Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике  
ElectricalSchool.info - большой образовательный проект на тему электричества и его использования. С помощью нашего сайта вы не только поймете, но и полюбите электротехнику, электронику и автоматику!
Электрические и магнитные явления в природе, науке и технике. Современная электроэнергетика, устройство электрических приборов, аппаратов и установок, промышленное электрооборудование и системы электроснабжения, электрический привод, альтернативные источники энергии и многое другое.
 
Школа для электрика | Правила электробезопасности | Электротехника | Электроника | Провода и кабели | Электрические схемы
Автоматизация | Тренды, актуальные вопросы | Передовые энергетические технологии | Обучение электриков | Контакты



 

База знаний | Избранные статьи | Эксплуатация электрооборудования | Электроснабжение
Электрические аппараты | Электрические машины | Электропривод | Электрическое освещение

 Школа для электрика / Справочник электрика / Электротехнические устройства / Электромагнитная пушка Гаусса - устройство, принцип работы и применение


 Школа для электрика в Telegram

Электромагнитная пушка Гаусса - устройство, принцип работы и применение


Электромагнитная пушка Гаусса, сохранившая в своем названии фамилию знаменитого немецкого физика и математика Карла Фридриха Гаусса, была изобретена спустя 40 лет после смерти ученого. Но какое отношение к этому имеет Гаусс?

Дело в том, что будучи исследователем, Гаусс очень серьезно изучал земной магнетизм, именно он в итоге изобрел бифилярный магнитометр. Гаусс заложил математические основы электромагнетизма. Не зря сегодня именно в Гауссах измеряется магнитная индукция в системе СГС.

Тем не менее, само изобретение принадлежит австрийскому инженеру Францу Оскару Лео-Эльдеру фон Гефту, который будучи еще студентом, вдохновленный романом Жюля Верна, придумал пушку для запуска космических кораблей на Луну.

По замыслу Гефта ферромагнитный снаряд должен был втягиваться в катушку с током, и таким образом разгоняться. В результате годом изобретения пушки можно считать 1895-й.

Рисунок пушки Гаусса

После Гефта идей и рисунков было много, но, к сожалению, документировались не все.

Русские инженеры Подольский и Ямпольский создали проект подобной пушки в 1915 году, однако дело застопорилось.

Известно, что первый успешный практический шаг к созданию модели, близкой к тому, что понимается под пушкой Гаусса сегодня, предпринял в 1916 году французский изобретатель Андре Луи Октав Фашон Виллепле. Ствол его пушки охватывали последовательно несколько катушек, ток через них также пропускался последовательно.

Снаряд массой 50 грамм удалось разогнать до скорости 200 м/с. Но все так и осталось на уровне модели, поскольку, во-первых, полноразмерное орудие требовало для своего создания огромных финансовых средств, а во-вторых, выяснился нюанс: снаряд тормозится в центре соленоида, что потребовало пересмотреть всю схему питания.

Когда снаряд подходит к центру соленоида, необходимо тут же переключить питание на следующий соленоид. Тогда скорость снаряда получится выше.

В 1934 г. американский изобретатель Вирджил Ригсби из Техаса даже изготовил на этой основе электромагнитный пулемет и запатентовал свое изобретение под названием «автоматическая электрическая пушка». Но и его изобретение не вызвало энтузиазма у военных.

Автоматическая электрическая пушка

Конечно же, у такого орудия, как пушка Гаусса, есть определенные преимущества: отсутствие гильз, бесшумность выстрела, небольшая отдача, отсутствие пороховых газов и импульса от них, износостойкость, возможность действия в космосе.

Но главный недостаток, перекрывающий все эти достоинства: КПД не превышает 25%. Именно по этой причине метод ускорения масс системой последовательно включаемых соленоидов используется сегодня лишь в любительских целях.

Давайте, однако, рассмотрим устройство и принцип действия пушки Гаусса более пристально. В качестве ствола пушки используется диэлектрическая трубка, выполняющая одновременно и роль каркаса для разгонных соленоидов. В самом простом виде разгонный соленоид может быть всего один.

Действующая модель пушки Гаусса

Ферромагнитный снаряд вставляется в трубку с краю. Когда на соленоид подается постоянное напряжение, снаряд, втягиваясь в область магнитного поля повышенной напряженности, ускоряется.

При этом снаряд намагничивается согласно полюсам соленоида и как-бы застревает в его середине, испытывая в этом месте притяжение в обратном направлении. Значит, для достижения правильного эффекта необходимо подать на соленоид мощный, но короткий токовый импульс. Для этой цели подойдет электролитический конденсатор.

Чтобы приблизительно оценить параметры гаусс-ганна, можно воспользоваться следующими формулами:

Формулы для расчета

Но в этом месте не нужно забывать, что во время вхождения ферромагнитного сердечника в соленоид, его индуктивность повышается, что неизбежно сказывается на временных параметрах устройства.

Сегодня существуют целые интернет-сообщества любителей пушек Гаусса (см. coilgun или Гауссган). Те, для кого это - хобби, изготавливают самодельные многослойные катушки из эмальпровода сечением в несколько квадратных миллиметров.

На рисунке ниже представлена восьмикатушечная пушка — работа Джейсона Мюррея, способная выплюнуть железный стержень с начальной скоростью 42 метра в секунду. Переключение между катушками осуществляется здесь при помощи системы инфракрасных датчиков.

Самодельная восьмикатушечная пушка

В качестве источника энергии традиционно служит батарея конденсаторов общей емкостью в несколько тысяч микрофарад с номинальным напряжением в несколько сотен вольт. Конденсаторы могут заряжаться, например, от батареи аккумуляторов через повышающий преобразователь или от специального зарядного устройства.

Соединение конденсаторов с катушкой осуществляется посредством тиристора, способного выдержать ток в районе 1000 ампер. Снарядами служат разнообразные ферромагнитные заготовки. Тут уж, как говорится, кто во что горазд.