Реферат на тему:
Рллюстрация принципа действия
Пушка Гаусса (англ. Gauss gun, Coil gun, Gauss cannon) — одна из разновидностей электромагнитного ускорителя масс. Названа по имени немецкого учёного Карла Гаусса, заложившего основы математической теории электромагнетизма.
Пушка Гаусса состоит из соленоида, внутри которого находится ствол (как правило, из диэлектрика). В один из концов ствола вставляется снаряд (сделанный из ферромагнетика). При протекании электрического тока в соленоиде возникает магнитное поле, которое разгоняет снаряд, «втягивая» его внутрь соленоида. На концах снаряда при этом образуются полюса, симметричные полюсам катушки, из-за чего после прохода центра соленоида снаряд притягивается в обратном направлении, то есть тормозится.
Для наибольшего эффекта импульс тока в соленоиде должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого импульса используются электрические конденсаторы с высоким рабочим напряжением.
Параметры обмотки, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту подлета снаряда к соленоиду индуктивность магнитного поля в соленоиде была максимальна, но при дальнейшем приближении снаряда резко падала.
 — масса снаряда
 — его скорость
Рто время Р·Р° которое конденсатор полностью разряжается. РћРЅРѕ равно четверти периода: — индуктивность
 — ёмкость
Рто время Р·Р° которое РДС катушки индуктивности возрастает РґРѕ максимального значения (полный разряд конденсатора) Рё полностью падает РґРѕ 0. РћРЅРѕ равно верхнему полупериоду СЃРёРЅСѓСЃРѕРёРґС‹. — индуктивность
 — ёмкость
Пушка Гаусса РІ качестве оружия обладает преимуществами, которыми РЅРµ обладают РґСЂСѓРіРёРµ РІРёРґС‹ стрелкового оружия. Рто отсутствие гильз Рё неограниченность РІ выборе начальной скорости Рё энергии боеприпаса, возможность бесшумного выстрела (если скорость достаточно обтекаемого снаряда РЅРµ превышает скорости Р·РІСѓРєР°) РІ том числе без смены ствола Рё боеприпаса, относительно малая отдача (равная импульсу вылетевшего снаряда, нет дополнительного импульса РѕС‚ пороховых газов или движущихся частей), теоретически, больша́я надежность Рё износостойкость, Р° также возможность работы РІ любых условиях, РІ том числе космического пространства.
Однако, несмотря на кажущуюся простоту пушки Гаусса и её преимущества, использование её в качестве оружия сопряжено с серьёзными трудностями.
Первая трудность — низкий КПД установки. Лишь 1-7 % заряда конденсаторов переходят в кинетическую энергию снаряда. Отчасти этот недостаток можно компенсировать использованием многоступенчатой системы разгона снаряда, но в любом случае КПД редко достигает 27%.
Вторая трудность — большой расход энергии (из-за низкого КПД) и достаточно длительное время накопительной перезарядки конденсаторов, что заставляет вместе с пушкой Гаусса носить и источник питания (как правило, мощную аккумуляторную батарею). Можно значительно увеличить эффективность, если использовать сверхпроводящие соленоиды, однако это потребует мощной системы охлаждения, что значительно уменьшит мобильность пушки Гаусса.
Третья трудность (следует из первых двух) — большой вес и габариты установки при её низкой эффективности.
В условиях водной среды применение пушки без толстого защитного кожуха-диэлектрика также серьезно ограничено — дистанционной индукции тока достаточно, чтобы раствор солей диссоциировал на кожухе на сверхкороткое время с образованием агрессивных (растворяющих) сред.
Таким образом, на сегодняшний день пушка Гаусса не имеет особых перспектив в качестве оружия так как значительно уступает другим видам стрелкового оружия. Перспективы возможны лишь в будущем, если будут созданы компактные и мощные источники электрического тока и высокотемпературные сверхпроводники (200—300К).
Также возможно применение пушек Гаусса для запуска легких спутников на орбиту.
wreferat.baza-referat.ru
Ванчиков В.А. Попов В.С.
Разумова Елена Анатольевна 1
Текст работы размещён без изображений и формул.Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1.Введение.Рлектромагнитная пушка Гаусса известна всем любителям компьютерных РёРіСЂ Рё фантастики. Назвали ее РІ честь немецкого физика Карла Гаусса, исследовавшего принципы электромагнетизма. РќРѕ так ли СѓР¶ далеко смертельное фантастическое оружие РѕС‚ реальности?
[4]РР· РєСѓСЂСЃР° школьной физики РјС‹ узнали, что электрический ток, РїСЂРѕС…РѕРґСЏ РїРѕ проводникам, создает РІРѕРєСЂСѓРі РЅРёС… магнитное поле.[4] [3]Чем больше ток, тем сильнее магнитное поле. Наибольший практический интерес представляет СЃРѕР±РѕР№ магнитное поле катушки СЃ током, иначе РіРѕРІРѕСЂСЏ, катушки индуктивности (соленоид). Если катушку СЃ током подвесить РЅР° тонких проводниках, то РѕРЅР° установится РІ то же положение, РІ котором находится стрелка компаса. Значит, катушка индуктивности имеет РґРІР° полюса - северный Рё южный.[3]
[1]Пушка Гаусса состоит из соленоида, внутри которого находится ствол из диэлектрика. В один из концов ствола вставляется снаряд, сделанный из ферромагнетика. При протекании электрического тока в соленоиде возникает магнитное поле, которое разгоняет снаряд, «втягивая» его внутрь соленоида. На концах снаряда при этом образуются полюса, симметричные полюсам катушки, из-за чего после прохода центра соленоида снаряд может притягиваться в обратном направлении и тормозиться.
Для наибольшего эффекта импульс тока в соленоиде должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого импульса используются электрические конденсаторы. Параметры обмотки, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту подлета снаряда к соленоиду индукция магнитного поля в соленоиде была максимальна, но при дальнейшем приближении снаряда резко падала.
Пушка Гаусса РІ качестве оружия обладает преимуществами, которыми РЅРµ обладают РґСЂСѓРіРёРµ РІРёРґС‹ стрелкового оружия. Рто отсутствие гильз, неограниченность РІ выборе начальной скорости Рё энергии боеприпаса, возможность бесшумного выстрела, РІ том числе без смены ствола Рё боеприпас. Относительно малая отдача (равная импульсу вылетевшего снаряда, нет дополнительного импульса РѕС‚ пороховых газов или движущихся частей). Теоретически, большая надежность Рё износостойкость, Р° также возможность работы РІ любых условиях, РІ том числе космического пространства. Также возможно применение пушек Гаусса для запуска легких спутников РЅР° орбиту.
Однако, несмотря на кажущуюся простоту, использование её в качестве оружия сопряжено с серьёзными трудностями:
Низкий КПД – около 10 %. Отчасти этот недостаток можно компенсировать использованием многоступенчатой системы разгона снаряда, но в любом случае КПД редко достигает 30%. Поэтому пушка Гаусса по силе выстрела проигрывает даже пневматическому оружию. Вторая трудность – большой расход энергии и достаточно длительное время накопительной перезарядки конденсаторов, что заставляет вместе с пушкой Гаусса носить и источник питания. Можно значительно увеличить эффективность, если использовать сверхпроводящие соленоиды, однако это потребует мощной системы охлаждения, что значительно уменьшит мобильность пушки Гаусса.
Высокое время перезаряда между выстрелами, то есть низкая скорострельность. Боязнь влаги, ведь намокнув, она поразит током самого стрелка.
Но главная проблема это мощные источники питания пушки, которые на данный момент являются громоздкими, что влияет на мобильность [1]
[2] Таким образом, на сегодняшний день пушка Гаусса для орудий с малой поражающей способностью (автоматы, пулеметы и т. д.) не имеет особых перспектив в качестве оружия, так как значительно уступает другим видам стрелкового вооружения. Перспективы появляются при использовании ее как крупнокалиберного орудия военно-морского. Так, например, в 2016 году ВМС США приступят к испытаниям на воде рельсотрона. Рельсотрон, или рельсовая пушка — орудие, в котором снаряд выбрасывается не с помощью взрывчатого вещества, а с помощью очень мощного импульса тока. Снаряд располагается между двумя параллельными электродами — рельсами. Снаряд приобретает ускорение за счёт силы Лоренца, которая возникает при замыкании цепи. С помощью рельсотрона можно разогнать снаряд до гораздо больших скоростей, чем с помощью порохового заряда.
Однако, принцип электромагнитного ускорения масс можно СЃ успехом использовать РЅР° практике, например, РїСЂРё создании строительных инструментов - актуальное Рё современное направление прикладной физики. Рлектромагнитные устройства, преобразующие энергию поля РІ энергию движения тела, РІ силу разных причин ещё РЅРµ нашли широкого применения РЅР° практике, поэтому имеет смысл говорить Рѕ РЅРѕРІРёР·РЅРµ нашей работы.[2]
1.1Актуальность проекта: данный проект является междисциплинарным и охватывает большое количество материала, изучив который возникла идея создать самим действующую модель пушки Гаусса.
1.2 Цель работы: изучить устройство электромагнитного ускорителя масс (пушки Гаусса), а также принципы его действия и применение. Собрать действующую модель Пушки Гаусса и определить скорость полета снаряда и его импульс.
Основные задачи:
1. Рассмотреть устройство по чертежам и макетам.
2. Рзучить устройство Рё принцип действия электромагнитного ускорителя масс.
3. Создать действующую модель.
4. Определить скорость полета снаряда и его импульс.
Практическая часть работы:
Создание функционирующей модели ускорителя масс в условиях дома.
1.3Гипотеза: возможно ли создание простейшей функционирующей модели Пушки Гаусса в условиях дома?
2. Кратко о самом Гауссе.
[1] Карл Фридрих Гаусс (1777-1855) — немецкий математик, астроном, геодезист и физик. Для творчества Гаусса характерна органическая связь между теоретической и прикладной математикой, широта проблематики. Труды Гаусса оказали большое влияние на развитие алгебры (доказательство основной теоремы алгебры), теории чисел (квадратичные вычеты), дифференциальной геометрии (внутренняя геометрия поверхностей), математической физики (принцип Гаусса), теории электричества и магнетизма, геодезии (разработка метода наименьших квадратов) и многих разделов астрономии.
