Мой индукционный дискомёт. Опыты, эксперименты, теория, практика, решения задач
Шесть опытов с катушкой Томсона
Катушка Томсона - несложный прибор, с которым раньше демонстрировали на уроках физики различные эффекты, возникающие при взаимодействии проводников с переменным магнитным полем. На школьных концертах с его помощью показывали забавные элект-рефокусы, устраивали веселые вечера занимательной науки.
Представьте се£е сцену, на ней - стол, покрытый скатертью. Вы кладете на стол алюминиевое кольцо, и оно вдруг неожиданно взлетает вверх. Сковорода, поставленная на стол, сама по себе нагревается, и вода, налитая в нее, закипает: Вспыхивает поднесенная к столу электрическая лампа, хотя к ней и не тянутся провода... Вот такие забавные опыты демонстрировали школьники... спрятав катушку Томсона под стол (рис. -J). Надеемся, они украсят и ваш школьный вечер. Правда, катушка Томсона сохранилась, вероятно, не во всех физических кабинетах, поэтому придется вам изготовить ее самим.
Хотелось бы сразу предупредить: этот прибор рассчитан на большой ток, примерно 10- 13 ампер, поэтому пользоваться катушкой Томсона можно только в помещении, где имеется соответствующая силовая проводка. И конечно, в присутствии учителя. Работать будем с напряжением 127 В, поэтому вам потребуется понижающий трансформатор.
Сначала расскажем, как сделать катушку Томсона. Она собирается из -деревянного каркаса, железного сердечника и обмотки (рис. 1). Сердечник набран из пластин" трансформаторной стали шириною 50 мм и- длиной 380 мм. (Если в вашем распоряжении окажутся пластины другой шири-
ны, количество их должно быть таким, чтобы площадь сердечника была не менее 25 см 2 .)
Пластины покройте лаком -с каждой стороны. Заизолирован-ные таким образом пластины соберите в пакет, вставьте его в каркас.
Неплотно подогнанные пластины будут «гудеть», и зритель сразу обнаружит это. Поэтому перед укладкой пластин в каркас покройте их эпоксидным клеем. Сердечник mohjho сделать и из кусков стальной отожженной проволоки диаметром 2-3 мм. Выбирайте только мягкую проволоку» упругая, сталистая не годится. Куски проволоки покрасьте краской. Если вы будете собирать сердечник из проволоки, отверстие в каркасе катушки нужно увеличить до площади 36 см 2 . Перед укладкой проволоку тоже смажьте эпоксидным клеем, чтобы получился монолитный пучок-сердечник.
По собранному сердечнику склейте из фанеры каркас катушки. Обмотка выполняется виток к витку проводом диаметром в 2,4 мм с двойной бумажной изоляцией. В одном слое должно уместиться около 90 витков. А всего их 9. Каждый слой промажьте быстросохнущим лаком, а потом оберните обмотку калькой. И так каждый слой.
Испытывать готовую катушку можно только после того, как
На вопрос Способен ли магнетрон вывести из строя аудио-аппаратуру соседа? заданный автором Пороситься
лучший ответ это Сложно, но технически реализуемо.
Во-первых, надо умудриться снять с микроволновки все системы блокировки. Во-вторых, надо умудриться разобрать эту микроволновку, чтоб открыть выход резонатора. В-третьих, надо этот выход поставить в фокус параболической антенны (в просторечии "тарелки"). В-четвёртых, надо умудриться вслепую направить эту тарелку точно на аппаратуру, а не на соседа. Потому что если на соседа - то это реально статья. Собсно, даже и всё остальное тоже статья, но просто другая (административка вместо УК) .
При этом технической гарантии всё равно никакой... Не факт, что мощности магнетрона хватит для того, чтоб поджарить аппаратуру на изрядном расстоянии при наличии какой-никакой, а экранировки, к тому ж идеально тарелка должна быть не параболической, а эллиптической - а такую где ж взять-то... ну и ещё сорок бочек разных причин.
Ответ от 22 ответа
[гуру]
Привет! Вот подборка тем с ответами на Ваш вопрос: Способен ли магнетрон вывести из строя аудио-аппаратуру соседа?
Ответ от Евгений Смородинов
[гуру]
нет. а вот тебя может и облучить слегка.
