Оружие будущего

Форум про оружие будущего
Текущее время: Чт сен 19, 2019 12:51 am

Часовой пояс: UTC + 3 часа




Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 7 ] 
Автор Сообщение
 Заголовок сообщения: Скорость снаряда в гауссовке с питанием от аккумуляторов
СообщениеДобавлено: Чт июл 25, 2019 5:17 pm 

Зарегистрирован: Пн июн 23, 2008 11:33 am
Сообщений: 82
Выведено выражение, определяющее выходную скорость снаряда в койлгане с аккумуляторным питанием. Установлено существенное влияние такого параметра как удельное внутреннее сопротивление аккумуляторов. Проведено сравнение результатов расчета с параметрами реально построенных ускорителей данного типа.
Подробности как обычно здесь, ниже будут даны только краткие результаты.


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Скорость снаряда в гауссовке с питанием от аккумуляторов
СообщениеДобавлено: Чт июл 25, 2019 5:20 pm 

Зарегистрирован: Пн июн 23, 2008 11:33 am
Сообщений: 82
Изображение

Изображение

Схема и форма тока многоступенчатого аккумуляторного койлгана.


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Скорость снаряда в гауссовке с питанием от аккумуляторов
СообщениеДобавлено: Чт июл 25, 2019 5:26 pm 

Зарегистрирован: Пн июн 23, 2008 11:33 am
Сообщений: 82
Важную роль при расчетах играют паразитное сопротивление цепи Rpar и внутреннее сопротивление аккумулятора Rint.
С паразитным сопротивлением цепи все довольно просто - оно определяется сопротивлением открытого силового ключа и соединительных проводников. Сопротивление ключа для современных низковольтных МОП-транзисторов практически ограничено уже не кристаллом (который научились делать достаточно низкоомным), а выводами его корпуса, и составляет, как правило, не более 5 миллиОм (мОм). Еще столько же можно накинуть и на сопротивление проводников - если их изготовить из медных шин достаточного сечения и уделить должное внимание всем соединениям, то получится где-то те же 5 мОм. В итоге можно оценить нижнюю границу для паразитного сопротивления цепи в 10 мОм (т. е. одну сотую Ома). Вероятно, это чересчур "оптимистическая" оценка и в реальной конструкции (особенно с большим стволом, где требуются длинные токоведующие части) Rpar получится повыше, но для нашей цели сгодится.
Rint оценивается через введение коэффициента внутреннего удельного сопротивления r: Rint = r ·U / C
где U,C - соответственно, напряжение и емкость батареи. По обобщенным данным, для современных LiPo аккумуляторов r составляет около 4 Ом·мА·ч/В.


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Скорость снаряда в гауссовке с питанием от аккумуляторов
СообщениеДобавлено: Чт июл 25, 2019 5:30 pm 

Зарегистрирован: Пн июн 23, 2008 11:33 am
Сообщений: 82
Общая формула для максимальной скорости снаряда получилась такая:

Изображение

Здесь η - КПД ускорителя, l - его длина (сумма длин всех ускоряющих катушек), m - масса снаряда.
Учет паразитного сопротивления цепи приводит, естественно, к уменьшению скорости (добавляется еще одно слагаемое в знаменателе).


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Скорость снаряда в гауссовке с питанием от аккумуляторов
СообщениеДобавлено: Чт июл 25, 2019 5:32 pm 

Зарегистрирован: Пн июн 23, 2008 11:33 am
Сообщений: 82
На рисунке ниже продемонстрированы результаты расчета выходной скорости снаряда для гауссовки с питанием от аккумулятора емкостью 5200 мА·ч (что близко к пределу для имеющихся в продаже элементов) различного напряжения. Показаны данные для ускорителей различного калибра (d ) от 4 до 10 мм, при этом длина снаряда принималась равной 4d (отсюда вычислялось значение его массы m). КПД, как в предыдущих расчетах, принимался численно равным калибру в миллиметрах (что хорошо совпадает с результатами моделирования и экспериментов для многоступенчатых ускорителей). На шкале напряжений отмечены значения - от 1S (одиночная "банка") до 2x6S (два последовательно соединенных аккумулятора по 6 "банок" в каждом, что дает суммарное номинальное напряжение 44,4 В). Длина разгона (т. е. суммарная длина ускоряющих катушек) принята 50 см.

