося якомога компактніше укласти всі деталі. До речі, їх зовсім небагато.
4 акумулятори 18650, що в сумі дають приблизно 15В.
У їхньому посадковому місці в моделі передбачені поглиблення для установки перемичок.

Які зробимо із товстої фольги.
Модуль, що підвищує напругу акумуляторів приблизно до 400 вольт для зарядки конденсатора.

Сам конденсатор, а це банку 1000 мкФ 450 Ст.

І останнє. Власне котушка.

Інші дрібниці типу тиристора, батарейки для його відкриття, кнопки пуску можна розташувати навісом або приклеїти до стіни.

Тож окремих посадочних місць для них не передбачено.
Для ствола знадобиться немагнітна трубка.

Використовуватимемо корпус від кулькової ручки. Це значно простіше, ніж допустимо друкувати його на принтері, а потім шліфувати.

Намотуємо на каркас котушки мідний лакований провід діаметром 0,8 мм, прокладаючи між кожним шаром ізоляцію. Кожен шар має бути жорстко зафіксовано.

Мотаємо кожен шар максимально щільно, виток до витка, шарів робимо стільки, скільки поміститься у корпус.

Рукоятку зробимо з дерева.

Модель готова, можна запускати принтер.

Майже всі деталі зроблені соплом 0,8 мм, і тільки кнопка, що утримує стовбур, зроблена соплом 0,4 мм.

Друк зайняла близько семи годин, так вийшло, що залишився тільки рожевий пластик.
Після друку акуратно очищаємо модель від підтримки. У магазин купуємо ґрунт та фарбу.

Використовувати акрилову фарбу не вдалося, але вона відмовилася нормально лягати навіть на грунт.
Для фарбування PLA пластику існують спеціальні спреї та фарби, які чудово триматимуться і без підготовки.
Але такі фарби не знайшлися, вийшло корінце звичайно.

Фарбувати довелося наполовину висунувшись у вікно.

Скажімо ми, що нерівна поверхня - це такий стиль, і взагалі так і планувалося.
Поки йде друк і сохне фарба, займемося рукояттю.
Дерева відповідної товщини не знайшлося, тому склеїмо два шматки паркету.

Коли він просох, надаємо йому грубу форму за допомогою лобзика.

Небагато здивуємося, що акумуляторний лобзик без особливих труднощів ріже 4см деревини.

Далі за допомогою дремеля та насадки закруглюємо кути.

Через малу ширину заготовки, нахил рукояті виходить не зовсім такий, як хотілося.

Згладимо ці незручності ергономічністю.

Затираємо нерівності насадкою з наждачкою, вручну проходимо 400-й.

Після зачистки покриваємо маслом кілька шарів.

Кріпимо ручку на саморіз, попередньо просвердливши канал.

Фінішною наждачкою та надфілями підганяємо всі деталі один до одного, щоб усе закривалося, трималося та чіплялося, як треба.

Можна переходити до електроніки.
Насамперед встановлюємо кнопку. Приблизно прикинувши так, щоб вона в майбутньому не дуже заважала.

Далі збираємо відсік для акумуляторів.
Для цього нарізаємо фольгу на смужки та приклеюємо її під контакти батарей. Батареї з'єднуємо послідовно.

Весь час перевіряємо щоб була надійність контакту.
Коли з цим покінчено можна підключити високовольтний модуль через кнопку, а до нього конденсатор.

Можна навіть спробувати зарядити його.
Виставляємо напругу близько 410 В, щоб розряджати його на котушку без гучних хлопків контактів, що замикаються, потрібно використовувати тиристор, який працює як вимикач.

А щоб він замкнувся, досить невеликої напруги в півтора вольта на електроді, що управляє.

На жаль виявилося, що модуль, що підвищує, має середню точку, а це не дозволяє без особливих хитрощів брати керуючу напругу з вже встановлених акумуляторів.

Тому беремо пальчикову батарею.

А маленька тактова кнопка служить курком, комутуючи через тиристор великі струми.

На цьому все б закінчилося, але два тиристори не витримали таких знущань.
Так що довелося підбирати тиристор потужніший, 70TPS12, він витримує 1200-1600В і 1100А в імпульсі.

Якщо проект все одно заморозився на тиждень, докупимо ще й деталі для того, щоб зробити індикатор заряду. Він може працювати у двох режимах, запалюючи лише один діод, зрушуючи його, або по черзі запалюючи все.

Другий варіант виглядає красивіше.

Схема досить проста, але на алі можна купити готовий такий модуль.

Додавши пару мегаомних резистори на вхід індикатора, можна підключати його прямо на конденсатор.
Новий тиристор, як і планувалося, легко пропускає потужні струми.

Єдине, він не закривається, тобто перед пострілом потрібно вимкнути зарядку, щоб конденсатор міг повністю розрядитися, і тиристор перейшов у вихідний стан.

Цього можна було уникнути, будь перетворювач з одно-напівперіодним випрямлячем.
Спроби переробити наявні успіхи не принесли.

Можна приступати до виготовлення кулі. Вони мають магнітитися.

Можна взяти такі чудесні дюбель-цвяхи, вони мають діаметр 5,9 мм.

І ідеально заходять стовбур, залишається лише відрізати капелюшок, і трохи загострити.

Вага кульки вийшла 7,8 г.

Швидкість, на жаль, зараз заміряти нема чим.

Закінчуємо складання проклеювання корпусу і котушки.

Можна тестувати, ця іграшка непогано дірявить алюмінієві банки, пробиває картонки, та й взагалі відчувається міць.

Хоча багато хто стверджує, що Гаус-гармати безшумні, вона трохи ляскає при пострілі, навіть без кулі.

При проходженні великих струмів через провід котушки, хоч це й відбувається в частки секунди, вона нагрівається і розширюється.
Якщо просочити котушку епоксидною смолою, можна частково позбутися цього ефекту.

Саморобку представив для Вас Костянтин, майстерня How-todo.

Всім привіт. У статті розглянемо, як виготовити портативну електромагнітну гармату Гауса, зібрану із застосуванням мікроконтролера. Ну, щодо гармати Гауса я, звичайно, погарячкував, але те, що це електромагнітна гармата, немає сумніву. Даний пристрій на мікроконтролері було розроблено для того, щоб навчити початківців програмування мікроконтролерів на прикладі конструювання електромагнітної гармати своїми руками.

З самого початку потрібно визначитися з діаметром та довжиною стовбура самої гармати та матеріалом, з якого вона буде виготовлена. Я застосував пластиковий футляр діаметром 10 мм з-під ртутного термометра, оскільки він валявся без діла. Ви можете використовувати будь-який доступний матеріал, що має не феромагнітні властивості. Це скло, пластик, мідна трубка і т. д. Довжина ствола може залежати від кількості застосовуваних електромагнітних котушок. У моєму випадку використовується чотири електромагнітні котушки, довжина ствола склала двадцять сантиметрів.

Що стосується діаметра трубки, то в процесі роботи електромагнітна гармата показала, що потрібно враховувати діаметр стовбура щодо застосовуваного снаряда. Простіше кажучи, діаметр стовбура не повинен набагато перевищувати діаметр снаряда, що застосовується. В ідеалі, стовбур електромагнітної гармати повинен підходити під сам снаряд.

