Gibt es im wirklichen Leben eine Gauss-Waffe? Elektromagnetische Waffe: eine Waffe der Zukunft. Schaltung zum Einschalten und Erzeugen von Zeitverzögerungen
Hallo zusammen. In diesem Artikel schauen wir uns an, wie man eine tragbare elektromagnetische Gauß-Pistole herstellt, die mithilfe eines Mikrocontrollers zusammengebaut wird. Nun, was die Gauß-Kanone betrifft, war ich natürlich begeistert, aber es besteht kein Zweifel, dass es sich um eine elektromagnetische Waffe handelt. Dieses Gerät auf einem Mikrocontroller wurde entwickelt, um Anfängern das Programmieren von Mikrocontrollern am Beispiel des Baus einer elektromagnetischen Pistole mit eigenen Händen beizubringen. Schauen wir uns einige Konstruktionspunkte sowohl in der elektromagnetischen Gauß-Pistole selbst als auch im Programm für den Mikrocontroller an.
Von Anfang an müssen Sie sich für den Durchmesser und die Länge des Laufs der Waffe selbst sowie für das Material entscheiden, aus dem sie hergestellt werden soll. Ich habe ein 10-mm-Kunststoffgehäuse eines Quecksilberthermometers verwendet, weil ich eines herumliegen hatte. Sie können jedes verfügbare Material verwenden, das nicht ferromagnetische Eigenschaften hat. Dies sind Glas, Kunststoff, Kupferrohr usw. Die Länge des Zylinders kann von der Anzahl der verwendeten elektromagnetischen Spulen abhängen. In meinem Fall kommen vier elektromagnetische Spulen zum Einsatz, die Lauflänge betrug zwanzig Zentimeter.
Was den Durchmesser des verwendeten Rohrs angeht, zeigte sich während des Betriebs der elektromagnetischen Waffe, dass der Durchmesser des Laufs im Verhältnis zum verwendeten Projektil berücksichtigt werden muss. Einfach ausgedrückt sollte der Durchmesser des Laufs nicht viel größer sein als der Durchmesser des verwendeten Projektils. Idealerweise sollte der Lauf der elektromagnetischen Waffe zum Projektil selbst passen.
Das Material zur Herstellung der Projektile war eine Achse aus einem Drucker mit einem Durchmesser von fünf Millimetern. Aus diesem Material wurden fünf Rohlinge mit einer Länge von 2,5 Zentimetern hergestellt. Sie können jedoch auch Stahlrohlinge verwenden, beispielsweise Draht oder Elektrode – was auch immer Sie finden können.
Sie müssen auf das Gewicht des Projektils selbst achten. Das Gewicht sollte möglichst gering sein. Es stellte sich heraus, dass meine Muscheln etwas schwer waren.
Vor der Entwicklung dieser Waffe wurden Experimente durchgeführt. Als Lauf diente eine leere Paste aus einem Stift und als Projektil eine Nadel. Die Nadel durchbohrte problemlos den Deckel eines Magazins, das in der Nähe der elektromagnetischen Pistole angebracht war.
Da die ursprüngliche elektromagnetische Gauß-Pistole auf dem Prinzip basiert, einen Kondensator mit einer Hochspannung von etwa dreihundert Volt aufzuladen, sollten unerfahrene Funkamateure sie aus Sicherheitsgründen mit einer Niederspannung von etwa zwanzig Volt betreiben. Niederspannung bedeutet, dass die Flugreichweite des Projektils nicht sehr groß ist. Aber auch hier hängt alles von der Anzahl der verwendeten elektromagnetischen Spulen ab. Je mehr elektromagnetische Spulen verwendet werden, desto größer ist die Beschleunigung des Projektils in der elektromagnetischen Waffe. Auch der Durchmesser des Laufs spielt eine Rolle (je kleiner der Durchmesser des Laufs, desto weiter fliegt das Projektil) und die Qualität der Wicklung der elektromagnetischen Spulen selbst. Elektromagnetische Spulen sind vielleicht das Grundlegendste bei der Konstruktion einer elektromagnetischen Waffe; darauf muss ernsthaft geachtet werden, um einen maximalen Projektilflug zu erreichen.
