Az első modell egy indukciós gyorsító pisztoly Gauss »

BOE DOD Omskben "A gyermekek továbbképzésének központja" Eureka "

A város hallgatói konferenciája "Lépés a tudományba"
Szakasz: Fizika

Téma: "Az indukciós gyorsító első modellje a Gauss pisztoly"

Befejezett: Korablev Alexander Romanovich,

Diákja a 8. osztály a BOC "Lyceum № 92"
A fej: Pochatkova Elena Nikolaevna,

fizikus tanára a BOC "Lyceum № 92"

1. fejezet A tömeggyorsító működésének és alkalmazásának elve.

1. 1. Történelmi háttér .......................................................... 4

1. 2. A Gauss-pisztoly működésének elve ............................................. 4

1.3. A tömeggyorsítók alkalmazása .................. 5

2. fejezet Gauss-tekercs modellezése és tesztelése.

2. 1. A Gauss-pisztoly modellezése és összeszerelése ..................................... 7

2. 3. A Gauss-fegyver hatékonyságának vizsgálata ............................... 8

Bibliográfiai lista ...................................................... .... 10

A huszadik század közepétől szisztematikus tudományos munkát végeztek alapvetően új elektromágneses tömeggyorsítók létrehozása érdekében. A belföldi fejlesztések egyik alapítója ezen a területen kiemelkedő szovjet tudós, a plazma LA kutatója. Artsimovich. Nemrégiben egy egyedülálló eszköz vizsgálatokat végeztünk laboratóriumában Shatura Branch az Orosz Tudományos Akadémia vegyes Intézet magas hőmérsékleten - Artsimovich railgun, amely elektromágneses fegyver, lövészet még mindig nagyon kis kagyló - legfeljebb három gramm tömegű. Az ilyen "borsó" pusztító képességei azonban elképesztőek. Elég azt mondani, hogy az acéllemez a maga módján egyszerűen elpárolgott és plazmává vált. (1. függelék, 1. ábra)

Relevanciáját. A gyorsítókkal, az energiafelhalmozódással és az impulzusok kialakulásával kapcsolatos modern sikerei azt mutatják, hogy a közeljövőben a fegyverrendszerek felszerelhetők elektromágneses ágyúkkal. Ami szintén a technológiai haladás és az innováció erőteljes impulzusává válik, jelentős hatással a civil szektorra. A solenoidokra épülő gyorsítók használatának egzotikus módjai közül érdemes megemlíteni, hogy a tárgyak eljussanak az űrbe rakéták nélkül.

Munkám célja: létrehozni az indukciós pisztoly - Gun Gauss pilóta működési mintáját és kísérletsorozatot végezni az eszköz működésének vizsgálatához.

- a tömegek gyorsulásának egy elektromágneses mezővel és a módszerrel végrehajtott eszközökkel kapcsolatos meglévő információk tanulmányozása;

- válassza ki a prototípus-modell létrehozásához szükséges anyagokat;

- a repülés tartományának, a lövedék kinetikus energiájának kísérleti ellenőrzésére szolgáló komplex tesztek elvégzése;

- a modell hatékonyságának tanulmányozása, a létesítmény hatékonyságának kiszámítása érdekében.

1. fejezet A tömeggyorsító működésének és alkalmazásának elve

Úgy vélik, hogy az első, aki előterjesztette az ötletet az elektromágneses pisztoly francia mérnökei, Fachon és Willeple 1916-ban. (1. függelék, 2. ábra) A Karl Gauss indukciójának alapjaként hengerként egy mágnestekercsek láncolatát használták, amelyhez soros sorozatot alkalmaztak. Az indukciós pisztoly működési modellje 50 grammos súlyú lövedéket száguldott fel másodpercenként 200 méterre. A puskaporos tüzérségi berendezésekkel összehasonlítva az eredmény természetesen meglehetősen szerénynek bizonyult, de kimutatta, hogy a fegyverek létrehozásának legfőbb lehetősége a porhulladékok felgyorsítása. A franciaek azonban nem mentek tovább a "Gauss pisztolyok" modelljével, mert ez idő alatt a fejlesztések túlságosan fantasztikusnak tűntek. Ráadásul ez az újdonság, amint azt már említettük, nem nyújtott előnyöket a puskával szemben.

