Идут технические работы! Возможны перебои с доступом к сайту!

Пушка Гаусса

Из проекта Викизнание

Пушка Гаусса (электромагнитный ускоритель (ЭМУ), сленг. гауссовка или гаусска — линейный ускоритель тел, проявляющих магнитные свойства.

Представляет из себя одну или несколько катушек индуктивности закрепленных на прямолинейном основании (труба, рельс) и источник питания, способный вырабатывать электрическую энергию короткими мощными импульсами, а также (возможно) систему последовательного переключения катушек, для последовательного ускорения тела.

Действие пушки основано на феномене втягивания магнитного сердечника внутрь катушки при пропускании через нее постоянного электрического тока.

Как водится, начать мы решили с простейшей конструкции – однокатушечной индукционной пушки. Эксперименты с многоступенчатым разгоном снаряда оставили опытным электронщикам, способным построить сложную систему коммутации на мощных тиристорах и точно настроить моменты последовательного включения катушек. Вместо этого мы сконцентрировались на возможности приготовления блюда из повсеместно доступных ингредиентов. Итак, чтобы построить пушку Гаусса, прежде всего придется пробежаться по магазинам. В радиомагазине нужно купить несколько конденсаторов с напряжением 350–400 В и общей емкостью 1000–2000 микрофарад, эмалированный медный провод диаметром 0,8 мм, батарейные отсеки для «Кроны» и двух 1,5-вольтовых батареек типа С, тумблер и кнопку. В фототоварах возьмем пять одноразовых фотоаппаратов Kodak, в автозапчастях – простейшее четырехконтактное реле от «Жигулей», в «продуктах» – пачку соломинок для коктейлей, а в «игрушках» – пластмассовый пистолет, автомат, дробовик, ружье или любую другую пушку, которую вы захотите превратить в оружие будущего.

Главный силовой элемент нашей пушки – катушка индуктивности. С ее изготовления стоит начать сборку орудия. Возьмите отрезок соломинки длиной 30 мм и две большие шайбы (пластмассовые или картонные), соберите из них бобину с помощью винта и гайки. Начните наматывать на нее эмалированный провод аккуратно, виток к витку (при большом диаметре провода это довольно просто). Будьте внимательны, не допускайте резких перегибов провода, не повредите изоляцию. Закончив первый слой, залейте его суперклеем и начинайте наматывать следующий. Поступайте так с каждым слоем. Всего нужно намотать 12 слоев. Затем можно разобрать бобину, снять шайбы и надеть катушку на длинную соломинку, которая послужит стволом. Один конец соломинки следует заглушить. Готовую катушку легко проверить, подключив ее к 9-вольтовой батарейке: если она удержит на весу канцелярскую скрепку, значит, вы добились успеха. Можно вставить в катушку соломинку и испытать ее в роли соленоида: она должна активно втягивать в себя отрезок скрепки, а при импульсном подключении даже выбрасывать ее из ствола на 20–30 см.

Для формирования мощного электрического импульса как нельзя лучше подходит батарея конденсаторов (в этом мнении мы солидарны с создателями самых мощных лабораторных рельсотронов). Конденсаторы хороши не только большой энергоемкостью, но и способностью отдать всю энергию в течение очень короткого времени, до того как снаряд достигнет центра катушки. Однако конденсаторы необходимо как-то заряжать. К счастью, нужное нам зарядное устройство есть в любом фотоаппарате: конденсатор используется там для формирования высоковольтного импульса для поджигающего электрода вспышки. Лучше всего нам подходят одноразовые фотоаппараты, потому что конденсатор и «зарядка» – это единственные электрические компоненты, которые в них есть, а значит, достать зарядный контур из них проще простого.

Разборка одноразового фотоаппарата – это этап, на котором стоит начать проявлять осторожность. Вскрывая корпус, старайтесь не касаться элементов электрической цепи: конденсатор может сохранять заряд в течение долгого времени. Получив доступ к конденсатору, первым делом замкните его выводы отверткой с ручкой из диэлектрика. Только после этого можно касаться платы, не опасаясь получить удар током. Удалите с зарядного контура скобы для батарейки, отпаяйте конденсатор, припаяйте перемычку к контактам кнопки зарядки – она нам больше не понадобится. Подготовьте таким образом минимум пять зарядных плат. Обратите внимание на расположение проводящих дорожек на плате: к одним и тем же элементам схемы можно подключиться в разных местах.