Матеріалом для створення снарядів стала вісь від принтера діаметром п'ять міліметрів. З цього матеріалу і було виготовлено п'ять бовдурів завдовжки 2,5 сантиметри. Хоча також можна застосовувати сталеві болванки, скажімо, із дроту чи електрода – що знайдеться.

Потрібно приділити увагу та вазі самого снаряда. Вага по можливості повинна бути невеликою. Мої снаряди злегка важкуваті вийшли.

Перед створенням цієї гармати було проведено експерименти. Як стовбур використовувалася порожня паста від ручки, як снаряд – голка. Голка легко пробивала обкладинку журналу, встановленого неподалік електромагнітної гармати.

Оскільки оригінальна електромагнітна гармата Гауса будується за принципом заряду конденсатора великою напругою, близько трьохсот вольт, то з метою безпеки радіоаматорам-початківцям слід запитувати її низькою напругою, близько двадцяти вольт. Низька напруга призводить до того, що дальність польоту снаряда невелика. Але знову ж таки, все залежить від кількості застосовуваних електромагнітних котушок. Чим більше електромагнітних котушок застосовується, тим більше прискорення снаряда в електромагнітній гарматі. Також мають значення діаметр ствола (чим менше діаметр ствола, тим снаряд летить далі) і якість намотування безпосередньо самих електромагнітних котушок. Мабуть, електромагнітні котушки - найголовніше у пристрої електромагнітної гармати, на це потрібно звернути серйозну увагу, щоб досягти максимального польоту снаряда.

Я наведу параметри своїх електромагнітних котушок, вони можуть бути іншими. Котушка намотується дротом діаметром 0,2 мм. Довжина намотування шару електромагнітної котушки становить два сантиметри і містить шість таких рядів. Кожен новий шар я не ізолював, а починав намотування нового шару на попередній. Через те, що електромагнітні котушки запитуються низькою напругою, вам потрібно отримати максимальну добротність котушки. Тому всі витки намотуємо щільно один одному, виток до витка.

Що стосується подавального пристрою, то тут спеціальні пояснення не потрібні. Все паялося з відходів фольгованого текстоліту, що залишився від виробництва друкованих плат. На малюнках все докладно відображено. Серцем подавача є сервопривід SG90, керований мікроконтролером.

Шток, що подає, виготовлений зі сталевого прутка діаметром 1,5 мм, на кінці штока запаяна гайка м3 для зчеплення з сервоприводом. На гойдалці сервоприводу для збільшення плеча встановлений загнутий з двох кінців мідний дріт діаметром 1,5 мм.

Цього нехитрого пристрою, зібраного з підручних матеріалів, цілком вистачає, щоб подати снаряд у ствол електромагнітної гармати. Шток, що подає, повинен повністю виходити з завантажувального магазину. Як напрямна для подавального штока послужила латунна стійка, що тріснула, з внутрішнім діаметром 3 мм і довжиною 7 мм. Жаль було викидати, от і знадобилося, власне, як і шматочки фольгованого текстоліту.

Програма для мікроконтролера atmega16 створювалася AtmelStudio, і є повністю відкритим проектом для вас. Розглянемо деякі налаштування у програмі мікроконтролера, які доведеться зробити. Для максимально ефективної роботи електромагнітної гармати вам знадобиться налаштувати час роботи кожної електромагнітної котушки. Налаштування виконується по порядку. Спочатку підпаюєте в схему першу котушку, решта не підключаєте. Задаєте у програмі час роботи (у мілісекундах).

Прошиваєте мікроконтролер і запускаєте програму на мікроконтролері. Зусилля котушки має вистачати на те, щоб втягнути снаряд та надати початкового прискорення. Домогшись максимального вильоту снаряда, підлаштовуючи час роботи котушки в програмі мікроконтролера, підключаєте другу котушку і також налаштовує часу, домагаючись ще більшої дальності польоту снаряда. Відповідно, перша котушка залишається включеною.

PORTA |=(1 PORTA &=~(1

У такий спосіб налаштовуєте роботу кожної електромагнітної котушки, підключаючи їх по порядку. У міру збільшення кількості електромагнітних котушок у пристрої електромагнітної гармати Гауса швидкість і відповідно дальність снаряда повинні також збільшуватися.

Цю ретельну процедуру налаштування кожної котушки можна уникнути. Але для цього доведеться модернізувати пристрій електромагнітної гармати, встановивши датчики між електромагнітними котушками для відстеження переміщення снаряда від однієї котушки до іншої. Датчики у поєднанні з мікроконтролером дозволять не тільки спростити процес налаштування, а й збільшать дальність польоту снаряда. Ці навороти я не став робити і ускладнювати програму мікроконтролера. Метою було реалізувати цікавий та нескладний проект із застосуванням мікроконтролера. Наскільки він цікавий, судити, звісно, ​​вам. Скажу чесно, я радів, як дитина, «молотя» з цього пристрою, і в мене дозріла ідея серйознішого пристрою на мікроконтролері. Але це вже тема іншої статті.

Програма та схема -

9,830 Перегляди

Задоволена потужна модель знаменитої Гаус гармати, яку можна зробити своїми руками з підручних засобів. Дана саморобна Гаус гармати виготовляється дуже просто, має легку конструкцію, всі деталі, що використовуються, знайдуться у кожного любителя саморобок і радіоаматора. За допомогою програми розрахунку котушки можна отримати максимальну потужність.

Отже, для виготовлення Гармата Гауса нам знадобиться:

1. Шматок фанери.
2. Листовий пластик.
3. Пластикова трубка для дула ∅5 мм.
4. Мідний провід для котушки ∅0,8 мм.
5. Електролітичні конденсатори великої ємності
6. Пускова кнопка
7. Тиристор 70TPS12
8. Батарейки 4X1.5V
9. Лампа накалу та патрон для неї 40W
10. Діод 1N4007

Складання корпусу для схеми Гаус гармати

Форма корпусу може бути будь-якою, не обов'язково дотримуватися представленої схеми. Щоб надати корпусу естетичний вигляд, можна його пофарбувати фарбою з балончика.

Встановлення деталей у корпус для Гармати Гауса

Для початку кріпимо конденсатори, в даному випадку вони були закріплені на пластикові стяжки, але можна вигадати й інше кріплення.

Потім встановлюємо патрон для лампи розжарення на зовнішній стороні корпусу. Не забуваємо приєднати до нього два дроти для живлення.

Потім усередині корпусу розміщуємо батарейний відсік і фіксуємо його, наприклад шурупами по дереву або іншим способом.

Намотування котушки для Гармати Гауса

Для розрахунку котушки Гауса можна використовувати програму FEMM, завантажити програму FEMM можна за цим посиланням https://code.google.com/archive/p/femm-coilgun

Користуватися програмою дуже легко, у шаблоні потрібно запровадити необхідні параметри, завантажити їх у програму і на виході отримуємо всі характеристики котушки та майбутньої гармати загалом, аж до швидкості снаряда.

Тож приступимо до намотування! Для початку потрібно взяти приготовлену трубку і намотати на неї папір, використовуючи клей ПВА так, щоб зовнішній діаметр трубки дорівнював 6 мм.

