Gaussova zbraň

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 7. března 2017; kontroly vyžadují 50 úprav .

Gaussovo dělo ( ang.  Gauss gun, Coil gun, Gauss cannon ) je jednou z odrůd elektromagnetického urychlovače hmoty. Je pojmenován po německém vědci Karlu Gaussovi , který položil základy matematické teorie elektromagnetismu . Je třeba mít na paměti, že tento způsob hromadného zrychlení se používá především v amatérských instalacích, protože není dostatečně účinný pro praktickou implementaci. Svým principem činnosti (vytváření pohybujícího se magnetického pole) je podobný zařízení známému jako lineární motor .

Jak to funguje

Gaussova pistole se skládá ze solenoidu , uvnitř kterého je hlaveň (obvykle vyrobená z dielektrika ). Do jednoho konce hlavně je vložena střela z feromagnetika . Když v elektromagnetu protéká elektrický proud, vzniká elektromagnetické pole , které projektil urychluje a „vtahuje“ ho do elektromagnetu. V tomto případě jsou na koncích střely vytvořeny póly orientované podle pólů cívky, díky čemuž je střela po průchodu středem solenoidu přitahována opačným směrem, to znamená, že se zpomaluje. dolů. V amatérských obvodech se někdy jako projektil používá permanentní magnet, protože v tomto případě je snazší vypořádat se s indukčním EMF. Stejný efekt nastává při použití feromagnetik , ale není tak výrazný, protože střela se snadno přemagnetizuje ( koercitivní síla ).

Pro co největší účinek musí být proudový impuls v elektromagnetu krátkodobý a silný. K získání takového impulsu se zpravidla používají elektrolytické kondenzátory s velkou kapacitou a vysokým provozním napětím .

Parametry urychlovacích cívek, střely a kondenzátorů musí být sladěny tak, aby během výstřelu, v době, kdy se střela přiblížila k elektromagnetu, byla indukce magnetického pole v elektromagnetu maximální, ale s přiblížením střely prudce klesla. Stojí za zmínku, že jsou možné různé algoritmy pro provoz urychlovacích cívek.

Kinetická energie střely  - hmotnost střely  - jeho rychlost Energie uložená v kondenzátoru  - napětí kondenzátoru  - kapacita kondenzátoru Doba vybití kondenzátoru

Toto je doba, za kterou se kondenzátor úplně vybije:

 - indukčnost  - kapacita Provozní doba induktoru

Toto je doba, během které EMF induktoru stoupne na svou maximální hodnotu (úplné vybití kondenzátoru) a zcela klesne na 0. Je rovna horní polovině cyklu sinusoidy.

 - indukčnost  - kapacita

Stojí za zmínku, že v předložené podobě nelze poslední dva vzorce použít k výpočtu Gaussovy pistole, už jen z toho důvodu, že jak se projektil pohybuje uvnitř cívky, jeho indukčnost se neustále mění.

Aplikace

Teoreticky je možné použít Gaussova děla k vynášení lehkých satelitů na oběžnou dráhu, protože při stacionárním použití je možné mít velký zdroj energie. Hlavní aplikací jsou amatérské instalace, demonstrace vlastností feromagnetik . Je také docela aktivně používán jako dětská hračka nebo vlastnoručně vyrobená instalace, která rozvíjí technickou kreativitu (jednoduchost a relativní bezpečnost)

Tvorba

Nejjednodušší konstrukce lze sestavit z improvizovaných materiálů i se školními znalostmi fyziky [1]

Existuje mnoho webových stránek, které podrobně popisují, jak sestavit Gaussův kanón. Je však třeba připomenout, že výroba zbraní v některých zemích může být stíhána. Proto před vytvořením Gaussova děla stojí za zvážení, jak jej budete používat.

Výhody a nevýhody

Gauss Cannon jako zbraň má výhody, které jiné ruční zbraně nemají . Jedná se o absenci nábojů a neomezenou volbu počáteční rychlosti a energie střeliva , možnost tichého výstřelu (pokud rychlost dostatečně proudnicové střely nepřekročí rychlost zvuku ), včetně bez výměny hlavně a střeliva relativně nízký zpětný ráz (stejný jako hybnost vylétnutého projektilu, nevzniká žádná další hybnost od práškových plynů nebo pohyblivých částí), teoreticky vyšší spolehlivost a teoreticky odolnost proti opotřebení , stejně jako schopnost pracovat v jakékoli podmínky, včetně ve vesmíru .

