Рельсотрон своими руками

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 18.09.2024

Как сделать pельсотpон

Наиболее простой пример электромагнитной ускоряющей системы-так называемый "рельсотрон", хорошо известный физикам-экспериментаторам уже десятки лет (1.20].

Идея рельсотрона (или электромагнитной пушки-"рейлгана") довольно проста (рис. 1). К двум параллельным (или коаксиальным) токонесущим шинам-рельсам прикладывается напряжение от источника питания. Если замкнуть контур, поместив на шины, например, подвижную тележку, проводящую ток и обладающую хорошими контактами с шинами, то возникающий электрический ток индуцирует магнитное поле. Это поле создает давление P, равное H**2/8Pi, которое стремится раздвинуть проводники,образующие контур. Массивные шины-рельсы закреплены. Единственным подвижным элементом является тележка, которая под действием давления начинает двигаться по рельсам так, чтоббы объем, занимаемый магнитны полем, возрастал, т.е . по направлению от источника питания. Ускорение тележки будет продолжаться, пока действует магнитное давление. Предельная скорость, до которой разгонится тележка, определяется соотношением

где S-длина разгона, a-эффективное ускорение. Для его оценки вычислим давление магнитного поля. Положим H = 10**5 Гс. Тогда P=4х10**8 дин/см**2 = 400 атм. Пусть эффективная толщина тележки равна 10 г/см**2, тогда ускорение составит 4x10**5 м/с**2 или 4x10**4g. При таких условиях скорость 10 км/с достигается на длине 125 м, а скорость 20 км/с-на рость 20 км/с,-то им соответствует длина разгона 200 м. Таковы типичные линейные размеры электромагнитных ускорителей. Время разгона равно v/а, что составляет для типичных значений параметров ускорителей сотые доли секунды. Заметим, что от полной массы тележки приведенные выше значения не зависят; полная масса сказывается только на суммарных энергозатратах.

Совершенствование электромагнитных пушек направлено на повышение конечной скорости. Увеличение линейных размеров до километровых масштабов вряд ли возможно. Для увеличения ускорения необходимо либо повышение магнитного давления, либо уменьшение эффективной массы снаряда.

Увеличение давления магнитного поля не может быть безграничным-при давлениях порядка 1000 атмосфер (т.е. 150-160 кгаусс) достигается порог механической устойчивости. Подобную систему очень длинных шин, распираемых внутренним давлением, трудно сделать жесткой и прочной. Если механическую прочность еще можно попытаться обеспечить увеличением м акое увеличение массы не поможет против потери тепловой стойкости.

При длительности токового импульса порядка сотых долей секунды толщина скин-слоя в меди составляет 1 см. Магнитному полю 120 кгаусс в этом случае соответствует плотность тока 100 кА/см^. Это приводит к тепловым потерям в материале порядка 400 Дж/см^ при длительности импульса тока 20 мс (медь нагревается до 120°С). При этом соответствующая пло няя в точности равна кинетической энергии снаряда. Таким образом, КПД рельсотрона равен 1/3. С учетом того, что КПД источника электроэнергии не превышает ЗО%, полный КПД оказывается около 10%, как уже упоминалось выше.

Тепловой нагрев шин ограничивает скорострельность системы, а любое тепловое повреждение ухудшает воспроизводимость характеристик выстрелов.

Желательность уменьшения массы снаряда с целью увеличения его конечной скорости вступает в противоречие с необходимостью иметь перехватчики с довольно сложной системой самонаведения, масса которых не может быть уменьшена беспрепятственно.

Еще одним следствием больших токов, о которых речь шла выше, является то, что контактная тележка (сечение которой меньше сечения шин) должна расплавиться, испариться и частично превратиться в плазму. Такое плазменное облако становится своеобразным поршнем для снаряда, который должен быть электрически изолирован от плазмы. В связи с этим в пос го облака с шинами.

Кроме того, существует проблема завершения разгона. Чтобы снаряд оторвался от плазменного поршня, последний должен исчезнуть или замедлиться. В рассмотренной простой схеме замедление невозможно, а для исчезновения плазменного поршня требуется разрыв электрической цепи.

Разрыв сильноточной электрической цепи, как известно, приводит к большим перенапряжениям и пробоям. В результате снаряд может получить дополнительный случайный импульс, обладающий перпендикулярной составляющей, что резко ухудшает угловую точность стрельбы.

Наконец, само движение плазменного поршня подвержено действию многочисленных плазменных неустойчивостей, которые трудно предусмотреть и устранить заранее.

