Форма входа |
|---|
Категории раздела | ||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Поиск |
|---|
|
Слушать
Радио онлайн "Техстудент" |
Наш опрос |
|---|
Мини-чат |
|---|
Контроль |
|---|
|
Партнёры |
|---|
tehstudent.net
Журнал
| Главная » Статьи » Пробуждение ВоинА | [ Добавить статью ] |
Индукционный ускоритель
Принцип действия индукционного ускорителя прост: в неком объеме проводящего тела (метаемом снаряде) внешним магнитным полем наводятся вихревые токи, которые создают в свою очередь противоположно направленное магнитное поле, пытающееся скомпенсировать действие внешнего. Эти два магнитных поля отталкиваются, засчет чего происходит ускорение снаряда относительно катушки, которой создавалось внешнее магнитное поле. Чем мощнее импульс и чем короче его фронт - тем сильнее ускорится снаряд. Существует как минимум 3 типа индукционного ускорителя: Трубчатый индукционный ускоритель (индукционный гауссган) - похож на классическую пушку Гаусса с тем различием, что снаряд не втягивается, а выталкивается из катушки засчет действия вихревых токов. Снаряд должен быть неферромагнетиком (например, медь или алюминий), и стартовая позиция должна быть немного удалена от центра катушки. Снаряд может быть также трубчатым или кольцеобразным, что должно повысить КПД его ускорения.  К недостаткам трубчатого индукционного ускорителя стоит отнести небольшой КПД и сложность обеспечения необходимых величин электромагнитных полей в малом объеме, к преимуществам - возможность многоступенчатого ускорения. Индукционный гауссган также имеет несколько преимуществ перед классическим гауссганом: во-первых, нет ограничений по количеству энергии, приходящейся на одну ступень ускорителя, во-вторых, нет необходимости останавливать разряд конденсатора на катушку после прохождения снарядом ее центра. Дисковый индукционный ускоритель ("reconnection gun") - состоит из двух катушек, размещенных по обе стороны от плоского снаряда (обычно это диск). Когда импульс тока проходит по катушкам, они "выталкивают" снаряд засчет вихревых токов. После того как снаряд покинет пространство между катушками, линии их магнитных потоков вновь соединяются (отсюда название "reconnection gun").  К преимуществам дискового индукционного ускорителя можно отнести относительно высокий КПД и возможность многоступенчатого ускорения, к недостаткам - ограничения по форме снаряда. Кольцевой индукционный ускоритель (дискомет Томсона) - наиболее распространенный тип индукционного ускорителя. Когда через катушку проходит импульс тока, ферромагнитный стержень намагничивается, что вызывает вихревые токи в кольцевом снаряде, засчет чего тот отталкивается от катушки.  Именно этот тип ускорителя был выбран мной для экспериментов. Катушка и ферритовый стержень:  Снаряд (в донышке 14г алюминиевое кольцо, общий вес снаряда 40г):  На видео показан выстрел с накачкой примерно 400 дж. Следующая часть будет посвящена практическим экспериментам с индукционными ускорителями. Видео: Выстрел из индукционного ускорителя Испытав трубчатый индукционный ускоритель, я пришел к выводу, что его КПД недостаточно высок, поэтому перешел затем к наиболее популярному кольцевому типу. После того как ферритовый стержень, использованный в конструкции катушки, взорвался, я понял что он здесь лишний, и далее изготавливал катушки уже без него. На фото представлены несколько плоских катушек:    Поскольку снаряд, запускаемый такой плоской катушкой, имел бы очень плохие аэродинамические качества из-за большого диаметра, я решил использовать "тандемную" схему, когда катушка ускоряет плоскую платформу, на которой стоит снаряд. Затем, уже в полете, платформа тормозится воздухом, отстает от снаряда и падает назад, а снаряд продолжает полет. Всевозможные платформы представлены на этом фото:  В качестве снаряда использовался конденсатор К50-12 50в 2000мкф весом 60г. Необходимо было также найти хорошее соотношение прочность-масса-КПД платформы, поскольку многие из них из-за высокого стартового ускорения (до 5000g) приходили в негодность уже после первого использования:  Я использовал конденсаторы К75-65м 6кв 22мкф из списанных дефибрилляторов, и разрядники РУ-62 оттуда же. Всего у меня было 8 конденсаторов, но включить их параллельно было невозможно из-за органиченной мощности разрядника, поэтому большинство испытаний были проведены с одним конденсатором (около 400дж). Для испытаний с бОльшим количеством одновременно задействованных конденсаторов я использовал разрядники Р-24 (которые, правда, быстро пришли в негодность). Общий вид установки:  После того как в результате одного из запусков снаряд пробил потолок, я решил перенести испытания на природу. Общий вид установки на природе:  Катушки индуктивности при испытаниях часто взрывались из-за неравномерности