Az elektromágneses pisztoly korszerűsítésével kapcsolatos munka gyorsan mozog az Egyesült Államokban, és más országokban is megkezdődik. A Gauss pisztoly, mint fegyver, olyan előnyökkel jár, amelyek nem rendelkeznek más típusú kézi lőfegyverekkel. Ez nem az ujjak és korlátlan választék kezdeti sebesség és energia a lőszer, a lehetőséget a csendes lövések, viszonylag kis teljesítmény, elméletileg nagyobb megbízhatóság és a tartósság, valamint a munkaképesség bármilyen környezetben, beleértve a világűrben.

1.2. A Gauss-fegyver elve

A Gauss pisztoly egy mágneses tömeggyorsító. Gauss tudós és matematikus néven nevezték el, akinek nevét a mágneses mező mérésére szolgáló egységek nevezték el (2. függelék, 3. ábra)

A mágneses gyorsító egy mágnesszelepből áll, amelynek belsejében van egy hordó (általában egy dielektrikum). A hordó egyik végébe egy héj (ferromágnesből készült) van. Amikor egy elektromágneses áram folyik mágnesszelepben, felbukkan egy mágneses mező, amely felgyorsítja a lövedéket, "rajzolja" a mágnesszelepre. De a repülőgéptől távolabb repül, lassul, mert a tekercs az ellenkező irányba húzza. De ha a lövedék áthalad a mágnesszelep közepén, hogy leválassza az áramot, akkor a mágneses mező el fog tűnni, és a lövedék a hordó másik végéről repül. De amikor a tápfeszültség ki van kapcsolva, egy önindukciós áram keletkezik a tekercsben, amelynek fordított irányú iránya van, és ezért megváltoztatja a tekercs polaritását. Ez azt jelenti, hogy amikor az áramforrás hirtelen ki van kapcsolva, a lövedék, amely a tekercs középpontját elhúzta, visszataszít és gyorsulást kap. Ellenkező esetben, ha a lövedék nem éri el a közepét, lassulni fog.

1.3. A tömeggyorsítók alkalmazása

Az ilyen gyorsítót már régóta használják az iparban és a közlekedésben. Szűkebb értelemben ez az eszköz mágnesteként és lineáris motorként ismert. Az ilyen motorokat széles körben használják a nagy sebességű vonatokon. Élő példa a Maglev mágneses párna vonat. (2. melléklet, 4. ábra)

A lineáris motorok még gyakoribb alkalmazási területe a nagy pontosságú manipulátorok a szerszámgépekben, a modern automata ajtókban és más hasonló eszközökben. Általánosságban, ahol szükség van arra, hogy a villamos energiát bizonyos objektumok négyszögletes mozgásává alakítsák.

Még ígéretes az a térbeli gyorsítók építése a természetes műholdon - a Holdon. (3. függelék, 6. ábra) A gyakorlatban a légkör hiánya, az alacsony gravitáció és az alacsony környezeti hőmérséklet nyitja meg a szupravezető mágnesek fantasztikus kilátásait. A lineáris motoron vagy a solenoid alagútján alapuló egysínű gyorsítót a víz felszínén vízszintesen kell elhelyezni egy kis szögben. A telepítést akár napelemek, akár a Holdra szállított atomreaktorok üzemelhetik. Így az űrhajót tájékoztatni fogják a magas kezdeti sebességről, és tovább az ügybe jönnek az ionmotorok.

A hold ebben a formában a naprendszer továbbfejlesztéséhez, vagy akár az első földi űrkikötőhöz való átterjedési bázisává válna. Könnyen elképzelhető, hogy az óriás gyorsítók powered by termonukleáris reaktorok képes lesz gyorsítani az űrhajó sebesség, amelynél az út távoli bolygók kerül hónap, nem év.