Подбор емкости конденсаторов – это вопрос компромисса между энергией выстрела и временем зарядки орудия. Мы остановились на четырех конденсаторах по 470 микрофарад (400 В), соединенных параллельно. Перед каждым выстрелом мы в течение примерно минуты ждем сигнала светодиодов на зарядных контурах, сообщающих, что напряжение в конденсаторах достигло положенных 330 В. Ускорить процесс заряда можно, подключая к зарядным контурам по несколько 3-вольтовых батарейных отсеков параллельно. Однако стоит иметь в виду, что мощные батареи типа «С» обладают избыточной силой тока для слабеньких фотоаппаратных схем. Чтобы транзисторы на платах не сгорели, на каждую 3-вольтовую сборку должно приходиться 3–5 зарядных контуров, подключенных параллельно. На нашем орудии к «зарядкам» подключен только один батарейный отсек. Все остальные служат в качестве запасных магазинов.

Мы никому не посоветуем держать под пальцем кнопку, разряжающую батарею 400-вольтовых конденсаторов. Для управления спуском лучше установить реле. Его управляющий контур подключается к 9-вольтовой батарейке через кнопку спуска, а управляемый включается в цепь между катушкой и конденсаторами. Правильно собрать пушку поможет принципиальная схема. При сборке высоковольтного контура пользуйтесь проводом сечением не менее миллиметра, для зарядного и управляющего контуров подойдут любые тонкие провода. Проводя эксперименты со схемой, помните: конденсаторы могут иметь остаточный заряд. Прежде чем прикасаться к ним, разряжайте их коротким замыканием.

Процесс стрельбы выглядит так: включаем тумблер питания; дожидаемся яркого свечения светодиодов; опускаем в ствол снаряд так, чтобы он оказался слегка позади катушки; выключаем питание, чтобы при выстреле батарейки не отбирали энергию на себя; прицеливаемся и нажимаем на кнопку спуска. Результат во многом зависит от массы снаряда. Нам с помощью короткого гвоздя с откусанной шляпкой удалось прострелить банку с энергетическим напитком, которая взорвалась и залила фонтаном полредакции.

Катушка намотана на латунной трубке диаметром 6,5мм от антенны радиоприемника. 7слоев провода диаметром1мм. Длина катушки около 3см. (каждый последующий слой намотки короче на 2витка)- это заметно влияет на КПД гаусса. Преобразователь- автогенертор на двух транзисторах IRFZ34. трансформатор взят из электронного трансформатора Feron для галогеновых ламп 12в. 

конденсаторы- 4шт 560мкФ 450Вольт.(2240мкФ 450В) Заряжаются 15сек от батареи из 12-ти пальчиковых NiMh акукумуляторов на 1300мАч.  Пушка пробивает навылет 3 пивных банки и дырявит ненасквозь четвертую. Снаряд- обрезок гвоздя диаметром 6мм длинной 25-30мм.  Скорость пули около 38-40м/с масса пуль 5,5- 6г Мой доклад посвящен изобретению под названием Пушка Гаусса по фамилии выдающегося немецкого математика, астронома и физика XIX века, сформулировавшего основные принцыпы работы оружия, основанного на электро-магнитном ускорении масс, гаусс гана. Многие слышали о пушке Гаусса из фантастических книг или компьютерных игр, так как Пушка Гаусса весьма популярна в научной фантастике, где выступает в качестве персонального  высокоточного смертоносного оружия, а также стационарного высокоточного и высокоскорострельного оружия. Среди игр пушка Гаусса появлялась в Fallout 2, Fallout Tactics, Half-life (есть экпериментальное оружие, именуемое Тау-пушкой), в StarCraft пехотинцы вооружены автоматической винтовкой Гаусса C-14 «Impaler». Призраки также имели винтовки C-10, именуемыми «Canister Rifles» («Картечными винтовками»). Также оружие похожее на пушку Гаусса появлялось в серии игр Quake, но в сознании многих эта пушка остается просто выдумкой фантастов, которая в лучшем случае имеет высокогабаритные прототипы в реальности. Я до сих пор не сказал, что же такое пушка Гаусса (Гаусс Ган или Коил Ган, как его называют на западный манер). Пушка Гаусса состоит из соленоида, внутри которого находится ствол (как правило из диэлектрика). При протекании электрического тока в соленоиде возникает магнитное поле, которое «втягивает» внутрь соленоида снаряд (сделанный из ферромагнетика(обычно железа)), который вставляется в один из концов ствола, разгоняя его. Если в момент прохождения снаряда через середину соленоида отключить в нём ток, то магнитное поле исчезнет, и снаряд по инерции вылетит из другого конца ствола. Для наибольшего эффекта ток в соленоиде должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого тока используются электрические конденсаторы. На практике конструкция простейшеё пушки Гаусса представляет собой намотанную в несколько слоев на диэлектрическую трубку  медную проволоку и конденсатор большой емкости. Внутрь трубки перед самым началом обмотки устанавливается железный снаряд  (часто гвоздь со спиленной шляпкой) и предварительно заряженный конденсатор при помощи электрического ключа замыкается на обмотку. Параметры обмотки, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту  подлета снаряда к центру обмотки ток в последней уже успевал бы уменьшится до минимального значения, т.е. заряд  конденсаторов был бы уже полностью израсходован. В таком случае КПД одноступенчатого Магнитного Ускорителя будет максимальным. (но это что касается одноступенчатого Магнитного ускорителя). Если усложнить конструкцию и использовать для  разгона сразу несколько соленоидов, то можно добиться намного большей эффективности оружия.

