Оружие будущего

Форум про оружие будущего
Текущее время: Ср июн 26, 2019 6:49 pm

Часовой пояс: UTC + 3 часа




Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 8 ] 
Автор Сообщение
 Заголовок сообщения: Скорость снаряда в гауссовке с идентичными катушками
СообщениеДобавлено: Вс дек 23, 2018 2:29 pm 

Зарегистрирован: Пн июн 23, 2008 11:33 am
Сообщений: 75
Проведена оценка предельной скорости снаряда, достижимой в портативном многоступенчатом койлгане с идентичными катушками. В качестве параметров использованы геометрические характеристики обмоток в приближении передемпфированной системы с питанием от общего конденсатора большой емкости.
Вся процедура расчета подробно приведена на этой страничке.
Здесь только приведу только результаты и выводы.


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Скорость снаряда в гауссовке с идентичными катушками
СообщениеДобавлено: Вс дек 23, 2018 2:33 pm 

Зарегистрирован: Пн июн 23, 2008 11:33 am
Сообщений: 75
Изображение


Эскиз многоступенчатого ускорителя с одинаковыми катушками и осциллограммами токов.


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Скорость снаряда в гауссовке с идентичными катушками
СообщениеДобавлено: Вс дек 23, 2018 2:38 pm 

Зарегистрирован: Пн июн 23, 2008 11:33 am
Сообщений: 75
Ниже приведены табулированные значения максимально достижимых скоростей снаряда для различных внутренних диаметров катушек d (калибра койлгана), наружного диаметра D и длины индивидуальной обмотки l.

Изображение
Калибр 3 мм.

Изображение
Калибр 5 мм.

Изображение
Калибр 8 мм.

Изображение
Калибр 12 мм.

Изображение
Калибр 20 мм.


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Скорость снаряда в гауссовке с идентичными катушками
СообщениеДобавлено: Вс дек 23, 2018 2:46 pm 

Зарегистрирован: Пн июн 23, 2008 11:33 am
Сообщений: 75
При расчете также учитывались ограничения, накладываемые на конструкцию портативного ускорителя нагревом катушек и допустимым весом конденсаторной батареи. Красное выделение в таблицах показывает области, в которых необходимая для ускорения энергия требует слишком массивного конденсатора. Зеленым выделен диапазон значений, для которых нагрев катушек не превышает 300 С.

Можно заметить, что оба рассмотренных лимита работают в одном направлении, ограничивая скорость снаряда в ускорителях с тонкими длинными обмотками. При этом "тепловое ограничение" играет существенную роль только для малых калибров. При диаметре 8 мм границы значений скоростей, допустимых двумя вышеозначенными явлениями, совпадают, а при диаметрах 12 и 20 мм "зеленая зона" накрывает все таблицы целиком, и значение имеет только "весовое" ограничение.

Подобным же образом могут быть рассмотрены и другие лимитирующие факторы (например, суммарный вес ускоряющих катушек).


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Скорость снаряда в гауссовке с идентичными катушками
СообщениеДобавлено: Вс дек 23, 2018 2:49 pm 

Зарегистрирован: Пн июн 23, 2008 11:33 am
Сообщений: 75
Выводы и обсуждение результатов.

По результатам изучения результатов можно сделать следующие выводы:

1) Исходя из геометрических параметров, в портативных электромагнитных ускорителях с одинаковыми катушками теоретически достижимы скорости порядка 100...130 м/с для калибров менее 8 мм. При этом наиболее "скоростными" оказываются снаряды диаметром ок. 5 мм.

2) Препятствием на пути к достижению более высоких скоростей для меньших калибров является перегрев катушек, для более крупных калибров - ограничение по массе конденсаторной батареи, накапливающей энергию для выстрела. При этом для крупных калибров (более 20 мм) скорость более 70 м/с не достигается просто исходя из геометрических свойств ускоряющих катушек (даже при снятии "весового" ограничения).

3) vmax падает по мере увеличения толщины и уменьшения длины катушки. При этом более критичной оказывается именно толщина - при наращивании наружного диаметра катушки от 1,1·d до 2·d скорость падает на порядок, и только в 3 раза - при увеличении относительной длины от d до 4·d.



Легко видеть, что с точки зрения достижения высоких скоростей наиболее заманчивыми являются койлганы малого калибра. Они тем более привлекательны, если вспомнить, что в портативной системе нас ограничивает не только масса, но и габариты, а ведь 16 ступеней гауссовки калибром 12 мм с соотношением l/d = 4 будут иметь длину около 80 ...90 см (с учетом места, необходимого для размещения датчиков и прочих элементов конструкции ускорителя) - это уже многовато. Для койлгана калибром 3 мм с такими же параметрами длина будет только 20..30 см.