Возможен бесконтактный способ ускорения, основанный на использовании, например, разновидности индукционного линейного мотора. В таком моторе замкнутый виток выталкивается в область с меньшим значением магнитного поля. Виток движется вдоль осевой линии цепочки внешних катушек, на которые поочередно в фазе с движением витка подается напряжение. ельное количество вещества (до сотни кг за выстрел) и обеспечивал бы при этом высокую угловую точность (порядка микрорадиана). Недостатком такой системы является сравнительно небольшое эффективное ускорение (100g) и, следовательно, значительные линейные размеры (десятки км!).

И все же самой, пожалуй, серьезной проблемой для электромагнитных систем оказывается энергетика. Типичными источниками энергии для электромагнитных систем в настоящее время являются униполярные генераторы (маховики) с энергоемкостью до 10 Дж/г (10 МДж/т) 11. Если от системы требуется высокая скорострельность, то энергия должна запасаться

Итак, электромагнитным системам (с использованием давления магнитного поля) свойственны два основных недостатка:

- значительные линейные размеры, что затрудняет перенацеливание (с учетом компенсации отдачи) и, следовательно, понижает скорострельность, а также увеличивает уязвимость;

- непомерно большая масса энергосистем.

Поэтому электромагнитные системы, ориентированные пока что в основном на достижение "сверхскоростей", на современном уровне развития представляются малоподходящими для того, чтобы стать главным средством для запуска самонаводящихся перехватчиков (нужно учесть еще огромные перегрузки, свойственные таким системам; они могут затруднить создание

Целесообразность применения индивидуальных баллистических перехватчиков такого типа, даже обладающих весьма высокой скоростью, пока представляется сомнительной, по крайней мере для больших дальностей поражения в связи с неопределенностью угловой точности стрельбы.

Добрый день дорогие радиолюбители. Каждый из вас хоть раз в жизни хотел собрать Гаусс гана, иными словами пушку Гаусса. Сегодня будет рассмотрен вариант, пожалуй одной из самых простых схем реализации проекта. Основная часть Гаусс пушки - преобразователь напряжения. В данной схеме использован достаточно простой и мощный преобразователь напряжение на основе контроллера.

Микросхема играет роль генератора импульсов. Схематическая развязка выполнена таким образом, что микросхема вырабатывает импульсы с частотой 50 кГц. Напряжение импульсов составляет 9 вольт, этого достаточно для срабатывания мощного полевого транзистора. Желательно использовать полевики серии ирф3205 или ирл3705. Транзистор укреплен на теплоотвод, удобно использовать теплоотводы от блоков питания АТ или АТХ. Мощность преобразователя 70 - 80 ватт, что дает возможность заряжать емкость в 2000 микрофарад почти за секунду. Применены конденсаторы с напряжением 400 вольт, суммарная емкость 4 - х конденсаторов составляет 13200 микрофарад. Резистор 820 ом подобрать на 2 ватта, поскольку он будет греться.

Трансформатор намотан на чашках, хотя можно использовать ш - образный трансформатор от компьютерных блоков питания ( тот , что побольше ). Первичная обмотка содержит всего 5 витков, намотана тремя жилами провода с диаметром 0,7 мм каждая жила. Вторичная обмотка содержит всего 12 витков провода с диаметром 0,4 - 0,7 мм, межслойные изоляции не нужны. Особенность данного преобразователя то, что зарядка конденсаторов автоматическим образом отключается, как только напряжение на конденсаторах достигает 300 вольт. Светодиод подсказывает о полной зарядке конденсаторов.

Пушка - выполнена на пластмассовой трубе с диаметром 8 - 9 мм. Катушка содержит 50 витков провода с диаметром 0,7 - 0,8 мм. Снарядами служат заостренные железные стержни с длиной 3 см и с диаметром 7 мм, они свободно входят и выходят в трубу. После зарядки конденсаторов весь их потенциал передается катушке. Замыкать цепь нужно мощной кнопкой на 5 - 10 ампер. На выходе из трубы скорость снаряда достигает- 50 м/сек.
ВНИМАНИЕ . Не направлять пушку на людей ! последствия могут быть трагическими, поскольку мощность достаточна для того, чтобы снаряд проник в тело человека.

Питанием может служить любой источник постоянного напряжения, который способен отдавать в нагрузку более 3 - х ампер тока. Напряжение питания от 9 до 18 вольт ( стандарт 12 вольт ). Удобно использовать аккумуляторы от бесперебойников. Ток потребления преобразователя достигает 12 ампер.

Рельсотрон или railgun - это перспективный вид оружия, представляющий собой электродный ускоритель масс. Сила Лоренца превращает электрическую энергию в кинетическую и выталкивает поражающий элемент. Подобное экспериментальное оружие уже есть на флоте и в армии США, а недавно нечто подобное построили и простые народные умельцы. Насмотревшись видео и начитавшись соответствующей литературы, парни собрали свой рельсотрон. Он весит 115 кг и может быть установлен, например, на автомобиль. Оружие имеет источник питания на 400V и стреляет 22-граммовыми алюминиевыми болванками. Далее предлагаем взглянуть на самодельный рельсотрон в действии.