Карл Гаусс родился 30 апреля 1777, Брауншвейг, ныне Германия. Скончался 23февраля 1855, Геттинген, Ганноверское королевство, ныне Германия. Еще при жизни он был удостоен почетного титула «принц математиков». Он был единственным сыном бедных родителей. Школьные учителя были так поражены его математическими и лингвистическими способностями, что обратились к герцогу Брауншвейгскому с просьбой о поддержке, и герцог дал деньги на продолжение обучения в школе и в Геттингенском университете (в 1795-98). Степень доктора Гаусс получил в 1799 в университете Хельмштедта [1]
Открытия в области физики
[1] В 1830-1840 годы Гаусс много внимания уделяет проблемам физики. В 1833 в тесном сотрудничестве с Вильгельмом Вебером, Гаусс строит первый в Германии электромагнитный телеграф. В 1839 выходит сочинение Гаусса «Общая теория сил притяжения и отталкивания, действующих обратно пропорционально квадрату расстояния», в которой излагает. основные положения теории потенциала и доказывает знаменитую теорему Гаусса—Остроградского. Работа «Диоптрические исследования» (1840) Гаусса посвящена теории построения изображений в сложных оптических системах [1]
3.[1] Формулы, связанные с принципом действия пушки.
Кинетическая энергия снаряда
где: — масса снаряда, — его скорость
Рнергия, запасаемая РІ конденсаторе
где: — напряжение конденсатора, — ёмкость конденсатора
Время разряда конденсаторов
Рто время, Р·Р° которое конденсатор полностью разряжается:
где: — индуктивность, — ёмкость
Время работы катушки индуктивности
Рто время, Р·Р° которое РДС катушки индуктивности возрастает РґРѕ максимального значения (полный разряд конденсатора) Рё полностью падает РґРѕ 0.
где: — индуктивность, — ёмкость [1]
[3] Одним из основных элементом пушки Гаусса это электрический конденсатор. Конденсаторы бывают полярные и неполярные – практически все конденсаторы большой емкости, используемые в магнитных ускорителях, электролитические и являются полярными. Т. е. очень важно правильное его подключение – положительный заряд подаем к выводу “+”, а отрицательный к “-”. Алюминиевый корпус электролитического конденсатора, кстати, так же является выводом “-”. Зная емкость конденсатора и его максимальное напряжение можно найти энергию, которую может накапливать этот конденсатор [3]
4. Практическая часть
Наша катушка индуктивностью С имеет 30 витков (3 слоя по 10 витков, каждый). Два конденсатора суммарной емкостью 450 мкФ. Собрали модель по следующей схеме: см. Приложение 1.
Определение скорости полета снаряда, вылетающего из «ствола» нашей модели, мы осуществили опытным путём с помощью баллистического маятника. В основе опыта лежат законы сохранения импульса и энергии .Поскольку скорость полёта пули достигает значительной величины, прямое измерение скорости, то есть определение времени, за которое пуля проходит известное нам расстояние, требует наличия специальной аппаратуры. Мы измеряли скорость пули косвенным методом, используя неупругое соударение – соударение, в результате которого столкнувшиеся тела соединяются вместе и продолжают движение как одно целое. Летящий снаряд испытывает неупругий удар со свободным телом большей массы. После удара тело начинает двигаться со скоростью во столько же раз меньше скорости пули, во сколько масса пули меньше массы тела.
Неупругий удар характеризуется тем, что потенциальная энергия упругой деформации не возникает, кинетическая энергия тел полностью или частично превращается во внутреннюю энергию. После удара столкнувшиеся тела либо движутся с одинаковыми скоростями, либо покоятся. При абсолютно неупругом ударе выполняется закон сохранения импульса:
,
где – скорость тел после взаимодействия.
Закон сохранения импульса (количества движения) применяется, если взаимодействующие тела образуют изолированную механическую систему, то есть такую систему, на которую не действуют внешние силы, либо внешние силы, действующие на каждое из тел, уравновешивают друг друга, либо проекции внешних сил на некоторое направление равны нулю.
При неупругом ударе кинетическая энергии не сохраняется, поскольку часть кинетической энергии снаряда преобразуется во внутреннюю соударяющихся тел но закон сохранения полной механической энергии выполняется и можно записать:
,
где – приращение внутренней энергии взаимодействующих тел.
4.1 Методика исследования.
Баллистический маятник, который использовался нами, представляет собой деревянный брусок со слоем пластилина. Мишень М подвешена на двух длинных практически нерастяжимых нитях. На мишени укреплена лазерная указка, луч которой при отклонении маятника (после удара снаряда) перемещается вдоль горизонтальной шкалы (рис. 1).
На некотором расстоянии от маятника располагается пушка Гаусса. После удара снаряд массой m застревает в мишени M. Система «снаряд-мишень» изолирована по горизонтальному направлению. Так как длина l нитей много больше линейных размеров мишени, то система «снаряд-мишень» может рассматриваться как математический маятник. После попадания снаряда центр массы системы «снаряд-мишень» поднимается на высоту h.
На основании закона сохранения импульса в проекции на ось x (см. рис. 1) имеем:
,где – скорость снаряда, – скорость снаряда и маятника.
Пренебрегая трением в подвес маятника и силой сопротивления воздуха, на основе закона сохранения энергии можно записать:
,
где – высота подъёма системы после удара.
Отсюда:
.
Величина h может быть определена из измерений отклонения маятника от положения равновесия после попадания пули в мишень (рис. 2):
.
Откуда:
,
где a – угол отклонения маятника от положения равновесия.
Для малых углов отклонения:
Рё
,
где – горизонтальное смещение маятника.
Поэтому:
Подставляя последнюю формулу к проекции закона сохранения импульса на ось, находим:
U0 =.
4.2 Результаты измерения.
Массу m снаряда мы определили с помощью взвешивания на механических лабораторных весах:
m = 3 Рі. = 0, 003 РєРі.
Масса M мишени со слоем пластилина и лазерной указкой приведены в описании лабораторной установки.
M = 297 Рі. = 0, 297 РєРі.
Длины нитей подвеса должны быть одинаковы, а ось вращения строго горизонтальна.
В этой части мы измерили с помощью линейки длины нитей.
l = 147 СЃРј = 1,47 Рј.
После выстрела заряженной снарядом пушки Гаусса факт попадания пули в центр маятника определяется визуально.
Для проведения дальнейших вычислений отмечаем на шкале положения n0 светового указателя в состоянии равновесия мишени и положения n светового указателя при максимальном отклонении маятника и находим смещение S = (n – n0) маятника.
Рзмерения проводились 5 раз. РџСЂРё этом повторные выстрелы осуществлялись только РїРѕ неподвижной мишени. Результаты измерений приведены ниже:
S1 = 14 РјРј.
S2 = 15 РјРј.
S3 = 13 РјРј.
S4 = 15 РјРј.
S5 = 17 РјРј.
Далее были определены среднее значение смещения маятника:
SСЃСЂ = = 14 РјРј = 0, 014 Рј,
и вычислена скорость ʋ0 снаряда по формуле.
U0 = =12,96 РєРј/С‡
Определение погрешностей измерений.Определение производится по формуле:, где l₀ – среднее значение длин, Δ l – среднее значение погрешности. Мы уже определили среднее значение длин в предыдущих этапах, поэтому нам остаётся определить среднее значение погрешности. Определять мы его будем по формуле:Δ l = Теперь можем приписать значение длины с погрешностью:Нахождение импульса снаряда.Определение импульса производится по формуле:, где – скорость снаряда.Подставляем значения:
5.Заключение.
Целью нашей работы являлось изучение устройства электромагнитного ускорителя масс (пушки Гаусса), Р° также принципы его действия Рё применение, Р° также изготовление действующей модели Пушки Гаусса Рё определение скорости полета снаряда. Рзложенные нами результаты показывают, что нами была изготовлена экспериментальная действующая модель электромагнитного ускорителя масс (пушки Гаусса). РџСЂРё этом нами были упрощены схемы, имеющиеся РІ интернете Рё модель была адаптирована Рє работе РІ стандартной промышленной сети переменного тока. Проведённая нами работа позволяет сделать следующие выводы:
1. Собрать работающий прототип электромагнитного ускорителя масс в домашних условиях вполне реально.
2. Рспользование электромагнитного ускорения масс имеет большие перспективы РІ будущем.
3. Рлектромагнитное оружие может стать достойной заменой крупнокалиберному огнестрельному РѕСЂСѓРґРёСЋ, Особенно это будет возможным РїСЂРё создании компактных источников энергии.
6. Рнформационные ресурсы:
[1] Википедия http://ru.wikipedia.org
[2] Новое электромагнитное оружие 2010 http://vpk. name/news/40378_novoe_elektromagnitnoe_oruzhie_vyizyivaet_vseobshii_interes. html
[3] Работа РїРѕ теме: ««Рзготовление пушки гаусса В» http://pandia.ru/text/80/101/12167.php
[4] С. А. Тихомирова, Б. М. Яворский Физика 11 класс стр. 10-25
Приложения
1.
2.
3.
4.
Просмотров работы: 145
school-science.ru
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦРОНАЛЬНЫЙ РССЛЕДОВАТЕЛЬСКРР™
РўРћРњРЎРљРР™ РџРћР›РТЕХНРЧЕСКРР™ РЈРќРВЕРСРТЕТ»РЕФЕРАТПО Р¤РР—РРљР•
Рлектромагнитное оружие
Выполнил:
Проверил:
РўРѕРјСЃРє 2014
1.Введение 3
2.Рлектромагнитные ускорители масс. 4
2.1Пушка Гаусса. 4
2.2Rail gun 5
2.3Лазер 8
2.4Микроволновые пушки 8
2.5Рлектромагнитная Р±РѕРјР±Р° 9
2.6Сверхрадиочастотное оружие. 10
3.Воздействие РРњРћ РЅР° объекты 12
4.Тактика применения РРњРћ 15
5.Защита РѕС‚ РРњРћ 18
Заключение 20
Список литературы 21
В первом случае магнитное поле используется как альтернатива взрывчатым веществам в огнестрельном оружии. Во втором — используется возможность наведения токов высокого напряжения и выведения из строя электрического и электронного оборудования в результате возникающего перенапряжения, либо вызывание болевых эффектов или иных эффектов у человека. Оружие второго типа позиционируется как безопасное для людей и служащее для вывода из строя техники противника или приводящих к небоеспособности живой силы противника; относится к категории Оружие нелетального действия.