2. fejezet Gauss-tekercs modellezése és tesztelése

2.1. A Gauss pisztoly modellezése és összeállítása

Először megvizsgáltam a Gauss-pisztoly működési elvét és különböző rendszereit, és összeállítottam a saját primer áramkört. A következő lépés a kiválasztás az alkatrészek és anyagok létrehozása az elektromágneses gyorsító tömeg: én esett a választás a csatlakozó vezetékek, zománcozott rézhuzalok 0,7 mm átmérőjű, egy fából készült tábla, 5 galvánelemek (NOK), a kondenzátorok a 4700 uF 63V 3 db. gombok 4 db. és egy rézcső.

Az első modell prototípus volt egy faházon, egy kondenzátorral és egy tekerccsel, természetesen nem hibák nélkül: a patron közeledett. Óvatosan elemezve a prototípus szerelvény élmény, én már össze az alábbi rendszereket és a továbbfejlesztett prototípus megadják a második szolenoid, tirisztor, egy fotó dióda, LED és két kondenzátorok (4. függelék, Fig. 7).

Megszabadulni a prototípus hiányától, elkezdtem összeállítani a Gauss fegyvert.

Először a tekercset egy rézcsővel, két díszes fedéllel és egy réz zománchuzalt használtam fel. A következőképpen csomagolva: a dugókból levágott darabok használatával, mint limiter, rétegenként felhúzza a drótréteget. Miután megcsavartam a tekercset, kivágtam három csavart a cső rögzítéséhez, egy a kondenzátorokhoz és két rögzítőelemet a gombokhoz, majd meghajlítottam őket. Az elemtartót műanyagból vágták. Egy tirisztorhoz és egy LED-es fotodiódához való rögzítést is találtak. Ezt követően elrendeztem az összes alkatrészt, és megjelöltem a helyüket és a lyukak elhelyezkedését, hogy biztosítsák az alkatrészeket. Aztán felerősítette a galvanikus cellákat, kondenzátorokat, gombokat, egy tirisztort a modelltáblán, egy fotodiódát és egy fénykibocsátó diódát egy tekercses csövön. De mielőtt a fénydiódát és a LED-et rögzíteném, két lyukat vágtam ki a csőben, hogy megérthesse a LED-en lévő fényt. Továbbá forrasztás volt. (4. melléklet, 8. ábra)

Ennek a készüléknek a javítása a következő: a második rendszerben két mágnestekercset használtunk, amelyek közül az egyiket bekapcsoltuk, mihelyt a lövedék eljutott, ez lehetővé tette a lövedék nagyobb sebességének elérését és az eszköz hatékonyságának növelését.

2.2. Test. számítások

Így 10 lövés minden a lövedékek, és kiszámítja a kinetikai energiájú lövedékek, felemeltem az adatokat a táblázat, amely tartalmazza a telepítési adatokat - a tárolt energia a kondenzátor, a magassága a törzs, a kezdeti sebesség a lövedék, az energia és a tömeg.

A kondenzátorban tárolt energia: W = CU2 / 2

A kondenzátor U - feszültsége (in volts)

C - kondenzátor kapacitása (Faradah). A kondenzátorok párhuzamos csatlakozásánál tárolt energia:

W = 4,801144 J (egy kondenzátor)

W = 9,602288 J (két kondenzátor)

A lövedék kinetikus energiája

, = ℓ, ahol ℓ-távolság test járat (X koordináta), h - a magasság, amelynél a cseppek test (a koordináta y), amely már kapott egy vízszintes sebességgel - a lövedék tömege (kg) - a sebesség az x tengelyen (m / s) . (5. függelék, 1. táblázat. 2. táblázat)

Következtetés: A számítások azt mutatják, hogy a lövedék kilépési sebessége meglehetősen magas, többfokozatú tekercsrendszer használatakor.