Ответ от Невропатолог
[гуру]
Для этого нужно полное отсутствие мозгов в голове. Не майся дурью, СВЧ еще никому на пользу не шло, сваренные на живую руки - это, наверное, больно.
Ответ от Посодействовать
[гуру]
Для этого тебе придётся засунуть его в саму аппаратуру. Кроме того, тебе это нанесёт больше вреда, с магнетроном играться-плохая идея.
Ответ от Ўрий Гвоздев
[гуру]
Может. Если использовать его вместо булыжника.
Ответ от Екатерина Киселева
[гуру]
дай ему люлей и делу край
Ответ от Навигатор
[гуру]
Этот магнетрон слишком слаб.... а вот если подНЕСТИ МИ-268....к диффузору громкоговорителя СОСЕДа-и резко отойти, реально просто порвать ему катушку на динамике.... в принципе-если оказаться в квартире этого СОСЕДа-то же самое можно проделать простым ШИЛОМ портновской иголкой....
Ответ от Владимир вялков
[гуру]
твой сосед тоже когда то спит воспользуйся моментом
Ответ от Vadim dvoeglazou
[гуру]
интересный сайт про опыты с магнетроном и не только
Ответ от Андрей Котоусов
[гуру]
Не усложнейте с микроволновкой. Продырявьте в стене маленько отвестие и установите в него микрофон типа "Шорох". Одну ночь нужно смирится, поставив аппаратуру на запись. Дальше, с рассветом, часов в пол-пятого, включайте их музыку, направив колонки в их стену. Допустим, что они вызовут милицию, но на вашей записи шумных голоса их компании)) Идея понятна.. .
Правда, мой приятель так сжег свои колонки в машине на даче, но отучил соседей бузить по ночам.
Информация предоставлена исключительно в образовательных целях!
Администратор сайта не несет ответственности за возможные последствия использования предоставленной информации.
ЗАРЯЖЕННЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ СМЕРТЕЛЬНО
ОПАСНЫ!
Индукционный ускоритель (дискомёт) (induction coil gun ) представляет собой разновидность электромагнитного ускорителя масс и работает на основе взаимодействия вихревых токов, индуцируемых в замкнутом проводящем снаряде (диске) переменным магнитным полем, с током, создающим это магнитное поле. При этом взаимодействии возникает сила отталкивания, придающая ускорение снаряду. Чем быстрее скорость изменения магнитного потока, тем больше индуцированные вихревые токи и тем сильнее отталкивание снаряда.
Такое устройство было изобретено американским инженером и изобретателем Элиу Томпсоном (Elihu Thompson)
:
Поэтому такой ускоритель часто называют "Thompson gun
".
В отличие от пушки Гаусса, в индукционном ускорителе используются неферромагнитные снаряды (из меди или алюминия). Причем алюминий предпочтительнее, чем медь, так как его плотность (2,7 г/см 3) меньше, чем у меди (8,9 г/см 3), в 3,3 раза, а удельное сопротивление (0,028 Ом·мм 2 /м) больше, чем у меди (0,0175 Ом·мм 2 /м), всего лишь в 1,6 раза.
Для уменьшения сопротивления снаряда и возрастания вихревых токов можно охладить его (например, в жидком азоте с температурой кипения 77 К). Уменьшение удельного электрического сопротивления материала снаряда при этом характеризуется коэффициентом $\alpha = {{{\rho}_{295 K}} \over {{\rho}_{77 K}}}$, показывающим уменьшение сопротивления охлажденного до 77 К по сравнению с комнатной температурой 295 К. Для алюминия и его сплавов $\alpha$ = 2 ... 15.
Прыгающее кольцо
В классическом варианте ("ring launcher
" или "jumping ring
") индукционный ускоритель содержит катушку (2), намотанную на ферромагнитный сердечник (1). На сердечник надевается кольцо (5):
При замыкании ключа (4) заряженный конденсатор (3) разряжается на катушку, в которой возникает импульс тока. Создаваемое импульсом тока переменное магнитное поле, сконцентрированное в сердечнике, пронизывает кольцо и наводит в нем вихревые токи. Взаимодействие вихревых токов с магнитным полем приводит к возникновению силы отталкивания, заставляющей кольцо взлетать вверх.
Именно с таким устройством Томпсон провел первые опыты в 1887 году.
Вот схема такой установки из статьи Felix Waschke
, Andreas Strunz
и Jan-Peter Meyn
"A safe and effective modification of Thomson"s jumping ring experiment
", опубликованной в журнале European Journal of Physics, Volume 33, Number 6
:
Такой опыт любят проводить в учебных заведениях, питая катушку L
через изолирующий трансформатор TV
от автотрансформатора LT
, подключенного к электросети (через сетевую вилку XT
):
Использование автотрансформатора позволяет изменять напряжение (и ток) в катушке.
Вот пример такой установки, выпускаемой бразильской компанией Cidepe
:
А вот демонстрационная установка университета King Fahd University of Petroleum & Minerals
:
...
Дискомёт
Также интересен вариант индуционного ускорителя - дискомёта ("disc launcher
"/"disk shooter
" или "washer launcher
"):
Переменный ток, протекающий по катушке (1) и создающий возле нее переменное магнитное поле, обычно генерируется при разряде заряженного конденсатора (2) на эту катушку. Для коммутации в качестве ключа (3) при этом можно использовать тиристор. Диск (4) под действием электромагнитной силы движется вверх.
Подобный дискомёт описан на странице PowerLabs
исследователя Sam Barros
:
Для питания плоской катушки из 7 витков, намотанной многожильным медным проводом диаметром 3 мм (сечение 16 мм 2), используется батарея из двух конденсаторов общей емкостью 12600 мкФ на напряжение 450 В (максимальная энергия 1,3 кДж). Конденсаторы коммутируются на катушку тиристором (300 А / 1200 В). В опытах использовался алюминиевый диск массой 70 г.
Описание еще одного дискомёта приведено на странице EMP HDD Launcher
на сайте Instructables
. В этом ускорителе используется батарея из 20 конденсаторов емкостью 100 мкФ, заряжаемых до напряжения 400 В. Алюминиевый диск при выстреле подбрасывался на 10 футов вверх. На этой фотографии изображен момент взлета диска:
Видна яркая вспышка при замыкании ключа. Ключ представляет собой оригинальную конструкцию, удерживаемую в выключенном состоянии натянутой нитью:
Индукционный дискомет с конденсаторной батареей, заряжаемой до напряжения 900 В, описан на странице Washer launchers
исследователя :
Одним из высших достижений этого незаурядного исследователя можно считать дискомёт, содержащий батарею конденсаторов общей емкостью 1500 мкФ под напряжением 2кВ.
Достоинства и недостатки
Достоинством
индукционного ускорителя является высокий КПД и отсутствие необходимости прерывать импульс тока (в отличие от пушки Гаусса).
Недостатком индукционного дискомёта можно считать неаэродинамическую форму снарядов.
Моя экспериментальная установка
Я создал экспериментальный индукционный ускоритель, основными элементами которого являются:
катушка
- плоская спиралевидная катушка (flat spiral coil,
часто называется pancake coil
):
Для повышения прочности катушки я залил ее "эпоксидкой", так как большая скорость изменения магнитного поля вызывает деформацию катушки.
Индуктивность $L$, мкГн, такой катушки определяется выражениями (http://www.deepfriedneon.com/tesla_f_calcspiral.html
):
$A = {{D_i + N (W + S)} \over {2}}$
$L = {{N^2 + A^2} \over {30 A - 11 D_i}}$,
где $D_i$ - внутренний диаметр в дюймах, $N$ - количество витков, $W$ - диаметр провода в дюймах, $S$ - расстояние между витками в дюймах
По формуле Wheeler
(http://www.pulsedpower.eu/toolbox/toolbox_inductances.html
):
$L = 31,33 {\mu}_0 {N^2} {{{R}^2} \over {8 R + 11 W}}$
Также существует похожая формула (http://www.pulsedpower.eu/toolbox/toolbox_inductances.html
):
$L = {N^2} {{{R}^2} \over {8 R + 11 W}}$,
где $R$ - средний радиус катушки в дюймах, $N$ - количество витков, $W$ - ширина намотки в дюймах
Для моей катушки диаметр провода без изоляции = 0,7 мм, диаметр провода с изоляцией = 2 мм, число витков = 9, внутренний диаметр = 10 (?) мм, внешний диаметр = 48 мм, ширина намотки = 17 мм, средний радиус = ... мм.
