Как сделать пушку гаусса полностью своими руками. Игра "Сталкер", Гаусс-пушка: где найти? Гаусс-пушка. Простейшая схема

.
В этой статье Константин, мастерская How-todo, покажет как сделать портативную пушку Гаусса.

Проект делался просто по фану, так что цели установить какие-либо рекорды в Гауссо-строении не было.

Мы заряжаем конденсатор высоким напряжением и разряжаем его на катушку из медного провода, находящуюся на стволе.

При протекании по ней тока создается мощное электромагнитное поле. Пуля из ферромагнетика втягивается внутрь ствола. Заряд конденсатора расходуется очень быстро и, в идеале, ток через катушку перестает течь в момент, когда пуля находится посередине.

Перед тем, как перейдём к сборке следует предупредить, что работать с высоким напряжением нужно очень аккуратно.

Особенно, при использовании таких больших конденсаторов, это может быть весьма опасно.

Во-первых, из-за простоты. Электроника в ней практически элементарна.

При изготовлении многоступенчатой системы нужно как-то коммутировать катушки, рассчитывать их, устанавливать датчики.

Красить пришлось наполовину высунувшись в окно.

Поэтому берем пальчиковую батарейку.

Уже, наверное, лет 50 все говорят о том, что век пороха подошел к концу, и дальше огнестрельное уже не может развиваться. Несмотря на то, что с таким утверждением я абсолютно не согласен и считаю, что современному огнестрельному оружию, а точнее патронам, еще есть куда расти и совершенствоваться, не могу пройти мимо попыток замены пороха и вообще привычного принципа работы оружия. Понятно, что пока многое из придуманного просто невозможно, в основном по причине отсутствия компактного источника электрического тока или же из-за сложности производства и обслуживания, но при этом лежат на пыльной полке и ждут своего времени множество интереснейших проектов.

Пушка Гаусса

Начать именно с этого образца хочется по той причине, что он достаточно простой, ну и потому, что есть и собственный небольшой опыт в попытке создания такого оружия, и, надо сказать, не самой безуспешной.

Лично я узнал впервые об этом образце оружия вовсе не из игры "Сталкер", хотя именно благодаря ей об этом оружии знают миллионы, и даже не из игры Fallout, а из литературы, а именно из журнала ЮТ. Представленная в журнале пушка Гаусса было самой примитивной и позиционировалась как детская игрушка. Так, само "оружие" состояло из пластиковой трубки с намотанной на ней катушкой медной проволоки, которая играла роль электромагнита при подаче на нее электрического тока. В трубку вкладывался металлический шарик, который при подаче тока стремился притянуть к себе электромагнит. Чтобы шарик не "завис" в электромагните, подача тока была кратковременной, с электролитического конденсатора. Таким образом, до электромагнита шарик разгонялся, а дальше при отключении электромагнита летел уже самостоятельно. К этому всему предлагалась электронная мишень, но не будем скатываться к теме о том, какая раньше была интересная, полезная и главное востребованная литература.

Собственно, описанное выше устройство и есть простейшая пушка Гаусса, но естественно, что подобное устройство явно не может быть оружием, разве что при очень большом и мощном единственном электромагните. Для достижения приемлемых скоростей метаемого снаряда необходимо использовать, если так можно выразиться, ступенчатую систему разгона, то есть на стволе должно быть установлено несколько электромагнитов один за одним. Главной проблемой при создании такого аппарата в домашних условиях является синхронизация работы электромагнитов, так как от этого напрямую зависит скорость метаемого снаряда. Хотя прямые руки, паяльник и чердак или дача со старыми телевизорами, магнитофонами, грампроигрывателями и никакие трудности не страшны. На данный момент, пробежав глазами по сайтам, где люди демонстрируют свое творчество, я заметил, что практически все располагают катушки электромагнитов на самом стволе, грубо говоря, просто наматывают на него катушки. Судя по результатам испытаний таких образцов, далеко от нынешней общедоступной пневматике по эффективности такое оружие не ушло, но для развлекательной стрельбы вполне годное.

Собственно, больше всего меня мучает вопрос, почему катушки все стараются расположить на стволе, куда более эффективнее было бы использовать электромагниты с сердечниками, которые будут направлены этими самыми сердечниками к стволу. Таким образом, можно разместить, скажем, 6 электромагнитов на площади, которую занимал ранее один электромагнит, соответственно это даст больший прирост к скорости метаемого снаряда. Несколько секций таких электромагнитов по всей длине ствола смогут разогнать небольшой кусочек стали до приличных скоростей, правда весить установка будет немало даже без источника тока. Все почему-то стараются и высчитывают время разрядки конденсатора, питающего катушку, для того чтобы согласовать катушки между собой, чтобы они разгоняли снаряд, а не тормозили его. Согласен, сесть и посчитать занятие очень интересное, вообще физика и математика замечательные науки, но почему не согласовать катушки при помощи фото и светодиодов и простейшей схемки, вроде как дефицита особого нет и вполне за умеренную плату можно получить необходимые детали, хотя посчитать, конечно, дешевле. Ну, а источник питания электрическая сеть, трансформатор, диодный мост и несколько электролитических конденсаторов соединенных параллельно. Но даже при таком монстре весом килограмм под 20 без автономного источника электрического тока впечатляющих результатов навряд ли получиться добиться, хотя смотря у кого какая впечатлительность. И не не не, я ничего подобного не делал (опустив голову, водит ногой в тапочке по полу), я вот только ту игрушку из ЮТ мастерил с одной катушкой.

В общем, даже при использовании как какое-то стационарное оружие, скажем тот же пулемет для защиты объекта, не меняющего свое местоположение, такое оружие будет достаточно дорогим, а главное тяжелым и не самым эффективным, если конечно речь идет о разумных габаритах, а не о монстре с пятиметровым стволом. С другой же стороны, очень высокая теоретическая скорострельность и боеприпасы по цене копейка за полтонны ну очень уж привлекательно выглядят.

Таким образом, для пушки Гаусса основной проблемой является то, что электромагниты имеют большой вес, ну и как всегда требуется источник электрического тока. В целом, разработку именно оружия на основе пушки Гаусса никто не ведет, есть проект по запуску небольших спутников, но он скорее теоретический и уже давно не развивается. Интерес к пушке Гаусса поддерживается только благодаря кинематографу и компьютерным играм, да еще и энтузиастам, любящим работать головой и руками, которых в наше время, к сожалению, не так много. Для оружия есть более практичное устройство, которое потребляет электрический ток, хотя о практичности тут можно поспорить, но в отличии от пушки Гаусса тут есть определенные сдвиги.

RailGun или по-нашему Рельсотрон

Это оружие не менее известно, чем пушка Гаусса, за что нужно сказать спасибо компьютерным играм и кинематографу, правда если с принципом работы пушки Гаусса знакомы все кто заинтересовался этим видом оружия, то с рельсотроном не все понятною.Попробуем разобраться что это за зверь, как он работает и какие у него перспективы.

Началось все в далеком 1920 году, именно в этом году был получен патент на данный образец оружия, причем оружия изначально, никто не планировал использовать изобретение в мирных целях. Автором рельсотрона, или более известного рэилгана, является француз – Андрэ Луи-Октав Фошон Виепле. Несмотря на то, что конструктору удалось достигнуть некоторого успеха по поражению живой силы противника, его изобретением никто не заинтересовался, уж очень громоздкой была конструкция, а результат был так себе и вполне сопоставимый с огнестрельным оружием. Так почти двадцать лет изобретение было заброшено, до тех пор пока не нашлась страна, которая позволяла тратить себе огромные средства для развития науки, и особенно той части науки, которая могла убивать. Речь идет о фашисткой Германии. Именно там французским изобретением заинтересовался Иоахим Хэнслер. Под руководством ученого была создана значительно более эффективная установка, которая имела длину всего два метра, но разгоняла метаемый снаряд до скорости более 1200 метров в секунду, правда сам метаемый снаряд был выполнен из алюминиевого сплава и имел вес 10 грамм. Тем не менее, этого было более чем достаточно для ведения огня, как по живой силе противника, так и по небронированной технике. В частности свою разработку конструктор позиционировал как средство борьбы с воздушными целями. Более высокая скорость полета метаемого снаряда, в сравнении с огнестрельным оружием, делала работу конструктора весьма перспективной, так как вести огонь по движущимся, причем движущимся постоянно, целям было намного проще. Однако конструкция требовала доработки и конструктор проделал очень большой труд по совершенствованию данного образца, несколько изменив начальный принцип его работы.

В первом образце все было более или менее понятно и ничего фантастического не было. Имелось две рельсы, которые были «стволом» оружия. Между ними укладывался сам метаемый снаряд, который изготавливался из пропускающего электрический ток материала, в результате при подаче тока на рельсы, под воздействием силы Лоренца, метаемый снаряд стремился вперед и в идеальных условиях, которых, естественно, никогда не добиться, его скорость могла приближаться к скорости света. Так как существовало множество факторов, которые мешали разогнать сметаемый снаряд до таких скоростей, то конструктор решил от некоторых из них избавиться. Главным достижением стало то, что в последних наработках уже не метаемый снаряд замыкал цепь, делало это электрическая дуга позади метаемого снаряда, собственно это решение используется до сих пор, только совершенствуясь. Таким образом, конструктору удалось приблизиться к скорости полета метаемого снаряда равной 3 километрам в секунду, в это был 1944 год прошлого века. К счастью конструктору не хватило времени на то, чтобы завершить свою работу и решить те проблемы которые имело оружие, а их было не мало. Причем настолько не мало, что эту разработку спихнули американцам и работ в этом направлении в Советском Союзе не проводили. Только в семидесятых годах начали развивать у нас данное оружие и на данный момент мы, к сожалению, отстаем, ну по крайней мере по общедоступным данным. В США же уже давно достигли скорости в 7,5 километров в секунду и не собираются останавливаться. Работы на данный момент ведутся в направлении развития рельсотрона как средства противовоздушной обороны, так что как ручное огнестрельное оружие рельсотрон все еще фантастика или очень далекое будущее.

Главной проблемой рельсотрона является то, что для достижения максимальной эффективности нужно использовать рельсы с очень малым сопротивлением. На данный момент они покрыты серебром, что вроде бы не так накладно в финансовом плане, однако с учетом того, что «ствол» оружия длиной совсем не один и не два метра, это уже существенные затраты. Кроме того, после нескольких выстрелов рельсы нужно менять и восстанавливать, что деньги, да и скорострельность такого оружия остается очень низкой. Кроме того, не стоит забывать о том, что сами рельсы стараются оттолкнуться друг от друга под воздействием все тех же сил, которые разгоняют метаемый снаряд. По этой причине конструкция должна обладать достаточной прочностью, но в тоже время сами рельсы должны иметь возможность быстрой замены. Но не это главная проблема. Для выстрела требуется огромное количество энергии, так что одним автомобильным аккумулятором за спиной не отделаешься, тут уже нужны более мощные источники электрического тока, что ставит под вопрос мобильность такой системы. Так в США планируют устанавливать подобные установки на эсминцах, причем уже говорят об автоматизации подачи метаемых снарядов, охлаждении и прочих прелестях цивилизации. На данный момент заявленная дальность стрельбы по наземным целям составляет 180 километров, о воздушных пока молчат. Наши же конструкторы пока еще не определились с тем, где они будут применять свои наработки. Однако по обрывкам информации можно сделать вывод, что как самостоятельное оружие рельсотрон пока использоваться не будет, а вот как средство, которое дополняет уже существующее дальнобойное оружие, позволяя существенно добавить к скорости метаемого снаряда желаемые пару сотен метров в секунду, рельсотрон имеет хорошие перспективы, да и стоимость такой разработки будет куда ниже нежели какие-то мегапушки на собственных кораблях.

Остается только вопрос стоит ли считать нас в этом вопросе отставшими, так как обычно то, что работает плохо стараются пропиарить всеми возможными способами «шоб усе боялись», а вот то, что действительно эффективно, но его время еще не пришло, закрыто за семью замками. Ну, по крайней мере, в это хочется верить.

Электромагнитную рельсовую винтовку, в простонародье пушку Гаусса, не найти в магазине оружия. Она не оставляет гильз и не дает осечек, бесшумна, её не надо чистить, в качестве патрона для этого электромагнитного рельсового орудия может выступить обыкновенный гвоздь, а работает винтовка Гаусса по принципу переменного магнитного поля, разгоняя предметы до умопомрачительных скоростей.

Так как, в отличии от другого оружия, найти и купить электромагнитную пушку Гаусса нельзя, здесь мы подробно расскажем о её схеме, принципе работы и как сделать эту рельсовую винтовку Гаусса в домашних условиях своими руками.

Внимание! Собрав электромагнитную винтовку или пистолет своими руками, не забудьте зарегистрировать свое рельсовое орудие в полиции и получить разрешение на его ношение или хранение в домашних условиях в целях самообороны, ведь как и остальное оружие, пушка Гаусса представляет смертельную опасность для вас и окружающих вас людей, а незаконное её хранение наказывается уголовным кодексом!

Как сделать самодельное орудие Гаусса

Чтобы подробно разобрать принцип работы самодельной винтовки Гаусса, попробуем для начала сделать прототип электромагнитного рельсового орудия из обыкновенной линейки (лучше всего подходит логарифмическая, чтобы, вынув из неё середину, мы получили желобок для шариков), 4 одинаковых мощных магнитов, ножа, клейкой ленты и 9 шариков из металла, диаметром не превышающих высоту магнитов. Собрать прототип винтовки (назовем его пистолетом Гаусса) проще простого даже в домашних условиях и своими руками.

Прикрепите скотчем магниты к линейке на одинаковом расстоянии друг от друга посередине желоба, следя за тем, чтобы крайние магниты не были слишком близко к концам линейки и зарядите с одной стороны от каждого магнита по 2 шарика. Чтобы выстрелить, зарядите шарик в желобок у края линейки со стороны где возле магнита нет шариков и отпустите. Магнитное поле притянет его к магниту, шарик сообщит через него другому шарику свою энергию и тот, за счет воздействия на него этой энергии и вдобавок другого магнитного поля, создаваемого следующим стоящим в схеме магнитом, разгонит его еще быстрее, примерно раза в 2.

Ну вот и все! Прототип самодельной пушки Гаусса сделан в домашних условиях своими руками и по принципу работы орудия ничем не отличается от оригинала, винтовки Гаусса, как собрать схему которой дома самому мы сейчас и расскажем.

Как сделать пушку Гаусса

Чтобы собрать винтовку Гаусса одними магнитами и линейкой не отделаешься. Где найти исходные материалы на халяву? Скорее всего придется как минимум потратиться на несколько конденсаторов на 400-450 Вольт, общая емкость которых бы была в диапазоне 1000-2000 мФ, провод из меди с изоляцией диаметром 1мм, отсек для батареек типа "Крона" и пару полутора вольтовых батареек, спусковой механизм для вашей самодельной винтовки Гаусса в домашних условиях в виде кнопки и тумблера, штук 5 одноразовых фотоаппартов, у которых имеется в наличии вспышка, пару соломинок из какого-нибудь МакДака, в котором заодно можно поесть на халяву , обычное реле от автомобиля "Жигули" на 4 контакта и какой-нибудь корпус для пушки Гаусса в виде игрушечного пистолета, автомата или т.д, от которого будет зависеть внешний вид вашего самодельного электромагнитного рельсового орудия Гаусса, сделать которое можно по следующей схеме:

Принцип оружия Гаусса так же построен на электромагнитных свойствах пушки, ствол из диэлектрика вместе с железным зарядом находится внутри индуктивной катушки, а при подаче электричества в соленоид, возникающее магнитное поле придает снаряду неслабое ускорение.

Если вы еще не догадались, то одноразовые фотоаппараты нам нужны ради устройства зарядки конденсаторов, ведь мы же не хотим сделать одноразовую винтовка Гаусса? Однако разбирая одноразовый фотоаппарат будьте предельно осторожны, ни в коем случае не касайтесь частей электрической цепочки и как можно быстрее замкните выхода конденсатора при помощи отвертки, с диэлектрической рукояткой. Очистите зарядку от батареечных скоб, конденсатора и припаяйте к ней мостик к контактам кнопке для зарядки будущего электромагнитного рельсового орудия Гаусса. Проделайте вышеописанный метод с остальными одноразовыми фотоаппаратами.

Чтобы ускорение у рельсового орудия было максимальным, к тому времени как снаряд окажется у соленоида(индуктивной катушки, не имеющей сердечника), магнитное поле должно быть также максимальным, резко падая при непосредственной близости снаряда у соленоида, для этого надо согласовать характеристики конденсаторов, снаряда и катушки будущей самодельной винтовки Гаусса.

Чтобы сделать соленоид для пушки Гаусса, соберите воедино 4 см соломинки, две шайбы большого размера из пластика или картона, собрав бобину используя гайку и винт. Намотайте провод из меди, внимательно следя за тем, чтобы провод нигде не перегибался, а изоляция ненароком не повредилась, перед намоткой очередного слоя, а всего таких должно быть десять, залейте предыдущий суперклеем. Разберите конструкцию и вставьте в соленоид длинную соломинку, которая станет стволом электромагнитной рельсовой винтовки Гаусса своими руками в домашних условиях. Проверить работоспособность полученной детали можно обычной 9В батарейкой и скрепкой.

Собрав по схеме пушку Гаусса, перед выстрелом следите за светодиодами, чтобы опеределить момент, когда напряжение конденсаторов увеличилось до нужных нам 330В, обычно на это уходит до минуты, но если подключить паралелльно зарядкам конденсаторов несколько батареек по 3В так, чтобы каждый 3В отсек подключался параллельно всем зарядкам, чтобы зарядные платы не сгорели, то время перезарядки самодельной винтовки Гаусса собранной дома самому можно существенно уменьшить.

Для обеспечения безопасности готового электромагнитного рельсового орудия Гаусса сделанного своими руками в домашних условиях в качестве спускового механизма используйте реле, чтобы не контачить с кнопкой, разряжающей конденсаторы, напрямую. Собрать высоковольтный контур можно только проводом с диаметром не менее 1мм, а конденсаторы надо дополнительно разряжать, устраивая короткое замыкание, чтобы пушку Гаусса можно было безопасно хранить дома после выстрела.

Для стрельбы из самодельной винтовки Гаусса включаем питание, ждем сигнала от светодиодов, заряжаем снаряд, чтобы он находился чуть сзади соленоида, выключаем питание и стреляем. Сделанное таким методом электромагнитного рельсовое оружие поражает своей мощностью и не должно ни в коем случае наводиться на живых людей.

Если вы ничего в этом не понимаете, то начать будет лучше с изучения

Информация предоставлена исключительно в образовательных целях!
Администратор сайта не несет ответственности за возможные последствия использования предоставленной информации.

ЗАРЯЖЕННЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ СМЕРТЕЛЬНО ОПАСНЫ!

Электромагнитная пушка (Гаусс-ган, англ. coilgun ) в ее классическом варианте представляет собой устройство, использующее свойство ферромагнетиков втягиваться в область более сильного магнитного поля для ускорения феромагнитного "снаряда".

Мой гаусс-ган:
вид сверху:


вид сбоку:


1 - разъем для подключения дистанционного спуска
2 - переключатель "заряд аккумулятора/работа"
3 - разъем для подключения к звуковой карте компьютера
4 - переключатель "заряд конденсатора/выстрел"
5 - кнопка аварийного разряда конденсатора
6 - индикатор "Заряд аккумулятора"
7 - индикатор "Работа"
8 -индикатор "Заряд конденсатора"
9 - индикатор "Выстрел"

Схема силовой части пушки Гаусса:

1 - ствол
2 - защитный диод
3 - катушка
4 - ИК-светодиоды
5 - ИК-фототранзисторы

Основные элементы конструкции моей электромагнитной пушки :
аккумулятор -
я использую два литий-ионных аккумулятора SANYO UR18650A формата 18650 от ноутбука емкостью 2150 мАч, включенных последовательно:
...
Предельное напряжение разряда этих аккумуляторов составляет 3,0 В.

преобразователь напряжения для питания цепей управления -
Напряжение с батарей поступает на повышающий преобразователь напряжения на микросхеме 34063, который повышает напряжение до 14 В. Затем напряжение поступает на преобразователь для заряда конденсатора, а стабилизированное до 5 В микросхемой 7805 - для питания цепи управления.

преобразователь напряжения для заряда конденсатора -
повышающий преобразователь на базе таймера 7555 и MOSFET -транзистора ;
- это N -канальный MOSFET -транзистор в корпусе TO-247 с максимально допустимым напряжением "сток-исток" V DS = 500 вольт, максимальным импульсным током стока I D = 56 ампер и типичным значением сопротивления "сток-исток" в открытом состоянии R DS(on) = 0,33 ома.

Индуктивность дросселя преобразователя влияет на его работу:
слишком малая индуктивность определяет низкую скорость заряда конденсатора;
слишком высокая индуктивность может привести к насыщению сердечника.

В качестве генератора импульсов (oscillator circuit ) для преобразователя (boost converter ) можно использовать микроконтроллер (например, популярный Arduino ), который позволит реализовать широтно-импульсную модуляцию (ШИМ, PWM ) для управления скважностью импульсов.

конденсатор (coil cap(acitor)) -
электролитический конденсатор на напряжение несколько сотен вольт.
Ранее я использовал конденсатор К50-17 от советской внешней фотовспышки емкостью 800 мкФ на напряжение 300 В:

Недостатком этого конденсатора являются, по моему мнению, невысокое рабочее напряжение, повышенный ток утечки (приводит к более долгой зарядке) и возможно завышенная емкость.
Поэтому я перешел на использование импортных современных конденсаторов:

SAMWHA на напряжение 450 В емкостью 220 мкФ серии HC . HC - это стандартная серия конденсаторов SAMWHA , существуют и другие серии: HE - работающие в более широком температурном диапазоне, HJ - с увеличенным временем жизни;

PEC на напряжение 400 В емкостью 150 мкФ.
Также я испытывал третий конденсатор на напряжение 400 В емкостью 680 мкФ, приобретенный в интернет-магазине dx.com -

В итоге я остановился на использовании конденсатора PEC на напряжение 400 В емкостью 150 мкФ .

Для конденсатора также важно его эквивалентное последовательное сопротивление (ESR ).

переключатель -
силовой переключатель SA предназачен для коммутирования заряженного конденсатора C на катушку L :

в качестве переключателя можно использовать либо тиристоры, либо IGBT -транзисторы:

тиристор -
я использую силовой тиристор ТЧ125-9-364 с управлением по катоду
внешний вид

размеры

- тиристор быстродействующий штыревого исполнения: "125" означает максимально допустимый действующий ток (125 А); "9" означает класс тиристора, т.е. повторяющееся импульсное напряжение в сотнях вольт (900 В).

Использование тиристора в качестве ключа требует подбора емкости конденсаторной батареи, так как затянутый импульс тока приведет к втягиванию пролетевшего центр катушки снаряда обратно - "suck-back effect" .

IGBT-транзистор -
применение в качестве ключа IGBT -транзистора позволяет не только замыкать, но и размыкать цепь катушки. Это позволяет прерывать ток (и магнитное поле катушки) после пролета снаряда через центр катушки, иначе бы снаряд втягивался назад, в катушку, и, следовательно, замедлялся. Но размыкание цепи катушки (резкое убывание тока в катушке) приводит к возникновению импульса высокого напряжения на катушке в соответствии с законом электромагнитной индукции $u_L = {L {{di_L} \over {dt}} }$. Для защиты ключа-IGBT -транзистора необходимо использовать дополнительные элементы:

VD tvs - диод (TVS diode ), создающий путь току в катушке при размыкании ключа и гасящий резкий бросок напряжения на катушке
R dis - разрядный резистор (discharge resistor ) - обеспечивает затухание тока в катушке (поглощает энергию магнитного поля катушки)
C rs ringing suppression capacitor ), предотвращающий возникновение импульсов перенапряжения на ключе (может дополняться резистором, образуя RC-snubber )

Я использовал IGBT -транзистор IRG48BC40F из популярной серии IRG4 .

