ККД пістолета Гаусса і способи його підвищення
Деякі читачі напевно збирали колись щось на кшталт пістолета Гаусса, але результат їх не радував. У цій статті буде розказано про те, як дізнатися ККД вашого пістолета Гаусса і підвищити його.
Коефіцієнт корисної дії пістолета Гаусса обчислюється просто - це енергія кулі на виході зі ствола, віднесена до енергії, запасеної в конденсаторах (для більш складних випадків, коли не вся енергія конденсаторів переходить в котушку, вважається витрачена на постріл енергія). Енергія, запасені в конденсаторах, вичіляется за формулою Е = С * U ^ 2/2, де С - ємність конденсатора в Фарада, U - напруга, до якого заряджений конденсатор. Енергія кулі обчислюється за формулою Е = m * V ^ 2/2, де m - маса кулі в кілограмах, а V - швидкість в метрах в секунду. Так, наприклад, якщо в конденсаторах вашого пістолета Гаусса запасене 100дж, а енергія кулі на виході зі ствола 1Дж, то ККД вашого пістолета Гаусса - 1%.
Способи вимірювання швидкості кулі були описані в попередній статті. Для того, щоб дізнатися масу кулі, не маючи лабораторних ваг, можна покласти кулю в шприц, заповнений водою, і, дізнавшись таким чином обсяг, помножити його на щільність матеріалу кулі.
Тепер про те, як підібрати і розрахувати всі деталі пістолета Гаусса для отримання найвищого ККД.
конденсатори
1. У загальному випадку чим вище робоча напруга конденсатора, тим краще це може відбитися на підсумковому ККД всієї системи, оскільки зі збільшенням напруги зменшуються втрати на активний опір. Але найвище відношення ємності до обсягу мають електролітичні конденсатори, а їх важко знайти на напругу більше 450в. Можна, звичайно, використовувати плівкові конденсатори на напругу 1000 і більше вольт, але вони, по-перше, громіздкі і важкі, а, по-друге, доведеться якось вирішувати проблеми з ізоляцією. Так що оптімальнинмі є електролітічекіе конденсатори на 300-450в.
2. ESR (еквівалентний послідовний опір) конденсаторів. Чим менше ESR конденсатора, тим краще (проте такі конденсатори коштують дорожче). Деякі виробники створюють спеціальні лінійки конденсаторів з низьким ESR.
3. Індуктивний опір також грає важливу роль. За інших рівних умов чим вже й довше конденсатор - тим менше його індуктивний опір.
4. Висновки. Конденсатори з висновками під гайку краще конденсаторів з висновками під пайку (правда, перші коштують дорожче).
ключі
Ну тут все просто - чим нижче опір ключа, тим краще.
стовбур
1. Чим тонше стовбур, тим краще, оскільки в такому випадку менше обсягу всередині котушки пропадає даремно. Деякі пістолети Гаусса взагалі обходяться без стовбура (наприклад, показання на картинці). Але не забувайте про міцність!
2. Чим менше тертя всередині стовбура, тим більше енергії залишиться у кулі. Тертя допомагають зменшити спеціальні збройові мастила, наприклад "баллістол".
3. Стовбури з діелектриків краще металевих, оскільки в останніх при пострілі наводяться вихрові струми, на які витрачається частина енергії пострілу. Проблему вихрових струмів можна вирішити, зробивши пропил по всій довжині стовбура (або хоча б в тій частині, де знаходиться котушка, як показано на зображенні).
снаряд
1. За інших рівних умов снаряд з більшою масою прискорюється з більшим ККД, оскільки в ньому більше магнітних доменів, що піддаються втягування в котушку.
2. Чим вище поріг насичення матеріалу, з якого виготовлений снаряд, тим краще. З доступних матеріалів найбільшим порогом насичення мають м'які стали типу Ст.3 (з яких, наприклад, роблять цвяхи).
3. Аеродинамічна форма снаряда також має важливе значення. Її бажано зробити такий, щоб якомога сильніше зменшити тертя об повітря.
котушка
1. До сих пір точаться суперечки щодо оптимальної форми котушки, але на мій погляд вона така: зовнішній діаметр дорівнює трьом внутрішнім, а довжина дорівнює 11/9 від зовнішнього діаметра. Ці співвідношення можна вивести математично. Але я тут не претендую на істину в кінцевій інстанції, і читачі шляхом експериментів можуть вивести свою оптимальну форму котушки.
2. Активний опір котушки має бути трохи менше активного опору конденсаторів, в ідеалі в 1,4 рази менше. Але це співвідношення також є полем для експериментів.
3. Укладання проводу повинна бути якомога більш щільною. В ідеалі провід можеть бути квадратним, шестигранним або плоским - щоб не залишалося незаповнених ніш.
4. Матеріал дроту повинен мати якомога меншу питомий опір.
Отже, як же поєднати всі вимоги до деталей, часто суперечливі, для отримання найкращого ККД? Відповідь на це питання дають різні програми математичного моделювання для електромагніт прискорювачів. Наприклад, FEMM і спеціальні скрипти для неї, які можна скачати тут.
У них можна задати передбачувані параметри вашого майбутнього пістолета Гаусса і дізнатися, яким буде приблизний ККД (на практиці він зазвичай виходить трохи нижче). На цьому все, бажаю вам успіхів в досягненні високих ККД!