Помимо магнитных ускорителей масс, существует множество других типов оружия, использующих для своего функционирования электромагнитную энергию. Рассмотрим наиболее известные и распространенные их типы.
На практике конструкция простейшего гаусс-гана 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 середине 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 МУ будет максимальным.
Рисунок 1. Схема сборки "гаус гана"
Р РёСЃСѓРЅРѕРє 2. Рспытательный выстрел Rail Gun
Рисунок 3. Американский Rail Gun
В основу функционирования индукционного ускорителя масс 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 мощнее вылетает кольцо.
Рначе функционирует рельсовый ускоритель масс. Р’ нем проводящий снаряд движется между РґРІСѓС… рельс - электродов (откуда Рё получил СЃРІРѕРµ название - рельсотрон), РїРѕ которым подается ток. Рсточник тока подключается Рє рельсам Сѓ РёС… основания, поэтому ток течет как Р±С‹ РІ РґРѕРіРѕРЅРєСѓ снаряду Рё магнитное поле, создаваемое РІРѕРєСЂСѓРі РїСЂРѕРІРѕРґРЅРёРєРѕРІ СЃ током, полностью сосредоточенно Р·Р° проводящим снарядом. Р’ данном случае снаряд является РїСЂРѕРІРѕРґРЅРёРєРѕРј СЃ током, помещённым РІ перпендикулярное магнитное поле, созданное рельсами. РќР° снаряд РїРѕ всем законам физики действует сила Лоренца, направленная РІ сторону противоположную месту подключения рельс Рё ускоряющая снаряд. РЎ изготовлением рельсотрона связан СЂСЏРґ серьезных проблем - импульс тока должен быть настолько мощным Рё резким, чтобы снаряд РЅРµ успел Р±С‹ испарится (ведь через него протекает огромный ток!), РЅРѕ возникла Р±С‹ ускоряющая сила, разгоняющая его вперед. Поэтому материал снаряда Рё рельс должен обладать как можно более высокой проводимостью, снаряд как можно меньшей массой, Р° источник тока как можно большей мощностью Рё меньшей индуктивность. Однако особенность рельсового ускорителя РІ том, что РѕРЅ способен разгонять сверхмалые массы РґРѕ сверх больших скоростей. РќР° практике рельсы изготавливают РёР· безкислородной меди покрытой серебром, РІ качестве снарядов используют алюминиевые брусочки, РІ качестве источника питания - батарею высоковольтных конденсаторов, Р° самому снаряду перед вхождением РЅР° рельсы стараются придать как можно большую начальную скорость, используя для этого пневматические или огнестрельные пушки.
Помимо ускорителей масс к электромагнитному оружия относятся источники мощного электромагнитного излучения, такие как лазеры и магнетроны.
Рисунок 4. Передвижная радиолокационная система
По принципу разрушения техники разделяются на низкочастотные, использующие для доставки разрушающего напряжения наводку в линиях электропередач, и высокочастотные, вызывающие наводку непосредственно в элементах электронных устройств и обладающие высокой проникающей способностью — достаточно мелких щелей для вентиляции для проникновения волн внутрь оборудования.
Впервые эффект электромагнитной бомбы был зафиксирован в 50-е годы XX века, когда проходили испытания американской водородной бомбы. Взрыв был произведён в атмосфере над Тихим океаном. Результатом было нарушение электроснабжения на Гаваях из-за воздействия электромагнитного импульса высотного ядерного взрыва.
Рзучение показало, что взрыв имел непредвиденные последствия. Лучи достигли Гавайских островов, расположенных РІ сотнях километров РѕС‚ места испытания, Рё радиопередачи были нарушены РґРѕ самой Австралии. Взрыв Р±РѕРјР±С‹, РїРѕРјРёРјРѕ мгновенных физических результатов, воздействовал РЅР° электромагнитные поля РЅР° РѕРіСЂРѕРјРЅРѕРј расстоянии. Однако РІ дальнейшем взрыв ядерной Р±РѕРјР±С‹ как источник электромагнитной волны был признан неэффективным РёР·-Р·Р° малой точности, Р° также множества побочных эффектов Рё неприемлемости РІ политическом плане.
В качестве одного из вариантов генератора была предложена конструкция в форме цилиндра, в котором создаётся стоячая волна; в момент активации стенки цилиндра быстро сжимаются направленным взрывом и разрушаются на торцах, в результате чего создаются волна очень малой длины. Поскольку энергия излучения обратно пропорциональна длине волны, в результате уменьшения объёма цилиндра мощность излучения резко возрастает.
Доставка этого устройства может быть произведена любым известным СЃРїРѕСЃРѕР±РѕРј — РѕС‚ авиации РґРѕ артиллерии. Применяются как Рё более мощные боеприпасы СЃ использованием РІ боевой части ударно-волновых излучателей (РЈР’Р), так Рё менее мощные СЃ использованием пьезоэлектрических генераторов частоты (ПГЧ)
Когда впервые это оружие было испробовано, наблюдалось много изменений в поведении организмов (в данном случае подопытных крыс). Например, крысы «шарахались» от стен, «защищались» от чего-то. Некоторые подверглись дезориентации, некоторые погибли (разрыв мозга или сердечной мышцы). В журнале «Наука и жизнь» описывались подобные опыты с «электромагнитным стимулированием мозга», результат их был таков: у крыс нарушалась работа памяти и пропадали условные рефлексы.
Так же существует теория, согласно которой с помощью электромагнитного излучения можно влиять на психику человека, не разрушая организм, а вызывая определенные эмоции либо склонять к каким-либо действиям.
Рисунок 5. Танк Будущего РФ
Помимо необратимых отказов импульсное электромагнитное воздействие может вызвать восстанавливаемые отказы, или парализацию радиоэлектронного устройства, когда из-за возникающих перегрузок оно на какой-то отрезок времени теряет чувствительность. Возможны также ложные срабатывания чувствительных элементов, что может привести, например, к детонации боеголовок ракет, бомб, артиллерийских снарядов и мин.
РџРѕ спектральным характеристикам РРњРћ можно разделить РЅР° РґРІР° РІРёРґР°: низкочастотное, создающее электромагнитное импульсное излучение РЅР° частотах ниже 1 МГц, Рё высокочастотное, обеспечивающее излучение РЎР’Р§-диапазона. РћР±Р° РІРёРґР° РРњРћ имеют различия также РІ способах реализации Рё РІ какой-то мере РІ путях воздействия РЅР° радиоэлектронные устройства. Так, проникновение низкочастотного электромагнитного излучения Рє элементам устройств обусловлено, РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј, наводками РЅР° РїСЂРѕРІРѕРґРЅСѓСЋ инфраструктуру, включающую телефонные линии, кабели внешнего питания, подачи Рё съема информации. Пути же проникновения электромагнитного излучения РЎР’Р§-диапазона более обширны – РѕРЅРё еще включают РїСЂСЏРјРѕРµ проникновение РІ радиоэлектронную аппаратуру через антенную систему, поскольку РЎР’Р§-спектр охватывает Рё рабочую частоту подавляемой аппаратуры. Рмеющее место проникновение энергии через конструктивные отверстия Рё стыки зависит РѕС‚ РёС… размеров Рё длины волны электромагнитного импульса – наиболее сильная СЃРІСЏР·СЊ возникает РЅР° резонансных частотах, РєРѕРіРґР° геометрические размеры соизмеримы СЃ длиной волны. РќР° волнах, длиннее резонансной, СЃРІСЏР·СЊ резко уменьшается, поэтому воздействие низкочастотного РРњРћ, зависящее РѕС‚ наводок через отверстия Рё стыки РІ РєРѕСЂРїСѓСЃРµ аппаратуры, невелико. РќР° частотах же выше резонансной спад СЃРІСЏР·Рё РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ медленнее, РЅРѕ РёР·-Р·Р° множества типов колебаний РІ объеме аппаратуры возникают острые резонансы.
Если поток РЎР’Р§-излучения достаточно интенсивен, то РІРѕР·РґСѓС… РІ отверстиях Рё стыках ионизируется Рё становится хорошим РїСЂРѕРІРѕРґРЅРёРєРѕРј, экранирующим аппаратуру РѕС‚ проникновения электромагнитной энергии. Таким образом, увеличение падающей РЅР° объект энергии может привести Рє парадоксальному уменьшению энергии, воздействующей РЅР° аппаратуру, Рё, как следствие, Рє снижению эффективности РРњРћ.
Рлектромагнитное оружие обладает также биологическим воздействием РЅР° животных Рё человека, РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј связанное СЃ РёС… нагревом. РџСЂРё этом страдают РЅРµ только непосредственно нагреваемые органы, РЅРѕ Рё те, что напрямую РЅРµ контактируют СЃ электромагнитным излучением. Р’ организме возможны хромосомные Рё генетические изменения, активация Рё дезактивация РІРёСЂСѓСЃРѕРІ, изменения иммунологических Рё даже поведенческих реакций. Опасным считается подъем температуры тела РЅР° 1РѕРЎ, Рё продолжение облучения РІ этом случае может привести Рє смертельному РёСЃС…РѕРґСѓ.
Ркстраполяция данных, полученных РЅР° животных, позволяет установить опасную для человека плотность мощности. РџСЂРё длительном облучении электромагнитной энергией СЃ частотой РґРѕ 10 ГГц Рё плотностью мощности РѕС‚ 10 РґРѕ 50 РјР’Рў/СЃРј2 РјРѕРіСѓС‚ возникнуть конвульсии, состояние повышенной возбудимости Рё произойти потеря сознания. Заметный нагрев тканей РїСЂРё воздействии одиночных импульсов такой же частоты РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ РїСЂРё плотности энергии около 100 Дж/СЃРј2. РќР° частотах выше 10 ГГц допустимый РїРѕСЂРѕРі нагрева снижается, поскольку РІСЃСЏ энергия поглощается поверхностными тканями. Так, РЅР° частоте РІ десятки гигагерц Рё плотности энергии РІ импульсе всего 20 Дж/СЃРј2 наблюдается ожог кожи.