Расчетная индуктивность катушки, мкГн:
по формуле (1) - ...,
по формуле (2) - ...,
по формуле (3) - .....
Омическое сопротивление катушки составляет менее 0,5 Ом.
конденсатор - батарея из двух конденсаторов:
680 мкФ на напряжение 400 В;
220 мкФ на напряжение 450 В
(общая емкость составила 900 мкФ)
тиристор
-
тиристор - тиристор быстродействующий штыревого исполнения: "125" означает максимально допустимый действующий ток (125 А); "9" означает класс тиристора, т.е. повторяющееся импульсное напряжение в сотнях вольт (900 В).
внешний вид:
размеры:
Для заряда конденсатора я собрал схему однополупериодного удвоителя напряжения с питанием от бытовой электросети:
Неоновая лампа La1 , подключенная через ограничивающий ток резистор R1 , используется для индикации наличия напряжения сети. Резистор R2 ограничивает зарядный ток. Конденсатор C1 и диоды D1 и D2 образуют умножитель напряжения для заряда конденсатора C2. Напряжение заряда контролируется мультиметром V .
Заряд батареи конденсаторов до 380 В длится 170 с.
Схема силовой части индукционного ускорителя выглядит таким образом:
Для включения тиристора VS
я использую две батареи формата AA
на 1,5 В (GB
).
Параллельно катушке включен защитный диод VD UF5406
.
Пиковое значение тока в катушке не превышает $I_{peak} = {U {\sqrt{{C} \over {}L}}}$.
Результаты экспериментов
Первые опыты я провел с вырезанным из металлической пробки от бутылки дном:
...
Результаты опытов оказались такими:
| Напряжение, В | Высота подъема, см |
| 300 | 22 |
| 350 | 33 |
| 380 | 47 |
Недостатками такого снаряда являются его малая толщина и неаэродинамическая форма.
Продолжение следует.
Основная часть………………………………………………………………10
Заключение…………………………………………………………………..22
Библиографический список………………………………………………...23
Приложения…………………………………………………………………24
ВВЕДЕНИЕ
Электромагнитный ускоритель масс (ЭМУ) - общее название установки для ускорения объектов с помощью электромагнитных сил.Электромагнитные ускорители масс принято подразделять на следующие виды:
Рельсотрон - импульсный электродный ускоритель масс «рэйл ган» (от англ. “Rail gun”).
^ Катушка Томпсона - индукционный ускоритель масс (“Tompson gun”).
^ Пушка Гаусса - магнитный ускоритель масс «гаусс ган» (от англ. “Gauss gun”). По имени ученого и математика Гаусса, в честь имени которого названы единицы измерения магнитного поля.
Изобретателем электромагнитного ускорителя масс обычно считают Кристиана Биркеланда. Кристиан Биркеланд, профессор физики в университете в Осло (работавший с 1898 по 1917г.), за период с 1901 по 1903г. получил три патента на свою "электромагнитную пушку". В 1901г. Биркеланд создал первую такую электромагнитную пушку катушечного типа и использовал ее для разгона снаряда массой 500 г до скорости 50 м/с (2). С помощью второй большой пушки, созданной в 1903г. и выставленной в настоящее время в норвежском техническом музее в г.Осло, он достигал разгона снаряда массой 10 кг до скорости примерно 100 м/с. Калибр пушки 65 мм, длина 10 м. Примерно в это же время электромагнитную пушку патентует Николай Бенардос. К.Э.Циолковский в своих трудах также рассматривал вариант использования электромагнитного ускорителя для запуска ракет.
Задавшись целью увеличить дальнобойность артиллерии, русские инженеры Подольский и Ямпольский в 1915 году создали проект "магнитно-фугальной" (электромагнитной) пушки. Ее ствол предполагалось выполнить в виде ряда катушек индуктивности. В них по команде должен был подаваться ток. Авторы утверждали, что при заданной мощности электростанции снаряд, разгоняемый электромагнитами по 50-метровому стволу, разовьет скорость 915 м/с и пролетит до 300 км. Эксперты Артиллерийского комитета сочли реализацию проекта Подольского и Ямпольского "несвоевременной". Та же участь постигла проект электромагнитной пушки французов Фашона и Виллепле. Ее ствол представлял собой цепь катушек-соленоидов, к которым по мере движения снаряда следовало поочередно подавать напряжение. Изобретатели подтвердили жизнеспособность своей идеи: при стрельбе из модели электромагнитной пушки 50-граммовый снаряд набирал скорость 200 м/с.
