8 Август 2008, Dmitriy @ 12:57
Всегда хочется получить результаты больше, быстрее, мощнее… Особенно в вопросах построения метательного оружия. Вот и в этом случае желание получить результат лучше сподвигло на изготовление уже 5-виткового ствола.
Применительно к RailGun дополнительные витки набрасываются плоскими шинами параллельно каналу ствола и токопроводным рельсам. Шины делались плоскими и нарезались из листа меди толщиной 1 мм.
Ширина каждой шины принималась равной 13 мм. Таким образом, сечение проводника получалось равным 13 мм^2, что было немного меньше, чем сечение проводов, подводящих ток от конденсаторной батареи. (В будущем полагаю есть смысл делать сечение шин, равное сечению токоподводящих проводов) Далее… шины собирались при помощи эпоксидного клея и изоляционных материалов в пакеты, контакты шин загибались и пропаивались на оправке, образуя многовитковую начинку RailGun
Ширина получившегося пакета не позволила уже разместить начинку внутри «стандартной» трубки с внутренним диаметром 30 и наружным 33 мм. Пришлось взять другой форм-фактор в виде квадратного профиля с 40 мм стенкой по наружи. Сверху и снизу от канала ствола были проложены дополнительные пластины железа для образования магнитопровода. Потом все было установлено в тиски и залито смолой.
После проточки канала ствола на 10 мм разверткой и обработки ламелей ножевого разъема получился ствол длиной 210 мм и массой 1508 грамм. На ствол был установлен «штатный» ЛЦУ, но подключать его пришлось через переходник, так как непосредственно контакт ЛЦУ уже не попадал на контакт батареи на корпусе инжектора.
Стоит также обратить внимание на то, что «штатные» замки уже невозможно было реализовать на данном стволе и потому пришлось притягивать его к инжектору за уши, некогда использовавшиеся на предыдущей версии инжектора. В итоге система перед испытанием выглядела вот так
Рекомендую также обратить внимание на то, как закреплены питающие провода друг относительно друга. С хомутами пришлось серьезно повозиться, равно как и с креплением проводов на корпусе инжектора. Менее жесткие и прочные крепления, применявшиеся ранее, позволяли кабелям значительно изгибаться во время выстрела отталкиваясь друг от друга. Эти колебания были настолько большими по амплитуде и сильными, что приводили к порче изоляторов разъема на инжекторе и выгибанию самих контактов разъема. На этот раз система крепления кабелей сработала на 5 с «+».
Серьезным переделкам подвергся также и хронометр. Крепление датчика хронометра к дульному срезу как-то смущало, давало повод сомневаться в правдивости показаний. Поэтому решено было сделать новый хронометр с бОльшим сечением канала для пролета пули и размещать его на некотором расстоянии от испытываемой системы, на расстоянии порядка 0.5 метра. Датчик хронометра состоял из крепления для намотки сеточек из тонкой проволоки (0.1 мм толщиной). Обе сетки находятся на расстоянии 20 см друг от друга
На корпусе хронометра закреплен отсек для двух батареек, которые дают питание 2-м инфракрасным светодиодам, установленным уже на измерительной PCI-плате внутри компьютера. Пока проволочки на датчике целы питание на светодиоды подается, разрыв проволочки выключает светодиод. Система измерения в компьютере отсчитывает число 30 нс. тиков прошедшее с сомента разрыва входной сетки и до момента разрыва выходной, пока пуля находилась внутри хронометра. Электромагнитный импульс, возникающий во время выстрела RailGun, влияет на провод питания светодиодов синфазно и это совершенно не приводит к случайным срабатываниям датчика, так как разность потенциалов на светодиоде остается неизменной при синфазной помехе.
Была получена скорость 280 м/с. И это уже результат, не подлежащий сомнению.