Полевые испытания кустарного образца (самое интересное начинается с 3 минуты):

Для примера, испытания военного экземпляра:

Ну все что есть на видео это короткое замыкание и отрыв провода, реально оно чем-то там стрельнуло или нет неизвестно..

2015-11-21 в 14:48, admin , рубрики: DIY, diy или сделай сам, видео, как попасть в списки спецслужб, конденсаторы, оружие, рельсотроны, электроника, электротехника, Энергия и элементы питания, метки: рельсотроны

Самый мощный любительский рельсотрон

Рельсотрон — это электрический ускоритель масс. Снаряд располагается между двух электродов, которые подключены к источнику постоянного тока. Снаряд замыкает электроды и приобретает ускорение вследствие силы Лоренца. Рельсотрон — это импульсное устройство. На практике часто работа обеспечивается конденсаторами, которые разряжаются в мгновение секунды.

С помощью рельсотрона снаряду можно придать очень большое ускорение. Это ускорение может быть куда выше, чем в традиционном оружии, в котором пуля приводится в движение химической энергией реакции горения пороха. Рельсотрон является перспективным оружием. В некоторых случаях скорость снаряда измеряется тысячами метров в секунду, что сулит колоссальные разрушения, высокую дальность стрельбы и сложность защиты от поражения. На данный момент ни одна страна в мире не имеет рельсотронов на вооружении. Сейчас существуют лишь тестовые образцы. В частности, над рельсотроном для корабельного вооружения работает флот США.

Рельсотрон — это две рельсы, снаряд и источник тока. Общая простота конструкции привлекает любителей. Некто Xtamared собрал свой носимый образец. Энергия выстрела составляет 1,8 килоджоулей энергии. (Это цифра энергии заряда в конденсаторах. Потери огромны, и сравнивать с энергией выстрела патрона АК-74 калибра 5,45×39 мм — около 1,3 кДж — не стоит.) Группа других умельцев собрала свой рельсотрон, и его мощность куда выше — в конденсаторах находится до 27 кДж энергии. Как показали тесты, выстрел из этого рельсотрона уже смертелен.

Общая масса устройства составила примерно 113 кг. На фотографии до ката представлена лишь собственно сама пушка. Огромная батарея из 56 конденсаторов и толстые кабели не показаны.

Развёртывание, монтаж и первый тест с энергией выстрела 20,5 кДж.

Второй выстрел. Снаряд застрял, расплавился и испарился. Рельсотрон не пострадал.

Пятый выстрел, тест с баллистическим гелем. Использовался соответствующий натовскому стандарту 20-процентный гель с температурой 10°. Это означает, что его условия были максимально приближены к плотности человеческой плоти. Снаряд вошёл глубоко и показал свою смертоносность. Масса снаряда в три раза выше, чем у пистолетной пули калибра 9 мм, поэтому останавливающее действие выше.

Девятый и десятый выстрелы. Стрельба по десяти и девяти блюдам из фарфора.

Как это создавалось

Если приложить потенциал к рельсам, на которых находится неподвижный снаряд, то он просто расплавится. Поэтому его нужно разогнать до контакта с рельсами. Умелец Ziggy Zee использовал вполне традиционное для этого решение — баллончик с углекислым газом. После нажатия на спусковой крючок снаряд из алюминия разгоняется до ≈80 км/ч, не очень высокой скорости.

Снаряд входит в контакт с двумя параллельными рельсами из меди. Рельсы плотно сдавливают снаряд, создавая достаточно трения для предотвращения движения. Трение настолько высоко, что холостой выстрел без напряжения заставит снаряд застрять между рельс. За счёт тока во время движения часть алюминия плавится, обеспечивая отличную смазку. Сила Лоренца разгоняет снаряд, и он выходит из пушки на большой скорости.

Часто при создании рельсотронов огромное внимание уделяется пушке и её электрической составляющей. Но важен и снаряд. В качестве материала снаряда был выбран алюминий. Ziggy Zee замечает, что существует недопонимание: многие считают, что нужны ферромагнетики — сталь. Но железо плохо подходит для стрельбы из рельсотрона ввиду высокой температуры плавления и плохой проводимости. Это не пушка Гаусса, ферромагнетизм в рельсотроне не так определяющ.