Потім просвердлюємо отвори по центру відрізків і насаджуємо з трубку. За допомогою гарячого клею фіксуємо їх. Відстань між стінами має бути 25 мм.

Насаджуємо котушку на ствол і приступаємо до наступного етапу.

Схема Гаус Гармати. Складання

Збираємо схему всередині корпусу навісним монтажем.

Потім встановлюємо кнопку на корпус, свердлимо два отвори та продаємо туди дроти для котушки.

Для спрощення використання можна зробити для гармати підставку. В даному випадку вона була виготовлена ​​із дерев'яного бруска. У цьому варіанті лафета були залишені зазори по краях ствола, це необхідно для того, щоб регулювати котушку, переміщуючи котушку, можна досягти максимальної потужності.

Снаряди для гармати виготовляються із металевого цвяха. Відрізки робляться довжиною 24 мм та діаметром 4 мм. Заготівлі снарядів слід заточити.

Підпишіться на новини

Кожному любителю наукової фантастики добре знайома електромагнітна зброя. Зображуються подібні технології як поєднання механічних, електронних і електричних складових. Але як виглядає така зброя в реальному житті, чи вона має хоч найменший шанс на існування?

Технологічні особливості

Гвинтівка Гауса цікава дослідникам одночасно декількома особливостями. Реалізація цієї технології дозволить уникнути нагріву зброї. Отже, його скорострільні якості зростуть до незвіданих меж. Понад те, втілення технологічних задумів насправді змусить відмовитися від гільз, що значно спростить стрілянину.

За замовчуванням стріляти гвинтівка Гауса може тонкими тонкими снарядами з високою пробивною здатністю. Прискорення патрона у разі абсолютно залежить від діаметра.

Для функціонування зброї достатньо заряджання електричним струмом. Що ж до відомих схем, то їх структурі практично відсутні рухливі елементи.

Принцип стрілянини

В даний час зброя залишається на стадії розробки. За задумом, стріляти воно має залізними патронами. Однак, на відміну від вогнепальних аналогів, рух снаряди наводяться не тиском порохових газів, а впливом магнітного поля.

Насправді гвинтівка Гауса працює за досить примітивним принципом. Уздовж ствола розташовується ряд електромагнітних котушок. Патрони заряджаються із магазину механічним способом. Одна із котушок підтягує заряд. Як тільки патрон досягає середини ствола, активізується наступна котушка, завдяки чому здійснюється його розгін.

Послідовне розміщення вздовж ствола довільної кількості котушок теоретично дозволяє моментально розігнати снаряд до немислимих швидкостей.

Переваги і недоліки

Електромагнітна гвинтівка в теорії має переваги, які недосяжні для будь-якої іншої відомої зброї:

• можливість вибору швидкості руху снаряда;
• відсутність гільз;
• виконання абсолютно безшумних пострілів;
• незначна віддача;
• висока надійність;
• зносостійкість;
• функціонування у безповітряному, зокрема космічному просторі.

Незважаючи на досить простий принцип функціонування та нескладну конструкцію, гвинтівка Гауса має деякі недоліки, які створюють перешкоди для її використання як зброю.

Основна проблема полягає у низькому ККД електромагнітних котушок. Спеціальні тести показують, що лише близько 7% заряду перетворюється на кінетичну енергію, чого недостатньо для руху патрона.

Другою складністю є суттєве споживання та тривале накопичення енергії конденсаторами. Разом з гарматою доведеться носити досить важке та об'ємне джерело живлення.

Виходячи з вищесказаного, можна зробити висновок, що в сучасних умовах практично не існує перспектив для реалізації ідеї як стрілецької зброї. Позитивне зрушення в потрібному напрямку можливе лише у разі розробки потужних, автономних та водночас компактних джерел електричного струму.

Прототипи

Нині немає жодного вдалого прикладу створення високоефективної електромагнітної зброї. Однак це не заважає розробці прототипів. Найбільш вдалим прикладом є винахід інженерного бюро Delta V Engineering.

П'ятнадцятизарядний пристрій розробників дозволяє вести досить швидкострільну стрілянину, випускаючи по 7 патронів за секунду. На жаль, пробивної здатності гвинтівки вистачає лише для ураження скла та бляшаних банок. Електромагнітна зброя має вагу близько 4 кг і стріляє кулями калібру 6,5 мм.

На сьогоднішній день розробнику поки що не вдалося досягти успіхів на шляху подолання основного недоліку гвинтівки – вкрай низької стартової швидкості снарядів. Тут цей показник становить лише 43 м/сек. Якщо проводити паралелі, то початкова швидкість патрона, випущеного з пневматичної гвинтівки, майже у 20 разів вища.

Винахід Гауса в комп'ютерних іграх

У науково-фантастичних іграх електромагнітна гармата виступає чи не найпотужнішою, швидкострільною та по-справжньому смертоносною зброєю. Забавно, але основна маса спецефектів є нехарактерною даного винаходу.

Найбільш яскравим прикладом виступають пістолет та рушниця Гауса, які доступні персонажам культової серії ігор Fallout. Як і реальний прототип, віртуальна зброя функціонує з урахуванням заряджених електромагнітних частинок.

У грі S.T.A.L.K.E.R. гармата Гауса має низьку скорострільність, що близько до якостей реально існуючих прототипів. У той самий час зброя відрізняється найвищою потужністю. Згідно з описом діє гармата на основі енергії аномальних явищ.

Ігри серії Master of Orion також дозволяють гравцеві озброювати космічні кораблі гарматами Гауса. Тут зброю випускає електромагнітні снаряди, сила збитків яких залежить від відстані до мети.

Володіти зброєю, яку навіть у комп'ютерних іграх можна знайти лише в лабораторії божевільного вченого чи біля тимчасового порталу у майбутнє, це круто. Спостерігати, як байдужі до техніки люди мимоволі фіксують на пристрої погляд, а затяті геймери швидко підбирають з підлоги щелепу, - заради цього варто витратити день на складання гармати Гауса.

Як водиться, почати ми вирішили з найпростішої конструкції - однокатушкової індукційної гармати. Експерименти з багатоступінчастим розгоном снаряда залишили досвідченим електронникам, здатним побудувати складну систему комутації на потужних тиристорах і налаштувати моменти послідовного включення котушок. Натомість ми сконцентрувалися на можливості приготування страви з доступних інгредієнтів. Отже, щоб побудувати гармату Гауса, перш за все доведеться пробігтися магазинами. У радіомагазині потрібно купити кілька конденсаторів з напругою 350-400 В та загальною ємністю 1000-2000 мікрофарад, емальований мідний провід діаметром 0,8 мм, батарейні відсіки для «Крони» та двох 1,5-вольтових батарейок типу С, тумблер та кнопку. У фототоварах візьмемо п'ять одноразових фотоапаратів Kodak, в автозапчастинах - найпростіше чотириконтактне реле від "Жигулів", у "продуктах" - пачку соломинок для коктейлів, а в "іграшках" - пластмасовий пістолет, автомат, дробовик, рушницю або будь-яку іншу гармату, яку ви захочете перетворити на зброю майбутнього.

Мотаємо на вус

Головний силовий елемент нашої гармати – котушка індуктивності. З її виготовлення варто розпочати складання зброї. Візьміть відрізок соломинки довжиною 30 мм і дві великі шайби (пластмасові або картонні), зберіть із них бобіну за допомогою гвинта та гайки. Почніть намотувати на неї емальований провід акуратно, виток до витка (при великому діаметрі дроту це досить просто). Будьте уважні, не допускайте різких перегинів дроту, не пошкодіть ізоляцію. Закінчивши перший шар, залийте суперклеєм і починайте намотувати наступний. Вчиняйте так з кожним шаром. Усього потрібно намотати 12 шарів. Потім можна розібрати бобіну, зняти шайби та надіти котушку на довгу соломинку, яка послужить стволом. Один кінець соломинки слід заглушити. Готову котушку легко перевірити, підключивши її до 9-вольтової батареї: якщо вона утримає на вазі канцелярське скріплення, значить, ви досягли успіху. Можна вставити в котушку соломинку і випробувати її в ролі соленоїда: вона повинна активно втягувати відрізок скріпки, а при імпульсному підключенні навіть викидати її зі стовбура на 20-30 см.

Освоївшись із простою однокатушковою схемою, можна випробувати свої сили у спорудженні багатоступінчастої зброї — адже саме такою має бути справжня гармата Гауса. Як комутуючий елемент для низьковольтних схем (сотні вольт) ідеально підходять тиристори (потужні керовані діоди), для високовольтних (тисячі вольт) - керовані іскрові розрядники. Сигнал на керуючі електроди тиристорів або розрядників посилатиме сам снаряд, пролітаючи повз фотоелементи, встановлені в стовбурі між котушками. Момент вимикання кожної котушки буде повністю залежати від конденсатора, що живить її. Будьте уважні: надмірне збільшення ємності конденсатора при заданому імпедансі котушки може призвести до збільшення тривалості імпульсу. У свою чергу, це може призвести до того, що після проходження снарядом центру соленоїда котушка залишиться включеною і сповільнить рух снаряда. Детально відстежити та оптимізувати моменти включення та вимикання кожної котушки, а також виміряти швидкість руху снаряда допоможе осцилограф.

Препаруємо цінності

Для формування потужного електричного імпульсу якнайкраще підходить батарея конденсаторів (у цій думці ми солідарні зі творцями найпотужніших лабораторних рельсотронів). Конденсатори хороші не тільки великою енергоємністю, але й здатністю віддати всю енергію протягом дуже короткого часу, перш ніж снаряд досягне центру котушки. Однак конденсатори необхідно якось заряджати. На щастя, потрібний нам зарядний пристрій є в будь-якому фотоапараті: конденсатор використовується там для формування високовольтного імпульсу для спалаху, що підпалює електрода. Найкраще нам підходять одноразові фотоапарати, тому що конденсатор і «зарядка» — це єдині електричні компоненти, які в них є, а отже, дістати зарядний контур із них простіше.

Знаменитий рейлган із ігор серії Quake з великим відривом посідає перше місце у нашому рейтингу. Протягом багатьох років віртуозне володіння «рейкою» відрізняло просунутих гравців: зброя вимагає філігранної точності стрілянини, проте у разі влучення швидкісний снаряд буквально розриває супротивника на шматки.

Розбирання одноразового фотоапарата - це етап, на якому варто почати виявляти обережність. Розкриваючи корпус, намагайтеся не торкатися елементів електричного кола: конденсатор може зберігати заряд протягом тривалого часу. Отримавши доступ до конденсатора, спочатку замкніть його висновки викруткою з ручкою з діелектрика. Тільки після цього можна торкатися плати, не побоюючись отримати удар струмом. Видаліть із зарядного контуру скоби для батарейки, відпаяйте конденсатор, припаяйте перемичку до контактів кнопки зарядки - вона нам більше не знадобиться. Підготуйте таким чином щонайменше п'ять зарядних плат. Зверніть увагу на розташування доріжок на платі: до одних і тих же елементів схеми можна підключитися в різних місцях.

Снайперська зброя із зони відчуження отримує другий приз за реалізм: зроблений на основі гвинтівки LR-300 електромагнітний прискорювач виблискує численними котушками, характерно гуде при зарядці конденсаторів і вражає противника на колосальних відстанях. Джерелом живлення є артефакт «Спалах».

Розставляємо пріоритети

Підбір ємності конденсаторів це питання компромісу між енергією пострілу і часом зарядки зброї. Ми зупинилися на чотирьох конденсаторах по 470 мікрофарад (400 В), з'єднаних паралельно. Перед кожним пострілом ми протягом приблизно хвилини чекаємо сигналу світлодіодів на зарядних контурах, що повідомляють, що напруга в конденсаторах досягла 330 В. Прискорити процес заряду можна, підключаючи до зарядних контурів по кілька 3-вольтових батарейних відсіків паралельно. Однак варто мати на увазі, що потужні батареї типу «С» мають надмірну силу струму для слабких фотоапаратних схем. Щоб транзистори на платах не згоріли, на кожну 3-вольтову збірку повинно бути 3-5 зарядних контурів, підключених паралельно. На нашому знарядді до зарядок підключений тільки один батарейний відсік. Всі інші служать як запасні магазини.

Розташування контактів на зарядному контурі одноразової камери Kodak. Зверніть увагу на розташування доріжок, що проводять: кожен провід схеми можна припаяти до плати в декількох зручних місцях.

Визначаємо зони безпеки

Ми нікому не порадимо тримати під пальцем кнопку, що розряджає батарею 400-вольтових конденсаторів. Для керування спуском краще встановити реле. Його керуючий контур підключається до 9-вольтової батареї через кнопку спуску, а керований вмикається в ланцюг між котушкою та конденсаторами. Правильно зібрати гармату допоможе важлива схема. При складанні високовольтного контуру користуйтеся проводом перетином не менше міліметра, для зарядного та керуючого контурів підійдуть будь-які тонкі дроти. Проводячи експерименти зі схемою, пам'ятайте, що конденсатори можуть мати залишковий заряд. Перш ніж торкатися їх, розряджайте їх коротким замиканням.

В одній із найпопулярніших стратегічних ігор піхотинці Глобальної Ради Безпеки (GDI) оснащуються найпотужнішими протитанковими рельсотронами. Крім того, рейлгани встановлюються і на танки GDI як апгрейд. За ступенем небезпеки такий танк – це приблизно те саме, що Зоряний руйнівник у Star Wars.

Підбиваємо підсумок

Процес стрільби має такий вигляд: включаємо тумблер живлення; чекаємо яскравого світіння світлодіодів; опускаємо в ствол снаряд так, щоб він виявився трохи позаду котушки; вимикаємо живлення, щоби при пострілі батарейки не відбирали енергію на себе; прицілюємось і натискаємо на кнопку спуску. Результат великою мірою залежить від маси снаряда. Нам за допомогою короткого цвяха з відкусаним капелюшком вдалося прострелити банку з енергетичним напоєм, який вибухнув і залив фонтаном півредакції. Потім очищена від липкого газування гармата запустила цвях у стіну з відстані півсотні метрів. А серця шанувальників фантастики та комп'ютерних ігор наша зброя вражає без жодних снарядів.