2.3.A Gauss-fegyver hatékonyságának vizsgálata

Ebben a cikkben megpróbáltam megbecsülni a telepítés lehetséges hatékonyságát az η miatt, mert

fő hátránya az alacsony hatékonyság. A kondenzátorok töltésének 1-7% -át a lövedék kinetikus energiájává alakítják át.

Hipotézis: a kanyargós paramétereit a lövedék és a kondenzátorokat úgy kell összehangolni, oly módon, hogy mire a lövedék közeledik a közepén a tekercs, a jelenlegi az utóbbi sikerült csökkenteni a minimális érték, vagyis a kondenzátorok töltése teljesen fel lett fogyasztva. Ebben az esetben a hatékonyságnak maximálisnak kell lennie.

Például a sárgaréz vezetőcső használtunk, a tekercset egy rézhuzal átmérője d = 0,7 mm a K = 9 rétegek N = 22 mindegyik tekercs, használni, mint egy lövedék acél rúd egy acélgolyó hossza s = 66 mm, tömege m = 4452 az impulzus az áramnak az első tekercs-menetellenállás aktív r = 3 ohm merült fel a kisülés során a kondenzátorok kapacitása C = 4700 mF, terhelik a feszültség U = 45,2 V. értékelésére fegyvert lövölde mellett mért magasság h = 81 cm. A τ lövedék leesési idejét a h magasság határozza meg. és a repülési tartomány ℓ az indulási sebesség v.

A csőben Δ-t távolítottam el a csőtől, és a hatékonyság kiszámításával megkaptuk a hatékonyság függését a lövedék kiindulási helyzetében, amit a táblázatban mutatunk be. (6. melléklet, 3. táblázat)

Következtetés: Mint látható a táblázatban, a maximális hatékonyság egy lapon héj, amelynek a középpontja belül van, a tekercs és élesen csökken a vydviganii rúd tekercs hatékonyságát.

Az elektromágneses gyorsítók ígéretes eszköz, amelyet kétségtelenül a jövőben használnak az iparban, a tudományban, az életben és a katonai ügyekben. Azonban a használatuk legfőbb akadálya rendkívül alacsony hatékonyság. HATÉKONYSÁG legfeljebb olyan lövedéknél, amelyben a középpontja a tekercsben van, és jobb, ha a gyorsító többlépcsős modelljét alkalmazzuk egy tekercses modell helyett.

Számos módja van, hogy javítsa a szolenoid elektromágneses gyorsító, amely, összehasonlítva a kezdeti eredmények adnak jelentős növekedés, de általánosságban a hatékonyság még mindig viszonylag alacsony, és nem haladhatja meg a 17%.

Ezen túlmenően a mágnesszelep gyorsító - pisztoly Gaussnak nincs külön kilátása fegyvernek, mivel ez lényegesen alacsonyabb a többi kézi lőfegyverhez képest. A kilátások csak a jövőben lehetségesek, ha kompakt és erőteljes villamos áramforrások és magas hőmérsékletű szupravezetők (200-300 K) keletkeznek.

2. Malikov, V.G. Felismerték, hogy az idő előtti / VG Malikov // A fiatalok technikája. - 1987. - № 5. - С - 30.

3. Hatékony félvezető eszközök: Referencia könyv / V.Ya. Zamyatin, V.Kondratiev, V.M. Petukhov. - M. Radio and Communication, 1988. - 336. o.

Ábra. 1. Elektromágneses pisztoly vizsgálata az Orosz Tudományos Akadémia Hőmérsékleti Intézetének Shatursky ágának laboratóriumában.

Ábra. 2. A Fachon és Villeple elektromágneses pisztoly általános nézete.

Elektromágneses tömeggyorsító.

4. ábra Maglev mágneses párna vonat.

Ábra. 5 Az új generációs DD (X) többcélú rombolója

Ábra. 6 tömeges gyorsítót a Holdon.

Ábra. 7 Az aktuális Gauss-pisztoly-modell összeszerelésének diagramja

Ábra. 8 A Gauss fegyver mûködési modellje.

1. táblázat A 4 g tömegű lövedék számításának eredményei