Снаряд состоит из головы, из которой выходят две ножки. Экспериментально умельцы выяснили, что ножки теряют огромные количества алюминия. Это вполне ожидаемо. В процессе стрельбы ножки прижимаются к рельсам с высокой силой — расчёты указывают на число более 4000 Н. Так обеспечивается отличный контакт с рельсами.

Рельсы закреплены плотно, поэтому снаряд выталкивается, словно вода из сдавленного конца садового шланга. На фотографии выше представлен снаряд массой 22 грамма. После седьмого теста была создана облегчённая версия массой 14 граммов. Голову снаряда урезали для обеспечения лучшего проникновения и понижения вероятности заедания.

Пушка и снаряды не представляют никакой угрозы без конденсаторов. В них и заключается вся опасность и 80 % массы устройства. Для работы пушки понадобилась огромная батарея из 56 конденсаторов. Новенькие стоят 850 $, то есть все обошлись бы в 50 тысяч долларов. Умельцы смогли достать 58 штук (2 запасных на случай выхода из строя) всего за 2600 $. Но на это ушло два года.

Каждый из конденсаторов рассчитан на работу под напряжением до 400 В и имеет ёмкость в 6000 мкФ. Конденсаторы импульсные. Для соединения конденсаторов использовались бруски алюминия толщиной в четверть дюйма (0.64 см). От брусков требовалось выдерживать огромный ток. Нужна механическая прочность, чтобы можно было без повреждений переносить каждый банк конденсаторов массой порядка 22 кг. Ширина брусков тоже имеет значение: концентрированное магнитное поле могло бы разорвать узкие проводники. Конечно, медь могла бы подойти лучше, но авторы проекта посчитали, что она слишком дорога и тяжела.

Дырки в брусках сделали сверлильным станком, конденсаторы закрепили. От соприкосновения бруски отделяет фрагмент из ацеталевого пластика.

Для собственно пушки Ziggy Zee выбрал гаролит G10. В качестве требований предъявлялись экстремально высокая прочность, технологическая обрабатываемость и околонулевая проводимость. Во время пуска рельсы испытывают килоньютоны силы, которые отталкивают их друг от друга. Гаролит хорошо подошёл: он рассчитан на давление до ≈344.7 МПа (50000 psi, сравнимо со сталью) и обладает хорошей теплостойкостью (он горит, а не плавится).

На фотографию попал очень ранний прототип снаряда, который не использовался.

Для крепежа использовалась немагнитная нержавеющая сталь трёхсотой серии. Камеру пневматического ускорителя собрали из ударостойкого АБС-пластика. Гаролит приклеили к бруску дерева 4×4 дюйма клеем E6000.

В качестве спускового механизма используется фрагмент пейнтбольного оружия. Пушку покрасили аэрозолем.

Магнитное поле должно находиться за снарядом. Автор проекта подсчитал, что магнитное поле максимально, когда снаряд проходит примерно 5 сантиметров вдоль рельсов. Контакт между снарядом и рельсами нежелателен, пока снаряд не пройдёт хотя бы дюйм (2,54 см). Нужные части были обработаны ленточной шлифовальной машиной.

Для будущих оптических элементов на пушку закрепили планки Пикатинни и прочий обвес. На рельсотрон поставили сошку-двуногу.

Силовые кабели можно припаять, но Ziggy Zee предположил, что они будут отлетать. (Как показывают видеоролики, они и вправду отлетают при выстреле.) Поэтому было создано крепление, которое можно быстро восстановить.

Результат работы

Для стрельбы конденсаторы нужно заряжать. В полевых условиях для этого используется банк из девятивольтовых батарей. Их хватает на пять выстрелов. Автор проекта надеется в будущем приспособить для зарядки 12-вольтовую автомобильную батарею через инвертор на 120 В, трансформатор для повышения напряжения и выпрямитель.

Напряжение конденсаторов при зарядке возрастает экспоненциально. То есть при приближении к полному потенциалу скорость зарядки становится всё меньше и меньше. Поэтому для зарядки 400-вольтовых конденсаторов Ziggy Zee использовал 450 вольт, а иногда и 500. Но здесь важно вовремя прервать процесс зарядки.

Анализ данных выстрелов показал низкий износ. Ziggy Zee оценивает ресурс рельсов в 50 выстрелов. Медные рельсы почти не стираются, на них лишь нарастает слой алюминия. Его можно удалить.

Ziggy Zee будет улучшать проект и в дальнейшем. В планах автора изменить процесс заталкивания снаряда в ствол (сейчас на это уходит слишком много времени), улучшить конструкцию снарядов, использовать автомобильный аккумулятор для зарядки и попробовать переключать батарею кондесаторов последовательно для достижения 800 вольт на рельсах. Последнее потребует пересмотреть требования безопасности: изоляция кабелей рассчитана всего на 600 В.

Читайте также: