Оружие будущего

Форум про оружие будущего
Текущее время: Вс авг 19, 2018 3:04 am

Часовой пояс: UTC + 3 часа




Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 26 ]  На страницу Пред.  1, 2
Автор Сообщение
 Заголовок сообщения: Re: Расчет КПД койлгана по схеме "косого" полумоста
СообщениеДобавлено: Пн апр 23, 2018 7:56 am 
Аватар пользователя

Зарегистрирован: Чт июн 16, 2011 11:39 am
Сообщений: 602
Откуда: Украина, Киев
Будет, кто спорит. Но каждый выбирает сам, или-или.

_________________
Нет ничего практичнее хорошей теории. (Кирхгоф)

"...создание сильного магнитного поля — это единственный, осуществляемый на
практике процесс, коэффициент полезного действия которого равен нулю; ..."
(Г. Кольм, А. Фримаи СИЛЬНЫЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ)


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Расчет КПД койлгана по схеме "косого" полумоста
СообщениеДобавлено: Вт апр 24, 2018 9:41 pm 

Зарегистрирован: Пн июн 23, 2008 11:33 am
Сообщений: 61
1) Сегодня приступил к созданию скрипта - написан кусочек, отвечающий за задание формы снаряда. Отдельно можно будет варьировать диаметры и длины всех частей сердечника в соответствии с чертежом, который предоставил Dantist. Дальше буду двигаться на майских.
2) Прикинул параметры системы исходя из катушек, которые уже намотаны и показаны в ветке по DD11. Получается какая-то нестыковка - при скорости 50 м/с снаряд будет проходить предпоследнюю катушку за время 10 мм/50 м/с = 200 мкс. За это время, согласно алгоритму работы койлгана, ток в последней катушке должен успеть нарасти до 100 А. Но при индуктивности 330 мкГн и напряжении на конденсаторах 800 В (допустим что 100 В из 900 начальных уже потратили) этот ток составит U/L*t = 485 А. То есть фронт нарастания до 100А займет только 1/5 часть импульса - остальное будет составлять "плато" стабилизации, что приведет к падению КПД. Из-за повышенной магнитопроводом индуктивности возможно фронт и затянется, но не в пять же раз? Я понимаю, что система проектировалась под большую скорость, но для текущего эксперимента может имеет смысл перемотать проводом потоньше или снизить напряжение? Или я чего-то недогоняю?
3) Я так понимаю что датчики планируются дифференциальные? На одиночной обмотке, как делали Васильев или Джеймс Пол, будут только двухполярные прямоугольные импульсы из-за работы системы стабилизации тока - они будут заглушать весь полезный сигнал от пролетающего снаряда.


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Расчет КПД койлгана по схеме "косого" полумоста
СообщениеДобавлено: Чт апр 26, 2018 11:39 am 
Аватар пользователя

Зарегистрирован: Чт июн 16, 2011 11:39 am
Сообщений: 602
Откуда: Украина, Киев
Eugen писал(а):
...Прикинул параметры системы исходя из катушек, которые уже намотаны и показаны в ветке по DD11. Получается какая-то нестыковка - при скорости 50 м/с снаряд будет проходить предпоследнюю катушку за время 10 мм/50 м/с = 200 мкс.
... фронт нарастания до 100А займет только 1/5 часть импульса - остальное будет составлять "плато" стабилизации, что приведет к падению КПД

Вот тут как раз и есть тот момент с которым я не согласен, а выводы статьи (о необходимости формировать треугольный ток в катушке для получения высокого кпд) ошибочные, ИМХО.
По моему мнению, только высокое напряжение + стабилизация тока (чем более прямоугольнее ток в катушке тем лучше) + много ступеней, способны обеспечить высокий кпд и высокую выходную скорость ускоряемого тела.
мои аргументы:
скорость 50 м/сек, время пролета ступени 200мксек, ток ключа 100А.
потери энергии 200мксек *100А *100 А*1,5 Ом = 3 Дж
приращение энергии ускоряемого тела = 2 Дж.
результат моделировния в фемм выложу позже. нужно найти скрипт в котором есть стабилизация тока.

Уважаемый Eugen, предложите свой вариант. Какой должна быть катушка, какое напряжение, при том же токе 100А, просчитайте в фемм и выложите сюда результат моделирования. одно условие - получить приращение энргии тела 2Дж при начальной скорости 50 м/сек.

добавленно. результат моделирования в фемм: https://drive.google.com/file/d/1vlK24w ... sp=sharing

_________________
Нет ничего практичнее хорошей теории. (Кирхгоф)

"...создание сильного магнитного поля — это единственный, осуществляемый на
практике процесс, коэффициент полезного действия которого равен нулю; ..."
(Г. Кольм, А. Фримаи СИЛЬНЫЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ)


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Расчет КПД койлгана по схеме "косого" полумоста
СообщениеДобавлено: Пн апр 30, 2018 12:43 am 

Зарегистрирован: Пн июн 23, 2008 11:33 am
Сообщений: 61
Закончил моделирование одной ступени койлгана DD11 Dantist'a. Скрипт для моделирования находится здесь.