Возможны Рё РґСЂСѓРіРёРµ последствия облучения. Так, может временно нарушиться нормальная разность потенциалов мембран клеток тканей. РџСЂРё воздействии одиночного РЎР’Р§-импульса длительностью РѕС‚ 0,1 РґРѕ 100 РјСЃ СЃ плотностью энергии РґРѕ 100 мДж/СЃРј2 меняется активность нервных клеток, возникают изменения РІ электроэнцефалограмме. Рмпульсы малой плотности (РґРѕ 0,04 мДж/СЃРј2 ) вызывают слуховые галлюцинации, Р° РїСЂРё более высокой плотности энергии может быть парализован слух или даже повреждена ткань слуховых органов.
РџСЂРё реализации мобильного варианта РРњРћ необходимо предусмотреть СЃР±РѕСЂ соответствующей информации Рѕ целях, подлежащих электромагнитному воздействию, РІ СЃРІСЏР·Рё СЃ чем важная роль отводится средствам радиотехнической разведки. Поскольку подавляющее большинство интересующих целей излучают радиоволны, обладающие определенными характеристиками, средства разведки СЃРїРѕСЃРѕР±РЅС‹ РЅРµ только РёС… идентифицировать, РЅРѕ Рё устанавливать РёС… местоположение СЃ достаточной точностью. Средствами доставки РРњРћ РІ мобильном варианте РјРѕРіСѓС‚ служить самолеты, вертолеты, беспилотные летательные аппараты, различные ракеты, корабли, планирующие Р±РѕРјР±С‹.
Рффективное средство доставки РРњРћ Рє цели представляет планирующая Р±РѕРјР±Р°, которую можно запускать СЃ самолета (вертолета) СЃ расстояния, превышающего дальность действия системы РџР’Рћ противника, что минимизирует СЂРёСЃРє поражения самолета этой системой Рё СЂРёСЃРє повреждения собственных бортовых радиоэлектронных средств РїСЂРё взрыве Р±РѕРјР±С‹. РџСЂРё этом автопилот планирующей Р±РѕРјР±С‹ можно запрограммировать таким образом, что профиль полета Р±РѕРјР±С‹ Рє цели Рё высота ее подрыва Р±СѓРґСѓС‚ оптимальны. РџСЂРё использовании Р±РѕРјР±С‹ РІ качестве носителя РРњРћ доля массы, приходящаяся РЅР° боеголовку, РґРѕС…РѕРґРёС‚ РґРѕ 85%. Подрыв Р±РѕРјР±С‹ может быть осуществлен СЃ помощью радиолокационного высотомера, барометрического устройства или глобальной спутниковой навигационной системы (ГСНС). РќР° СЂРёСЃ. 4 представлен комплект Р±РѕРјР±, Р° РЅР° СЂРёСЃ.5 – профили РёС… доставки Рє цели СЃ использованием ГСНС [1].
Доставка РРњРћ Рє цели возможна также СЃ помощью специальных снарядов. Рлектромагнитный боеприпас среднего калибра (100–120 РјРј) РїСЂРё срабатывании формирует импульс излучения длительностью РІ несколько микросекунд СЃРѕ средней мощностью РІ десятки мегаватт Рё РїРёРєРѕРІРѕР№ – РІ сотни раз больше. Рзлучение – изотропное, СЃРїРѕСЃРѕР±РЅРѕРµ РЅР° расстоянии 6–10 Рј подорвать детонатор, Р° РЅР° расстоянии РґРѕ 50 Рј – вывести РёР· строя систему опознавания “свой-чужой”, блокировать РїСѓСЃРє зенитной управляемой ракеты РёР· переносного зенитно-ракетного комплекса, временно или окончательно вывести РёР· строя неконтактные противотанковые магнитные РјРёРЅС‹ [11].
РџСЂРё размещении РРњРћ РЅР° крылатой ракете момент его срабатывания определяется датчиком навигационной системы, РЅР° противокорабельной ракете – радиолокационной головкой наведения, Р° РЅР° ракете “воздух-возудух” – непосредственно системой взрывателя. Рспользование ракеты РІ качестве носителя электромагнитной боеголовки неизбежно влечет ограничение массы РРњРћ РёР·-Р·Р° необходимости размещения электрических аккумуляторов для приведения РІ действие генератора электромагнитного излучения. Отношение полной массы боеголовки Рє массе запускаемого оружия составляет примерно РѕС‚ 15 РґРѕ 30% (для американской ракеты AGM/BGM-109 “Томагавк” – 28%).
Рффективность РРњРћ была подтверждена РІ военной операции “Буря РІ пустыне”, РіРґРµ применялись преимущественно самолеты Рё ракеты Рё РіРґРµ РѕСЃРЅРѕРІРѕР№ военной стратегии было воздействие РЅР° электронные устройства СЃР±РѕСЂР° Рё обработки информации, целеуказания Рё элементы СЃРІСЏР·Рё СЃ целью парализации Рё дезинформации системы РџР’Рћ.
Рисунок 6. Генератор сжатия магнитного потока
Проблему защиты РѕС‚ РРњРћ усугубляет еще Рё то, что развитие современных информационных систем идет РїРѕ пути РёС… дезинтеграции. Вместо больших центров РїРѕ приему Рё обработке информации РІ каждом учреждении предпочитают иметь СЃРІРѕРё компьютерные сети, использующие телефонные линии. Рто повышает уязвимость радиоэлектронной аппаратуры РїРѕ отношению Рє РРњРћ, РІ результате чего применение РРњРћ РІ военных конфликтах становится еще более целесообразным Рё реальным.
РџСЂРё рассмотрении СЃРїРѕСЃРѕР±РѕРІ защиты РѕС‚ РРњРћ следует также учитывать необходимость устранения любых паразитных излучений защищаемой аппаратуры, поскольку РѕРЅРё РЅРµ только демаскируют аппаратуру, РЅРѕ Рё способствуют прицельному наведению РРњРћ.
Существует достаточно оснований полагать, что РІ будущем РІСЃРµ значимые боевые операции Р±СѓРґСѓС‚ начинаться СЃ массированного применения РРњРћ, СЃРїРѕСЃРѕР±РЅРѕРіРѕ нанести серьезный ущерб военно-промышленному потенциалу страны Рё облегчить проведение последующих военных операций.
Учитывая эффективность Рё перспективность использования РРњРћ РІ военных операциях, Р° также преимущества тех, кто владеет этим РІРёРґРѕРј оружия, разработку РРњРћ держат РІ строжайшей тайне РїРѕРґ грифом более высоким, чем “Совершенно секретно”, Рё РІСЃРµ проблемы обсуждают только РЅР° закрытых заседаниях. Примером может служить секретная научно-техническая конференция, проведенная РІ РёСЋРЅРµ 1995 Рі. РІ предместье Вашингтона только для американцев, РЅР° которой обсуждались эффекты РѕС‚ воздействия РРњРћ РЅРµ только РЅР° радиоэлектронное оборудование, РЅРѕ также РЅР° животных Рё человека [8]. Отсутствие данных Рѕ результатах использования РРњРћ РІ Югославии объясняется Рё режимом секретности, Рё желанием сохранить столь эффективное оружие для более серьезных боевых операций.
Сегодня технологией РРњРћ РІ полной мере владеют только РЎРЁРђ Рё Р РѕСЃСЃРёСЏ, однако нельзя РЅРµ учитывать возможности овладения этой технологией Рё РґСЂСѓРіРёРјРё странами, РІ том числе странами третьего РјРёСЂР°.
Р РёСЃСѓРЅРѕРє 7. Взрыв РРњРћ
(Лекция Александр Прищепенко Доктор физико-математических наук 11 ноября 2010г)
перейти в каталог файлов
referad.ru
Основная часть………………………………………………………………10
Заключение…………………………………………………………………..22
Библиографический список………………………………………………...23
Приложения…………………………………………………………………24
Рлектромагнитные ускорители масс принято подразделять РЅР° следующие РІРёРґС‹:
Рзобретателем электромагнитного ускорителя масс обычно считают Кристиана Биркеланда. Кристиан Биркеланд, профессор физики РІ университете РІ Осло (работавший СЃ 1898 РїРѕ 1917Рі.), Р·Р° период СЃ 1901 РїРѕ 1903Рі. получил три патента РЅР° СЃРІРѕСЋ "электромагнитную пушку". Р’ 1901Рі. Биркеланд создал первую такую электромагнитную пушку катушечного типа Рё использовал ее для разгона снаряда массой 500 Рі РґРѕ скорости 50 Рј/СЃ (2). РЎ помощью второй большой пушки, созданной РІ 1903Рі. Рё выставленной РІ настоящее время РІ норвежском техническом музее РІ Рі.Осло, РѕРЅ достигал разгона снаряда массой 10 РєРі РґРѕ скорости примерно 100 Рј/СЃ. Калибр пушки 65 РјРј, длина 10 Рј. Примерно РІ это же время электромагнитную пушку патентует Николай Бенардос. Рљ.Р.Циолковский РІ СЃРІРѕРёС… трудах также рассматривал вариант использования электромагнитного ускорителя для запуска ракет.
Задавшись целью увеличить дальнобойность артиллерии, СЂСѓСЃСЃРєРёРµ инженеры Подольский Рё Ямпольский РІ 1915 РіРѕРґСѓ создали проект "магнитно-фугальной" (электромагнитной) пушки. Ее ствол предполагалось выполнить РІ РІРёРґРµ СЂСЏРґР° катушек индуктивности. Р’ РЅРёС… РїРѕ команде должен был подаваться ток. Авторы утверждали, что РїСЂРё заданной мощности электростанции снаряд, разгоняемый электромагнитами РїРѕ 50-метровому стволу, разовьет скорость 915 Рј/СЃ Рё пролетит РґРѕ 300 РєРј. Рксперты Артиллерийского комитета сочли реализацию проекта Подольского Рё Ямпольского "несвоевременной". РўР° же участь постигла проект электромагнитной пушки французов Фашона Рё Виллепле. Ее ствол представлял СЃРѕР±РѕР№ цепь катушек-соленоидов, Рє которым РїРѕ мере движения снаряда следовало поочередно подавать напряжение. Рзобретатели подтвердили жизнеспособность своей идеи: РїСЂРё стрельбе РёР· модели электромагнитной пушки 50-граммовый снаряд набирал скорость 200 Рј/СЃ.