катушка (coil) -
катушка намотана на пластиковом каркасе медным проводом. Омическое сопротивление катушки составляет 6,7 Ом. Ширина многослойной намотки (внавал) $b$ равна 14 мм, в одном слое около 30 витков, максимальный радиус - около 12 мм, минимальный радиус $D$ - около 8 мм (средний радиус $a$ - около 10 мм, высота $c$ - около 4 мм), диаметр провода - около 0,25 мм.
Параллельно катушке включен диод UF5408 (supression diode ) (пиковый ток 150 А, пиковое обратное напряжение 1000 В), гасящий импульс напряжения самоиндукции при прерывании тока в катушке.

ствол (barrel) -
сделан из корпуса шариковой ручки.

снаряд (projectile) -
Параметры испытательного снаряда - отрезок гвоздя диаметром 4 мм (диаметр ствола ~ 6 мм) и длиной 2 см (объем снаряда составляет 0,256 см 3 , а масса $m$ = 2 грамма, если принять плотность стали 7,8 г/см 3). Массу я вычислял, представив снаряд как совокупность конуса и цилиндра.

Материал снаряда обязан быть ферромагнетиком .
Также материал снаряда должен иметь как можно более высокий порог магнитного насыщения - значение индукции насыщения $B_s$ . Одним из лучших вариантов является обычное магнитомягкое железо (например, обычная незакаленная сталь Ст. 3 - Ст. 10) с индукцией насыщения 1,6 - 1,7 Тл. Гвозди изготавливают из низкоуглеродистой термически необработанной стальной проволоки (сталь марок Ст. 1 КП, Ст. 2 КП, Ст. 3 ПС, Ст. 3 КП).
Обозначение стали:
Ст. - углеродистая сталь обыкновенного качества;
0 - 10 - процентное содержание углерода, увеличенное в 10 раз. С увеличением содержания углерода снижается индукция насыщения $B_s$.

А самым эффективным является сплав "пермендюр ", но он слишком экзотический и дорогой. Этот сплав состоит из 30-50 % кобальта, 1,5-2 % ванадия и остальное - железо. Пермендюр обладает наивысшей из всех известных ферромагнетиков индукцией насыщения $B_s$ до 2,43 Тл.

Также желательно, чтобы материал снаряда имел как можно более низкую проводимость . Это связано с тем, что возникающие в переменном магнитном поле в проводящем стержне вихревые токи, которые приводят к потерям энергии.

Поэтому в качестве альтернативы снарядам - обрезкам гвоздей я испытал ферритовый стержень (ferrite rod ), взятый из дросселя с материнской платы:

Аналогичные катушки встречаются и в компьютерных блоках питания:

Внешний вид катушки с ферритовым сердечником:

Материал стержня (вероятно, никель-цинковый (Ni-Zn ) (аналог отечественных марок феррита НН/ВН) ферритовый порошок) является диэлектриком , что исключает возникновение вихревых токов. Но недостатком феррита является низкая индукция насыщения $B_s$ ~ 0,3 Тл.
Длина стержня составила 2 см:

Плотность никель-цинковых ферритов составляет $\rho$ = 4,0 ... 4,9 г/см 3 .

Сила притяжения снаряда
Вычисление силы, действующей на снаряд в пушке Гаусса, является сложной задачей.

Можно привести несколько примеров вычисления электромагнитных сил.

Сила притяжения кусочка ферромагнетика к катушке-соленоиду с ферромагнитным сердечником (например, якоря реле к катушке) определяется выражением $F = {{{{(w I)}^2} \mu_0 S} \over {2 {{\delta}^2}}}$ , где $w$ - количество витков в катушке, $I$ - ток в обмотке катушки, $S$ - площадь сечения сердечника катушки, $\delta$ - расстояние от сердечника катушки до притягиваемого кусочка. При этом пренебрегаем магнитным сопротивлением ферромагнетиков в магнитной цепи.

Сила, втягивающая ферромагнетик в магнитное поле катушки без сердечника, определяется выражением $F = {{w I} \over 2} {{d\Phi} \over {dx}}$.
В этой формуле ${{d\Phi} \over {dx}}$ - скорость изменения магнитного потока катушки $\Phi$ при перемещении кусочка ферромагнетика вдоль оси катушки (изменении координаты $x$), эту величину вычислить достаточно сложно. Вышеуказанная формула может быть переписана в виде $F = {{{I}^2} \over 2} {{dL} \over {dx}}$, где ${{dL} \over {dx}}$ - скорость изменения индуктивности катушки $L$.

Порядок выполнения выстрела из гаусс-гана
Перед выстрелом конденсатор необходимо зарядить до напряжения 400 В. Для этого необходимо включить выключатель (2) и перевести переключатель (4) в положение "ЗАРЯД". Для индикации напряжения к конденсатору через делитель напряжения подключен индикатор уровня от советского магнитофона. Для аварийного разряда конденсатора без подключения катушки служит резистор сопротивлением 6,8 кОм мощностью 2 Вт, подключаемый с помощью выключателя (5) к конденсатору. Перед выстрелом необходимо перевести переключатель (4) в положение "ВЫСТРЕЛ". Для избежания влияния дребезга контактов на формирование импульса управления кнопка "Выстрел" подключается к схеме защиты от дребезга на переключающем реле и микросхеме 74HC00N . С выхода этой схемы сигнал запускает одновибратор, который вырабатывает одиночный импульс настраиваемой длительности. Этот импульс поступает через оптопару PC817 на первичную обмотку имульсного трансформатора, обеспечивающего гальваническую развязку цепи управления от силовой цепи. Импульс, формируемый на вторичной обмотке, открывает тиристор и конденсатор разряжается через него на катушку.