Изображение

Задавалась одна катушка с причитающемся ей кусочком магнитопровода (щечки 2 мм и наружный цилиндр толщиной 3 мм).

Что получилось вкратце:
1) На участке стабилизации важно правильно задать соотношение для токов из емкости и в циркулирующего в катушке. Фишка в том, что эти токи не равны (имеется в виду в среднем), т.к. имеем переключаемый контур. То есть недостаточно просто ограничить ток в катушке каким-то постоянным значением и приравнять его току в емкости - это будет неверно.
2) КПД очень сильно зависит от наличия или отсутствия магнитопровода, поэтому я провел моделирование в трех вариантах: старт (координата активации) - 2 мм от катушки с магнитопроводом, то же самое без магнитопровода, и - 12 мм с магнитопроводом. Последний случай более точно отображает алгоритм функционирования индивидуальных обмоток в DD11.
3) Для более тонкого провода расход энергии из конденсатора оказывается больше - это вызывается тем, что плоская катушка с магнитопроводом резко повышает КПД рекуперации, в результате чего активное сопротивление катушки, намотанной более тонким проводом, оказывается решающим фактором (в негативном смысле). Таким образом, на данном этапе я вынужден согласиться с Dantist в том, что толстый провод более выгоден. Посмотрим, что даст дальнейшая симуляция более сложной системы, приближенной к DD11.

Ниже приведена таблица с результатами моделирования, и пример одного из расчетов.

Изображение

http://coilgun.ucoz.ru/DD11/primer_V_52.71306286069622.txt


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Расчет КПД койлгана по схеме "косого" полумоста
СообщениеДобавлено: Вт май 22, 2018 3:01 pm 

Зарегистрирован: Пн июн 23, 2008 11:33 am
Сообщений: 61
Докладываю.
Закончено создание скрипта, позволяющего моделировать многоступенчатую систему с магнитопроводом, работающую по алгоритму койлгана DD11 Dantista (в части последовательности работы ускоряющих катушек). Можно варьировать все геометрические параметры системы, форму снаряда и все остальные начальные условия, как обычно. Катушки подразумеваются одинаковые. Токи покоя через них равны 1 мА (так учитывается ток утечки закрытых ключей и задается начальная точка намагниченности сердечника).

Изображение

Пришлось изрядно повозиться. За основу был взят скрипт для многоступенчатых систем с сайта Петровича и полностью переработан, при этом в расчет тока добавлена индуктивная э.д.с, связанная с частной производной индуктивности по току ( а не только по координате, как это было ранее во всех расчетах). Выкладывать готовый скрипт пока не буду - даже не потому, что так много сил затрачено, а просто пока нет уверенности в полностью правильном функционировании - надо будет сравнивать с экспериментальными данными Dantista.
Что еще надо будет доделать:
1) В теле скрипта при расчете разгоняющей силы учитываются токи через все действующие катушки. Однако э.д.с. связанная с взаимной индуктивностью катушек не принимается во внимание. То есть учитывается совместное действие нескольких катушек на снаряд, но не на друг друга. В случае DD11, где катушки достаточно удалены друг от друга, а магнитопровод насыщен из-за большой силы тока, влияние взаимных индуктивностей вряд ли приведет к существенной ошибке ( я думаю не более 10 % при определении тока). Но для точного описания таких систем (особенно при малых токах) скрипт надо будет дополнять. Причем усложнение будет значительное, и как оно скажется на скорости расчетов пока непонятно.
2) Калькуляция 4- ступенчатой системы на офисной машине средней мощности заняла около получаса (см. ниже). В дальнейшем надо будет подумать как ускорить расчет (например ввести адаптивный шаг по времени).

Ниже приведен пример расчета. Пока посчитал половинку системы (4 ступени) при начальной координате 2 мм (нос снаряда вдвинут на 2 мм вглубь первой катушки) и начальной скорости 2 м/с (имитируется подача с небольшим начальным импульсом). Результаты вполне правдоподобные. На выходных попробую посчитать полные 8 ступеней.