воздействия магнитного поля, межвиткового пробоя или других причин, поэтому одним из главных направлений моих исследований было повышение прочности пусковых катушек. На данный момент исследования приостановлены из-за отсутствия у меня необходимых разрядников (ближайший по цене подходящий разрядник стоит порядка 6000 р.). Установку, при доведении ее до ума, можно было бы использовать для запуска метеозондов, фейерверков, и для других применений. Испытания скомпилированы в одно видео, прикрепленное к этой статье. Многоступенчатый ускоритель, как следует из названия, состоит более чем из одной ступени. Большое количество ступеней позволяет равномерно распределить ускорение на снаряд и повысить общий КПД системы (поскольку эффективнее разгонять снаряд мелкими толчками, чем одним большим). Но такой вид ускорителя значительно сложнее в изготовлении, поскольку в нем появляются новые детали - датчики положения снаряда (сенсоры). Начнем с сенсоров. Датчики положения снаряда - устройства, позволяющие определить местоположение снаряда в данный момент. По принципу действия можно выделить несколько типов: 1. Контактные датчики - снаряд при пролете сквозь них замыкает два проводника, и на управляющую схему (или сразу на ключ) поступает импульс тока. Простейший контактный датчик показан на этом рисунке:  Если ствол металлический, то можно сделать его одним из проводников. Контактный датчик можно сделать из проволоки, струны, щеток от электродвигателя или чего-то подобного, главное чтобы он поддерживал хороший контакт со снарядом и возвращался в исходное положение после его пролета. Несомненным плюсом контактных датчиков является простота изготовления, к минусам можно причислить ненадежность срабатывания и некоторое торможение снаряда при пролетании датчика. 2. Оптические датчики - зачастую являются оптопарами, состоящими из светодиода и фоторезистора. При пролете сквозь них снаряд закрывает от света фоторезистор, и его сопротивление резко повышается, далее сигнал с фоторезистора инвертируется и поступает на управляющую схему (или сразу на ключ). Оптопары можно подключить по следующей схеме:  Не забудьте поставить высоковольтный диод на выход датчика, если вы планируете подавать сигнал с него напрямую на затвор тиристора! схема пистолета "Псков 1100" Если у вас есть ненужные шариковые мыши, то их можно использовать для изготовления оптопар. К плюсам оптических датчиков можно отнести точность и быстроту реакции, к минусам - некоторую сложность изготовления и капризность поведения (требуется точное питание, защита от электромагнитных помех, защита от загрязнения). 3. Индукционные датчики. При пролете снарядом индукционного датчика в нем наводится или как-то изменяется ток, что служит сигналом для ключа или управляющей схемы. Например, если в катушке, надетой на ствол, течет небольшой ток, то при пролете снаряда этот ток резко прекратится из-за увеличения индуктивности катушки. Помните о том, что индукционный датчик следует защищать от выбросов напряжения при срабатывании ускоряющей катушки.  К плюсам индукционных датчиков можно отнести относительную простоту и отсутствие необходимости сверлить отвестия в стволе, к минусам - медленное срабатывание. Теперь немного о выборе ключей. Механические ключи (кнопки, контакторы, автоматы, реле и т.д.) приемлемы только на первой ступени, т.к. далее им не будет хватать скорости срабатывания для включения следующей катушки при подлете к ней снаряда. Тиристоры имеют ряд плюсов: относительная дешевизна, высокая способность к перегрузкам (до 20х), высокое напряжение работы. Но также есть и один минус: однажды открыв, тиристор невозможно закрыть до тех пор, пока конденсатор полностью не разрядится через него, или пока напряжение на аноде не станет меньше напряжения на катоде. Для этого применяются схемы типа "V-Switch"  IGBT-транзисторы позволяют отключать катушку от конденсатора в момент разряда, но они довольно дороги и требуют специальных драйверов для работы. MOSFET-транзисторы представляются идеальным решением для низковольтных схем засчет низкой стоимости, возможности отключения, низкого падения напряжения и быстроты переключения. Существуют высоковольтные мосфеты, но они довольно дороги, и имеют довольно высокое сопротивление. Теперь пример. На данных фото представлен трехступенчатый пистолет Гаусса на тиристорах, управляемых от оптических датчиков. Общая энергия конденсаторов 291 дж, энергия снаряда 6,62 дж, общий КПД 2,27%.    На приложенном видео снаряд из этого пистолета пробивает лист 0,5 мм стали Видео: Выстрел из многоступечатого пистолета ГауссаСнаряд пробивает лист 0,5 мм стали ИСТОЧНИК http://www.popmech.ru | |
| Просмотров: 8188 | Комментарии: 2 | Рейтинг: 0.0/0 |
| Всего комментариев: 2 | ||
| ||
tehstudent © 2024 |