Тут следует сделать отступление и принести читателям извинения за ввод их в заблуждение относительно скорости, полученной при испытаниях 3-виткового ствола. Ввиду того, что ранее хронометр крепился у дульного среза, он измерял не скорость пули, а скорость вылета плазмы из ствола. Ну что-ж, теперь мы знаем, какова скорость плазмы была у 3-виткового ствола 
Конечно, витковый ствол оказался заметно мощнее 3-виткового и это наглядно видно и на видео и на фото. Вот это входная дыра в корпусе
она раза в 1.5-2 больше по диаметру, чем сама пуля. Влетев в корпус, пуля разворотила карман для крепления жестких дисков. Я специально ставил мишень таким образом, чтобы пуля встретила преграды внутри корпуса
пыталась вылететь через днище, но уже не хватило энергии, металлическим носиком металл порвала, но протащить фтороплатовую тушку не смогла
Интересно также сравнить результаты попаданий пуль, выпущенных из 2-виткового, 3-виткового и 5-виткового стволов. На первом фото
показаны входные отверстия, на втором — они же только изнутри. По центру расположена дыра от 2-виткового ствола, справа — попадание из 3-виткового и слева — из 5-виткового. Явно видно, что чем выше скорость пули, тем больше дырка получается в пробиваемой поверхности.
Итого наши результаты с 5-витковым стволом
Исходные данные :
— масса пули 3.5 грамм
— калибр 10 мм.
— энергия батареи конденсаторов 7770 Дж.
— напряжение 820 Вольт.
Получено :
— скорость пули 280 м/с
— дульная энергия 137 Дж.
— импульс 0.98 кг*м/с
— КПД 1.78%
Комментарии:
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.
Очень оригинальный хронометр. Сила рельсы просто поражает 0_0
Прекрасные результаты, но КПД всё таки маловат.
Желаю дальнейших успехов в рельсотроностроении.
ничо личного,но кпд тут глубоко в жопе и находится на уровне неплохого гаусса…
А почему бы не измерить энергию пули непосредственно?
В механике давно известна соответстующее приспособление – так называемый баллистический маятник. Грубо говоря, это мешок с песком, подвешенный на достаточно длинном тросике. По углу отклонения маятника элементарно считается энергия пули (т.к. вся кинетическая энергия пули переходит в потенциальную энергию отклонения маятника).
Долго поднимал челюсть с пола, ибо считал что сделать рельсовую пушку с таким коротким стволом и околозвуковой скоростью пули невозможно, тем более в домашних условиях.
Жалко что использованная технология не позволяет сделать ствол метровой длины.
Конструкция пули ИМХО далеко не оптимальна – плоское и тонкое дно пули плохо как по причине высокого контактного сопротивления, так и из-за условий развития дуги. Нужно сделать толщину дна близкой к калибру ствола, и выточить его центральную часть на глубину около 2/3 калибра – получится стакан внутри которого и будет рпзвиваться дуга. Давление плазмы должно заметно возрасти. Так сделаны снаряды американских рельсовых пушек. Длину пули тоже следовалобы увеличить хотябы в два раза – возрастет устойчивость. Однако пуля станет тяжелой и ее скорость снизится…
Для домашней самоделки ствол сделан просто великолепно. Врядли можно чего-то радикально улучшить не прибегая к экзотическим для самодельщика материалам или технологиям.
Можно попробовать заменить слюдяную изоляцию на каптоновую (полиамидную), что ненамного сократит габариты. Можно попробовать пропитку разогретой эпоксидкой под вакуумной откачкой, что гарантирует отсутствие не заполненных смолой пустот. Но я не уверен, что для такой процедуры хватит бытового пылесоса.
У меня где-то завалялась охапка достаточно свежих (труды 13th symposium on EML technology, 2006) научных статей про рельсовые пушки. Там достаточно подробно пишут про конструкцию снарядов и рельс. Если интересно, могу послать не мыло.
С Уважением, Владимир
Mars,
Вы для начала попробуйте из гаусса вытянуть такую скорость, а потом уже судите о КПД. Да, ПОКА невысок КПД, но уверен, что получу больше, это первое. Второе – это то, что из рельсовой пушки можно получить высокие скорости при относительно небольших размерах устройства и общей простоте конструкции, а вот скорости даже в 150 м/с из гаусса ….
NiGMa
А собственно зачем ? Я нашел достаточно простой и точный способ измерения скорости. Устройство устойчиво к электромагнитным помехам, скорость меряет великолепно, только в первом случае я померял скорость плазмы, а во втором – скорость пули.
v0v04ka
Про пулю – дельное замечание, но она утяжелится. Медноугольный материал довольно тяжел, а чем тяжелее пуля – тем меньше КПД. В принципе да, попробовать увеличить толщину стоит, хотя бы до 7-8 мм. Статьи было бы интересно почитать. Буду признателен, если зашлете их на мыло.
