Gauss gun в домашних условиях #2

Чтобы лучше оценить энергию, ниже
приведена таблица характеристик некоторых
видов современного стрелкового оружия:

Извиняюсь за возможные неточности и
ошибки в приведённой таблице. У всей без
исключения пневматики, например,
прицельная дальность 10 метров, однако
благодаря незначительному разбросу у
некоторых моделей возможна стрельба и на
расстояние 50 метров, особенно это относится
к "буржуйским" винтовкам.

Хорошо видно, что хорошую одноступенчатую
гауссовку при умеренном весе получить не
удастся. Её мощность с натягом будет тянуть
на мощность пневматики.

Можно, конечно, пойти по пути наращивания
объёма накопителя энергии, но тогда уже при
энергии конденсаторов 3000 джоулей, а энергия
выстрела будет всего 30 джоулей, масса
оружия будет около 15 килограммов. И это при
максимальной плотности энергии
конденсаторов! Напоминаю: автомат
Калашникова весит всего три с половиной
килограмма, а 12-15 килограммов – это вес
крупнокалиберного пулемёта или
гранатомёта.

Практически единственное достоинство
одноступенчатого магнитного ускорителя:
предельная простота изготовления. Конечно,
его конструкцию можно модернизировать и
усложнить, но и тогда ускоритель всё равно
будет простым по сравнению с
многоступенчатыми МУ.

Описание технологии изготовления
одноступенчатой Гауссовки.

Первое, с чего следует начать (если вы,
конечно, знаете хотя бы минимум теории...
Напугал, да? :)), это подборка запчастей.
Сразу хочу огорчить: одноступенчатая
гауссовка даже при большом объёме
конденсаторов не будет тянуть на серьёзное
оружие, а будет скорее демонстрационно-развлекательным
прототипом. В лучшем случае ею можно будет
мочить мелких птичек и наводить ужас на
надоедливых приподъездных старушек.

Как вы уже наверно догадались, в первую
очередь надо найти большой конденсатор, а
лучше несколько. Где и как вы их достанете,
значения для технологии изготовления не
имеет, скажу лишь, что достать их в
радиомагазине практически невозможно, а
если они и будут в продаже, то стоить будут
ощутимо, чтобы быть халявным
стройматериалом. Если не боитесь высоких
напряжений, то выбирать конденсаторы
следует не по ёмкости, а по максимальной
энергии, которая определяется по формуле: Ѕ*C*U^2,
где С- ёмкость конденсатора в Фарадах, U-напряжение
в Вольтах. Из двух конденсаторов одинаковых
геометрических размеров большую энергию
будет содержать конденсатор, рассчитанный
на большее напряжение. В зависимости от
напряжения имеющихся конденсаторов
следует подобрать или сделать
соответствующий источник питания для их
зарядки. Если номинальное напряжение
конденсаторов не больше 100 вольт, то
источником питания может послужить обойма
последовательно соединенных батареек. Для
зарядки 50-вольтовых конденсаторов,
например – можно взять 5 "Крон" по 9
вольт каждая, соединённых последовательно.
Полученное напряжение в 45 вольт будет
незначительно меньше номинального. Самое
главное - напряжение источника питания не
должно превышать номинального напряжения
конденсатора, иначе последний может
взорваться. Кроме того: скорее всего,
найденный конденсатор(ы) будет
электролитический (ми), поэтому важно
соблюдать не только вольтаж, но и
полярность подключения источника. Если
батареи соединялись плюс первой к минусу
второй (и.т.д.) то с конденсаторами дело
обстоит иначе: необходимо плюс батареи
подсоединять к плюсу же конденсатора. Между
собой конденсаторы следует соединять в
зависимости от предпочтённого вами
рабочего напряжения. От типа соединения
энергоёмкость не зависит, а вот напряжение
всей батареи в случае последовательного
соединения будет в разы больше напряжения
каждого отдельно взятого конденсатора.
Думаю, о мерах предосторожности говорить не
надо, это не для нас :). И так понятно, что не
надо трогать оголённые контакты
заряженного конденсатора, даже если он
заряжен всего на 50 вольт. Теперь поговорим
об источнике питания конденсаторов, на
напряжение более ста вольт. Если ваше
оружие будет стационарным, то питание можно
организовать через трансформатор от
розетки и мостовой выпрямитель на диодах.
Соотношение витков обмоток трансформатора
должно быть следующим: если номинальное
напряжения конденсатора – 450 вольт, то
первичная обмотка трансформатора (та, что к
розетке) должна иметь в два раза меньше
витков, чем вторичная, которая через
выпрямительный мостик подсоединяется к
конденсаторам. Т.е. если первичная обмотка
имеет 200 витков, а вторичная 400, напряжение в
220 (из обычной советской розетки) будет
преобразовываться в 440 вольт, что чуть
меньше, чем номинал конденсатора. Диоды для
выпрямительного мостика так же следует
выбирать из расчётного напряжения и
зарядного тока. Вот тут то тебя и накроет та
самая школьная физика! 🙂

В случае изготовление портативного
варианта МУ для зарядки конденсаторов
придётся изготовить автономный источник
питания. Можно взять несколько батареек, а
ещё лучше – аккумулятор. Например, у нас
получилось постоянное напряжение 12 вольт.
Для повышения вольтажа придётся превратить
его в переменное. Для этого необходимо
изготовить из мощных транзисторов
генератор переменного напряжения любого
типа, но проще всего – из трансформатора и
транзистора с использованием индуктивной
обратной связи. На данном вопросе больше
останавливаться не буду, при сильном
желании необходимую информацию по
изготовлению генераторов синусоидального
напряжения (ГСН) можно найти в практически
любом пособии по электротехнике или
радиоэлектронике.

