Повышение КПД [railgun.org.ua]

8 Июль 2008, Dmitriy @ 16:41

На проводящую арматуру между рельсами действует сила F=ILB, где I — ток, L — расстояние между рельсами и B — магнитная индукция. Чтобы увеличить скорость арматуры (пули) необходимо увеличить силу F. При неизменных параметрах источника тока и расстоянии между рельсами это увеличение можно осуществить только за счет магнитной индукции. Она же в свою очередь зависит от количества витков в катушке индуктивности, образующейся рельсами и арматурой. В самом простом варианте рельсы и арматура образуют один виток. Однако, параллельно рельсам можно проложить еще одну-две пары шин и соединить их между собой и с рельсами таким образом, чтобы образовался многовитковый рельсовый ускоритель. Это приведет к пропорциональному росту магнитной индукции внутри катушки, т.е. в канале между рельсами.

Сначала был изготовлен и испытан 2-витковый ствол.  В нем шина питания входила в корпус ствола, проходила до конца, переходила на другую сторону ствола, проходила вдоль рельсы назад, к казенной части ствола и тут уже подключалась к одной из рельс, другая рельса подключалась сразу к наружному терминалу — ламели разъема. Даже без каких-либо измерений результаты испытаний показали эффективность выбранного направления.  Пробив стенку корпуса пуля прошла по касательной в 2-х местах по внутренней арматуре корпуса в результате чего фрагментировалась и оставила своими кусками значительную вмятину на противоположной стороне корпуса. Красными контурами и цифрами показаны места полета пули по внутренностям корпуса после пробития наружной крышки.

Следующим шагом стала попытка создать 3-витковый ствол. Это оказалось нетривиальной задачей. Сразу всплыла очередная проблема. Пакет шин образовывал внутри корпуса ствола 2 конденсатора — между одной рельсой и шиной, подключаемой к противоположной рельсе и между шинами и корпусом. Эти емкости пробивались при постоянных напряжениях около 800 вольт. Только с применением слюды в качестве изоляционного материала удалось повысить пробивное напряжение и с третьей попытки удалось сделать 3-витковый ствол, который выдержал накачку в 827 вольт. Он и был испытан вслед за 2-витковым стволом. Однако, на этот раз решено было измерить скорость пули и получить реальные числа, а не субъективную оценку качества проделанной в мишени дыры. Вот видео, снятое на испытаниях 3-виткового ствола

Была зарегистрирована скорость 458 м/с.

Что примечательно, 1 витковый ствол по предварительным оценкам давал скорость в 3-2.5 раза меньше, т.е.  примерно в 150-180 м/с. Попытки измерить скорость делались и раньше, но они были неудачные, в силу недостатков в конструкции хронографа. Также, на такое соотношение скоростей 1-виткового и 3-виткового стволов указывала длина участка рельс со следами электродуговой эрозии.

Пуля поразила мишень своим донышком. Переворот скорее всего произошел из-за смещающих воздействий трубки хронографа на пулю. При этом скорость на момент удара была настолько высокой, что шайба М3 вырезала из корпуса кусок металла по своему 6-гранному профилю. Его хорошо видно на фото справа.

А вот так выглядело место, где стояла мишень. Пыль с контурами — это не пыль, это рассыпавшееся в порошок медноугольное донышко пули.

В заднюю стенку пуля пришла плашмя, оставила глубокую вмятину с рваным дном. Т.е. вполне можно предположить, что при нормальном выстреле, без хронометрической насадки на стволе и заходе пули в цель точно носиком можно ожидать сквозное пробитие мишени типа «корпус системного блока».

ледующим шагом будет попытка создать 5-витковый ствол, что будет уже пожалуй пределом наращивания числа витков.

И напоследок — фото конструкции шин 3-виткового ствола

Комментарии:

  1. Лёха — 11 Июль 2008 @ 10:07
    вау!
    следующим надо гипербластер.
  2. Spryt — 16 Июль 2008 @ 19:45
    Чувак, ты реально крут :) Чтобы так увлечься этой идеей и развить её до уже такого состояния… Респект, с удоволствием слежу за ходом событий.