Владимир, ствол длиннее сделать вполне реально, и это будет следующий шаг. Из материалов хотел бы попробовать использовать не эпоксидную смолу, а искуственный камень, то из чего льют подоконники, ступени, столешницы, etc… Но его просто так в хозмагах не продают
пуля должна быть, вру, обязана быть вытянуто-цилиндрической формы? но что мешает применить шарик?
по хорошему на выходе тогда теоретически выйдет полусфера – которая предполагается будет самоцентрирующейся.
простите за мои ламерские умозаключения. просто ИМХую.
Круто. Только можно нарисовать схему многовиткового ствола, а то по описанию и фотографиям я не очень понял как это работает? Ну или ссылку где можно посмотреть
Конечно, потрясен Вашимы успехами! Сам хотел построить нечто подобное, но из-за низкого КПД боялся воплощать в металл. Зато могу подкинуть идею к размышлению: повысить КПД можно попробовать придав начальную скорость телу до контакта с шинами рельсотрона, например с помощью электромагнита с втягивающимся якорем (ударником), который и придаст начальную скорость (кстати его можно использовать для автоматической подачи пуль, добившись многозарядности).
Serg_, спасибо за участие. Пневматический инжектор как раз и используется для придания пуле начальной скорости, а вот с многозарядностью туго. После каждого выстрела ствол с рельсами необходимо прочищать от конденсата – остывшей испарившейся с рельс меди. Поэтому увы, многозарядность пока не получается сделать. Для этого нужно будет обеспечить чистоту ствола от выстрела к выстрелу, т.е. использовать в рельсах не испаряемый материал. Например, меднографитовое донышко пули практически не выгорает, но рельсы из медноугольного материала сделать не выйдет – материал очень мягкий.
В общем, если кто предложит решение проблемы с долговечностью рельс буду очень признателен конечно.
просто потрясён устройством.предложение такое – откачивать из дула воздух и закрывать до выстрела плёнкой.всёравно ствол одноразовый.может положительно сказаться на мощности, но отрицательно на точности.пуля может находиться на момент заклейки плёнкой уже в стволе.
Я восхищен!
Советовать конечно все горазды, вот реализовать …
Однако и я не сильно отличаюсь от стандартного обывателя, склонного к раздаче советов
Полагаю что медь по всей длине ствола в качестве рельс совершенно не нужна, для образования плазмы работает донышко пули почему рельсы не сделать со стальной кромкой? Да это увеличит разогрев за счет того что сталь ферромагнетик, да КПД несколько упадет, да силы притяжения действующие на рельсы возрастут, но при этом сталь не так просто испарить и возможно удастся сделать ствол «постоянного» использования…
Еще одно.
Если последовательно виткам ствола включить диод и еще одну батарею конденсаторов, то уменьшив сообщаемую пуле энергию на 10-15%, мы сохраним где-то 60% энергии в этой батарее. Нехитрым переключателем мы сможем использовать эту энергию повторно, немного дозарядив батарею. Таким образом уменьшим время перезаряда.
Суммарный КПД установки возрастет раза в три …
По моему в предыдущем посте я ступил … у тебя же ствол с лавинными диодами работает на отдачу энергии …
У меня такое чувство что зря ты батарее не даешь перезаряжаться, шунтируя ее диодами.
Да, создавая замкнутый контур ты отдаешь снаряду больше энергии, но
В тоже время на финальном этапе разгона снаряд догоняется уже слабыми токами, что очень не эффективно, лучше рекуперировать их в батарею и использовать повторно.
Думаю ЭДС самоиндукции не пробъет твою батарею, ведь часть энергии все равно тратится на создание плазмы и разгон снаряда, так что напруга на батарее врядли превысит 90% от начального заряда.
О стабилизации снаряда.
Думаю в многовитковом стволе ситуацию ухудшают близкорасположенные с выходом поперечные проводники витков. Они создают поле, линии магнитной индукции которого располагаются под углом, создавая момент вращения у снаряда. Ведь выходя из ствола снаряд все еще является проводником тока через плазменный шнур.
Тут либо нужно както уводить эти проводники подальше от снаряда, либо както компенсировать их влияние.