^ Общин вид электромагнитной пушки Фашона и Виллепле.
С тех пор периодически предпринимаются попытки превратить теоретическое изобретение в пригодное к практическому употреблению устройство.
Систематические научные работы по созданию принципиально новых электромагнитных ускорителей массы начались в мире в 50-х годах XX века. Одним из родоначальников отечественных разработок в этой области был выдающийся советский ученый, исследователь плазмы Л.А. Арцимович, который ввел в отечественную терминологию понятие «рельсотрон».
Работа по всем решающим узлам электромагнитной пушки быстро продвигается в США, а также начинается в других странах. Пушка Гаусса в качестве оружия обладает преимуществами, которыми не обладают другие виды стрелкового оружия. Это отсутствие гильз и неограниченность в выборе начальной скорости и энергии боеприпаса, возможность бесшумного выстрела, относительно малая отдача, теоретически, большая надежность и износостойкость, а также возможность работы в любых условиях, в том числе космического пространства.
Современные успехи, что касается ускорителя, накопления энергии и образования импульсов, явствуют о вероятности того, что системы вооружения в недалеком будущем могут быть оснащены электромагнитными пушками. Для достижения этой цели потребуется напряженная научно-исследовательская работа почти по всем аспектам электромагнитной пушки, включая энергоснабжение и снаряды. Важную роль сыграют новые материалы. Необходимы компактные и мощные источники электрического тока и высокотемпературные сверхпроводники.
Электромагнитная пушка, кроме ее ожидаемой военной важности, должна явиться сильным импульсом технологического прогресса и новшества при значительном эффекте в гражданском секторе.
Из экзотических способов применения ускорителей на основе соленоидов стоит отметить концепцию запуска объектов в космос без помощи ракет . Предполагается, что, построив многокилометровый тоннель из одного или нескольких соленоидов, можно обеспечить достаточную для преодоления земного притяжения скорость разгона тела. При этом в отличие от рельсовой пушки или обычного выстрела на основе теплового расширения газов, запускаемому объекту обеспечивается сравнительно плавное ускорение. Это делает возможной отправку не только сложного и хрупкого научного оборудования, боящегося перегрузок, но так же и человека.
Стоит заметить, что более перспективным считается строительство подобных космических ускорителей на нашем естественном спутнике – Луне. Практическое отсутствие атмосферы и низкая гравитация + низкая окружающая температура открывают фантастические перспективы для сверхпроводящих магнитов. Монорельсовый ускоритель на основе линейного мотора либо тоннель из соленоидов планируется размещать горизонтально на поверхности Луны под небольшим углом. Питаться установка может либо от солнечных батарей, либо от привезенных на Луну ядерных реакторов. Таким образом, космическому аппарату сообщалась бы высокая начальная скорость, а дальше в дело вступают ионные двигатели.
Луна в таком виде превратилась бы в перевалочную базу для дальнейшего освоения Солнечной системы или даже в первый земной космопорт. Несложно представить, что гигантские ускорители, питаемые термоядерными реакторами, будут способны разгонять космические аппараты до скоростей, при которых путешествие к отдаленным планетам будет занимать месяцы, а не годы. А если вспомнить, что ускорителю не обязательно быть прямым и тоннель можно построить спиральным, с окончанием в произвольную сторону, то возможности получаются действительно революционными.
Мы решили в своих попытках изготовить электромагнитный ускоритель масс остановиться на макете именно магнитного ускорителя . Дело в том, что из всех типов электромагнитных ускорителей он наиболее прост в изготовлении. Кроме того, он имеет довольно высокий по сравнению с другими электромагнитными стрелялками КПД. Может работать на относительно низких напряжениях не сложно достижимых на практике, с использованием современных комплектующих деталей.