Ich werde die Parameter meiner elektromagnetischen Spulen angeben; Ihre können anders sein. Die Spule ist mit Draht mit einem Durchmesser von 0,2 mm umwickelt. Länge der Lagenwicklung elektromagnetische Spule ist zwei Zentimeter groß und enthält sechs solcher Reihen. Ich isolierte nicht jede neue Schicht, sondern begann, eine neue Schicht über die vorherige zu wickeln. Aufgrund der Tatsache, dass die elektromagnetischen Spulen mit Niederspannung betrieben werden, müssen Sie den maximalen Qualitätsfaktor der Spule erreichen. Deshalb wickeln wir alle Windungen Windung für Windung eng aneinander.
Was das Zuführgerät betrifft, bedarf es keiner besonderen Erklärung. Alles wurde aus Abfallfolien-Leiterplatten gelötet, die bei der Herstellung von Leiterplatten übrig blieben. Auf den Bildern ist alles im Detail dargestellt. Das Herzstück des Feeders ist der SG90-Servoantrieb, der von einem Mikrocontroller gesteuert wird.
Die Vorschubstange besteht aus einer Stahlstange mit einem Durchmesser von 1,5 mm, am Ende der Stange ist eine M3-Mutter zur Kopplung mit dem Servoantrieb abgedichtet. Um den Arm zu vergrößern, ist an der Wippe des Servoantriebs ein an beiden Enden gebogener Kupferdraht mit einem Durchmesser von 1,5 mm installiert.
Dieses einfache, aus Schrottmaterialien zusammengesetzte Gerät reicht völlig aus, um ein Projektil in den Lauf einer elektromagnetischen Waffe abzufeuern. Die Vorschubstange muss vollständig aus dem Lademagazin herausragen. Als Führung für die Vorschubstange diente ein gesprungener Messingständer mit einem Innendurchmesser von 3 mm und einer Länge von 7 mm. Es war schade, es wegzuwerfen, deshalb war es praktisch, genau wie die Stücke der Folienplatine.
Das Programm für den atmega16-Mikrocontroller wurde in AtmelStudio erstellt und ist für Sie ein komplett offenes Projekt. Schauen wir uns einige Einstellungen im Mikrocontroller-Programm an, die vorgenommen werden müssen. Für den effizientesten Betrieb der elektromagnetischen Pistole müssen Sie die Betriebszeit jeder elektromagnetischen Spule im Programm konfigurieren. Die Einstellungen werden der Reihe nach vorgenommen. Löten Sie zunächst die erste Spule in den Stromkreis ein, schließen Sie nicht alle anderen an. Stellen Sie die Betriebszeit im Programm ein (in Millisekunden).
PORTA |=(1<<1); // катушка 1
_delay_ms(350); / / Arbeitszeit
Flashen Sie den Mikrocontroller und führen Sie das Programm auf dem Mikrocontroller aus. Die Kraft der Spule sollte ausreichen, um das Projektil zurückzuziehen und eine anfängliche Beschleunigung zu erzeugen. Nachdem Sie die maximale Reichweite des Projektils erreicht haben, passen Sie die Betriebszeit der Spule im Mikrocontrollerprogramm an, schließen Sie die zweite Spule an und passen Sie auch die Zeit an, um eine noch größere Flugreichweite des Projektils zu erreichen. Dementsprechend bleibt die erste Spule eingeschaltet.
PORTA |=(1<<1); // катушка 1
_delay_ms(350);
PORTA &=~(1<<1);
PORTA |=(1<<2); // катушка 2
_delay_ms(150);
Auf diese Weise konfigurieren Sie den Betrieb jeder elektromagnetischen Spule, indem Sie sie der Reihe nach anschließen. Mit zunehmender Anzahl elektromagnetischer Spulen im Gerät einer elektromagnetischen Gauss-Kanone sollte auch die Geschwindigkeit und damit die Reichweite des Projektils zunehmen.
