Принцип ускорения заключается в том, что при разряде конденсатора на катушку она втягивает ферро-магнитные снаряды создаваемым магнитным полем. Этот принцип легко реализуем, скорость снаряда может достигать порядка 50 м/с. (Если использовать многоступенчатую систему катушек, то скорость может быть порядка 90 –120 м/с, в зависимости от числа ступеней, индуктивности катушек и емкостей конденсаторов)
Ускорение снаряда зависит от его магнитных свойств, максимальный энергетический прирост за ступень ускорения ограничен магнитным насыщением материала, а также другими принципами, которые основываются на силе Лоренца.
При включении выключателя в катушке происходит выброс магнитного поля, которое втягивает снаряд, но когда снаряд проходит середину катушки, то поле наоборот немного тормозит снаряд, поэтому хорошо бы отключать ток в катушке, когда снаряд начинает пересекать точку центра катушки. Чем короче будет импульс при разряде конденсаторов, тем сильнее будет втягивающая сила. В реальности сразу сложно подобрать параметры снаряда и катушки, сначала нужно провести теоретический расчет вручную (довольно трудоемкое занятие) или программой симулятором coilsim, FEMM. Самый оптимальный вариант — это когда снаряд и катушка равной длины. Сначала катушка рассчитывается в программе coilsim, FEMM, потом наматывается. Катушку нужно мотать аккуратно виток к витку, слоями. Далее нужно залить ее эпоксидным клеем. Потом можно для нее сделать магнитопровод, который будет концентрировать магнитное поле в катушке не давая ему выходить за ее пределы. (рекомендация, автор почему то не учел этот факт, который существенно повышает КПД системы). Напряжение конденсаторов нужно выбирать не меньше 300 вольт, а сопротивление должно быть как можно меньше, лучше всего будут работать импульсные электролитические конденсаторы.
Снаряды были сделаны из штифтов 4×12 мм и весом 1.1 грамм. Ствол — это стеклянная трубка 7×1 мм. Катушка была такой же длины, как и снаряд 12 мм и диаметром 20мм, она содержит 150 витков эмалированного медного провода диаметром 0.63мм. Конденсаторы были взяты на 2000 мкф, которые включаются через тиристор. Самая оптимальная позиция снаряда, когда он входит в катушку на 6мм, это видно из графика.
Следующее измерение — это зависимость тока в катушке и скорости от напряжения на конденсаторе. Напряжение на конденсаторе линейно скорости снаряда, но при напряжении 200 вольт и токе 250 ампер происходит насыщение снаряда и скорость больше не поднимается.
Первая ступень разгонят снаряд до 15 м/с, вторая от 15 до 25м/с. Электрический импульс в 2 миллисекунды слишком длителен. Длина катушки 12мм, за 1 миллисекунду снаряд долетает до центра катушки и дальше начинает тормозиться. Следующая третья ступень разгоняет до скорости в 36 м/с примерно 130 км/ч, энергия снаряда примерно 1.4 Дж.
На первой ступени емкость конденсатора 3000 µF, 860 µF для второй и 680 µF для третьей ступени. Ступени включаются с помощью оптических датчиков состоящих из светодиода и фотодиода, тиристор типа ST230C12CO (1200В, 5700A , 10мс). Все это можно посмотреть на фото ниже
Схема электромагнитного ускорителя:
Трансформаторы, которые идут от тиристора к оптическим датчикам обеспечивают гальваническую развязку. Конденсаторы заряжаются прямо от сети через ограничительный резистор 700 Ом и диод. Время заряда около 10 секунд до 300В. Последний оптический датчик предназначен для измерения скорости.
Чтобы увидеть снаряд в полете, нужна вспышка и камера с выдержкой около 1 секунды, которые установлены в далеененной комнате, время экспозиции определяется длительностью вспышки.
Список радиоэлементовОбозначение
Тип
Номинал
Количество
ПримечаниеМагазинМой блокнот
Линейный регуляторLM78121
Биполярный транзисторBD2432
Биполярный транзисторBC3273
MOSFET-транзисторBS1703
ТиристорST230C12CO3
ФотодиодBPW343
Выпрямительный диод1N40073
Диод2
Светодиод4
Электролитический конденсатор1
На выходе линейного регулятора
Электролитический конденсатор100 мкФ3
Электролитический конденсатор680 мкФ1
Электролитический конденсатор860 мкФ1
Электролитический конденсатор1000 мкФ1
Электролитический конденсатор1500 мкФ2
Резистор3
На коллекторе ВС327
Резистор10 Ом1
Резистор220 Ом3
Резистор1 кОм9
Резистор1.8 кОм1
Резистор100 кОм3
Кнопка2
Заряд и спусковой крючок
Согласующий трансформатор3
Катушка Солленоида3
Трансформатор1
Предохранитель1
Разьем сетьевого шнура1
Разьем спускового крючка1
BNC
Разьем датчика выхода1
Добавить все