На практике конструкция простейшего магнитного ускорителя представляет собой, намотанную на трубку в несколько слоев, проволоку и подключенный к проволоке конденсатор большой емкости. Внутрь трубки перед самым началом обмотки устанавливается железная болванка и предварительно заряженный конденсатор при помощи электрического ключа замыкается на обмотку. При протекании электрического тока в обмотке возникает магнитное поле, которое разгоняет снаряд, «втягивая» его внутрь обмотки.
Для наибольшего эффекта импульс тока в обмотке должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого импульса используются электролитические конденсаторы с высоким рабочим напряжением.
Параметры обмотки, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы к моменту подлета болванки к середине обмотки ток в последней уже успевал уменьшиться до минимального значения, т.е. заряд конденсаторов был бы уже полностью израсходован. В таком случае КПД будет максимальным.
Для увеличения КПД устройства и скорости снаряда решили сделать многоступенчатый Гаусс.
^ Конструкция макета:
В магнитном ускорителе семь ускоряющих катушек, на которые разряжаются конденсаторы емкостью от 800мкФ до 220мкФ, заряженные до 390В.
Шести канальный контроллер ступеней на оптопарах (на 74HC14).
Обратноходовый преобразователь напряжения (на UC3845).
Система индикация, включающая в себя индикацию состояния аккумулятора, готовности к выстрелу (на LM358) и линейную шкалу заряда конденсаторов (на LM3914).
6. Поворотная управляемая платформа (на ATtiny 2313)
^ ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Ствол для магнитного ускорителя.
Ствол является важной составной частью электромагнитного ускорителя. При этом он должен обладать рядом свойств:
Прочность.
Толщина.
^ Электропроводность и ферромагнетизм.
^ Лёгкость в обработке.
^ Дешевизна и доступность.
Основываясь на этом наборе параметров, мы провели эксперименты на одной ступени ускорителя по выбору материала ствола. В ходе промежуточных экспериментов не было выявлено существенных различий в свойствах куска ствола изготовленного из бумаги промазанной эпоксидным клеем и куска изготовленного из латуни. Исходя из этого, остановились на латунном стержне ввиду его большей прочности, доступности и простоты обработки.
^ Силовая часть .
В
неё входят семь ускоряющих катушек, банк конденсаторов, схема развязки напряжения для конденсаторов, а также схема гашения обратного напряжения на конденсаторах. Схема развязки состоит из последовательно RD цепочки. Резистор должен ограничивать ток, проходящий через диод, тем самым, защищая его от токового пробоя при быстрой зарядке конденсатора. Схема гашения обратного напряжения так же состоит из RD цепочки. Эта схема позволяет защитить конденсатор от обратного напряжения. Обратное напряжение на конденсатор попадает из-за ЭДС самоиндукции катушки и может его повредить.
Контроллер .
С
хема питается от источника 5В. Чтобы открыть тиристор, на него разряжается конденсатор. Таким способом достигается достаточный ток для открытия тиристора. Светодиод еще и служит в качестве индикатора прохождения снаряда в ступени и соответственно срабатывания ступени. В составе микросхемы 74HC14 шесть триггеров Шмидта с инверсией на выходе. Чтобы на выходе микросхемы появилась логическая 1 (закрыт транзистор) нужно закоротить ее вход на землю. Это достигается с помощью фототранзистора. Если фототранзистор освещен на выходе микросхемы присутствует логическая 1, что не дает транзистору разрядить конденсатор и открыть тиристор. Как только снаряд перекрывает свет к фототранзистору, его сопротивление резко возрастает и уже на выходе микросхемы присутствует логический 0, который и открывает транзистор. Далее через транзистор разряжается конденсатор, тиристор открывается и катушка "зажигается".
Преобразователь.
Классический «обратноходовый» преобразователь, построенный на микросхеме UC3845 (ШИМ контроллер с мощным полевым тразистором на выходе) и низковольтном силовом ключе IRF3205. Рассчитан стандартно по даташиту на микросхему, частота работы преобразователя порядка 15кГц, импульсный трансформатор намотан на броневом сердечнике Ч36. Мощность преобразователя около 25 вт.
Индикация.