Dieses mühsame Verfahren zum Einstellen jeder einzelnen Spule kann vermieden werden. Dazu müssen Sie jedoch das Gerät der elektromagnetischen Waffe selbst modernisieren und Sensoren zwischen den elektromagnetischen Spulen installieren, um die Bewegung des Projektils von einer Spule zur anderen zu überwachen. Sensoren in Kombination mit einem Mikrocontroller vereinfachen nicht nur den Einrichtungsprozess, sondern erhöhen auch die Flugreichweite des Projektils. Ich habe diesen Schnickschnack nicht hinzugefügt und das Mikrocontroller-Programm nicht komplizierter gemacht. Ziel war es, ein interessantes und einfaches Projekt mithilfe eines Mikrocontrollers umzusetzen. Wie interessant es ist, liegt natürlich bei Ihnen. Um ehrlich zu sein, habe ich mich wie ein Kind gefreut, als ich von diesem Gerät „gemahlen“ habe, und die Idee eines ernsthafteren Geräts auf einem Mikrocontroller ist gereift. Aber das ist ein Thema für einen anderen Artikel.
Programm und Schema -
Gauss-Gan ist ein unter Funkamateuren recht verbreitetes Gerät. Das Gerät der Gauß-Kanone ist recht einfach. Die Waffe besteht aus mehreren Teilen:
1) Stromversorgung
2) Spannungswandler
3) Elektromagnetische Spule
Dies sind die Hauptbestandteile des Geräts, das allgemein als Gaußscher elektromagnetischer Massenbeschleuniger bekannt ist. Die Hauptteile des Geräts sind nicht kritisch, alles hängt von der Vorstellungskraft der Autoren ab. Auch die Grundlagen der Arbeit sind recht einfach. Der Spannungswandler erhöht die Anfangsspannung der Stromquelle auf einen Wert von 300–450 Volt, dann wird diese Spannung gleichgerichtet und in Elektrolytkondensatoren akkumuliert. Die Leistung der Pistole selbst hängt von der Kapazität des Kondensators ab. Im Moment des Starts wird das gesamte Potential des Kondensators (häufig wird ein Block aus mehreren Kondensatoren verwendet) an die Spule angelegt, woraufhin diese sich in einen starken Elektromagneten verwandelt und die Eisenmasse herausdrückt. Das Funktionsprinzip einer Gauss-Pistole ähnelt in gewisser Weise dem Funktionsprinzip eines Relais, nur dass hier für kurze Zeit Strom an die Spule angelegt wird.
Heute schauen wir uns den Entwurf eines recht einfachen Massenbeschleunigers mit ausreichender Leistung an. Das Gerät dient lediglich der Demonstration des Funktionsprinzips. Bitte beachten Sie alle Sicherheitsvorkehrungen, da diese Art von Gerät aus mehreren Gründen sehr gefährlich ist.
Erstens entsteht an den Kondensatoren Hochspannung, und da die Kapazität der Kondensatoren groß ist, besteht Lebensgefahr.
Zweitens ist die Aufprallkraft der Masse ziemlich groß. Richten Sie sie daher nicht auf Personen und halten Sie einen gewissen Abstand zur Waffe ein.
Als Spannungswandler wurde eine Single-Cycle-Schaltung auf Basis des beliebten Timers der Serie 555 gewählt. Der Timer arbeitet im Modus eines Rechteckimpulsgenerators. Wie Sie wissen, enthält die Mikroschaltung keinen zusätzlichen Verstärker, daher wäre es sinnvoll, am Ausgang der Mikroschaltung einen zusätzlichen Treiber zu verwenden, aber wie die Praxis gezeigt hat, ist hier kein Treiber erforderlich, da die Ausgangsspannung mehr als beträgt genug, um den Transistor zu betreiben, und der Strom am Ausgang der Mikroschaltung beträgt etwa 200 mA . Somit wird der Chip auch ohne zusätzlichen Treiber nicht überlastet, alles funktioniert einwandfrei. Feldeffekttransistor – die Wahl ist nicht kritisch, Sie können jeden Transistor mit einem Strom von 40 A oder mehr verwenden, in meinem Fall habe ich IRFZ44 als günstige und ziemlich zuverlässige Option verwendet. Diese Schaltung benötigt keinen Rückstrom-Unterdrückungsfilter – ein weiterer Pluspunkt der Schaltung.