Navzdory zjevné jednoduchosti kanónu Gauss je však jeho použití jako zbraně plné vážných potíží, z nichž hlavní jsou vysoké náklady na energii.

Prvním a hlavním problémem je nízká účinnost instalace. Pouze 1-7% náboje kondenzátoru se přemění na kinetickou energii střely. Částečně lze tuto nevýhodu kompenzovat použitím vícestupňového systému zrychlení střely, každopádně však účinnost jen zřídka dosahuje 27 %. V amatérských instalacích se v zásadě energie uložená ve formě magnetického pole nijak nevyužívá, ale je důvodem pro použití výkonných klíčů (často se používají moduly IGBT ) k otevření cívky ( Lenzovo pravidlo ).

Druhým problémem je vysoká spotřeba energie (kvůli nízké účinnosti).

Třetí obtíž (vyplývá z prvních dvou) je velká hmotnost a rozměry instalace s její nízkou účinností.

Čtvrtým problémem je poměrně dlouhá doba kumulativního dobíjení kondenzátorů , kvůli které je nutné nosit s Gaussovou pistolí zdroj energie (obvykle výkonná dobíjecí baterie ), a také jejich vysoká cena. Teoreticky je možné zvýšit účinnost, pokud jsou použity supravodivé solenoidy, ale to by vyžadovalo výkonný chladicí systém , což přináší další problémy a vážně ovlivňuje rozsah instalace. Nebo použijte vyměnitelné kondenzátorové baterie.

Pátým problémem je, že se zvýšením rychlosti střely se výrazně zkracuje trvání magnetického pole během letu solenoidu střelou, což vede k nutnosti nejen zapínat každou další cívku vícestupňového systému v předstihu, ale také zvýšit výkon svého pole úměrně zkrácení této doby. Obvykle je tato nevýhoda okamžitě ignorována, protože většina domácích systémů má buď malý počet cívek nebo nedostatečnou rychlost střely.

V podmínkách vodního prostředí je také vážně omezeno použití pistole bez ochranného pouzdra - stačí vzdálená indukce proudu, aby se solný roztok disocioval na obalu za vzniku agresivních (rozpouštěcích) médií, což vyžaduje přídavná magnetická stínění.

Dnes tedy Gaussova zbraň nemá žádné vyhlídky jako zbraň, protože je výrazně horší než jiné typy ručních palných zbraní pracujících na jiných principech. Teoreticky jsou vyhlídky samozřejmě možné, pokud vzniknou kompaktní a výkonné zdroje elektrického proudu a vysokoteplotní supravodiče (200-300 K). Nicméně, nastavení podobné Gaussově zbrani může být použito ve vesmíru, protože mnohé z nevýhod takového nastavení jsou vyrovnány pod vakuem a beztížným stavem. Zejména vojenské programy SSSR a USA uvažovaly o možnosti použití instalací podobných Gaussovu dělu na oběžných satelitech k ničení jiných kosmických lodí (projektily s velkým množstvím malých škodlivých částí), případně objektů na zemském povrchu.

V literatuře

Poměrně často se v literatuře žánru sci-fi zmiňuje Gaussova zbraň. Působí tam jako vysoce přesná smrtící zbraň.

Příkladem takového literárního díla jsou knihy ze série STALKER, napsané na základě herní série STALKER , kde Gaussův kanón byl jednou z nejsilnějších zbraní. Myšlenka takových zbraní ve vesmíru série byla vypůjčena ze série her Fallout .

Ale první ve sci-fi, Gaussovo dělo, uvedl do reality Harry Harrison ve své knize " Pomsta ocelové krysy ". Citát z knihy: „Každý měl u sebe Gaussovu pušku – víceúčelovou a hlavně smrtící zbraň. Jeho výkonné baterie nashromáždily působivý náboj. Po stisknutí spouště se v hlavni vytvořilo silné magnetické pole, které urychlilo střelu na rychlost, která nebyla nižší než rychlost střely jakékoli jiné zbraně s reaktivními náboji. Gaussian měl ale tu výhodu, že měl vyšší rychlost palby, byl absolutně tichý a střílel jakékoliv granáty, od otrávených jehel po výbušné kulky.

Viz také

Odkazy

Poznámky

  1. ↑ Braga N. Vytváření robotů doma. - M .: NT Press, 2007. - S. 141 - ISBN 5-477-00749-4 .