Оружие будущего

Форум про оружие будущего
Текущее время: Вт ноя 12, 2019 3:58 am

Часовой пояс: UTC + 3 часа




Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 13 ] 
Автор Сообщение
 Заголовок сообщения: Исследование тепловых процессов в катушках койлганов
СообщениеДобавлено: Пн окт 14, 2019 11:35 am 

Зарегистрирован: Пн июн 23, 2008 11:33 am
Сообщений: 88
В своих недавних расчетах, посвященных исследованию факторов, ограничивающих скорость снаряда в ускорителях различных конструкций, я пришел к выводу, что доминирующим из этих факторов, особенно для малокалиберных койлганов, является омический нагрев ускоряющих обмоток. Пока энергоемкость портативных гауссовок была небольшой, эта проблема на выходила на первый план, но в последнее время с появлением мощных и скорострельных ускорителей она становится актуальной.

В этой публикации описан эксперимент, который я поставил с целью определения тепловых свойств катушек, а именно - для изучения динамики их нагрева и остывания в различных условиях, характерных для для типовых портативных койлганов.
Ниже, как всегда, только основные результаты и выводы, полная версия исследования выложена здесь.


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Исследование тепловых процессов в катушках койлганов
СообщениеДобавлено: Пн окт 14, 2019 11:48 am 

Зарегистрирован: Пн июн 23, 2008 11:33 am
Сообщений: 88
Для эксперимента я изготовил 4 катушки, фото и параметры которых приведены ниже.

Изображение

Образцы. Каждая катушка намотана на одинаковом каркасе из пластиковой трубки. Ограничители изготовлены из текстолита.

Изображение

Те же катушки залитые эпоксидной смолой.

Изображение

Электрофизические параметры образцов.


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Исследование тепловых процессов в катушках койлганов
СообщениеДобавлено: Пн окт 14, 2019 11:59 am 

Зарегистрирован: Пн июн 23, 2008 11:33 am
Сообщений: 88
Для нагрева катушек использовалось кратковременное (на 3…6 сек) их подключение к источникам тока большой мощности с помощью обычного ручного тумблера. Температура обмоток контролировалась путем измерения их активного сопротивления по значению падения напряжения при пропускании небольшого (несколько десятков мА) тестового тока. Для подачи этого тока использовались обычные резисторы, номиналы которых были подобраны таким образом, чтобы необходимый ток обеспечивался при подключении к тому же «разогревающему» источнику параллельно разомкнутому тумблеру. Наконец, для блокирования импульса самоиндукции при отключении тока разогрева в составе экспериментальной оснастки был предусмотрен обратносмещенный диод, включаемый параллельно исследуемой катушке .

Схема экспериментальной оснастки, внешний вид рабочего места и типовая форма сигнала, записанного в одном из экспериментов (падения напряжения на катушке) показаны ниже.

Изображение

Изображение

Изображение


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Исследование тепловых процессов в катушках койлганов
СообщениеДобавлено: Пн окт 14, 2019 12:01 pm 

Зарегистрирован: Пн июн 23, 2008 11:33 am
Сообщений: 88
Что мы видим на последнем графике? До включения тумблера сигнал постоянен и равен U = I·R, где I – тестовый ток, R – сопротивление обмотки при комнатной температуре. После кратковременной подачи греющего напряжения, тумблер вновь выключается, и катушка начинает остывать, при этом падение напряжения на ней можно представить как I·(1 + α·∆T)·R, где ∆T - разница между текущей температурой катушки и первоначальной (комнатной), а α – температурный коэффициент сопротивления меди, который хорошо известен и равен 0,0043 1/°С.

Из приведенных соотношений можно оценить мгновенную температуру катушки, а из формы сигнала – определить величину скорости теплообмена (Дж/сек).


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Исследование тепловых процессов в катушках койлганов
СообщениеДобавлено: Пн окт 14, 2019 12:06 pm 

Зарегистрирован: Пн июн 23, 2008 11:33 am
Сообщений: 88
Выводы.