Die Leistung des Stromkreises hängt direkt von der Stromquelle ab; aus der Stromversorgungsbatterie entwickelt der Stromkreis etwa 45–60 Watt, während der Verbrauch 7,5–8 A beträgt.
Bei einer solchen Stromversorgung wird der Transistor sehr heiß, Sie sollten jedoch keine großen Kühlkörper verwenden, da das Gerät für den Kurzzeitbetrieb ausgelegt ist und eine Überhitzung nicht sehr schlimm ist.
In meinem Fall ist der Konverter auf einem kompakten Steckbrett montiert, der Einbau erfolgt doppelseitig. Die Widerstandsleistung kann 0,125 Watt betragen.
Transformator
Das Wickeln des Impulstransformators ist der wichtigste Teil, aber hier gibt es nichts Kompliziertes, da wir keinen Hochspannungstransformator wickeln und keine Gefahr eines Durchschlags in der Sekundärwicklung besteht, daher sind die Anforderungen an die Wicklungsqualität nicht sehr streng .
Als Kern wurden elektronische Vorschaltgeräte (60 Watt LDS-Vorschaltgerät) verwendet. Auf den Rahmen wurde zunächst die Primärwicklung gewickelt, die aus 7 Windungen 1 mm Draht besteht (es empfiehlt sich, zwei Litzen 0,5 mm Draht gleichzeitig zu wickeln).
Nach dem Wickeln der Primärwicklung muss diese isoliert werden. Als Isolierung verwende ich fast immer durchsichtiges Klebeband.
Die Sekundärwicklung ist auf die Primärwicklung gewickelt und besteht aus 120 Drahtwindungen mit einem Durchmesser von 0,2–0,3 mm. Alle 40-50 Windungen empfiehlt es sich, die Isolierung mit dem gleichen Klebeband anzubringen.
Ein solcher Konverter lädt eine Kapazität von 1000 uF in nur einer Sekunde auf!
Sobald wir einen fertigen 12-400-Volt-Spannungswandler haben, können wir weitermachen. Als Gleichrichter können Sie eine Brücke aus gepulsten Dioden mit einem Strom von mindestens 1 Ampere verwenden. FR207- oder FR107-Dioden sind für unsere Zwecke perfekt.
Die Kondensatoren wurden aus alten Computer-Netzteilen gelötet (solche Kondensatoren sind ziemlich teuer, daher ist es einfacher, alte Netzteile zu finden). Insgesamt wurden 6 200Volt/470uF-Kondensatoren verwendet.
Der Magnet ist auf ein Rohr eines Kugelschreibers gewickelt. Zum Wickeln wurde ein Draht mit einem Durchmesser von 1 mm verwendet, die Windungszahl betrug 45.
Das Wickeln erfolgt in Lagen (vom Wickeln in großen Mengen ist abzuraten).
Als Projektil eignet sich jeder Eisengegenstand, der frei in das Rohr passt. Rohr (Rahmen) Länge 15 cm (Rohre mit einer Länge von 10-25 cm können verwendet werden)
Die Waffe ist fast fertig, es muss nur noch der Schaltkreis des Abzugsmechanismus zusammengebaut werden. Diesmal kam ein Thyristor der Serie KU 202M(N) zum Einsatz. Der Stromkreis wird durch eine separate AA-Batterie gestartet, die den Steueranschluss des Thyristors mit Strom versorgt, wodurch dieser aktiviert wird und die Kondensatorkapazität dem Magneten zugeführt wird.