^
С тех пор периодически предпринимаются попытки превратить теоретическое изобретение в пригодное к практическому употреблению устройство.
Систематические научные работы по созданию принципиально новых электромагнитных ускорителей массы начались в мире в 50-х годах XX века. Одним из родоначальников отечественных разработок в этой области был выдающийся советский ученый, исследователь плазмы Л.А. Арцимович, который ввел в отечественную терминологию понятие «рельсотрон».
Работа РїРѕ всем решающим узлам электромагнитной пушки быстро продвигается РІ РЎРЁРђ, Р° также начинается РІ РґСЂСѓРіРёС… странах. Пушка Гаусса РІ качестве оружия обладает преимуществами, которыми РЅРµ обладают РґСЂСѓРіРёРµ РІРёРґС‹ стрелкового оружия. Рто отсутствие гильз Рё неограниченность РІ выборе начальной скорости Рё энергии боеприпаса, возможность бесшумного выстрела, относительно малая отдача, теоретически, большая надежность Рё износостойкость, Р° также возможность работы РІ любых условиях, РІ том числе космического пространства.
Современные успехи, что касается ускорителя, накопления энергии и образования импульсов, явствуют о вероятности того, что системы вооружения в недалеком будущем могут быть оснащены электромагнитными пушками. Для достижения этой цели потребуется напряженная научно-исследовательская работа почти по всем аспектам электромагнитной пушки, включая энергоснабжение и снаряды. Важную роль сыграют новые материалы. Необходимы компактные и мощные источники электрического тока и высокотемпературные сверхпроводники.
Рлектромагнитная пушка, РєСЂРѕРјРµ ее ожидаемой военной важности, должна явиться сильным импульсом технологического прогресса Рё новшества РїСЂРё значительном эффекте РІ гражданском секторе.
РР· экзотических СЃРїРѕСЃРѕР±РѕРІ применения ускорителей РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРµ соленоидов стоит отметить концепцию запуска объектов РІ РєРѕСЃРјРѕСЃ без помощи ракет. Предполагается, что, построив многокилометровый тоннель РёР· РѕРґРЅРѕРіРѕ или нескольких соленоидов, можно обеспечить достаточную для преодоления земного притяжения скорость разгона тела. РџСЂРё этом РІ отличие РѕС‚ рельсовой пушки или обычного выстрела РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРµ теплового расширения газов, запускаемому объекту обеспечивается сравнительно плавное ускорение. Рто делает возможной отправку РЅРµ только сложного Рё С…СЂСѓРїРєРѕРіРѕ научного оборудования, боящегося перегрузок, РЅРѕ так же Рё человека.
Стоит заметить, что более перспективным считается строительство подобных космических ускорителей на нашем естественном спутнике – Луне. Практическое отсутствие атмосферы и низкая гравитация + низкая окружающая температура открывают фантастические перспективы для сверхпроводящих магнитов. Монорельсовый ускоритель на основе линейного мотора либо тоннель из соленоидов планируется размещать горизонтально на поверхности Луны под небольшим углом. Питаться установка может либо от солнечных батарей, либо от привезенных на Луну ядерных реакторов. Таким образом, космическому аппарату сообщалась бы высокая начальная скорость, а дальше в дело вступают ионные двигатели.
Луна в таком виде превратилась бы в перевалочную базу для дальнейшего освоения Солнечной системы или даже в первый земной космопорт. Несложно представить, что гигантские ускорители, питаемые термоядерными реакторами, будут способны разгонять космические аппараты до скоростей, при которых путешествие к отдаленным планетам будет занимать месяцы, а не годы. А если вспомнить, что ускорителю не обязательно быть прямым и тоннель можно построить спиральным, с окончанием в произвольную сторону, то возможности получаются действительно революционными.
Мы решили в своих попытках изготовить электромагнитный ускоритель масс остановиться на макете именно магнитного ускорителя. Дело в том, что из всех типов электромагнитных ускорителей он наиболее прост в изготовлении. Кроме того, он имеет довольно высокий по сравнению с другими электромагнитными стрелялками КПД. Может работать на относительно низких напряжениях не сложно достижимых на практике, с использованием современных комплектующих деталей.
На практике конструкция простейшего магнитного ускорителя представляет собой, намотанную на трубку в несколько слоев, проволоку и подключенный к проволоке конденсатор большой емкости. Внутрь трубки перед самым началом обмотки устанавливается железная болванка и предварительно заряженный конденсатор при помощи электрического ключа замыкается на обмотку. При протекании электрического тока в обмотке возникает магнитное поле, которое разгоняет снаряд, «втягивая» его внутрь обмотки.
Для наибольшего эффекта импульс тока в обмотке должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого импульса используются электролитические конденсаторы с высоким рабочим напряжением.
Параметры обмотки, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы к моменту подлета болванки к середине обмотки ток в последней уже успевал уменьшиться до минимального значения, т.е. заряд конденсаторов был бы уже полностью израсходован. В таком случае КПД будет максимальным.
Для увеличения КПД устройства и скорости снаряда решили сделать многоступенчатый Гаусс.
^
6. Поворотная управляемая платформа (на ATtiny 2313)
^
Ствол для магнитного ускорителя.
Ствол является важной составной частью электромагнитного ускорителя. При этом он должен обладать рядом свойств:
Основываясь РЅР° этом наборе параметров, РјС‹ провели эксперименты РЅР° РѕРґРЅРѕР№ ступени ускорителя РїРѕ выбору материала ствола. Р’ С…РѕРґРµ промежуточных экспериментов РЅРµ было выявлено существенных различий РІ свойствах РєСѓСЃРєР° ствола изготовленного РёР· бумаги промазанной эпоксидным клеем Рё РєСѓСЃРєР° изготовленного РёР· латуни. РСЃС…РѕРґСЏ РёР· этого, остановились РЅР° латунном стержне РІРІРёРґСѓ его большей прочности, доступности Рё простоты обработки.
^ .
Р’ неё РІС…РѕРґСЏС‚ семь ускоряющих катушек, банк конденсаторов, схема развязки напряжения для конденсаторов, Р° также схема гашения обратного напряжения РЅР° конденсаторах. Схема развязки состоит РёР· последовательно RD цепочки. Резистор должен ограничивать ток, проходящий через РґРёРѕРґ, тем самым, защищая его РѕС‚ токового РїСЂРѕР±РѕСЏ РїСЂРё быстрой зарядке конденсатора. Схема гашения обратного напряжения так же состоит РёР· RD цепочки. Рта схема позволяет защитить конденсатор РѕС‚ обратного напряжения. Обратное напряжение РЅР° конденсатор попадает РёР·-Р·Р° РДС самоиндукции катушки Рё может его повредить.
Контроллер.
Схема питается РѕС‚ источника 5Р’. Чтобы открыть тиристор, РЅР° него разряжается конденсатор. Таким СЃРїРѕСЃРѕР±РѕРј достигается достаточный ток для открытия тиристора. Светодиод еще Рё служит РІ качестве индикатора прохождения снаряда РІ ступени Рё соответственно срабатывания ступени. Р’ составе микросхемы 74HC14 шесть триггеров Шмидта СЃ инверсией РЅР° выходе. Чтобы РЅР° выходе микросхемы появилась логическая 1 (закрыт транзистор) нужно закоротить ее РІС…РѕРґ РЅР° землю. Рто достигается СЃ помощью фототранзистора. Если фототранзистор освещен РЅР° выходе микросхемы присутствует логическая 1, что РЅРµ дает транзистору разрядить конденсатор Рё открыть тиристор. Как только снаряд перекрывает свет Рє фототранзистору, его сопротивление резко возрастает Рё уже РЅР° выходе микросхемы присутствует логический 0, который Рё открывает транзистор. Далее через транзистор разряжается конденсатор, тиристор открывается Рё катушка "зажигается".
Преобразователь.
Классический «обратноходовый» преобразователь, построенный РЅР° микросхеме UC3845 (РЁРРњ контроллер СЃ мощным полевым тразистором РЅР° выходе) Рё низковольтном силовом ключе IRF3205. Рассчитан стандартно РїРѕ даташиту РЅР° микросхему, частота работы преобразователя РїРѕСЂСЏРґРєР° 15кГц, импульсный трансформатор намотан РЅР° броневом сердечнике Р§36. Мощность преобразователя около 25 РІС‚.
Рндикация.
В схеме индикации используется ОУ в режиме компаратора. Схема индикации разряда (красный светодиод) сигнализирует о разряженном аккумуляторе. Схема индикации заряда конденсаторов (зеленый светодиод) сигнализирует о максимальном заряде конденсаторов. Схема делителя напряжения для внешней индикации зарядки предназначена для внешнего индикатора. Внешний индикатор сделан на микросхеме LM3914, схема рассчитана по справочным данным на микросхему, используется режим столбика.
^ .
Управление униполярным шаговым двигателем осуществляется с помощью микропроцессора ATtiny 2313. Двигатель применен от дисководов и сделан редуктор, позволяющий платформе вращаться плавно.
^ составных частей ступеней (количества витков катушек, диаметра провода катушек, емкость конденсаторов ступеней) с учетом диаметра ствола и массы ускоряемого тела велись с помощью программы FEMM. Задача расчетов была в том, чтобы, оптимизируя расчетные данные добиться совпадения максимальной скорости ускоряемого предмета в теле катушки с максимальной скоростью на выходе каждой катушки в ступенях. На основе расчетов составлены графики.