Изображение


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Скорость снаряда в гауссовке с питанием от аккумуляторов
СообщениеДобавлено: Чт июл 25, 2019 5:36 pm 

Зарегистрирован: Пн июн 23, 2008 11:33 am
Сообщений: 82
Интересно сравнить результаты расчетов с характеристиками реально построенных аккумуляторных койлганов. На следующем рисунке проведено такое сравнение для двух моделей: CG-42 от Д.Мюррея и EMG-01 от ArcFlashLabs (на самом деле, это разновидности одного и того же ускорителя, просто во втором случае между аккумулятором и катушками добавлен шунтирующий конденсатор, о чем подробнее сказано ниже). При расчете учитывались параметры этих койлганов согласно данным автора (см. табл. 1).


Таблица 1. Исходные параметры койлганов для расчета.

Изображение


Для корректного сравнения данных по койлгану CG-42 наряду с расчетом по упрощенному соотношению (приведенному выше) использовалась формула , учитывающая паразитное сопротивление цепи ≈ 10 мОм (результат такого расчета обозначен пунктирной линией). Экспериментальные данные выведены крупными ромбическими символами.

Изображение


Из графиков видно, что при учете паразитного сопротивления цепи расчет совпадает с экспериментом очень хорошо. Напротив, добавление в контур дополнительных емкостных элементов резко повышает достижимую скорость снаряда, и вести расчет по полученным соотношениям при этом не следует.


Последний раз редактировалось Eugen Пт июл 26, 2019 10:37 am, всего редактировалось 2 раз(а).

Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Скорость снаряда в гауссовке с питанием от аккумуляторов
СообщениеДобавлено: Чт июл 25, 2019 5:39 pm 

Зарегистрирован: Пн июн 23, 2008 11:33 am
Сообщений: 82
Обсуждение результатов, выводы.

Что можно сказать, глядя на полученные результаты?

Во-первых, из полученных формул следует, что выходная скорость снаряда зависит от исходных параметров довольно слабо (как кубический корень). То есть, чтобы увеличить скорость вдвое, надо повысить, например, напряжение батареи в восемь раз. Это говорит о том, что возможности для улучшения характеристик портативных аккумуляторных ускорителей находятся в довольно узких границах. Кроме того, сделанные при расчете v допущения (например, оценка η ≈ d) не должны качественным образом влиять на точность результата.

Во-вторых, из графиков видно, что достижимая скорость растет с уменьшением калибра снаряда (это совпадает с описанными мной свойствами ускорителей других конфигураций). Но даже для минимального в нашем расчете значения 4 мм скорость выше 100 м/с достигается лишь при использовании батареи напряжением более 60 В (эквивалентно использованию трех и более 6S-аккумуляторов, соединенных последовательно), что говорит о высокой стоимости такой гипотетической конструкции. А ведь нужно еще учесть тот факт, что для сохранения длины разгона при уменьшении калибра койлгана необходимо увеличивать количество ступеней (для калибра 4 мм и участке разгона 50 см их число должно быть более 30), каждая из которых оснащена сильноточным полупроводниковым ключом. То есть, создателю аккумуляторной гауссовки с более-менее приемлемыми скоростными характеристиками надо быть готовым к тому, что его детище окажется намного более дорогостоящим, нежели койлганы традиционных конструкций (которые, к слову, уже преодолели рубеж 100 м/с без использования каких-либо особенных технических ухищрений). С другой стороны, высокая скорострельность аккумуляторного ускорителя может компенсировать этот минус.

Третье: паразитное сопротивление проводников существенно влияет на параметры койлгана при напряжениях менее 20 В. Так, для рассмотренного случая емкости 3200 мА·ч при учете Rpar скорость снижается вдвое при использовании "однобаночного" аккумулятора, и приблизительно на 10 % при питании от 6 банок (что соответствует падению КПД на ≈ 20 %). Это говорит о том, что нижняя граница используемых аккумуляторов по допустимому напряжению лежит где-то в районе 20 В и соответствует 6S-аккумуляторам.

Наконец, характеристики койлгана EMG-01 показывают, что добавление буферной емкости между источником питания и ускоряющими катушками резко увеличивает эффективность системы за счет снятия такого фактора, как внутреннее сопротивление аккумулятора. При этом контур койлгана из рассмотренного RL-типа превращается в "традиционный" RLC с тем лишь отличием, что зарядка конденсатора происходит непосредственно от аккумулятора, а не через преобразователь напряжения (такой тип гауссовок был рассмотрен мной здесь). Данный факт показывает, что "традиционные" конструкции ускорителей с накопительными емкостями пока обеспечивают более высокую эффективность разгона за счет более низкого внутреннего сопротивления конденсаторов (его еще называют ESR) по сравнению с Rint для LiPo аккумуляторов.


Вернуться наверх
 Профиль  
 
Показать сообщения за:  Сортировать по:  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 7 ] 

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:

 

Яндекс цитирования
Русская поддержка phpBB