Liste der Radioelemente
| Bezeichnung | Typ | Konfession | Menge | Notiz | Geschäft | Mein Notizblock |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 555 | Programmierbarer Timer und Oszillator | NE555 | 1 | Zum Notizblock | ||
| T1 | MOSFET-Transistor | IRFZ44 | 1 | Zum Notizblock | ||
| VD1 | Gleichrichterdiode | 1N4148 | 1 | Zum Notizblock | ||
| Gleichrichterdiode | FR207 | 4 | FR107 | Zum Notizblock | ||
| VS1 | Thyristor und Triac | KU202M | 1 | Zum Notizblock | ||
| C1 | Kondensator | 10 nF | 1 | Zum Notizblock | ||
| C2 | Kondensator | 3,9 nF | 1 | Zum Notizblock | ||
| C3-C8 | Elektrolytkondensator | 470uF 200V | 6 | Zum Notizblock | ||
| R1, R2 | Widerstand |
Hallo Freunde! Sicherlich haben einige von Ihnen bereits den elektromagnetischen Gauß-Beschleuniger, besser bekannt als „Gauß-Kanone“, gelesen oder sind ihm persönlich begegnet.
Eine herkömmliche Gauss-Pistole besteht aus schwer zu findenden oder ziemlich teuren Kondensatoren mit hoher Kapazität und erfordert außerdem einige Verkabelungen (Dioden, Thyristoren usw.), um ordnungsgemäß aufgeladen und abgefeuert zu werden. Das kann für Leute, die nichts von Funkelektronik verstehen, ziemlich schwierig sein, aber die Lust am Experimentieren lässt sie nicht still sitzen. In diesem Artikel werde ich versuchen, ausführlich über das Funktionsprinzip der Waffe zu sprechen und darüber, wie man einen Gauß-Beschleuniger auf ein Minimum vereinfacht zusammenbauen kann.
Der Hauptteil der Waffe ist die Spule. In der Regel wird es unabhängig auf einen dielektrischen, nicht magnetischen Stab gewickelt, dessen Durchmesser etwas größer ist als der Durchmesser des Projektils. Bei der vorgeschlagenen Konstruktion kann die Spule sogar „nach Augenmaß“ gewickelt werden, da das Funktionsprinzip einfach keine Berechnungen zulässt. Es reicht aus, einen Kupfer- oder Aluminiumdraht mit einem Durchmesser von 0,2 bis 1 mm in Lack- oder Silikonisolierung zu besorgen und 150 bis 250 Windungen auf den Zylinder zu wickeln, sodass die Wickellänge einer Reihe etwa 2 bis 3 cm beträgt. Sie können auch Verwenden Sie einen vorgefertigten Magneten.
Wenn ein elektrischer Strom durch eine Spule fließt, entsteht in ihr ein Magnetfeld. Einfach ausgedrückt verwandelt sich die Spule in einen Elektromagneten, der das Eisenprojektil anzieht. Damit es beim Eintritt in den Magneten nicht in der Spule verbleibt, müssen Sie lediglich die Stromversorgung ausschalten.
Bei klassischen Waffen wird dies durch genaue Berechnungen, den Einsatz von Thyristoren und anderen Bauteilen erreicht, die den Impuls im richtigen Moment „abschneiden“. Wir werden die Kette einfach durchbrechen, „wenn es klappt“. Für die Notunterbrechung eines Stromkreises im Alltag werden Sicherungen verwendet; diese können in unserem Projekt verwendet werden, es ist jedoch ratsamer, sie durch Glühbirnen aus einer Weihnachtsbaumgirlande zu ersetzen. Sie sind für die Stromversorgung mit Niederspannung ausgelegt. Wenn sie also über ein 220-V-Netz mit Strom versorgt werden, brennen sie sofort durch und unterbrechen den Stromkreis.
Das fertige Gerät besteht nur aus drei Teilen: einer Spule, einem Netzwerkkabel und einer in Reihe mit der Spule geschalteten Glühbirne.