Проточки для выхода плазмы – отличное решение. Однако было бы неплохо измерить скорость вращения, чтобы иметь представление о созаваемом гироэффекте …
Если в нарезном оружии скорость вращения напрямую зависит от шага нарезки и выходной скорости снаряда, то тут дело гораздо сложнее, и думаю от скорости снаряда зависимость обратнопропорциональная – т.е. чем выше скорость снаряда тем меньше скорость вращения.
У меня есть предложение, но оно довольно трудно реализуемое и касается устройства самой мелкой части – снаряда. Необходимо изготовить снаряд по принципу сердечника двигателя постоянного тока – т.е. нужно по длинне снаряда пустить несколько проводников с меньшим сопротивлением чем у донышка в виде перевернутой закрученной букы U. (в принципе проводники должны располагаться также как произведена нарезка в текущей конструкции)
Эти витки будут работать как ротор двигателя и при создаваемых внешних магнитных полях будет очень эффективно закручивать снаряд. Причем характеристика зависимости скорости вращения от линейной скорости снаряда будет такой же как у нарезного оружия .. ну или почти такой же.
Кстати … а почему донышко? Помоему стабильнее будет конструкция где «донышко» будет располагаться непосредственно за головкой винта. А фторопласт будет выполнять роль стабилизирующего хвостовика.
Вопрос – какова скорость снаряда выходящего из инжектора?
Меня заинтересовало какой прирост скорости дает рельсотрон.
с 651-ым метров 20-30,максимум 40,на выходе-Дмитрий написал
Чет сразу не догадался посмотреть. Начальная скорость полета, м/с – 110
Ответы для Mr.H
1. Начальная скорость далеко не 110 м/с. Намного ниже. Ниже даже чем из рогатки эту пульку запустить. Причина в том, что пуля весит почти 4 грамма, точнее 3.5. Это в 7 раз больше того, на что рассчитан МР651 заводчанами.
2.Поповоду рельс и плазмы. Плазма теперь как раз из рельс и образуется. Потому что медноугольное донышко практически не отгорает вообще. Это дюралевое здорово испарялось. Для улучшения ETC эффекта собираюсь как-нибудь попробовать смазать пулю смазкой типа литола.
3.по поводу диодов и перезарядки батареи. Не будет ее, если убрать диоды. Не будет потому, что конденсаторы все же полярные, а при выстреле образуется ЭДС дающяя напряжение обратной полярности. Вот оно как раз не перезарядит электролиты, а скорее их убъет. Потому и нужны диоды, чтоб через емкости ток не протекал.
4. по поводу стабилизации. Это вопрос еще не окончательно закрыт, так как собираюсь увеличить начальную скорость, выйти на сверхзвук, а может даже и на 3-4 Маха. При этом я почти уверен в том, что существенно изменится баллистика и нарезы, что я придумал могут оказаться не нужными или их прийдется делать по-другому.
5. Донышко именно потому, что впереди него должен обязательно располагаться диэлектрический поршень, препятствующий ускользанию плазмы вперед.
Ответы для Mr.H
1. Понял раньше что не на ту пулю .. но писать не стал ..
2. Ну понятно, а плазмы за счет ионизации воздуха не хватит?
3. Ну вообщето у вас есть последовательное соединение конденсаторов для повышения напряжения пробоя … и можно включить полярные конденсаторы в последовательную цепь так, чтобы получилась неполярная батарея .. .я думал что так и сделано. если не так то модно переделать чтобы батарея стала неполярной перепояв один ряд конденсаторов.
4. Надеюсь вам поможет идея с ротором.
5. А какой процент прироста скорости дает именно плазма? .. мне казалось что основную работу делает всетаки сила ампера, а образование плазмы необходимо только для проведения тока, и более того образование ее в количествах создающих избыточное давление в стволе является вредным, т.к. шунтирует цепь образованную пулей и уменьшает основные силы разгоняющие снаряд.