Ogame — це розрахована на багато користувачів космічна стратегія, в якій гравцеві доведеться відчути себе імператором планетних систем і вести міжгалактичні війни з такими ж живими противниками. Ogame перекладена 16 мовами, у тому числі російською. Гармата Гауса - одна з найпотужніших оборонних знарядь у грі.

Гаус гармата (гаус гвинтівка)

Інші назви: гауссівка, гаус-рушниця, гвинтівка Гауса, гаус-ган, розгінна гвинтівка.

Гаус-гвинтівка (або її більший різновид гаус-гармата), як і рельсотрон, відноситься до електро-магнітної зброї. На даний момент бойових промислових зразків не існує, хоча низка лабораторій (здебільшого аматорських та університетських) продовжує наполегливо працювати над створенням цієї зброї. Система названа на ім'я німецького вченого Карла Гауса (1777-1855). З якого переляку математик отримав таку честь, особисто я зрозуміти не можу (поки не можу, вірніше не маю відповідної інформації). Гаус до теорії електромагнетизму мав значно менше, ніж наприклад Ерстед, Ампер, Фарадей або Максвелл, але, тим не менш, гармату назвали саме на його честь. Назва прижилася, а тому будемо ним користуватися і ми.

Принцип дії:
Гаус гвинтівка складається з котушок (потужних електромагнітів), насаджених на зроблений з діелектрика стовбур. При подачі струму електромагніти на якийсь короткий момент включаються один за одним у напрямку від ствольної коробки до дула. Вони по черзі притягують до себе сталеву кулю (голку, дротик або снаряд, якщо говорити про гармату) і цим розганяють її до значних швидкостей.

Переваги зброї:
1. Відсутність патрона. Це дозволяє значно збільшити місткість магазину. Наприклад, в магазин, який міститься 30 патронів, можна зарядити 100-150 куль.
2. Висока скорострільність. Теоретично система дозволяє починати розгін наступної кулі ще до того, як попередня покинула ствол.
3. Безшумність стрілянини. Сама конструкція зброї дозволяє позбавитися більшості акустичних складових пострілу (див. відгуки), тому стрільба з гаус-гвинтівки виглядає як серія ледь помітних бавовнів.
4. Відсутність демаструючого спалаху. Ця властивість особливо корисна у темний час доби.
5. Мінімальна віддача. З цієї причини при пострілі ствол зброї практично не задирається, а отже, зростає точність вогню.
6. Безвідмовність. У гаус гвинтівці не використовуються патрони, а відразу ж відпадає питання про недоброякісні боєприпаси. Якщо до того ж згадати про відсутність ударно-спускового механізму, то саме поняття «осічка» можна забути, як страшний сон.
7. Підвищена зносостійкість. Ця властивість обумовлена ​​малою кількістю рухомих частин, низькими навантаженнями на вузли та деталі при стрільбі, відсутністю продуктів згоряння пороху.
8. Можливість використання як у відкритому космосі, так і в атмосферах, що пригнічують горіння пороху.
9. Регульована швидкість кулі. Ця функція дозволяє при необхідності зменшувати швидкість кулі нижче за звукову. В результаті зникають характерні бавовни, і гаус-гвинтівка стає повністю беззвучною, а отже, придатною для виконання секретних спецоперацій.

Недоліки зброї:
Серед недоліків Гаусс гвинтівки часто називають такі: низький ККД, велика витрата енергії, велика вага та габарити, тривалий час перезаряджання конденсаторів тощо. Хочу сказати, що всі ці проблеми обумовлені лише рівнем сучасного розвитку техніки. У майбутньому при створенні компактних та потужних джерел живлення, при використанні нових конструкційних матеріалів та надпровідників Гаус гармата дійсно може стати потужною та ефективною зброєю.

У літературі, звичайно ж фантастичною, гаус-гвинтівкою озброїв легіонерів Вільям Кейт у своєму циклі "П'ятий іноземний легіон". (Одна з моїх улюблених книг!) Була вона і на озброєнні мілітаристів із планети Клізанд, на яку занесло Джима ді Гріза в романі Гаррісона «Помста щура з нержавіючої сталі». Кажуть, гаусівка зустрічається і в книгах із серії «S.T.A.L.K.E.R.», але я прочитав лише п'ять із них. Там нічого подібного не виявив, а за інші не говоритиму.

Щодо особисто моєї творчості, то у своєму новому романі «Мародери» я вручив гаус-карабін «Завірюха-16» тульського виробництва своєму головному герою Сергію Корну. Щоправда, володів він ним лише на початку книги. Адже головний герой все-таки, а значить, йому належить гармата солідніша.

Олег Шовкуненко

Відгуки та коментарі:

Олександр 29.12.13
По п.3 - постріл із надзвуковою швидкістю кулі у будь-якому разі буде гучним. Тому для безшумної зброї використовуються спеціальні дозвукові патрони.
По п.5 - віддача буде властива будь-якій зброї, що стріляє "матеріальними об'єктами" і залежить від співвідношення мас кулі та зброї, та імпульсу сили прискорюючої кулю.
По п.8 - ніяка атмосфера неспроможна вплинути горіння пороху в герметичному патроні. У відкритому космосі вогнепальна зброя теж стрілятиме.
Проблема може бути тільки в механічній стійкості деталей зброї та властивостях мастила за наднизьких температур. Але це питання вирішуване і ще 1972 року було проведено випробувальні стрілянини у відкритому космосі з орбітальної гармати з військової орбітальної станції ОПС-2 (Салют-3).

Олег Шовкуненко
Олександр добре, що написали. Чесно кажучи, робив опис зброї, виходячи зі свого власного розуміння теми. Але може в чомусь виявився неправий. Давайте разом розбиратися за пунктами.

Пункт №3. «Безшумність стрілянини».
Наскільки я знаю, звук пострілу з будь-якої вогнепальної зброї складається з кількох компонентів:
1) Звук чи краще сказати звуки спрацьовування механізму зброї. Сюди відносяться удар бойка по капсюлю, брязкіт затвора і т.д.
2) Звук, що створює повітря, що наповнює стовбур перед пострілом. Його витісняє як куля, так і порохові гази, що просочуються каналами нарізки.
3) Звук, який створюють самі порохові гази при різкому розширенні та охолодженні.
4) Звук, що створюється акустичною ударною хвилею.
Перші три пункти до гауссівки взагалі не належать. Передбачаю питання щодо повітря в стовбурі, але в гаусс-винуватці стовбуру зовсім не обов'язково бути цілісним і трубчастим, а значить проблема відпадає сама собою. Так що залишається пункт номер 4, саме той, про який ви, Олександре, і кажете. Хочу сказати, що акустична ударна хвиля це далеко не найгучніша частина пострілу. Глушники сучасної зброї із нею практично взагалі не борються. І тим не менш, вогнепальна зброя з глушником все ж таки називається безшумною. Отже, і гаусовку теж можна назвати безшумною. До речі, велике вам дякую, що нагадали. Я забув вказати серед переваг гаус-гана можливість регулювання швидкості кулі. Адже можна встановити дозвуковий режим (що зробить зброю повністю безшумним і призначеним для потайливих дій у ближньому бою) і надзвуковий (це вже для війни по-справжньому).