После изготовления макета магнитного ускорителя Рё проведенных испытаний стрельбы, возникла необходимость РІ проверке расчетных результатов скорости металлической болванки СЃ реальной скоростью вылета. Для этих целей был применен метод определения скорости - баллистический маятник. Метод работает следующим образом. Металлическая болванка попадает РІ маятник Рё остается РІ нем. Рто полностью неупругий удар. Часть энергии неизбежно СѓС…РѕРґРёС‚ РІ тепло, РЅРѕ зато РјС‹ можем воспользоваться законом сохранения импульса. Рмпульс подвеса СЃ пулей будет равен импульсу пули РґРѕ попадания. Рў.Рµ. зная импульс (скорость) подвеса, можно узнать импульс (скорость пули). Получив импульс, который имеет аналог РІ РІРёРґРµ кинетической энергии (РїРѕРєР° неизвестной), маятник начинает отклоняться. РџСЂРё отклонении, подвес начинает подниматься вверх, кинетическая энергия переходит РІ потенциальную. РљРѕРіРґР° подвес остановится (максимальное отклонение, высота) кинетическая энергия полностью перешла РІ потенциальную. (Р РёСЃ. 1)
Полная формула:V=((M + m) / m) * sqrt(2*g * (L - sqrt(L*L - S*S)))Упрощенная практическая формула:V = ((M + m) / m) * S * sqrt (g / L)V - скорость пули, м/сM - масса подвеса, кгm - масса пули, кгg - ускорение свободного падения, 9.81L - длина подвеса, метрыS - отклонение маятника, метры.
В процессе проводимых экспериментов получены результаты (Рис. 2).
Р РёСЃ.2
Для уточнения измерений величины скорости по методу «баллистический маятник» был применен еще один способ измерения по звуковой карте компьютера. Расчет велся с помощью программы от Sony «Sound Forge». Для этого был собран макет (Рис. 3)
Р РёСЃ. 3
КПД устройства получилось следующим:
ЗАКЛЮЧЕНРР•
В ходе проделанной практической работы был изготовлен макет магнитного ускорителя. Анализ результатов и физических измерений показал, что подобный вид ускорителя масс практически осуществим. Результаты расчетов параметров ступеней с помощью программы «FEMM» оказались аналогичными с результатами практических испытаний. Макет работоспособен и на нем можно продолжить серию экспериментов с целью увеличения скорости снаряда и КПД устройства. Можно проанализировать влияние на эти параметры диаметра и веса снаряда, состава материала из которого он изготовлен, количества ступеней.
Реще одно немало важное замечание: не смотря на то, что это устройство имеет небольшие энергетические параметры, во время экспериментов с ним и проведения пробных запусков необходимо соблюдать все меры безопасности, связанные с высоким напряжением и вылетом металлической болванки.
^
userdocs.ru
ГБОУ СОШ с.Бузаевка м.р. Кинельский Самарской области
Пушка Гаусса
Выполнили
Чалдаева Татьяна
Салманов Олег
Ученики 10 класса ГБОУ СОШ с.Бузаевка
Руководитель РРґС‚ Р•.Р’., учитель физики
2015-2016 учебный годПлан:
Введение
Введение
Не следует путать с рельсотроном.
Рллюстрация принципа действия
Пушка Гаусса (англ. Gauss gun, Coil gun, Gauss cannon) — одна из разновидностей электромагнитного ускорителя масс. Названа по имени немецкого учёного Карла Гаусса, заложившего основы математической теории электромагнетизма.
1. Принцип действия
Пушка Гаусса состоит из соленоида, внутри которого находится ствол (как правило, из диэлектрика). В один из концов ствола вставляется снаряд (сделанный из ферромагнетика). При протекании электрического тока в соленоиде возникает магнитное поле, которое разгоняет снаряд, «втягивая» его внутрь соленоида. На концах снаряда при этом образуются полюса, симметричные полюсам катушки, из-за чего после прохода центра соленоида снаряд притягивается в обратном направлении, то есть тормозится.
Для наибольшего эффекта импульс тока в соленоиде должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого импульса используются электрические конденсаторы с высоким рабочим напряжением.
Параметры обмотки, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту подлета снаряда к соленоиду индуктивность магнитного поля в соленоиде была максимальна, но при дальнейшем приближении снаряда резко падала.
1.1. Кинетическая энергия снаряда
 — масса снаряда
 — его скорость
1.2. Время разряда конденсаторов
Рто время Р·Р° которое конденсатор полностью разряжается. РћРЅРѕ равно четверти периода: — индуктивность
 — ёмкость
1.3. Время работы катушки индуктивности
Рто время Р·Р° которое РДС катушки индуктивности возрастает РґРѕ максимального значения (полный разряд конденсатора) Рё полностью падает РґРѕ 0. РћРЅРѕ равно верхнему полупериоду СЃРёРЅСѓСЃРѕРёРґС‹. — индуктивность
 — ёмкость
2. Преимущества и недостатки
Пушка Гаусса РІ качестве оружия обладает преимуществами, которыми РЅРµ обладают РґСЂСѓРіРёРµ РІРёРґС‹ стрелкового оружия. Рто отсутствие гильз Рё неограниченность РІ выборе начальной скорости Рё энергии боеприпаса, возможность бесшумного выстрела (если скорость достаточно обтекаемого снаряда РЅРµ превышает скорости Р·РІСѓРєР°) РІ том числе без смены ствола Рё боеприпаса, относительно малая отдача (равная импульсу вылетевшего снаряда, нет дополнительного импульса РѕС‚ пороховых газов или движущихся частей), теоретически, больша́я надежность Рё износостойкость, Р° также возможность работы РІ любых условиях, РІ том числе космического пространства.
Однако, несмотря на кажущуюся простоту пушки Гаусса и её преимущества, использование её в качестве оружия сопряжено с серьёзными трудностями.
Первая трудность — низкий КПД установки. Лишь 1-7 % заряда конденсаторов переходят в кинетическую энергию снаряда. Отчасти этот недостаток можно компенсировать использованием многоступенчатой системы разгона снаряда, но в любом случае КПД редко достигает 27%.
Вторая трудность — большой расход энергии (из-за низкого КПД) и достаточно длительное время накопительной перезарядки конденсаторов, что заставляет вместе с пушкой Гаусса носить и источник питания (как правило, мощную аккумуляторную батарею). Можно значительно увеличить эффективность, если использовать сверхпроводящие соленоиды, однако это потребует мощной системы охлаждения, что значительно уменьшит мобильность пушки Гаусса.
Третья трудность (следует из первых двух) — большой вес и габариты установки при её низкой эффективности.
В условиях водной среды применение пушки без толстого защитного кожуха-диэлектрика также серьезно ограничено — дистанционной индукции тока достаточно, чтобы раствор солей диссоциировал на кожухе на сверхкороткое время с образованием агрессивных (растворяющих) сред.
Таким образом, на сегодняшний день пушка Гаусса не имеет особых перспектив в качестве оружия так как значительно уступает другим видам стрелкового оружия. Перспективы возможны лишь в будущем, если будут созданы компактные и мощные источники электрического тока и высокотемпературные сверхпроводники (200—300К).
Также возможно применение пушек Гаусса для запуска легких спутников на орбиту.
infourok.ru
БОУ ДОД Рі. РћРјСЃРєР° «Центр дополнительного образования детей В«Рврика»
Городская конференция учащихся «Шаги в науку»Секция: физика
Тема: «Моя первая модель индукционного ускорителя - пушка Гаусса»
Выполнил: Кораблев Александр Романович ,
обучающийся 8 класса БОУ «Лицей № 92»Руководитель: Початкова Елена Николаевна,
учитель физики БОУ «Лицей № 92»
РћРјСЃРє, 2014
Содержание
Введение ……………………………………………………………………… 3
Глава 1. Принцип действия и применение ускорителя масс.
1. 1. Рсторическая справка ………………………………………………….. 4
1. 2. Принцип действия пушки Гаусса ……………………………………… 4
1.3. Применение ускорителей масс ………………………………………… 5
1. 4. Перспективы……………………………………………………………… 6
Глава 2. Моделирование и испытание катушки Гаусса.
2. 1. Моделирование и сборка пушки Гаусса ……………………………….. 7
2. 2. Рспытание. Расчеты …………………………………………………….. 8
2. 3. Рсследование эффективности пушки Гаусса ………………………….. 8
Заключение …………………………………………………………………….10
Библиографический список ……………………………………………… …. 10
Приложения …………………………………………………………………… 12
Введение
С середины ХХ века ведутся систематические научные работы по созданию принципиально новых электромагнитных ускорителей массы. Одним из родоначальников отечественных разработок в этой области был выдающийся советский ученый, исследователь плазмы Л.А. Арцимович. Недавно в лаборатории Шатурского филиала Объединенного института высоких температур Российской академии наук были проведены испытания уникального устройства – рельсотрона Арцимовича, который представляет собой электромагнитную пушку, стреляющую пока очень маленькими снарядами – массой до трех граммов. Однако разрушительные способности такой «горошины» поразительны. Достаточно сказать, что поставленная на её пути стальная пластина просто-напросто испарилась, превратившись в плазму. (Приложение 1, рис.1)
Актуальность. Современные успехи, что касается ускорителя, накопления энергии Рё образования импульсов, явствуют Рѕ вероятности того, что системы вооружения РІ недалеком будущем РјРѕРіСѓС‚ быть оснащены электромагнитными пушками. Что также станет сильным импульсом технологического прогресса Рё новшества РїСЂРё значительном эффекте РІ гражданском секторе. РР· экзотических СЃРїРѕСЃРѕР±РѕРІ применения ускорителей РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРµ соленоидов стоит отметить концепцию запуска объектов РІ РєРѕСЃРјРѕСЃ без помощи ракет.
Целью моей работы является: создание опытного действующего образца индукционной пушки - Пушки Гаусса и проведения ряда экспериментов для исследования действия этого устройства.
Задачи:
- изучить существующую информацию о способах ускорения масс электромагнитным полем и устройствах, осуществляющих этот способ;
- выбрать необходимые материалы для создания опытного образца модели;
- провести комплекс испытаний с целью экспериментальной проверки дальности полета, кинетической энергии снаряда;
- исследовать эффективность модели, вычислить КПД установки.