Viele werden zustimmen, dass die Verwendung einer Waffe in dieser Form äußerst unbequem und unästhetisch und manchmal sogar sehr gefährlich ist. Also habe ich das Gerät auf einem kleinen Stück Sperrholz montiert. Ich habe separate Anschlüsse für die Spule installiert. Dadurch ist es möglich, den Magneten schnell zu wechseln und mit verschiedenen Optionen zu experimentieren. Für die Glühbirne habe ich zwei dünn geschnittene Nägel angebracht. Die Enden der Glühbirnendrähte werden einfach umwickelt, sodass die Glühbirne sehr schnell wechselt. Bitte beachten Sie, dass sich die Flasche selbst in einem speziell angefertigten Loch befindet.
Tatsache ist, dass beim Abfeuern eines Schusses ein großer Blitz und Funken entstehen, daher hielt ich es für notwendig, diesen „Strom“ etwas nach unten zu verschieben.
Die Auswurfgeschwindigkeit des Projektils ist hier recht hoch, aber selbst Papier durchdringt es nur schwer, manchmal werden Eisengeschosse in den Schaum getrieben.
In dem Artikel wird ein Beispiel für die Herstellung einer einfachen Gauß-Waffe betrachtet. Der Kern des Geräts besteht darin, dass es mit einem elektromagnetischen Feld arbeitet, das heißt, die Ladung wird mit Hilfe von Elektrizität in den Flug geschickt. Diese Waffe ist sehr einfach zusammenzubauen; wenn Sie über alle notwendigen Materialien verfügen, dauert der Zusammenbau etwa eine Stunde. Natürlich ist die Leistung der Waffe nicht besonders groß, da ihr Wirkungsgrad nur 1 % beträgt, aber das reicht völlig aus, um Pappe oder eine Bierdose zu durchbohren. Zur Ladungsspeicherung werden leicht zugängliche Kondensatoren verwendet und die Spannungsquelle ist eine normale Steckdose, also 220 V Wechselstrom. Die Kanone kann Stahlkugeln oder Pfeile verschießen, die aus Nägeln hergestellt werden können.
Materialien und Werkzeuge für die Montage:
- Glühbirne (220V, 60 Watt) mit Fassung;
- Drähte;
- Kondensatoren (können über ein Computer-Netzteil bezogen werden);
- Dioden;
- Metall- und Kunststoffrohre;
- lackierter Kupferdraht;
- Kleber (Titan reicht aus);
- Lötkolben mit Lot;
- Isolierband.
Herstellungsprozess der Gauss-Kanone:
Schritt eins. Wie die Waffe funktioniert
Um zu verstehen, wie die Waffe funktioniert, wird empfohlen, das Diagramm zu studieren. Es ist ganz einfach, es gibt keine Konverter, alles funktioniert über ein 220-V-Netzwerk. Die Schaltung besteht aus Kondensatoren, die Ladung speichern, einer Diode (notwendig zum Ausgleich des Wechselstroms), einer Spule (dem Elektromagneten selbst) und einer Glühbirne, die den Ladestrom der Kondensatoren begrenzt.
Schritt zwei. Wir machen eine Spule
Die Spule fungiert als Elektromagnet, wenn von den Kondensatoren Spannung an sie angelegt wird. Zur Herstellung einer Spule benötigen Sie lackierten Draht mit einer Dicke von mindestens 0,7 mm. Der Draht wird um ein Kunststoff- oder Metallrohr gewickelt und dient gleichzeitig als Trommel. Der Draht muss sorgfältig und gleichmäßig Windung für Windung aufgewickelt werden. Wenn die erste Schicht gewickelt ist, muss sie mit Klebstoff fixiert werden. Dann wird eine neue Schicht darüber gewickelt. Zum Ausrichten der Spulen können Sie Holzgegenstände oder Bambus verwenden. Dadurch sollte die Spule die Form annehmen, wie sie auf dem Foto zu sehen ist.