Что же касается преимуществ оружия, работающего по принципу электро-магнитного ускорения снаряда, то

они обладают преимуществами перед остальным стрелковым оружием:  1 Это бесшумность выстрела (разумеется, если скорость снаряда не превышает скорость звука), 2 отсутствие отдачи, 3 возможность стрельбы в в бескислородной атмосфере и без неё вообще.

Кроме того, конструирование оружия переживает упадок. Технология отточена уже до предела и сколько-нибудь заметных  продвижений нет уже на протяжении многих лет. Интерес к альтернативным технологиям возрастает с каждым годом.  Среди прочих пушка Гаусса легче других на сегодняшний день поддается миниатюризации, требует меньших затрат при  изготовлении и позволяет получить при малых габаритах мобильное и эффективное оружие, разумеется если приложить  к уже известному принципу собственную изобретательность и проделать собственные изыскания в этой области.

Кстати, об изысканиях и теории: как уже было сказано, основоположником теоретических основ был Карл Фридрих Гаусс, который изложил принцип работы этого Оружия, далее работы в области изучения электромагнетизма вели Вебер, Максвелл, Тесла и многие другие...  Одним из самых известных экспериментов по созданию электромагнитного оружия был осуществлен в начале  20 века Кристианом Бирклендом, правда на демонстрации произошел сбой и автор отказался от идеи. В итоге за оружием закрепилась все же фамилия основоположника.

Помимо “гаусс ганов”, существует ещё как минимум 2 типа электромагнитных ускорителей масс –  индукционные ускорители масс (катушка Томпсона или дискомет Томпсона, как её иногда называют) и рельсовые ускорители масс, так же известные как “рэйл ганы” (от англ. “Rail gun” – рельсовая пушка).

В основу функционирования индукционного ускорителя масс (катушки Томпсона) положен принцип электромагнитной индукции.  В плоской обмотке создается быстро нарастающий электрический ток, который вызывает в пространстве вокруг переменное  магнитное поле. В обмотку вставлен ферритовый сердечник, на свободный конец которого надето кольцо из проводящего материала. Под действием переменного магнитного потока, пронизывающего кольцо в нём возникает электрический ток, создающий магнитное  поле противоположной направленности относительно поля обмотки. Своим полем кольцо начинает отталкиваться от поля обмотки  и ускоряется, слетая со свободного конца ферритового стержня. Чем короче и сильнее импульс тока в обмотке, тем с большей  кинетической энергией вылетает кольцо.