Из первой таблицы видно, что в таких ускорителях теоретически достижимы даже сверхзвуковые скорости снаряда. Для преодоления ограничения, связанного с перегревом катушек, можно использовать предварительное охлаждение обмоток жидким азотом или элементами Пельтье - такой способ уже давно предлагался разными авторами (правда, применительно к индукционным ускорителям). В этом случае КПД ускорителя должно повыситься как из-за снижения активного сопротивления проводов, так и за счет роста скорости, как показано здесь.

Что же касается крупнокалиберных (более 10 мм) гауссовок с одинаковыми катушками, то полученные результаты позволяют уверенно констатировать, что на современном уровне развития элементной базы силовой электроники скорости снаряда более 100 м/с в них недостижимы (по-крайней мере, без использования каких-то специальных ухищрений вроде рекуперации энергии).


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Скорость снаряда в гауссовке с идентичными катушками
СообщениеДобавлено: Вс дек 23, 2018 8:54 pm 

Зарегистрирован: Пт ноя 14, 2008 10:54 pm
Сообщений: 6888
Откуда: империя зла
Нормальное исследование. Правда, можно было лишь на выводах сфокусироваться.

До кучи добавлю, что боевые мощности-скорости начинаются: для крупных калибров (10+мм) от 150 м\с (Пушкина из такого застрелили), для более мелких 5.5-8мм - боевые скорости примерно от 250 м\с. Это не значит, что более низкие показатели безопасны для здоровья супостата, это в значительной мере условная граница.

И, в порядке занудства, я не зря тему центробежных метаталей не так давно оживил :) Электромотор - самый эффективный способ преобразования электроэнергии - в кинетическую энергию снаряда. И таковое оружие вполне может быть ручным и компактным.

_________________
Уверен - стреляй. Не уверен - выстрели еще раз! (С) Я

Колупание STM32 - 2% (мигает светиком).


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Скорость снаряда в гауссовке с идентичными катушками
СообщениеДобавлено: Вт дек 25, 2018 1:14 pm 

Зарегистрирован: Пн июн 23, 2008 11:33 am
Сообщений: 75
ADF спасибо.
Вроде бы постарался дать самую "выжимку", еще короче было бы непонятно.

Про электромотор тоже позанудствую - вот если замер КПД покажет процентов 30...50, тогда можно будет однозначно говорить, что направление перспективное. Если будет процентов 10..20, то наверное заморочки с таймингом, прицеливанием и подачей снаряда, которые ты описывал в соответствующей теме, не будут стоить времени и нервов. Благо по рекуперативным системам "обычных" гауссовок с похожим КПД есть уже много наработок у того же Дантиста.


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Скорость снаряда в гауссовке с идентичными катушками
СообщениеДобавлено: Вт дек 25, 2018 1:52 pm 

Зарегистрирован: Пт ноя 14, 2008 10:54 pm
Сообщений: 6888
Откуда: империя зла
Я думаю, что по КПД там расклад таков:
Если электромотор работает в режиме номинальной нагрузки, а он именно в таких условиях и будет работать, если устройство хоть чуточку посчитано, то его КПД примерно 65%. КПД метания гомняшек - думаю, никак не ниже 50%. Сложно представить, чтобы там даже 50% энергии ушло бы в трение, так что это самый пессимистичный показатель. Итого получаем цифру ~32%.
Ещё один важный момент - части силовой установки компактны: мотор, регуль, батарея. Можно аж 10 КВт (потребляемая) двигло замутить от пилотажной модели вертолета - и это всё равно будет помещаться на ручное оружие по габариту и весу вместе с батареей. Ну а сама центрифуга, в любом варианте исполнения моей хитрой системы тайминга, не более 200мм в диаметре. В идеале - даже 100мм могут работать и выдавать нужные скоростя, от конкретной системы тайминга-подачи габарит практически никак не меняется. От калибра - меняется, но незначительно. Думаю, что если вместо 4.5мм делать калибр, скажем, 10мм - то габарит ротора и его обвеса будет больше лишь на 20%.
Короче, считаю, что направление очень перспективное - жалко, практически никто не занимается этим, так что мои результаты как бы изолированые и со стороны могут даже недостоверными казаться.

И извиняюсь за оффтоп... :)

_________________
Уверен - стреляй. Не уверен - выстрели еще раз! (С) Я

Колупание STM32 - 2% (мигает светиком).


Вернуться наверх
 Профиль  
 
Показать сообщения за:  Сортировать по:  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 8 ] 

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