Я хоть и не Дмитрий,но на пару вопросов отвечу:
2) ЕTC-ElectroTermalCannon-бдыщ-ган по нашему,ионизированный газ дает не тот объем,который дал-бы ETC-эффект,однако-же любой другой материал-смазка,жидкость,металл при ионизации нехило расширяются-ибо ионизировать можно тока газ-а вы сами понимаете,что при переходе из твердого/жидкого состояния в газообразное в-во расширяется,а тут ещё и тепловое расширение добавляется-в общем воздух не тру и не айс для ЕTC
3)и как Вы себе представляете работу сие?таскать лишние 6 неиспользуемых при выстреле килограмм-однозначно из серии КГ/АМ
5)не ерусь утверждать,но соотношение примерно 1:1
В догонку(нечанно раньше отправилось):
[quote]Ну вообщето у вас есть последовательное соединение конденсаторов для повышения напряжения пробоя …[/quote]-как-бы ЭДС самоиндукции никто не отменял и тут никакое последовательное соединение не спасет-это раз,и два-выше напряжение-выше ток
[quote]можно включить полярные конденсаторы в последовательную цепь так, чтобы получилась неполярная батарея …[/quote]-в общем если не схему,то подробное описание с научным обоснованием почему это лучше в студию
ЗЫ в предыдущем посте пара очепяток:
ерусь*-берусь
сие*-сией
Mr. H, На 5-ый вопрос отвечу
Тут Вы правы. С увеличением числа витков в подмагничивающей системе заметно большую роль начинает играть именно электромагнитное взаимодействие, а не давление плазмы. Давление плазмы как-бы больше используется на начальном этапе разгона пули. Дальше – электромагнетизм. Думаю, прав был один из отписавшихся тут авторов, что площадь контакта пули с рельсами нужно как-то увеличить, например, за счет утолщения донышка. Это даст уменьшение сопротивления контакта и увеличение тока в цепи. Ускорение же пули квадратно пропорционально увеличению тока.
скажите пожалуйста. Как с Вами можна связатся? Мой мейл kverk.vjacheslav@rambler.ru. спасибо. Жду ответа.
> Потому и нужны диоды, чтоб через емкости ток не протекал.
Подсмотрено у каких-то любителей гауссовских девайсов: диоды борющиеся с самоиндукцией можно поставить по достаточно очевидной и банальной схеме – «крест-накрест».Чтобы заворачивали ЭДС самоиндукции … обратно на подзаряд емкостей в верной полярности!Топорно, просто и эффективно.Enjoy.
Очень интересно. Почитал каменты и напрашивается логический вывод: можно на начальном этапе разгонять плазмой, потом без неё, т.е. делать рельсы из разных материалов, вначале сильно испаряющиеся, далее неиспаряющиеся (насколько это возможно).
очень интересный проект.
есть один очень простой способ уменьшить омомическое сопротивление ствола, основная масса атомов проводника участвующая в переносе электронов приходится на атомы расположенные на его внешней поверхности, таким образом если покрыть шины тонким слоем серебра можно значительно уменьшить сопротивление, нанести серебро на шины можно при помощи гальванической ванны используя раствор нитрата серебра и серебряный электрод, так же можно попробовать покрыть серебром сами рельсы, возможно это их спасет от выгорания, серебро все же более тугоплавкое чем серебро
вдогонку
я бы все таки попробовал бы реконфигурировать батарею кондеров для увеличения напряжения в два раза, также неплохо было бы узнать сопротивление системы в момент пролетания пули через ствол, работайте над инжектором, чем выше скорость снаряда на момент замыкания рельс тем выше ккд
nutrij, увы, горит все. В килоамперных токах выгорает все и серебро, и вольфрам, вопрос только в скорости выгорания. Впрочем…. можно попробовать пропаять поверхность рельс слоем серебряно-медно-фосфорного припоя. Он тугоплавкий и при плавлении во время пайки защищает основной металл от воздействия атмосферного воздха. Им паять можно вообще без флюса. Вот этим можно попробовать покрыть медь. Он кстати еще тверже меди.
nutrij, тоже в догонку
1. Необходимо изолировать те самые 1600 вольт. У меня уже был случай подрыва ствола (давно) от того, что пробило зазор между рельсой и катушкой подмагничивания. Зазор был в 1 мм. Это 800 вольт пробило. Сейчас у меня тот зазор 2 мм и в нем находится слюда, для повышения электрической прочности. Пока работает., при 800.
2. 800 вольт – легче разряжать обратно, чем 1600, легче конвертор построить. Ну, 1200 – я бы еще рискнул сделать и этот вариант я держу в голове, если увижу, что 800 – не айс
За инжектор – абсолютная правда, чем выше будет начальная скорость, тем выше КПД.
«На практике рельсы изготавливают из бескислородной меди, покрытой серебром» википедия. В качестве более продвинутого инжектора можно присмотреться к пейнтбольному маркеру