    Кстати, ты больше идешь к мобильности оружия или к его мощности? Судя по текущему состоянию проекта, чтобы использовать оружие в условиях «максимально приближенных к реальности» – нужно носить с собою рюкзак с аккумуляторами, батарееё конденсаторов и системой питания, и от самого райлгана должен идти солидный кабель в этот рюкзак. Хотя, в принципе, можно укомпоновать все это в почти неподьемный агрегат, носимый в руках, но почти все элементы придется дорабатывать и уменьшать…

    Так, что то я куда то не туда пошел.. В общем, желаю удачи в создании и усовершентсвовении райлгана :) Надеюсь, у тебя все получится.

  3. Enzo$ME — 24 Июль 2008 @ 7:13
    …Вот такие люди на протяжении всех веков спасали свою страну, благодаря умениям воплотить мысли в вещь. Чувак – ты невероятно реально крут! (Пока дело не приняло незаконных характер было бы не плохо разместить чертежи… ну… скажем в *.dwg, а если дело уже незаконное, то лучше не надо)) такие люди должны жить на свободе!). Конечно, данная модель всего лишь любительский вариант, но! зато созданный вручную дома… (а не в недрах правительственной военной организации). Будем ждать очередных изобретений (и их воплощения). Так держать!
  4. asad — 27 Июль 2008 @ 8:15
    А какой вес пули, просто интересно кпд посчитать. И еще достижима ли скорость хотя бы в 1000 мс без значительного усложнения прототипа.
    Очень интересный проект 10 баллов по 5 бальной шкале.
  5. Anadarion — 29 Июль 2008 @ 21:59
    Блин если носить такую бандуру с собой то это уже чёт попахивает «охотниками за приведеньями». А так чел тебе респект и уважуха. К сожалению больше помоч не могу=(
  6. k2 — 6 Август 2008 @ 15:47
    Интересные характеристики… Для сравнения: российская снайперская винтовка с глушителем (т.е. тоже достаточно малошумная вещь) ВССК 12,7 мм имеет начальную скорость пули порядка 300м/с… при массе пули 76 грамм. Дальность пробития бронежилета 5 класса защиты – 100м. Это при дульной энергии 2,5КДж (http://world.guns.ru/sniper/sn72-r.htm). Здесь же при энергии батареи конденсаторов 7,7КДж получается высокая начальная скорость, но слишком мала масса пули.
    Может быть, не стоит повышать дальше начальную скорость, а увеличивать массу пули для лучшего пробития? При таком большом калибре сопротивление воздуха должно быстро гасить энергию легкой пули даже на небольших дистанциях. К тому же, если взять, допустим, более длинную пулю той же конструкции, то она должна быть стабильнее в полете. Еще можно сделать ограничитель на конце ствола, чтобы при вылете пули он срывал фторопластовый корпус. Тогда сопротивление воздуха будет значительно меньше, по идее. Правда, стабилизация винта М3 без корпуса – довольно спорный вопрос, но, может быть, стоит попробовать что-то другое в качестве сердечника? Может выйти также интересно: взять оперенную пулю с сердечником, поместить во фторопластовый корпус-пыж с надпилами по плоскостям стабилизаторов пули, поставить ограничитель в стволе. Тогда при ударе о него стабилизаторы пули разорвут корпус пыжа по надпилам.
    Еще можно попробовать увеличить толщину испаряемого поддона и длину ствола… Больший объем плазмы может дать большее ускорение по аналогии с обычным огнестрельным оружием.
    Опять же, непонятно, зачем такое большое напряжение? Важна сила тока. Может быть, стоит взять меньшее напряжение питания, но более толстые рельсы? Размеры конденсатороной батареи станут меньше, опять же, проще будет с конверторами напряжения…
  7. Dmitriy — 11 Август 2008 @ 13:47
    Гипербластер, ребята, не получится. Плазма в околоземном, воздушном пространстве долго не живет. :) Вот когда будем вовсю через космос летать, то отстреливаться от космических гопников плазмой – самое оно.

    Spryt
    Пойду наверное сразу 2-мя путями.
    1. Повышение КПД с уменьшением размеров конденсаторной батареи и системы охлаждения электроники и выход на вполне себе ручной образец, с которым можно будет и по лесу походить, с начальной скоростью пули порядка 170 м/с и дульной энергией 50-60 Дж.

    2. Опять же, повышение КПД, увеличение длины ствола и объема конденсаторной батареи в попытках получить скорости порядка 600-700 м/с. Это уже будет передвижной, турельный вариант.