Ток, протекающий через катушку при разряде, создает магнитное поле, втягивающее ферромагнитный снаряд и придающее снаряду некоторую начальную скорость. После вылета из ствола снаряд дальше летит по инерции. При этом следует учитывать то, что после пролета снаряда через центр катушки магнитное поле будет замедлять снаряд, поэтому импульс тока в катушке не должен быть затянут, иначе это приведет к уменьшению начальной скорости снаряда.

Для дистанционного управления выстрелом к разъему (1) подключается кнопка:

Определение скорости вылета снаряда из ствола
При выстреле дульная скорость и энергия сильно зависят от начального положения снаряда в стволе.
Для настройки оптимального положения необходимо измерять скорость вылета снаряда из ствола. Для этого я использовал оптический измеритель скорости - два оптических датчика (ИК-светодиоды VD1 , VD2 + ИК-фототранзисторы VT1 , VT2 ) размещены в стволе на расстоянии $l$ = 1 см друг от друга. При пролете снаряд закрывает фототранзисторы от излучения светодиодов, а компараторы на микросхеме LM358N формируют цифровой сигнал:

При перекрытии светового потока датчика 2 (ближайшего к катушке) загорается красный ("RED ") светодиод, а при перекрытии датчика 1 - зеленый ("GREEN ").

Этот сигнал преобразуется к уровню в десятые доли вольта (делители из резисторов R1 ,R3 и R2 ,R4 ) и подается на два канала линейного (не микрофонного!) входа звуковой карты компьютера с помощью кабеля с двумя штекерами - штекером, подключаемого к разъему гаусс-гана, и штекером, втыкаемым в гнездо звуковой карты компьютера:
делитель напряжения:


LEFT - левый канал; RIGHT - правый канал; GND - "земля"

штекер, подключаемый к пушке:

5 - левый канал; 1 - правый канал; 3 - "земля"
штекер, подключаемый к компьютеру:

1 - левый канал; 2 - правый канал; 3 - "земля"

Для обработки сигнала удобно использовать бесплатную программу Audacity ().
Так как на каждом канале входа звуковой карты включен последовательно с остальной цепью конденсатор, то фактически вход звуковой карты представляет собой RC -цепочку, и записанный компьютером сигнал имеет сглаженный вид:


Характерные точки на графиках:
1 - пролет передней части снаряда мимо датчика 1
2 - пролет передней части снаряда мимо датчика 2
3 - пролет задней части снаряда мимо датчика 1
4 - пролет задней части снаряда мимо датчика 2
Я определяю начальную скорость снаряда по разнице времени между точками 3 и 4 с учетом того, что расстояние между датчиками составляет 1 см.
В приведенном примере при частоте оцифровки $f$ = 192000 Гц для количества сэмплов $N$ = 160 скорость снаряда $v = {{l f} \over {N}} = {{1920} \over 160}$ составила 12 м/с.

Скорость вылета снаряда из ствола зависит от его начального положения в стволе, задаваемого смещением задней части снаряда от края ствола $\Delta$:

Для каждой емкости батареи $C$ оптимальное положение снаряда (значение $\Delta$) различно.

Для вышеописанного снаряда и емкости батареи 370 мкФ я получил следующие результаты:

При емкости батареи 150 мкФ результаты были следующими:

Максимальная скорость снаряда составила $v$ = 21,1 м/с (при $\Delta$ = 10 мм), что соответствует энергии ~0,5 Дж -

При испытании снаряда - ферритового стержня выяснилось, что он требует намного более глубокого расположения в стволе (намного большей величины $\Delta$).

Законы об оружии
В Республике Беларусь изделия с дульной энергией (muzzle energy ) не более 3 Дж приобретаются без соответствующего разрешения и не регистрируются.
В Российской Федерации изделия с дульной энергией менее 3 Дж не считаются оружием.
В Великобритании оружием не считаются изделия с дульной энергии не более 1,3 Дж.

Определение разрядного тока конденсатора
Для определения максимального разрядного тока конденсатора можно использовать график напряжения на конденсаторе при разряде. Для этого можно подключиться к разъему, на который через делитель подается напряжение на конденсаторе, уменьшенное в $n$ = 100 раз. Ток разряда конденсатора $i = {n} \cdot {C \cdot {{du} \over {dt}}} = {{{m_u} \over {m_t}} C tg \alpha}$, где $\alpha$ - угол наклона касательной к кривой напряжения конденсатора в данной точке.
Вот пример такой разрядной кривой напряжения на конденсаторе:

В этом примере $C$ = 800 мкФ, $m_u$ = 1 В/дел., $m_t$ = 6,4 мс/дел., $\alpha$ = -69,4°, $tg \alpha = -2,66 $, что соответствует току в начале разряда $i = {100} \cdot {800} \cdot {10^{-6}} \cdot {1 \over {6,4 \cdot {10^{-3}}}} \cdot (-2,66) = -33,3$ ампера.