Schritt drei. Eine Batterie aus Kondensatoren herstellen
Die Kondensatorbank ist die Stromquelle für die Pistole. Je mehr Kondensatoren vorhanden sind, desto mehr Ladung können sie ansammeln, was bedeutet, dass die Waffe umso stärker feuert. Für diese Zwecke eignen sich Kondensatoren aus einem Computer-Netzteil perfekt, ihre Nennspannung beträgt 200 V. Die Kapazität kann 470 µF oder 560 µF betragen. Insgesamt verwendet der Autor sechs Kondensatoren, die mit einem Lötkolben und Drähten parallel geschaltet werden.
Schritt vier. Die letzte Phase der Montage
Um solche Kondensatoren aufzuladen, benötigen Sie einen konstanten Strom, um ihn zu erhalten, benötigen Sie Dioden. Solche Dioden finden sich wiederum in einem Computer-Netzteil. Um das System zuverlässig zu machen, können Sie 4 oder mehr Dioden parallel installieren. Das Minus der Diode muss mit dem Plus des Kondensators verbunden werden oder umgekehrt.
In den Stromkreis ist unter anderem eine Glühbirne eingebunden, die die Aufgabe eines Widerstands übernimmt und ein Aufladen der Kondensatoren bis zum Durchbruch verhindert. Die Glühbirne dient auch als Ladeanzeige; mit ihr lässt sich feststellen, wann die Kondensatoren geladen sind und man einen Schuss abfeuern kann.
Für den Auslöser benötigen Sie einen Schalter zum Abfeuern der Schüsse oder vorzugsweise einen Kippschalter. Wichtig ist, dass der Schalter bzw. Kippschalter hohen Belastungen standhält. Gauß-Kanone(Englisch) Gauß-Kanone, Gauß-Kanone) ist eine Art elektromagnetischer Massenbeschleuniger. Benannt nach dem Wissenschaftler Gauß, der die physikalischen Prinzipien des Elektromagnetismus untersuchte, auf denen dieses Gerät basiert.
Funktionsprinzip
Die Gauß-Pistole besteht aus einem Magneten, in dessen Inneren sich ein Lauf (normalerweise aus Dielektrikum) befindet. Ein Projektil (aus ferromagnetischem Material) wird in ein Ende des Laufs eingeführt. Wenn in der Magnetspule ein elektrischer Strom fließt, entsteht ein Magnetfeld, das das Projektil beschleunigt und in die Magnetspule „zieht“. In diesem Fall erhält das Projektil an den Enden Pole, die symmetrisch zu den Polen der Spule sind, weshalb das Projektil nach Passieren der Mitte des Magneten in die entgegengesetzte Richtung angezogen wird, d. h. verlangsamt. Wenn jedoch in dem Moment, in dem das Projektil die Mitte des Magneten passiert, der Strom darin abgeschaltet wird, verschwindet das Magnetfeld und das Projektil fliegt am anderen Ende des Laufs heraus. Wenn jedoch die Stromquelle ausgeschaltet wird, bildet sich in der Spule ein Selbstinduktionsstrom, der die entgegengesetzte Richtung des Stroms hat und daher die Polarität der Spule ändert. Dies bedeutet, dass bei einem abrupten Abschalten der Stromquelle ein Projektil, das am Zentrum der Spule vorbeifliegt, abgestoßen und weiter beschleunigt wird. Andernfalls wird das Projektil abgebremst, wenn es die Mitte nicht erreicht hat.Für die größte Wirkung muss der Stromimpuls im Magneten kurzzeitig und kraftvoll sein. Zur Erzeugung eines solchen Impulses werden in der Regel elektrische Kondensatoren eingesetzt. Wenn ein polarer Kondensator verwendet wird (z. B. an einem Elektrolyten), muss der Stromkreis über Dioden verfügen, die den Kondensator vor Selbstinduktionsstrom und Explosion schützen.