1) Постоянные времени остывания всех исследованных катушек в области максимальных температур лежат в диапазоне 5..12 сек. Поскольку за время ≈ 3τ катушка остывает довольно сильно, то можно утверждать, что для мощных койлганов калибра около 7 мм, работающих на пределе температурного ограничения (т. е. при каждом выстреле которых катушки разогреваются почти до предельно допустимой температуры), длительность перезарядки конденсаторной батареи нецелесообразно делать менее 30 секунд.

2) "Тонкие" катушки остывают, как и ожидалось, быстрее, чем "толстые", но скорость остывания не пропорциональна теплоемкости (массе) катушек. Напротив, корреляция постоянной остывания с величиной, равной отношению теплоемкости катушки и площади ее поверхности, довольно хорошая. В целом можно сказать, что "толстые" катушки остывают приблизительно вдвое медленнее, чем "тонкие".

3) Заливка катушек эпоксидной смолой оказывает неоднозначный эффект на скорость остывания. При "свободной" аппроксимации начального участка кривой охлаждение в большинстве случаев слегка замедляется, но во всех остальных вариантах зависимость обратная. Однако, в любом случае, изменение интенсивности теплообмена при эпоксидной заливке не превышает 2 раз, т. е. не является радикальным.

4) Скорость теплообмена с окружающей средой для исследованных образцов катушек составляет 4...20 Дж/сек для температур обмотки в районе 100 ºС. Полученные данные позволяют оценить допустимую скорострельность того или иного койлгана при условии, что известны затраты энергии для каждой из его ступеней. Например, для Электрического лука ЕМ-3, ступени которого по параметрам близки к катушкам № 3 и 4, исходя из энергоемкости его конденсаторов, получается, что при сохранении температуры катушек около 100 ºС можно делать один выстрел каждые 7 секунд.


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Исследование тепловых процессов в катушках койлганов
СообщениеДобавлено: Ср окт 16, 2019 11:57 pm 

Зарегистрирован: Пт ноя 14, 2008 10:54 pm
Сообщений: 6910
Откуда: империя зла
Можно сильно упростить расчёт нагрева: через энергию, расходуемую на один выстрел и общую массу меди, если ступени разные - считать для самой нагруженой ступени. Этот расёт позволяет получить чистую dt для одной катушки после выстрела, насколько она нагреется.

С практической точки зрения, сам пришёл к следующим выводам:

1. Обязательно делать активное охлаждение, как минимум воздушное. Некий общий кожух вокруг ступеней и злющий кулер, чтобы буквально со свистом воздух проталкивал.
2. Не надо проектировать гаусс, который сразу до предела катушки раскочегаривает. Принципиально это ТТХ не изменит: КПД и скорость пульки будут все равно посредственны относительно массы и-или габаритов устройства. А в случае, если возможно сделать несколько выстрелов до достижения предельного нагрева - многозарядный/скорострельный гаусс вполне может успеть опустошить магазин и спокойно остывать, не без помощи активного охлаждения, пока его перезаряжают.

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

Колупание STM32 - 2% (мигает светиком).


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Исследование тепловых процессов в катушках койлганов
СообщениеДобавлено: Чт окт 17, 2019 5:47 pm 

Зарегистрирован: Пн июн 23, 2008 11:33 am
Сообщений: 88
Цитата:
Можно сильно упростить расчёт нагрева: через энергию, расходуемую на один выстрел и общую массу меди, если ступени разные - считать для самой нагруженой ступени. Этот расёт позволяет получить чистую dt для одной катушки после выстрела, насколько она нагреется.

Какбэ так и считалось в предыдущих публикациях. Но сейчас меня по определенным причинам заинтересовал случай скорострельных систем, когда энергия индивидуального выстрела невелика, скажем 10 Дж/ступень, но при этом делается например 20 выстрелов за 3 секунды (а потом довольно длительный процесс перезарядки, в течение которого можно считать что идет полное остывание). Вопрос - будет во время стрельбы перегрев или нет? С ходу на него не ответить, вот и пришлось кое-чего измерять.