Глава 1.Принцип действия и применение ускорителя масс
1.1.Рсторическая справка
Считается, что первыми выдвинули идею электромагнитной пушки французские инженеры Фашон Рё Виллепле еще РІ 1916 РіРѕРґСѓ. (Приложение 1, СЂРёСЃ. 2) Основываясь РЅР° принципе индукции Карла Гаусса, РѕРЅРё использовали РІ качестве ствола цепочку катушек-соленоидов, РЅР° которые последовательно подавался ток. РС… действующая модель индукционной пушки разогнала снаряд массой 50 грамм РґРѕ скорости 200 метров РІ секунду. РџРѕ сравнению СЃ пороховыми артиллерийскими установками результат, конечно, получился достаточно скромный, однако показавший принципиальную возможность создания оружия, РІ котором снаряд разгоняется без помощи пороховых газов. Впрочем, Рё Сѓ французов дальше модели «пушки Гаусса» дело РЅРµ пошло, поскольку для того времени разработки казались слишком фантастическими. Рљ тому же эта РЅРѕРІРёРЅРєР°, как уже отмечалось, РЅРµ давала преимуществ относительно РїРѕСЂРѕС…Р°.
Работа РїРѕ модернизации электромагнитной пушки быстро продвигается РІ РЎРЁРђ, Р° также начинается РІ РґСЂСѓРіРёС… странах. Пушка Гаусса РІ качестве оружия обладает преимуществами, которыми РЅРµ обладают РґСЂСѓРіРёРµ РІРёРґС‹ стрелкового оружия. Рто отсутствие гильз Рё неограниченность РІ выборе начальной скорости Рё энергии боеприпаса, возможность бесшумного выстрела, относительно малая отдача, теоретически, большая надежность Рё износостойкость, Р° также возможность работы РІ любых условиях, РІ том числе космического пространства.
1.2. Принцип действия пушки Гаусса
Пушка Гаусса — магнитный ускоритель масс. По имени ученого и математика Гаусса, в честь имени которого названы единицы измерения магнитного поля.(Приложение 2, рис.3)
Магнитный ускоритель состоит из соленоида, внутри которого находится ствол (как правило, из диэлектрика). В один из концов ствола вставляется снаряд (сделанный из ферромагнетика). При протекании электрического тока в соленоиде возникает магнитное поле, которое разгоняет снаряд, «втягивая» его внутрь соленоида. Но пролетев дальше середины катушки, он начинает замедляться, так как катушка тянет его в обратном направлении. Но если в момент прохождения снаряда через середину соленоида отключить в нём ток, то магнитное поле исчезнет, и снаряд вылетит из другого конца ствола. Но при выключении источника питания в катушке образуется ток самоиндукции, который имеет обратное направление тока, и поэтому меняет полярность катушки. А это значит, что при резком выключении источника питания снаряд, пролетевший центр катушки, будет отталкиваться и получать ускорение дальше. В ином случае, если снаряд не достиг центра, он будет тормозиться.
1.3. Применение ускорителей масс
Подобные ускорители давно используют в промышленности и транспортной сфере. В более узком понимании это устройство известно как соленоид и линейный двигатель. Такие двигатели широко применяются в высокоскоростных поездах. Живой пример – поезд на магнитной подушке Maglev. (Приложение 2, рис.4)
Еще более распространенная сфера применения линейных двигателей – высокоточные манипуляторы в станках, современных автоматических дверях и других схожих устройствах. В целом – везде, где есть необходимость преобразования электроэнергии в прямолинейное движение определенных объектов.
1.4. Перспективы
РџРѕ-разному звучат оценки перспектив. «На современных кораблях Рё американских, Рё (Приложение 2, СЂРёСЃ.4) СЂРѕСЃСЃРёР№СЃРєРёС… использовать такое оружие нельзя. Для него просто РЅРµ хватит энергии. Потребуется создание РЅРѕРІРѕРіРѕ поколения кораблей СЃ энергетической системой, которая обеспечит как двигатели СЃСѓРґРѕРІ, так Рё РёС… оружие», — говориться РІ опубликованном РІ печати заявлении управления вооружения Рё эксплуатации Р’РњР¤ Р Р¤. Р’ то же время американские военные журналы уже публикуют макеты первого корабля, который может получить РЅРѕРІРѕРµ оружие. Рсминец XXI века DDX должен (Приложение 3, СЂРёСЃ.5) появиться Рє 2020 РіРѕРґСѓ.
Более перспективным считается строительство космических ускорителей на нашем естественном спутнике – Луне. (Приложение 3, рис. 6) Практическое отсутствие атмосферы и низкая гравитация плюс низкая окружающая температура открывают фантастические перспективы для сверхпроводящих магнитов. Монорельсовый ускоритель на основе линейного мотора либо тоннель из соленоидов планируется размещать горизонтально на поверхности Луны под небольшим углом. Питаться установка может либо от солнечных батарей, либо от привезенных на Луну ядерных реакторов. Таким образом, космическому аппарату сообщалась бы высокая начальная скорость, а дальше в дело вступают ионные двигатели.
Луна в таком виде превратилась бы в перевалочную базу для дальнейшего освоения Солнечной системы или даже в первый земной космопорт. Несложно представить, что гигантские ускорители, питаемые термоядерными реакторами, будут способны разгонять космические аппараты до скоростей, при которых путешествие к отдаленным планетам будет занимать месяцы, а не годы.
Глава 2. Моделирование и испытание катушки Гаусса
2.1. Моделирование и сборка пушки Гаусса
Первым делом я изучил принцип действия и различные схемы пушки Гаусса и составил собственную первичную схему данного устройства. Следующим шагом стал выбор деталей и материалов для создания электромагнитного ускорителя масс: мой выбор пал на соединительные провода, медный эмалированный провод диаметром 0.7 мм, деревянную доску, 5 гальванических элементов (крон), конденсаторы 4700 мкФ 63V 3 шт., кнопки 4 шт. и латунную трубку.
Первой моделью стал прототип на деревянной доске с одним конденсатором и одной катушкой, естественно, он был не без недостатков: патрон летел недалеко. Тщательно проанализировав опыт сборки прототипа, я составил последующую схему и модернизировал прототип снабдив его вторым соленоидом, тиристором, фотодиодом, светодиодом и ещё двумя конденсаторами (Приложение 4, рис. 7) .
Рзбавившись РѕС‚ недостатка прототипа, СЏ приступил Рє СЃР±РѕСЂРєРµ рабочей модели пушки Гаусса.
Сначала я намотал катушку, используя латунную трубку, две обрезанные крышки и медный эмалированный провод. Наматывал следующим образом: используя вырезки из пробок, как ограничитель я мотал провод слой за слоем. После того как намотал катушку, я вырезал три заготовки для крепления трубки, одну для конденсаторов и два крепления для кнопок ,а потом согнул их. Крепления под батарейки вырезалось из пластмассы. Ещё было найдено крепление к тиристору и фотодиоду со светодиодом. Далее я расположил все компоненты и разметил их расположение и расположения отверстий, необходимых для закрепления деталей. Потом закрепил гальванические элементы, конденсаторы, кнопки, тиристор на модельной доске, фотодиод и светодиод на трубке с катушками. Но перед тем как крепить фотодиод и светодиод, я вырезал два отверстия в трубке, для попадания света на светодиод. Далее шла пайка. (Приложение 4, рис.8)
Мое улучшение данного устройства заключается в следующем: во второй схеме было использовано два соленоида, один из которых включался как только снаряд долетал до него, это позволило добиться большей скорости снаряда и увеличить КПД устройства.
2.2. Рспытания. Расчёты
Сделав по 10 выстрелов с каждым из снарядов и вычислив кинетическую энергию снарядов, я занес данные в таблицу, в которой приводятся все данные по установке – это энергия, запасаемая в конденсаторах, высота ствола, начальная скорость пули, ее энергия и масса.
Рнергия, запасаемая РІ конденсаторе: W = CU2/ 2
U - напряжение конденсатора (в Вольтах)
C - ёмкость конденсатора (РІ Фарадах). Рнергия, запасаемая РїСЂРё параллельном соединении конденсаторов равна:
W=4,801144 Дж (один конденсатор)
W=9,602288 Дж (два конденсатора)
Кинетическая энергия снаряда
,
= в„“
, где ℓ–дальность полета тела (координата x), h – высота, с которой падает тело (координата y), которое получило горизонтальную скорость
- масса снаряда (в килограммах)
- его скорость по оси ОХ (в м/с ). (Приложение 5, Таблица №1 , Таблица №2)
Вывод: Расчеты показывают, что скорость вылета у снаряда достаточно высока при использовании многоступенчатой системы катушек.
2.3.Рсследование эффективность пушки Гаусса
В данной работе я попытался оценить возможный КПД установки η, т.к.
основной ее недостаток — низкий КПД. Лишь 1-7 % заряда конденсаторов переходят в кинетическую энергию снаряда.
Гипотеза: Параметры обмотки, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы к моменту подлета снаряда к середине обмотки, ток в последней уже успевал уменьшиться до минимального значения, т.е. заряд конденсаторов был бы уже полностью израсходован. В таком случае КПД должно быть максимальным.
Р’ качестве направляющей была использована латунная труба, катушка намотана медным РїСЂРѕРІРѕРґРѕРј диаметром d= 0,7РјРј РІ K= 9 слоёв РїРѕ N=22 витка РІ каждом, РІ качестве снаряда использовался стальной стержень СЃРѕ стальным шариком длиной s= 66 РјРј Рё массой m=4,452 Рі. Рмпульс тока РІ первой катушке СЃ активным сопротивлением обмотки r= 3 РћРј возникал РїСЂРё разрядке конденсатора ёмкостью C =4700 РјР¤, заряженного РґРѕ напряжения U= 45.2 Р’. Для оценки эффективности пушки измерялась дальность стрельбы СЃ возвышения h= 81СЃРј. Время падения снаряда П„ определяется высотой h, Р° дальность полёта в„“ скоростью вылета v.
Я устанавливал в трубе на расстоянии Δ от её края снаряд, и, рассчитывая КПД, получил зависимость КПД от начального положения снаряда, который представлен в таблице. (Приложение 6, таблица № 3)
Вывод: Как видно из таблицы, КПД максимально при такой закладке снаряда, при которой его центр будет внутри катушки, а при выдвигании стержня из катушки КПД резко падает.