В
схеме индикации используется ОУ в режиме компаратора. Схема индикации разряда (красный светодиод) сигнализирует о разряженном аккумуляторе. Схема индикации заряда конденсаторов (зеленый светодиод) сигнализирует о максимальном заряде конденсаторов. Схема делителя напряжения для внешней индикации зарядки предназначена для внешнего индикатора. Внешний индикатор сделан на микросхеме LM3914, схема рассчитана по справочным данным на микросхему, используется режим столбика.
^ Поворотная платформа .
Управление униполярным шаговым двигателем осуществляется с помощью микропроцессора ATtiny 2313. Двигатель применен от дисководов и сделан редуктор, позволяющий платформе вращаться плавно.
^ Расчет параметров составных частей ступеней (количества витков катушек, диаметра провода катушек, емкость конденсаторов ступеней) с учетом диаметра ствола и массы ускоряемого тела велись с помощью программы FEMM . Задача расчетов была в том, чтобы, оптимизируя расчетные данные добиться совпадения максимальной скорости ускоряемого предмета в теле катушки с максимальной скоростью на выходе каждой катушки в ступенях. На основе расчетов составлены графики.
После изготовления макета магнитного ускорителя и проведенных испытаний стрельбы, возникла необходимость в проверке расчетных результатов скорости металлической болванки с реальной скоростью вылета. Для этих целей был применен метод определения скорости - баллистический маятник . Метод работает следующим образом. Металлическая болванка попадает в маятник и остается в нем. Это полностью неупругий удар. Часть энергии неизбежно уходит в тепло, но зато мы можем воспользоваться законом сохранения импульса. Импульс подвеса с пулей будет равен импульсу пули до попадания. Т.е. зная импульс (скорость) подвеса, можно узнать импульс (скорость пули). Получив импульс, который имеет аналог в виде кинетической энергии (пока неизвестной), маятник начинает отклоняться. При отклонении, подвес начинает подниматься вверх, кинетическая энергия переходит в потенциальную. Когда подвес остановится (максимальное отклонение, высота) кинетическая энергия полностью перешла в потенциальную. (Рис. 1)
Узнав высоту, получаем потенциальную (кинетическую в момент попадания) энергию подвеса, через энергию - импульс подвеса, через импульс подвеса - импульс пули, скорость пули.
Полная формула:
V=((M + m) / m) * sqrt(2*g * (L - sqrt(L*L - S*S)))
Упрощенная практическая формула:
V = ((M + m) / m) * S * sqrt (g / L)
V - скорость пули, м/с
M - масса подвеса, кг
m - масса пули, кг
g - ускорение свободного падения, 9.81
L - длина подвеса, метры
S - отклонение маятника, метры.
В процессе проводимых экспериментов получены результаты (Рис. 2).
Рис.2
Для уточнения измерений величины скорости по методу «баллистический маятник» был применен еще один способ измерения по звуковой карте компьютера
. Расчет велся с помощью программы от Sony «Sound Forge». Для этого был собран макет (Рис. 3)
КПД устройства получилось следующим:
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе проделанной практической работы был изготовлен макет магнитного ускорителя. Анализ результатов и физических измерений показал, что подобный вид ускорителя масс практически осуществим. Результаты расчетов параметров ступеней с помощью программы «FEMM» оказались аналогичными с результатами практических испытаний. Макет работоспособен и на нем можно продолжить серию экспериментов с целью увеличения скорости снаряда и КПД устройства. Можно проанализировать влияние на эти параметры диаметра и веса снаряда, состава материала из которого он изготовлен, количества ступеней.
И еще одно немало важное замечание: не смотря на то, что это устройство имеет небольшие энергетические параметры, во время экспериментов с ним и проведения пробных запусков необходимо соблюдать все меры безопасности, связанные с высоким напряжением и вылетом металлической болванки.
^ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Бут, Д.А. Основы электромеханики/ Д.А.Бут. – М.: МАИ, 1996. – С. 363.
Маликов, В.Г. Признано несвоевременным/В.Г.Маликов// Техника молодежи. – 1987. – №5. – С. 30.
Мощные полупроводниковые приборы: Справочник/ В.Я.Замятин, Б.В.Кондратьев, В.М.Петухов. – М.: Радио и связь, 1988. – С. 336.
Буль, О.Б. Методы расчета магнитных систем электрических аппаратов: Магнитные цепи, поля и программа FEMM: Учебное пособие для вузов/О.Б.Буль. – М.:Академия,2005. – С.191