Цитата:
Обязательно делать активное охлаждение, как минимум воздушное. Некий общий кожух вокруг ступеней и злющий кулер, чтобы буквально со свистом воздух проталкивал

Видел такую реализацию в одной гауссовке из арсенала (автор Джон Филиппи или как-то так, там еще 3 ступени были на полумосте, сейчас ссылка уже не работает). Выглядит конечно футуристично, но совсем не факт что этот кулер являлся необходимым элементом конструкции. К тому же он обязывает изготавливать в корпусе отверстия, что делает его негерметичным со всеми вытекающими последствиями.

Цитата:
Не надо проектировать гаусс, который сразу до предела катушки раскочегаривает. Принципиально это ТТХ не изменит: КПД и скорость пульки будут все равно посредственны относительно массы и-или габаритов устройства

Понятно что это гипотетический случай. Но если хотим оценить максимально достижимую скорость то да, надо его рассматривать. Почему, в 2 раза энергии всадили в катушку - снаряд по всякому быстрее полетит, даже если катушка при этом раскалится...


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Исследование тепловых процессов в катушках койлганов
СообщениеДобавлено: Чт окт 17, 2019 6:12 pm 

Зарегистрирован: Пт ноя 14, 2008 10:54 pm
Сообщений: 6910
Откуда: империя зла
Eugen писал(а):
в корпусе отверстия, что делает его негерметичным со всеми вытекающими после...


В списке сегодняшних проблем гаусса, проблема герметичности и дыр в корпусе в списке проблем находится где-то между проблемой выбора цвета оружия и проблемой влияния работы гаусса на соседский вай-фай :)

Eugen писал(а):
в 2 раза энергии всадили в катушку - снаряд по всякому быстрее полетит, даже если катушка при этом раскалится...


Разговор о скорострельных гауссах - это вопрос перехода, так или иначе, к гауссам как к практическому оружию, приспособленному для активной эксплуатации. И говоря о практическом оружии, одна лишь мощность выстрела не является ни главным, ни определяющим параметром. Мощность (энергия) должна лишь согласовываться с решаемой задачей, но конкретных задач у самодельного гаусса нет, а если и будут - то в близжайшей перспективе это вряд ли охота и совершенно точно НЕ стрельба по лысым двуногим обезъянам.

Посяму, максимизировать показатель энергии выстрела, приближаясь к пределам конструкции и пробив дно на графике КПД, нет особого смысла. По этой же причине за многоступы все массово взялись (просто напоминаю очевидное) - чтобы уменьшить нагрузку на каждую отдельную ступень, а энергию наращивать за счёт числа ступеней.

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

Колупание STM32 - 2% (мигает светиком).


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Исследование тепловых процессов в катушках койлганов
СообщениеДобавлено: Чт окт 17, 2019 7:57 pm 
мамкин мизантрап
Аватар пользователя

Зарегистрирован: Вс апр 06, 2008 11:02 pm
Сообщений: 1547
Откуда: Путинский бандитско-воровской гадюшник со слабоумными бесправными безропотными алкашами обоссаными
На ускорителе частиц в качестве электромагнитов используют сверхпроводники из сверхпроводящей керамики (вроде), которую охлаждают жидким азотом, сопротивление получается нулевое, что позволяет прогонять хуеву тучу (сотни) килоампер через проводник толщиной гелевого стержня (в случае с медью для таких токов понадобился бы кабель толщиной с ногу толстушки с xvideos из раздела BBW).
Раньше использовали медные катушки с водяными (другими жидкостными или азотными) каналами охлаждения (сверхпроводимости не было), и они были размером со шкаф, а со сверхпроводниками теперь электромагниты стали получаться размером с системник, даже при большей их мощности.

_________________
Когда NATO будет бомбить ядерными ударами Кремль,
и кишки путинских воров и их защитников будут разлетаться по всей Москве,
то для меня это будет праздник - день освобождения России от ига Кремлёвского бандитско-воровского преступного синдиката!