Die Parameter von Wicklung, Projektil und Kondensatoren müssen so aufeinander abgestimmt sein, dass beim Abfeuern, wenn sich das Projektil der Mitte der Wicklung nähert, der Strom in dieser bereits auf einen Mindestwert, d Die Ladung der Kondensatoren wäre bereits vollständig verbraucht. In diesem Fall ist die Effizienz einer einstufigen Gauß-Kanone maximal.
Berechnungen
In einem Kondensator gespeicherte Energie
V - Kondensatorspannung (in Volt)C - Kapazität des Kondensators (in Farad)
Die gespeicherte Energie beim Reihen- und Parallelschalten von Kondensatoren ist gleich.
Kinetische Energie des Projektils
M - Projektilmasse (in Kilogramm)
u - seine Geschwindigkeit (in m/s)
Entladezeit des Kondensators
Dies ist die Zeit, in der der Kondensator vollständig entladen ist. Es entspricht einem Viertel der Periode:L - Induktivität (in Henry)
C - Kapazität (in Farad)
Betriebszeit des Induktors
Dies ist die Zeit, in der die EMK der Induktivität auf den Maximalwert ansteigt (vollständige Entladung des Kondensators) und vollständig auf 0 abfällt. Sie entspricht der oberen Halbwelle der Sinuswelle.L - Induktivität (in Henry)
C - Kapazität (in Farad)
Vorteile und Nachteile
Die Gauß-Kanone als Waffe hat Vorteile, die andere Arten von Kleinwaffen nicht haben. Dies ist das Fehlen von Patronen und die unbegrenzte Wahl der Anfangsgeschwindigkeit und Energie der Munition sowie der Feuerrate der Waffe, die Möglichkeit eines lautlosen Schusses (wenn die Projektilgeschwindigkeit die Schallgeschwindigkeit nicht überschreitet), einschließlich ohne Wechsel von Lauf und Munition, relativ geringer Rückstoß (entspricht dem Impuls des ausgeworfenen Projektils, kein zusätzlicher Impuls durch Pulvergase oder bewegliche Teile), theoretisch höhere Zuverlässigkeit und Verschleißfestigkeit sowie die Fähigkeit, unter allen Bedingungen zu arbeiten , einschließlich des Weltraums.Doch trotz der scheinbaren Einfachheit der Gauß-Kanone und ihrer Vorteile ist ihre Verwendung als Waffe mit ernsthaften Schwierigkeiten verbunden.
Die erste Schwierigkeit ist die geringe Effizienz der Anlage. Nur 1-7 % der Kondensatorladung werden in die kinetische Energie des Projektils umgewandelt. Dieser Nachteil kann teilweise durch den Einsatz eines mehrstufigen Projektilbeschleunigungssystems ausgeglichen werden, allerdings erreicht der Wirkungsgrad selten auch nur 27 %. Daher ist die Gauß-Kanone hinsichtlich der Schusskraft sogar pneumatischen Waffen unterlegen.
Die zweite Schwierigkeit ist der hohe Energieverbrauch (aufgrund des geringen Wirkungsgrads) und die relativ lange Wiederaufladezeit der Kondensatoren, was es erforderlich macht, neben der Gauss-Pistole eine Stromquelle (normalerweise eine leistungsstarke Batterie) mitzuführen. Durch den Einsatz supraleitender Magnetspulen lässt sich die Effizienz deutlich steigern, allerdings ist dafür ein leistungsstarkes Kühlsystem erforderlich, was die Beweglichkeit der Gauss-Kanone deutlich einschränkt.
Die dritte Schwierigkeit (ergibt sich aus den ersten beiden) ist das große Gewicht und die großen Abmessungen der Anlage bei gleichzeitig geringem Wirkungsgrad.
Daher hat die Gauß-Kanone heute als Waffe keine großen Aussichten, da sie anderen Arten von Kleinwaffen deutlich unterlegen ist. Zukunftsperspektiven sind nur möglich, wenn kompakte, aber leistungsstarke Stromquellen und Hochtemperatursupraleiter (200-300 K) geschaffen werden.