Пункт №5. "Практично повна відсутність віддачі".
Звичайно, віддача у гасування теж є. Куди ж без неї? Закон збереження імпульсу поки що ніхто не скасовував. Тільки принцип роботи гаус-гвинтівки зробить її не вибуховою, як у вогнепальному, а як би розтягнутою і плавною і тому менш відчутною для стрільця. Хоча, щиро кажучи, це лише мої підозри. Поки що не доводилося курити з такої гармати:))

Пункт №8 "Можливість використання як у відкритому космосі ...".
Ну, про неможливість використання вогнепальної зброї у космічному просторі я взагалі нічого не говорив. Тільки його потрібно так переробити, стільки технічних проблем вирішити, що легше створити гаусс-ган:)) Що стосується планет зі специфічними атмосферами, то застосування на них вогнепального стріляння дійсно може бути не тільки утрудненим, але й небезпечним. Але це вже з розділу фантастики, власне кажучи, якою ваш покірний слуга займається.

В'ячеслав 05.04.14
Дякуємо за цікаву розповідь про зброю. Все дуже доступно викладено та розкладено по поличках. Ще б пак схемку для більшої наочності.

Олег Шовкуненко
В'ячеслав, вставив схемку, як Ви просили).

цікавиться 22.02.15
«Чому гвинтівка Гауса?» - у Вікіпедії кажуть, що він заклав основи теорії електромагнетизму.

Олег Шовкуненко
По-перше, виходячи з цієї логіки, авіабомбу слід назвати «Бомбою Ньютона», адже вона падає на землю, підкоряючись Закону всесвітнього тяжіння. По-друге, у тій самій Вікіпедії Гаус у статті «Електромагнітна взаємодія» взагалі не згадується. Добре, що ми всі освічені люди і пам'ятаємо, що Гаус вивів однойменну теорему. Щоправда, ця теорема входить у більш загальні рівняння Максвелла, отже Гаус тут ніби знову у прольоті із «закладанням основ теорії електромагнетизму».

Євген 05.11.15
Гвинтівка Гауса, це вигадана назва зброї. Вперше воно з'явилося у легендарній постапокалептичній грі Fallout 2.

Roman 26.11.16
1) щодо того яке відношення має Гаус до назви) почитайте у Вікіпедії, але не електромагнетизм, а теорема Гауса ця теорема – основа електромагнетизму і є основою для рівнянь Максвелла.
2) гуркіт від пострілу в основному через порохових газів, що різко розширюються. тому як куля вона надзвукова і через 500м від зрізу ствола, але гуркоту від неї немає! тільки свист від розрізаного ударною хвилею від кулі повітря і тільки!
3) щодо того, що мовляв існують зразки стрілецької зброї і вона безшумна тому, що мовляв куля там дозвукова – це марення! коли наводяться якісь аргументи, потрібно розібратися із суттю питання! постріл безшумний не тому, що куля дозвукова, а тому, що там порохові гази не вириваються зі стовбура! почитайте про пістолет ПСС у Віці.

Олег Шовкуненко
Roman, ви випадково не родич Гаус? Аж надто завзято ви відстоюєте його право на дану назву. Особисто мені по барабану, якщо людям подобається, нехай буде гаус-гармата. Щодо решти, почитайте відгуки до статті, там питання безшумності вже детально обговорювалося. Нічого нового до цього не можу додати.

Даша 12.03.17
Пишу наукову фантастику. Думка: РОЗГІНКА – це зброя майбутнього. Я не стала б приписувати чужинцю-іноземцю право мати першість на цю зброю. Російська РОЗГОНКА НАВЕРНЯКА ОПЕРЕДІТЬ гнилий захід. Краще не давати гнилому іноземцю ПРАВО НАЗИВАТИ ЗБРОЮ ЙОГО ГОВЕНИМ ІМЕНЕМ! У російських своїх розумників повно! (Незаслужено забутих). До речі, кулемет (гармата) Гатлінга з'явився ПІЗЖЕ, ніж російська СОРОКА (система стволів, що обертаються). Гатлінг просто запатентував вкрадену із Росії ідею. (Надалі зватимемо його Козел Гатл за це!). Тому Гаус теж не має відношення до розгінної зброї!

Олег Шовкуненко
Даша, патріотизм це, звичайно, добре, але тільки здоровий і розумний. А ось із гаус-гарматою, як то кажуть, поїзд пішов. Термін вже прижився, як і багато інших. Не станемо ми змінювати поняття: інтернет, карбюратор, футбол і т.д. Однак не настільки вже й важливо чиїм ім'ям названо той чи інший винахід, головне, хто зможе довести його до досконалості або, як у випадку з гаус-гвинтівкою, хоча б до бойового стану. На жаль, поки що не чув про серйозні розробки бойових гаус-систем, як у Росії, так і за кордоном.

Божков Олександр 26.09.17
Все зрозуміло. Але можна і про інші види зброї статті додати?: Про термітну гармату, електромет, BFG-9000, Гаус-арбалет, ектоплазмовий автомат.

Інформація надана виключно з освітньою метою!
Адміністратор сайту не несе відповідальності за можливі наслідки використання цієї інформації.

ЗАРЯЖЕНІ КОНДЕНСАТОРИ СМЕРТЕЛЬНОНЕБЕЗПЕЧНІ!

Електромагнітна гармата (Гаусс-ган, анг. coilgun) в її класичному варіанті є пристрій, що використовує властивість феромагнетиків втягуватися в область сильнішого магнітного поля для прискорення феромагнітного "снаряда".

Мій гаус-ган:
вид зверху:


вид збоку:


1 - роз'єм для підключення дистанційного спуску
2 - перемикач "заряд акумулятора/робота"
3 - роз'єм для підключення до звукової карти комп'ютера
4 - перемикач "заряд конденсатора/постріл"
5 – кнопка аварійного розряду конденсатора
6 - індикатор "Заряд акумулятора"
7 - індикатор "Робота"
8 -індикатор "Заряд конденсатора"
9 - індикатор "Постріл"

Схема силової частини гармати Гауса:

1 - ствол
2 – захисний діод
3 - котушка
4 - ІЧ-світлодіоди
5 - ІЧ-фототранзистори

Основні елементи конструкції моєї електромагнітної гармати:
акумулятор -
я використовую два літій-іонні акумулятори SANYO UR18650Aформату 18650 від ноутбука ємністю 2150 мАг, включених послідовно:
...
Гранична напруга розряду цих акумуляторів становить 3 В.

перетворювач напруги для живлення ланцюгів управління -
Напруга з батарей надходить на перетворювач напруги на мікросхемі 34063, який підвищує напругу до 14 В. Потім напруга надходить на перетворювач для заряду конденсатора, а стабілізована до 5 В мікросхемою 7805 - для живлення ланцюга управління.

перетворювач напруги для заряду конденсатора -
підвищуючий перетворювач на базі таймера 7555 та MOSFET-транзистора ;
- це N-канальний MOSFET-транзистор у корпусі TO-247з максимально допустимою напругою "стік-витік" V DS= 500 вольт, максимальним імпульсним струмом стоку I D= 56 ампер та типовим значенням опору "стік-витік" у відкритому стані R DS(on)= 0,33 ома.