Иначе функционирует рельсовый ускоритель масс. В нем проводящий снаряд движется между двух рельс - электродов (откуда и получил свое название - рельсотрон), по которым подается ток. Источник тока подключается к рельсам у их основания, поэтому ток течет как бы в догонку снаряду и магнитное поле, создаваемое вокруг проводников с током, полностью сосредоточенно за проводящим снарядом. В данном случае  снаряд является проводником с током, помещённым в перпендикулярное магнитное поле, созданное рельсами. На  снаряд по всем законам физики действует сила Лоренца, направленная в сторону противоположную месту подключения  рельс и ускоряющая снаряд. С изготовлением рельсотрона связан ряд серьезных проблем - импульс тока должен быть  настолько мощным и резким, чтобы снаряд не успел бы испарится (ведь через него протекает огромный ток!), но возникла  бы ускоряющая сила, разгоняющая его вперед. Поэтому материал снаряда и рельс должен обладать как можно более высокой  проводимостью, снаряд как можно меньшей массой, а источник тока как можно большей мощностью и меньшей индуктивность. Однако особенность рельсового ускорителя в том, что он способен разгонять сверхмалые массы до сверх больших скоростей.  На практике рельсы изготавливают из безкислородной меди покрытой серебром, в качестве снарядов используют алюминиевые  брусочки, в качестве источника питания - батарею высоковольтных конденсаторов, а самому снаряду перед вхождением на  рельсы стараются придать как можно большую начальную скорость, используя для этого пневматические или огнестрельные орудия. Тут известная уже многим фотография действующего рельсотрона.

Но Пушка Гаусса обладает неоспоримым преимуществом перед ними обоими: во-первых, она наиболее проста в изготовлении, Во-вторых, она имеет довольно высокий по сравнению с другими электромагнитными ускорителями КПД и, в-третьих, может работать на относительно низких напряжениях. Кроме того, пушка Гаусса, несмотря на свою простоту, обладает неимоверно большим простором для конструкторских  решений и инженерных изысканий - так что это направление довольно интересное и перспективное.

Такую позицию разделяют очень многие и среди них не только радиоэлектроники-любители, собирающие Пушки Гаусса ради собственного интереса, как Jab, собравший вот этот пистолет, или создатель пистолета Pskov 1100.(вот он в разобраном виде) но и вполне серьезные люди, решившие заняться этой проблемой профессионально.

23 октября 2005 года в интернете прошла информация о том, что  Производственная компания Silent Flash Engineering приступила к производству оружия с электромагнитным принципом разгона пули. 

Silent Flash Engineering создали маломощные изделия калибра 4.5 ммEM44A1 "Молнию" и EM52A1 «Иглу». (Маломощные значит, что кинетическая энергия снаряда, используемого этими изделиями, при вылете меньше 7.5 Дж.) Внешне они обладают сходством с винтовкой F2000 производства бельгийской фирмы Fabrique Nationale и  пистолетом-пулеметом mp7a1 производства Heckler&Koch. Внутри же это принципиально другие устройства.

Вот что говорят о своей продукции люди из Silent Flash Engineering:

"Основными узлами Гауссовой пушки являются катушки индуктивности, конденсаторы, аккумуляторы и схема управления.  Аккумуляторы используются для заряда конденсаторов до рабочего напряжения, при выстреле производится разряд конденсаторов  на обмотки катушек. Причем в нашем случае используется многоступенчатая схема и по мере продвижения снаряда в стволе энергия  перебрасывается на последующие ступени ускорителя." Во-первых, это компоновка буллпап. Такое решение позволяет сделать максимально длинный ствол при относительно малой длине самого орудия, а также удобно разместить достаточно объемистые конденсаторы, аккумуляторы и катушки. Во-вторых, отличительной особенностью нашего оружия от прочих является использование якоря для разгона, а не разгон  самого снаряда. Для якоря используются специальные сплавы и специальную форму, которая является следствием множества  экспериментов и моделирований. Это потребовало высокой точности изготовления, но зато дало возможность максимально использовать энергию магнитного поля и резко повысить КПД. В-третьих, чтобы исключить влияние на ствол индукционных токов и избежать потерь мощности, ствол выполнен также из  сверхпрочного диамагнетика. "

"На сегодняшний день пушка гаусса Silent Flash Engineering существует в двух различных модификациях -  компактное пистолетное исполнение EM52A1 «Игла» и винтовочное EM44A1 "Молния". 

в случие возникновений вопросов оброщятся zwer_nn_52@ro.ru


См. также:

http://www.coilgun.ru/ - рабочая модель пушки Гаусса 1. http://www.gauss2k.narod.ru/articles.htm 2.http://fforum.kochegarov.com/lo-fi/index.php/t12114.htm 3.http://lida-elite.clan.su/publ/1-1-0-3