Заключение
Рлектромагнитные ускорители - перспективное устройство, которое, несомненно, будет применяться РІ будущем РІ промышленности, науки, быту Рё военном деле. Однако главным препятствием РІ РёС… использовании является чрезвычайно РЅРёР·РєРёР№ РљРџР”. РљРџР” максимально РїСЂРё такой закладке снаряда, РїСЂРё которой его центр будет внутри катушки Рё лучше использовать РЅРµ однокатушечную, Р° многоступенчатую модель РРњ ускорителя.
Существует ряд способов его повышения для соленоидного электромагнитного ускорителя, которые по сравнению с исходными результатами дают существенное повышение, однако в общем плане КПД все равно остается довольно низким и не превышает 17%.
Помимо этого, на сегодняшний день соленоидный ускоритель – пушка Гаусса не имеет особых перспектив в качестве оружия, так как значительно уступает другим видам стрелкового оружия. Перспективы возможны лишь в будущем, если будут созданы компактные и мощные источники электрического тока и высокотемпературные сверхпроводники (200—300К).
Библиографический список
1. Бут В Р”.Рђ. РћСЃРЅРѕРІС‹ электромеханики/ Р”.Рђ.Бут. – Рњ.: РњРђР, 1996. – РЎ. 363.
2. Маликов, В.Г. Признано несвоевременным/В.Г.Маликов// Техника молодежи. – 1987. – №5. – С – 30.
3. Мощные полупроводниковые приборы: Справочник/В.Я.Замятин, В.Кондратьев, В.М.Петухов. – М.: Радио и связь, 1988. – С. 336.
Рнтернет – ресурсы:
4. http://ru.wikipedia.org/wiki/Пушка_Гаусса
5. http://www.popmech.ru/archive/2008/issue/70/
6. http://www.gauss2k.narod.ru/
Приложение 1
Р РёСЃ. 1. Рспытание электромагнитной пушки РІ лаборатории Шатурского филиала Объединенного института высоких температур Р РѕСЃСЃРёР№СЃРєРѕР№ академии наук.
Рис. 2. Общий вид электромагнитной пушки Фашона и Виллепле.
Приложение 2
Р РёСЃ.3 Рлектромагнитный ускоритель масс.
Рис.4 Поезд на магнитной подушке Maglev.
Приложение 3
Рис. 5 Многоцелевой эсминец нового поколения DD(X)
Рис. 6 Ускорители масс на Луне.
Приложение 4
Рис. 7 Схема сборки действующей модели – пушки Гаусса
Рис. 8 Действующая модель пушки Гаусса.
Приложение 5
Таблица №1 Результаты вычисления для снаряда с массой 4 г
Масса, m, (кг) | Координата Y (м), h(м) | Координата X(м) | Скорость снаряда V (м/с) | Кинетическая энергия снаряда E (Дж) |
4*10-3 | 0,81 | 5,8 | 3,486 | 11,4*10-3 |
4*10-3 | 0,81 | 5,61 | 3,38 | 12.03*10-3 |
4*10-3 | 0,81 | 5,3 | 3,325 | 12.06*10-3 |
4*10-3 | 0,81 | 5,77 | 3,4425 | 12.1610-3 |
4*10-3 | 0,81 | 5,03 | 3,5 | 12,5*10-3 |
4*10-3 | 0,81 | 5,5 | 3,375 | 11,78*10-3 |
4*10-3 | 0,81 | 5,93 | 3,4825 | 12,4*10-3 |
4*10-3 | 0,81 | 5.82 | 3,455 | 12,23*10-3 |
4*10-3 | 0,81 | 5,43 | 3,36 | 12,8*10-3 |
4*10-3 | 0,81 | 5,07 | 3,52 | 12,6*10-3 |
Масса, m, (кг) | Координата Y (м), h(м) | Координата X(м) | Скорость снаряда V (м/с) | Кинетическая энергия снаряда E (Дж) |
6*10-3 | 0,81 | 0,48 | 3,2 | 13.2*10-3 |
6*10-3 | 0,81 | 0,45 | 3,125 | 12,8*10-3 |
6*10-3 | 0,81 | 0,5 | 3,25 | 12,7*10-3 |
6*10-3 | 0,81 | 0,46 | 3,15 | 12,45*10-3 |
6*10-3 | 0,81 | 0,53 | 3,325 | 11,9*10-3 |
6*10-3 | 0,81 | 0,52 | 3,3 | 12,07*10-3 |
6*10-3 | 0,81 | 0,49 | 3,225 | 12.04*10-3 |
6*10-3 | 0,81 | 0,52 | 3,3 | 13,1*10-3 |
6*10-3 | 0,81 | 0,5 | 3,25 | 12,7*10-3 |
6*10-3 | 0,81 | 0,507 | 3,27 | 11,8*10-3 |
Таблица № 3 Зависимости КПД от смещения снаряда
Масса, m, (кг) | Высота h(м) | Смещение Δ (мм) | Средняя скорость снаряда V (м/с) | Кинетическая энергия снаряда E (Дж) | η = ,% |
4*10-3 | 0,81 | 10 | 3,36 | 11,5*10-3 | 0,12 |
4*10-3 | 0,81 | 15 | 3,4 | 12,1*10-3 | 0,135 |
4*10-3 | 0,81 | 20 | 3,52 | 12,6*10-3 | 0,152 |
4*10-3 | 0,81 | 25 | 3,6 | 12,8*10-3 | 0,158 |
4*10-3 | 0,81 | 30 | 3,36 | 12,7*10-3 | 0,122 |
4*10-3 | 0,81 | 35 | 2,37 | 11,7*10-3 | 0,09 |
filling-form.ru
ГБОУ СОШ с.Бузаевка м.р. Кинельский Самарской области
Пушка Гаусса
Выполнили
Чалдаева Татьяна
Салманов Олег
Ученики 10 класса ГБОУ СОШ с.Бузаевка
Руководитель РРґС‚ Р•.Р’., учитель физики
2015-2016 учебный годПлан:
Введение
Введение
Не следует путать с рельсотроном.
Рллюстрация принципа действия
Пушка Гаусса (англ. Gauss gun, Coil gun, Gauss cannon) - одна из разновидностей электромагнитного ускорителя масс. Названа по имени немецкого учёного Карла Гаусса, заложившего основы математической теории электромагнетизма.
1. Принцип действия
Пушка Гаусса состоит из соленоида, внутри которого находится ствол (как правило, из диэлектрика). В один из концов ствола вставляется снаряд (сделанный из ферромагнетика). При протекании электрического тока в соленоиде возникает магнитное поле, которое разгоняет снаряд, «втягивая» его внутрь соленоида. На концах снаряда при этом образуются полюса, симметричные полюсам катушки, из-за чего после прохода центра соленоида снаряд притягивается в обратном направлении, то есть тормозится.
Для наибольшего эффекта импульс тока в соленоиде должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого импульса используются электрические конденсаторы с высоким рабочим напряжением.
Параметры обмотки, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту подлета снаряда к соленоиду индуктивность магнитного поля в соленоиде была максимальна, но при дальнейшем приближении снаряда резко падала.
1.1. Кинетическая энергия снаряда
- масса снаряда- его скорость
1.2. Время разряда конденсаторов
Рто время Р·Р° которое конденсатор полностью разряжается. РћРЅРѕ равно четверти периода:
- индуктивность- ёмкость
1.3. Время работы катушки индуктивности
Рто время Р·Р° которое РДС катушки индуктивности возрастает РґРѕ максимального значения (полный разряд конденсатора) Рё полностью падает РґРѕ 0. РћРЅРѕ равно верхнему полупериоду СЃРёРЅСѓСЃРѕРёРґС‹.
- индуктивность- ёмкость
2. Преимущества и недостатки
Пушка Гаусса РІ качестве оружия обладает преимуществами, которыми РЅРµ обладают РґСЂСѓРіРёРµ РІРёРґС‹ стрелкового оружия. Рто отсутствие гильз Рё неограниченность РІ выборе начальной скорости Рё энергии боеприпаса, возможность бесшумного выстрела (если скорость достаточно обтекаемого снаряда РЅРµ превышает скорости Р·РІСѓРєР°) РІ том числе без смены ствола Рё боеприпаса, относительно малая отдача (равная импульсу вылетевшего снаряда, нет дополнительного импульса РѕС‚ пороховых газов или движущихся частей), теоретически, больша́я надежность Рё износостойкость, Р° также возможность работы РІ любых условиях, РІ том числе космического пространства.
Однако, несмотря на кажущуюся простоту пушки Гаусса и её преимущества, использование её в качестве оружия сопряжено с серьёзными трудностями.
Первая трудность - низкий КПД установки. Лишь 1-7 % заряда конденсаторов переходят в кинетическую энергию снаряда. Отчасти этот недостаток можно компенсировать использованием многоступенчатой системы разгона снаряда, но в любом случае КПД редко достигает 27%.
Вторая трудность - большой расход энергии (из-за низкого КПД) и достаточно длительное время накопительной перезарядки конденсаторов, что заставляет вместе с пушкой Гаусса носить и источник питания (как правило, мощную аккумуляторную батарею). Можно значительно увеличить эффективность, если использовать сверхпроводящие соленоиды, однако это потребует мощной системы охлаждения, что значительно уменьшит мобильность пушки Гаусса.
Третья трудность (следует из первых двух) - большой вес и габариты установки при её низкой эффективности.
В условиях водной среды применение пушки без толстого защитного кожуха-диэлектрика также серьезно ограничено - дистанционной индукции тока достаточно, чтобы раствор солей диссоциировал на кожухе на сверхкороткое время с образованием агрессивных (растворяющих) сред.
Таким образом, на сегодняшний день пушка Гаусса не имеет особых перспектив в качестве оружия так как значительно уступает другим видам стрелкового оружия. Перспективы возможны лишь в будущем, если будут созданы компактные и мощные источники электрического тока и высокотемпературные сверхпроводники (200-300К).
Также возможно применение пушек Гаусса для запуска легких спутников на орбиту.
botana.cc