Чем частота переменного тока генератора
будет выше (сотни герц, а не мигеры!), тем
будет меньше необходимое для
преобразования число витков
трансформатора, что благоприятно скажется
на весе и стоимости конструкции (никто не
забыл сколько стоит килограмм меди? :]).
Соотношение витков трансформатора такое же:
т.е. во сколько раз напряжение
конденсаторов больше напряжения батареи,
во столько же раз число витков вторичной
обмотки больше числа витков первичной.

И ещё: если напряжение конденсатора около
5000 вольт (даже если больше 100 вольт) то
обязательно следует позаботится о хорошей
изоляции. Причём не только самих проводов
схемы. Сами конденсаторы следует
запаковать в герметичные коробки из
оргстекла или толстого пластика. Это не
только защитит от удара током, который
будет ОЧЕНЬ смертельным, но и предотвратит
возможное испарение электролита, а так же
частично защитит от последствий возможного
взрыва 🙂

Напряжение в 5000 вольт может
дать искру длиной пол сантиметра!

Если вы ещё не успели окончательно
испугаться (ща напугаем :]), среди прочих
проблем очень важно правильно подобрать
"включатель", при помощи которого вы
собираетесь замыкать конденсатор на
обмотку соленоида. Если энергетическая
ёмкость батареи конденсаторов не более 50
джоулей, то можно воспользоваться обычным
механическим переключателем, правда
следует помнить, что величина
кратковременного тока через него может
достигать в нашем случае нескольких тысяч
ампер! Это если и не расплавит, то запросто
спаяет контакты переключателя, поэтому
последний должен быть как можно более "мощным".

Лучше всего для включения использовать
мощный терристор. Такой без особого (?) труда
можно купить в магазине (200 ампер, 1500 вольт),
правда его стоимость будет около 10-15
долларов (в буржуйском эквиваленте). Более
мощные, промышленные теристоры будут
стоить значительно дороже. Суть
переключения состоит в том, что управлять
включением можно приложением сравнительно
небольшого положительного напряжения к
управляющему выводу терристора.

Теперь о главном элементе оружия –
обмотке соленоида. Перед изготовлением
обмотки следует определится с боеприпасами.
Выбор боеприпасов зависит от ваших
конкретных целей. Если вы собираетесь
стрелять только в демонстрационных целях,
то можно ограничится несколькими хорошо
обработанными ферритовыми сердечниками (желательно
покрупнее размерами для более высокого КПД),
а вот если вы собираетесь, например, мочить
из своего девайса мух в коровнике, то на
первое место следует поставить возможность
лёгкого пополнения боезапаса из постоянных
источников. В принципе, подойдут любые
железные (чтобы магнитились) предметы.
Однако не советую сразу выбирать гвозди без
шляпок. Конечно, гвозди хорошо разгоняются
и далеко летят, однако точность стрельбы
ими оставляет желать лучшего, так как в
полёте не стабилизированные гвозди сильно
кувыркаются. Лучше воспользоваться
стальными шарами или маленькими
ферритовыми стержнями. Последние с точки
зрения баллистики хоть и немногим лучше
гвоздей, зато разгоняются наиболее
эффективно и не дают потери энергии за счёт
индуцирования в них токов. Можно
попробовать использовать стальные
сферические пули для пневматического
оружия, которые продаются во всех оружейных
магазинах пачками по 100-200 штук за умеренную
цену. Правда добиться высокой
эффективности стрельбы с их использованием
будет значительно труднее из за их
маленькой массы. В соответствии с
выбранными боеприпасами подбираем
пластиковую (не проводящую) трубку
соответствующего диаметра или любую
металлическую с пропилом по всей длине, на
которую и будем наматывать обмотку
соленоида. Обмотку в любом случае придется
подбирать экспериментально. Следует
помнить, что толщина провода обмотки должна
быть такая, чтобы он не расплавился от
огромного тока и обладал бы незначительным
сопротивлением, но в то же время должен быть
слишком толстым, иначе обмотка будет жирная
и неэффективная. Ориентировочные
геометрические размеры обмотки: длина
немного больше (не меньше) длины снаряда, а
число витков – до нескольких десятков. Если
кому не в лом, то примерный расчет обмотки
можно произвести на основе следующих
соображений: зная массу и ориентировочную
энергию пули (1% от энергии кондёров)
рассчитать её скорость. Затем, выбрав длину
обмотки найти время пролёта пули через
соленоид, полагая, что ускорение
равномерное в первой половине соленоида и
отсутствует во второй половине. Т.е. время
пролёта через данный соленоид будет
примерно: 3/2*L/V, где L- длина соленоида, V-
расчетная скорость пули. Теперь, зная время
пролёта через соленоид, необходимо
рассчитать параметры цепи так, чтобы время
разряда конденсатора соответствовало
времени разгона пули L/V в первой половине
соленоида. В конечном итоге будет
рассчитана длина провода соленоида.
Остаётся аккуратно намотать его на ствол (пластиковую
трубку) с учётом параметров. Длина трубки
должна быть такая, чтобы её свободный конец
был больше длины самого соленоида (для
точности стрельбы), а "зарядный" конец
был равен длине пули. И ещё один важный
момент: если предполагаемая энергия
выстрела будет больше одного джоуля, то
витки обмотки и саму стреляющую
конструкцию следует закрепить
дополнительно, так как во время выстрела
вся отдача придётся на витки разгоняющей
обмотки. Будучи плохо закреплёнными они
могут расползтись и деформироваться,
поэтому их можно смело залить в эпоксидку.