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Исследование тепловых процессов в катушках койлганов
СообщениеДобавлено: Пт окт 18, 2019 8:32 pm 

Зарегистрирован: Пт ноя 14, 2008 10:54 pm
Сообщений: 6910
Откуда: империя зла
Wirel писал(а):
На ускорителе частиц в качестве электромагнитов используют сверхпроводники из сверхпроводящей керамики (вроде), которую охлаждают жидким азотом, сопротивление полу...


Если жидкий азот, то речь идёт либо о криопроводимости (НЕ сверхпроводимость), либо о высокотемпературных сверхпроводниках.
Для настоящей сверхпроводимости, ЕМНИП, используют жидкий гелий. И у сверхпроводников есть пределы по величине магнитного поля, выше которого сверхпроводимость исчезает.

В промышленности сверхпроводимость почти не используется, а вот криопроводимость - да. Т.е. лишь уменьшение сопротивление, НЕ до нуля, за счёт охлаждения до уровня температур относительно недорогого жидкого азота. При этом нет ограничений по магнитному полю. используется в крупных генератрах в связке с паровыми турбинами на крупных электростанциях, называется: "криотурбогенератор".

Ну а опыты с поливанием катушек гаусса жидким азотом, кажется, ещё Сэм Бэррорс делал.

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

Колупание STM32 - 2% (мигает светиком).


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Исследование тепловых процессов в катушках койлганов
СообщениеДобавлено: Пн окт 21, 2019 10:34 am 
Админ
Аватар пользователя

Зарегистрирован: Пн июл 23, 2007 12:02 pm
Сообщений: 10861
Откуда: Пермь
Цитата:
И у сверхпроводников есть пределы по величине магнитного поля, выше которого сверхпроводимость исчезает.
там ЕМНИП ололо какие пределы, в домашнем гауссе их не достичь

Цитата:
Ну а опыты с поливанием катушек гаусса жидким азотом, кажется, ещё Сэм Бэррорс делал.
И как оно? В свое время тоже думал потраить, пока у нас жидкий азот в термосы наливали. А потом в термосы перестали наливать, а дьюар для такой цели жаба задушила покупать)


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Исследование тепловых процессов в катушках койлганов
СообщениеДобавлено: Пн окт 21, 2019 5:24 pm 
мамкин мизантрап
Аватар пользователя

Зарегистрирован: Вс апр 06, 2008 11:02 pm
Сообщений: 1547
Откуда: Путинский бандитско-воровской гадюшник со слабоумными бесправными безропотными алкашами обоссаными
ADF писал(а):
Т.е. лишь уменьшение сопротивление, НЕ до нуля
Признаю косяк. Мне следовало написать не нулевое, а околонулевое. Микроомы или наноомы, хз. Короче очень низкое сопротивление, позволяющее прогонять сотни килоампер через проводник.

_________________
Когда NATO будет бомбить ядерными ударами Кремль,
и кишки путинских воров и их защитников будут разлетаться по всей Москве,
то для меня это будет праздник - день освобождения России от ига Кремлёвского бандитско-воровского преступного синдиката!


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Исследование тепловых процессов в катушках койлганов
СообщениеДобавлено: Вт окт 22, 2019 3:52 pm 

Зарегистрирован: Пт ноя 14, 2008 10:54 pm
Сообщений: 6910
Откуда: империя зла
Llevellyn писал(а):
И как оно? В свое время тоже думал потраить, пока у нас жидкий азот в термосы наливали. А потом в термосы перестали наливать, а дьюар для такой цели жаба задушила покупать)


Так на сайте было, уж не знаю жив ли ещё сам сайт (лень ходить), но если жив - то на нём есть опыты с жидким азотом.
На моей памяти, сопротивление примерно в 3 раза уменьшалось. Но в общем и целом, принципиально, на работу устройств не влияло: всё одно надо 100500 энергии в пыщъ вхерачивать, чтобы получить эффект... Короче, для домашне-прикладных целей проще наращивать ёмкость-мощность источника.

_________________
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: 13 ] 

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