Індуктивність дроселя перетворювача впливає його роботу:
занадто мала індуктивність визначає низьку швидкість заряду конденсатора;
надто висока індуктивність може призвести до насичення сердечника.

Як генератор імпульсів ( oscillator circuit) для перетворювача ( boost converter) можна використовувати мікроконтролер (наприклад, популярний Arduino), який дозволить реалізувати широтно-імпульсну модуляцію (ШІМ, PWM) для управління шпаруватістю імпульсів.

конденсатор (coil cap(acitor)) -
електролітичний конденсатор на напругу кілька сотень вольт.
Раніше я використав конденсатор К50-17 від радянського зовнішнього фотоспалаху ємністю 800 мкФ на напругу 300 В:

Недоліком цього конденсатора є, на мою думку, невисока робоча напруга, підвищений струм витоку (призводить до довшої зарядки) і можливо підвищена ємність.
Тому я перейшов на використання імпортних сучасних конденсаторів:

SAMWHAна напругу 450 В ємністю 220 мкФ серії HC. HC- це стандартна серія конденсаторів SAMWHA, існують та інші серії: HE- що працюють у ширшому температурному діапазоні, HJ- зі збільшеним часом життя;

PECна напругу 400 ємністю 150 мкФ.
Також я відчував третій конденсатор на напругу 400 В ємністю 680 мкФ, придбаний в інтернет-магазині dx.com -

В результаті я зупинився на використанні конденсатора PEC на напругу 400 В ємністю 150 мкФ.

Для конденсатора також важливий його еквівалентний послідовний опір ( ESR).

перемикач -
силовий перемикач SAпризначений для комутування зарядженого конденсатора Cна котушку L:

як перемикач можна використовувати або тиристори, або IGBT-транзистори:

тиристор -
я використовую силовий тиристор ТЧ125-9-364 з керуванням по катоду
зовнішній вигляд

розміри

- тиристор швидкодіючий штирьового виконання: "125" означає максимально допустимий діючий струм (125 А); " 9 " означає клас тиристора, тобто. повторювана імпульсна напруга в сотнях вольт (900 В).

Використання тиристора в якості ключа вимагає підбору ємності конденсаторної батареї, так як затягнутий імпульс струму призведе до втягування котушки снаряда, що пролетів центр, назад - " suck-back effect".

IGBT-транзистор -
застосування як ключ IGBT-транзистора дозволяє як замикати, а й розмикати ланцюг котушки. Це дозволяє переривати струм (і магнітне поле котушки) після прольоту снаряда через центр котушки, інакше снаряд втягувався назад, в котушку, і, отже, сповільнювався. Але розмикання ланцюга котушки (різке зменшення струму в котушці) призводить до виникнення імпульсу високої напруги на котушці відповідно до закону електромагнітної індукції $u_L = (L ((di_L) \over (dt)) )$. Для захисту ключа -IGBT-Транзистор необхідно використовувати додаткові елементи:

VD tvs- діод ( TVS diode), що створює шлях струму в котушці при розмиканні ключа і різкий кидок напруги, що гасить на котушці
R dis- Розрядний резистор ( discharge resistor) - Забезпечує згасання струму в котушці (поглинає енергію магнітного поля котушки)
C rsringing suppression capacitor), що запобігає виникненню імпульсів перенапруги на ключі (може доповнюватися резистором, утворюючи RC-snubber)

Я використовував IGBT-транзистор IRG48BC40Fіз популярної серії IRG4.

котушка (coil) -
котушка намотана на пластиковому каркасі мідним дротом. Омічний опір котушки становить 6,7 Ом. Ширина багатошарового намотування (навал) $b$ дорівнює 14 мм, в одному шарі близько 30 витків, максимальний радіус - близько 12 мм, мінімальний радіус $D$ - близько 8 мм (середній радіус $a$ - близько 10 мм, висота $c $ - близько 4 мм), діаметр дроту - близько 0,25 мм.
Паралельно котушці включений діод UF5408 (supression diode) (піковий струм 150 А, пікова зворотна напруга 1000 В), що гасить імпульс напруги самоіндукції при перериванні струму в котушці.

ствол (barrel) -
виготовлений з корпусу кулькової ручки.

снаряд (projectile) -
Параметри випробувального снаряда - відрізок цвяха діаметром 4 мм (діаметр ствола ~ 6 мм) та довжиною 2 см (обсяг снаряда становить 0,256 см 3 , а маса $m$ = 2 грами, якщо прийняти густину сталі 7,8 г/см 3). Масу я обчислював, представивши снаряд як сукупність конуса та циліндра.

Матеріал снаряда має бути феромагнетиком.
Також матеріал снаряда повинен мати якнайбільше високий поріг магнітного насичення – значення індукції насичення $B_s$. Одним із кращих варіантів є звичайне магнітом'яке залізо (наприклад, звичайна незагартована сталь Ст. 3 - Ст. 10) з індукцією насичення 1,6 - 1,7 Тл. Цвяхи виготовляють із низьковуглецевого термічно необробленого сталевого дроту (сталь марок Ст. 1 КП, Ст. 2 КП, Ст. 3 ПС, Ст. 3 КП).
Позначення сталі:
Ст.- вуглецева сталь звичайної якості;
0 - 10 - Відсотковий вміст вуглецю, збільшене в 10 разів. Зі збільшенням вмісту вуглецю знижується індукція насичення $B_s$.

А найефективнішим є сплав. пермендюр", Але він занадто екзотичний і дорогий. Цей сплав складається з 30-50% кобальту, 1,5-2% ванадію та інше - залізо. Пермендюр має найвищу з усіх відомих феромагнетиків індукцію насичення $B_s$ до 2,43 Тл."

Також бажано, щоб матеріал снаряда мав якнайбільше низьку провідність. Це пов'язано з тим, що виникають в змінному магнітному полі в стрижні, що проводить, вихрові струми, які призводять до втрат енергії.

Тому в якості альтернативи снарядам - ​​обрізкам цвяхів я зазнав феритового стрижня ( ferrite rod), взятий з дроселя з материнської плати:

Аналогічні котушки зустрічаються і в комп'ютерних блоках живлення:

Зовнішній вигляд котушки з феритовим сердечником:

Матеріал стрижня (ймовірно, нікель-цинковий) Ni-Zn) (аналог вітчизняних марок фериту НН/ВН) феритовий порошок) є діелектрикомщо виключає виникнення вихрових струмів. Але недоліком фериту є низька індукція насичення $B_s$~0,3 Тл.
Довжина стрижня склала 2 см:

Щільність нікель-цинкових феритів становить $ rho $ = 4,0 ... 4,9 г/см 3 .

Сила тяжіння снаряда
Обчислення сили, що діє на снаряд у гарматі Гауса, є складноюзавданням.

Можна навести кілька прикладів обчислення електромагнітних сил.