Start of simulation 05/22/18 13:45:43
Capacitance, microFarad = 1100
Capacitor resistance Rcc, Ohms = 0.107
Initial Voltage, Volts = 900
External resistance, Ohms = 0.167
Coil resistance, Ohms = 1.19140875
Number of turns = 151.29
Wire diameter, mm = 0.4
Total wire length, meters = 8.55524794586427
Coil length, mm = 6
Outer coil diameter, mm = 24
Number of coils = 4
Coil1 Inductance with projectile in start position, microHenry = 556.6068202486553
Coil2 Inductance with projectile in start position, microHenry = 572.048919928793
Coil3 Inductance with projectile in start position, microHenry = 570.2575014210544
Coil4 Inductance with projectile in start position, microHenry = 544.7300606544354
Thickness of the core ends, mm = 2
Thickness of the external core tube , mm = 3
Inner coil diameter, mm = 12
Head mass, grams = 10.05404211087606
Head length, mm = 14
Head diameter, mm = 10.8
Cone length, mm = 3
Cone diameter, mm = 5
Tail 1 length, mm = 2.5
Tail 1 diameter, mm = 4
Tail 2 length, mm = 2.5
Tail 2 diameter, mm = 7
Start projectile position in coil, mm = 2
Total time, microsec = 3060.000000000007
Time step, microsec =10
Muzzle energy, J = 6.228222831982547
Capacitor energy stored, J0 = 445.5
Capacitor energy wasted, J = 44.42005332833902
Efficiency (percent) = 14.02119620601418
Initial projectile velocity, m/s = 2
Out projectile velocity, m/s = 33.93570338007825
Maximal projectile velocity, (in coil), m/s = 33.93579064286239
End of simulation at 05/22/18 14:20:28

Вот файл с полными результатами: http://coilgun.ucoz.ru/DD11/primer_V_33.93570338007825.txt
Теперь "мячик" на стороне Dantist - ждем каких нибудь экспериментальных данных! :D


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Расчет КПД койлгана по схеме "косого" полумоста
СообщениеДобавлено: Пт май 25, 2018 11:45 pm 

Зарегистрирован: Пн июн 23, 2008 11:33 am
Сообщений: 61
Закончил расчет для 8 - ступенчатой системы. В качестве начальных условий брались такие же, как для 4-ступенчатого ускорителя (скорость 2 м/с, координата активации 2 мм). Вот что получилось:


Start of simulation 05/25/18 12:04:18
Capacitance, microFarad = 1100
Capacitor resistance Rcc, Ohms = 0.107
Initial Voltage, Volts = 900
External resistance, Ohms = 0.167
Coil resistance, Ohms = 1.19140875
Number of turns = 151.29
Wire diameter, mm = 0.4
Total wire length, meters = 8.55524794586427
Coil length, mm = 6
Outer coil diameter, mm = 24
Number of coils = 8
Coil1 Inductance with projectile in start position, microHenry = 554.7680773168279
Coil2 Inductance with projectile in start position, microHenry = 573.2230165134845
Coil3 Inductance with projectile in start position, microHenry = 575.4581217269606
Coil4 Inductance with projectile in start position, microHenry = 576.4467974758734
Coil5 Inductance with projectile in start position, microHenry = 576.1513718168307
Coil6 Inductance with projectile in start position, microHenry = 575.301429590138
Coil7 Inductance with projectile in start position, microHenry = 571.1674678841667
Coil8 Inductance with projectile in start position, microHenry = 544.7686535787516
Thickness of the core ends, mm = 2
Thickness of the external core tube , mm = 3
Inner coil diameter, mm = 12
Head mass, grams = 10.05404211087609
Head length, mm = 14
Head diameter, mm = 10.8
Cone length, mm = 3
Cone diameter, mm = 5
Tail 1 length, mm = 2.5
Tail 1 diameter, mm = 4
Tail 2 length, mm = 2.5
Tail 2 diameter, mm = 7
Start projectile position in coil, mm = 2
Total time, microsec = 3670.000000000009
Time step, microsec =10
Muzzle energy, J = 13.85657622572239
Capacitor energy stored, J0 = 445.5
Capacitor energy wasted, J = 69.49520089948786
Efficiency (percent) = 19.93889656605698
Initial projectile velocity, m/s = 2
Out projectile velocity, m/s = 50.56932268545591
Maximal projectile velocity, (in coil), m/s = 50.57523762196579
End of simulation at 05/25/18 13:33:09


Файл с результатами включая осциллограммы токов: http://coilgun.ucoz.ru/DD11/primer_V_50.56932268545591.txt

Как видно, скорость на выходе получается около 50 м/с, КПД - около 20 %. За эти цифры я более-менее ручаюсь. Учет взаимной индуктивности катушек вероятно должен привести к росту КПД (возможно до 25 %), но скорость особо измениться не должна (т. к. ограничение по току будет такое же). Вероятно, еще пару м/с можно выжать, немного выдвинув снаряд из первой катушки в момент начала ускорения (т.е. сделав координату активации скажем не 2 , а 0 мм) - такой эффект был замечен при исследовании 4 ступенчатой модели. Но при этом заметно падает суммарный КПД (т.к. первая катушка долго работает "вхолостую").


Вернуться наверх
 Профиль  
 
Показать сообщения за:  Сортировать по:  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 26 ]  На страницу Пред.  1, 2

Часовой пояс: UTC + 3 часа


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
cron

 

Яндекс цитирования
Русская поддержка phpBB