Продолжение следует

Привет. Сегодня мы соорудим пушку Гаусса в домашних условиях из частей, которые легко можно найти в местных магазинах. Используя конденсаторы, выключатель и кое-какие другие части, мы создадим пусковую установку, способную при помощи электромагнетизма запускать небольшие гвозди на расстояние примерно до 3 метров. Приступим!

Шаг 1: Смотрим видео

Сначала посмотрите видео. Вы изучите проект и увидите пушку в действии. Читайте дальше для изучения более детальной инструкции сборки устройства Гаусс Ган.

Шаг 2: Собираем необходимые материалы

Для проекта вам понадобится:

1. 8 больших конденсаторов. Я использовал 3,300uF 40V. Ключевым моментом здесь является то, что чем меньше вольтаж — тем меньше опасности, поэтому поищите варианты в районе 30 — 50 Вольт. Что касается ёмкости, то чем больше — тем лучше.
2. Один выключатель для токов высокой силы
3. Одна катушка на 20 витков (я скрутил свою из провода стандарта 18awg)
4. Медный лист и/или толстый медный повод

Шаг 3: Склеиваем конденсаторы

Возьмите конденсаторы и склейте их вместе таким образом, чтобы положительные клеммы находились ближе к центру склеивания. Склейте их сначала в 4 группы по 2 штуки. Затем склейте по две группы вместе, получив в итоге 2 группы из 4 конденсаторов. Затем положите одну группу на другую.

Шаг 4: Собираем группу конденсаторов

Фотография показывает, как должна выглядеть итоговая конструкция.

Теперь возьмите позитивные клеммы и соедините их друг с другом, а затем припаяйте к медной накладке. Накладкой может послужить толстый медный провод или лист.

Шаг 5: Спаиваем медные накладки

Используйте при необходимости направленное тепло (небольшой промышленный фен), разогрейте медные накладки и припаяйте к ним клеммы конденсаторов.

На фото видна моя группа конденсаторов после выполнения этого шага.

Шаг 6: Спаяйте отрицательные клеммы конденсаторов

Возьмите еще один толстый проводник, я использовал изолированный медный повод с большим сечением, сняв с него в нужных местах изоляцию.

Согните провод так, чтобы он максимально эффективно покрывал всю дистанцию нашей группы конденсаторов.

Спаяйте его в нужных местах.

Шаг 7: Подготовьте снаряд

Далее нужно подготовить для катушки подходящий снаряд. Я намотал свою катушку вокруг бобины. В качестве дула я использовал небольшую соломину. Следовательно, мой снаряд должен входить в соломинку. Я взял гвоздь и обрезал его до длины примерно в 3 см, оставив острую его часть.

Шаг 8: Найдите подходящий выключатель

Затем мне нужно было найти способ сбросить заряд из конденсаторов на катушку. Большинство людей для таких нужд используют выпрямители (SCR). Я решил действовать проще и нашел выключатель, работающий при высокой силе тока.

На выключателе есть три отметки силы тока: 14.2A, 15A, и 500A. Мои расчеты показали максимальную силу примерно в 40A на пике, продолжающемся около миллисекунды, так что всё должно было сработать.

ЗАМЕТКА. Не используйте мой метод включения, если ёмкость ваших конденсаторов будет больше. Я испытывал удачу и всё обошлось, но вам не захочется, чтобы выключатель взорвался из-за того, что вы пропустили 300A через выключатель, рассчитанный на 1A.

Шаг 9: Наматываем катушку

Мы почти закончили собирать электромагнитную пушку. Время намотать катушку.

Я испробовал три разных катушки и обнаружил, что примерно 20 витков изолированного провода стандарта 16 или 18 awg действуют лучше всего. Я использовал старую бобину, намотал на неё проволоку и продел внутрь пластиковую соломину, запаяв один конец соломины горячим клеем.

Шаг 10: Собираем устройство по схеме

Теперь, когда вы подготовили все части, соедините их вместе. Если у вас возникли какие-то проблемы — следуйте схеме.

Шаг 11: Пожаробезопасность

Мои поздравления! Мы сделали пушку Грасса своими руками. Используйте зарядник, чтобы зарядить ваши конденсаторы до почти максимального напряжения. Я зарядил свою установку на 40V до 38V.

Зарядите снаряд в трубку и нажмите кнопку. Ток пойдёт на катушку и она выстрелит гвоздём.

БУДЬТЕ ОСТОРОЖНЫ! Даже учитывая, что это низкоточный проект, и что он вас не убьёт, но всё же такой ток может навредить вашему здоровью. На второй фотографии видно, что станет, если вы случайно соедините плюс и минус.