    Пулю было бы хорошо переделать вообще так, чтобы сердечник был не из болтика М3, а гладкий и легко выходил из фторопластового корпуса, чтобы при пробитии цели корпус с днищем оставались сами по себе, а сердечник шел вперед. Но у меня пока нет оборудорвания, позволяющего с достаточной точностью реализовать такую пулю. Ось фторопластовой оболочки должна прецезионно точно совпадать с осью сердечника, иначе будет кувыркаться.

  8. Sergey — 25 Август 2008 @ 14:55
    Прежде всего: молодец, ты крут чувак. Но мне кажется эффективнее было бы увеличивать напряженность магнитного поля между рельсами не добавлением контуров(при этом все таки увеличивается сопротивление, уменьшается ток, и появляются нежелательные индуктивности и емкости), а присобачив мощный постоянный магнит на всю длину ствола. Хотя конечно при этом придется отказаться от исспользования обычного железа в материалах пули и рельс (рельсы утянут все поле в себя, а пуля намертво прилипнет к стволу) Я тут подсчитал, при токе около 50кА и диаметре пули 10мм, между рельсами (с одним витком) будет целых две теслы магнитного поля. Это посередине, ближе к рельсам оно возрастает. Мощный магнит даст еще столько же. Конечно не много, но не известно сколько тока ты теряешь при многовитковой конструкции рельс. Я сам сейчас занимаюсь созданием компактного плазмагана, тоже на рельсах, в качестве пули у меня капелька подсоленой воды ;) удачи тебе, надеюсь хоть чем-то помог!
  9. Dmitriy — 2 Сентябрь 2008 @ 15:18
    Sergey, спасибо. По поводу сопротивления. Подсчитал так, что если даже сделаю около 10 витков статора, то это может дать около 15-20 мОм. Мне представляется, что это намного меньше сопротивления плазменного контакта. Т.е. там токи в момент выстрела далеко не 50 КА, а скорее около 5-10 КА и спопротивление контакта порядка 50-70 мОм, а может даже еще и выше. В то же время 10 витков могут создать магнитную индукцию в стволе более 5 Тесла. Не уверен, что постоянным магнитом можно будет такое получить. Например, если возьмем 10 витков при длине катушки статора в 15 мм и ток порядка 10КА, то получим уже около 8 Тесла магнитную индукцию. Т.е. скорее всего мне нужно увеличить число витков, т.е. 1.5, 2.5 и 4.5 витка – это слишком робко я продвигаюсь, тут нужно смелее статор доматывать. Другой вопрос в том, что много все равно не намотаю – размеры ограничены. В новой конструкции ствола собираюсь около 10-14 витков сделать плоскими шинами шириной 11 мм и толщиной 0.7-0.8 мм. Пакет будет из 10-14-ти шин с шагом витков 1 мм.
  10. GuampCymnrarm — 15 Ноябрь 2008 @ 16:11
    Скажите, а у вас есть RSS поток в этом блоге?
  11. rey — 27 Январь 2009 @ 14:25
    Помогает начальный разгон пули, до рельс, чем угодно.
  12. serpen — 28 Апрель 2009 @ 16:45
    Тема однозначно интересна очень хотелось бы увидеть развитие дальше. Относительно КПД есть некоторые размышления и идеи. Рейлган по сути есть колебательный контур, тоесть при выстреле возможно несколько колебаний в контуре до вылета пули. Для повышения КПД желательно оставить первый полупериод колебания тока в контуре, таким образом большая часть энергии которая обычно рассеивается на сопротивлении, просто будет сохранена на конденсаторе.
    Второй момент на который стоило б обратить внимание это период колебания в контуре. Желательно его сделать равным в два раза больше за время вылета пули, в таком случае пуле макимально будет передаваться энергия. Если период будет меньше то пуля частично будет тормозится еще в стволе, если больше, то неэффективо будет передаваться энергия.
    Обратив внимания на эти два момента можно повысить КПД установки где-то на порядок!!!(а может и больше)
    Есть еще некоторые соображения по повышению КПД но это еси будет интересно.
  13. GEARBOX — 12 Август 2009 @ 16:02
    Респект рельсостроителям!

    Предлагаю модернизировать многовитковый ствол, расположив шины ортогонально друг к другу и к рельсам. При такой модернизации резко упадёт ёмкость конструкции.

Серией данных материалов, я не призываю повторять путь разработчика и создавать настолько мощные ускорители. Помните, что использование высоковольтных устройств может нести угрозу разработчику, а само устройство может быть интерпретировано как оружие, в случае некорректного использования или исполнения.