Сила тяжіння шматочка феромагнетика до котушки-соленоїда з феромагнітним сердечником (наприклад, якоря реле до котушки) визначається виразом $F = (((((w I))^2) \mu_0 S) \over (2 ((\delta)^ 2)))$ , де $w$ - кількість витків у котушці, $I$ - струм в обмотці котушки, $S$ - площа перерізу сердечника котушки, $\delta$ - відстань від сердечника котушки до шматочка, що притягується. При цьому нехтуємо магнітним опором феромагнетиків у магнітному ланцюзі.

Сила, що втягує феромагнетик у магнітне поле котушки без сердечника, визначається виразом $F = ((w I) \over 2) ((d\Phi) \over (dx))$.
У цій формулі $((d\Phi) \over(dx))$ - швидкість зміни магнітного потоку котушки $\Phi$ при переміщенні шматочка феромагнетика вздовж осі котушки (зміні координати $x$), цю величину вирахувати досить складно. Вищевказана формула може бути переписана у вигляді $F = (((I)^2) \over 2) ((dL) \over (dx))$, де $((dL) \over (dx))$ - швидкість зміни індуктивності котушки $ L $.

Порядок виконання пострілу з гаус-гана
Перед пострілом конденсатор необхідно зарядити до напруги 400 В. Для цього необхідно включити вимикач (2) та перевести перемикач (4) у положення "ЗАРЯД". Для індикації напруги до конденсатора через дільник напруги підключений індикатор рівня радянського магнітофона. Для аварійного розряду конденсатора без підключення котушки служить резистор опором 6,8 кім потужністю 2 Вт, що підключається за допомогою вимикача (5) до конденсатора. Перед пострілом необхідно перевести перемикач (4) у положення "ВИСТРІЛ". Для запобігання впливу брязкоту контактів на формування імпульсу керування кнопка "Постріл" підключається до схеми захисту від брязкоту на реле і мікросхемі, що перемикає 74HC00N. З виходу цієї схеми сигнал запускає одновібратор, який виробляє одиночний імпульс тривалості, що настроюється. Цей імпульс надходить через оптопару PC817на первинну обмотку імпульсного трансформатора, що забезпечує гальванічну розв'язку ланцюга управління силового ланцюга. Імпульс, що формується на вторинній обмотці, відкриває тиристор і розряджається конденсатор через нього на котушку.

Струм, що протікає через котушку при розряді, створює магнітне поле, що втягує феромагнітний снаряд і надає снаряд деяку початкову швидкість. Після вильоту зі ствола снаряд далі летить за інерцією. При цьому слід враховувати те, що після прольоту снаряда через центр котушки магнітне поле сповільнюватиме снаряд, тому імпульс струму в котушці не повинен бути затягнутий, інакше це призведе до зменшення початкової швидкості снаряда.

Для дистанційного керування пострілом до гнізда (1) підключається кнопка:

Визначення швидкості вильоту снаряда зі ствола
При пострілі дульна швидкість та енергія сильно залежать від початкового положення снарядау стовбурі.
Для налаштування оптимального положення необхідно вимірювати швидкість вильоту снаряда зі ствола. Для цього я використав оптичний вимірник швидкості - два оптичні датчики (ІЧ-світлодіоди VD1, VD2+ ІЧ-фототранзистори VT1, VT2) розміщені у стволі з відривом $l$ = 1 див друг від друга. При прольоті снаряд закриває фототранзистори від випромінювання світлодіодів, а компаратори на мікросхемі LM358Nформують цифровий сигнал:

При перекритті світлового потоку датчика 2 (найближчого до котушки) спалахує червоний (" RED") світлодіод, а при перекритті датчика 1 - зелений (" GREEN").

Цей сигнал перетворюється на рівень у десяті частки вольта (дільники з резисторів R1,R3і R2,R4) і подається на два канали лінійного (не мікрофонного!) входу звукової карти комп'ютера за допомогою кабелю з двома штекерами - штекером, що підключається до гнізда гаусс-гана, і штекером, що встромляється в гніздо звукової карти комп'ютера:
дільник напруги:


LEFT- лівий канал; RIGHT- Правий канал; GND- "земля"

штекер, що підключається до гармати:

5 – лівий канал; 1 - правий канал; 3 - "земля"
штекер, що підключається до комп'ютера:

1 – лівий канал; 2 – правий канал; 3 - "земля"

Для обробки сигналу зручно використовувати безкоштовну програму Audacity().
Так як на кожному каналі входу звукової карти включений послідовно з іншим ланцюгом конденсатор, то фактично вхід звукової карти є RC-ланцюжок, і записаний комп'ютером сигнал має згладжений вигляд:


Характерні точки на графіках:
1 - проліт передньої частини снаряда повз датчик 1
2 - проліт передньої частини снаряда повз датчик 2
3 - проліт задньої частини снаряда повз датчик 1
4 - проліт задньої частини снаряда повз датчик 2
Я визначаю початкову швидкість снаряда за різницею часу між точками 3 та 4 з урахуванням того, що відстань між датчиками становить 1 см.
У наведеному прикладі при частоті оцифрування $f$ = 192000 Гц для кількості семплів $N$ = 160 швидкість снаряда $v = ((lf) \over (N)) = ((1920) \over 160)$ склала 12 м/с .

Швидкість вильоту снаряда зі ствола залежить від його початкового положення у стволі, що задається зміщенням задньої частини снаряда від краю ствола.

Для кожної ємності батареї $C$ оптимальне положення снаряда (значення $\Delta$) по-різному.

Для вищеописаного снаряда та ємності батареї 370 мкФ я отримав наступні результати:

При ємності батареї 150 мкФ результати були такими:

Максимальна швидкість снаряду склала $v$ = 21,1 м/с (при $\Delta$ = 10 мм), що відповідає енергії ~ 0,5 Дж -

При випробуванні снаряда - феритового стрижня з'ясувалося, що він вимагає набагато глибшого розташування в стовбурі (набагато більшої величини $ Delta $).

Закони про зброю
У Республіці Білорусь вироби з дульною енергією ( muzzle energy) не більше 3 Дж купуються без відповідного дозволу та не реєструються.
У Росії вироби з дульною енергією менше 3 Дж не вважаються зброєю.
У Великобританії зброєю не вважаються вироби з дульної енергії трохи більше 1,3 Дж.

Визначення розрядного струму конденсатора
Для визначення максимального розрядного струму конденсатора можна використовувати графік напруги конденсатора при розряді. Для цього можна підключитися до роз'єму, на який через дільник подається напруга на конденсаторі, зменшена $n$ = 100 разів. Струм розряду конденсатора $i = (n) \cdot (C \cdot ((du) \over (dt))) = (((m_u) \over (m_t)) C tg \alpha)$, де $\alpha$ - Кут нахилу дотичної до кривої напруги конденсатора в даній точці.
Ось приклад такої розрядної кривої напруги на конденсаторі:

У цьому прикладі $C$ = 800 мкФ, $m_u$ = 1 В/поділ., $m_t$ = 6,4 мс/поділ., $\alpha$ = -69,4 °, $tg \alpha = -2 ,66 $, що відповідає струму на початку розряду $i = (100) \cdot (800) \cdot (10^(-6)) \cdot (1 \over (6,4 \cdot (10^(-3)) ))) \cdot (-2,66) = -33,3 $ ампера.

Далі буде