Презентация "Пушка Гаусса"

Аннотация.

Устройство - «Пушка Гаусса» относится к электромагнитному ускорителю масс, которая работает на явлении электромагнитной индукции.

Цель работы: исследование принципа работы электромагнитного ускорителя масс на основе пушки Гаусса и возможности его применения в электротехнике.

Задачи:

1. Изучить устройство пушки Гаусса и построить ее опытную модель
2. Рассмотреть параметры эксперимента
3. Исследовать вопрос практического применения устройства, работающих по принципу пушки Гаусса

Методы исследования: эксперимент и моделирование.

Экспериментальная установка состоит из блока зарядки и колебательного контура.

Зарядное устройство питается от сети переменного тока 220В, частотой 50Гц и состоит из четырех полупроводниковых диодов. Колебательный контур включает: конденсатора ёмкостью 800мкф и 330В, катушки индуктивности1,34 мГн.

Производился горизонтальный выстрел из опытного образца массой m=2,45г, при этом дальность полета составило в среднем s=17м, при высоте полета h=1,20м.

По исходным экспериментальным данным: массы двух снарядов, напряжения, емкости конденсатора, дальности и высоты полета, мной были вычислены энергия запасаемая конденсатором, время полета, скорость, кинетическая энергия движения снаряда, кпд установки.

Выводы: мне удалось собрать действующую установку ускорителя с кпд = 3,2% - 4,6%. Модель была мной исследована на дальность полета снаряда. Я установил зависимость дальности полета от скорости вылета снаряда, рассчитал кпд установки. Для повышения кпд необходимо

А. увеличить скорость вылета снаряда, т. к., чем быстрее движется снаряд, тем меньше

потерь при его разгоне. Этого можно достичь за счет

1. уменьшения массы снаряда. Мои экспериментальные исследования показали, что снаряд массой 2,45г имеет дальность полета 11м, а скорость вылета – 22,45 м/с; снаряд – 1,02г – 20,5м и 41,83м/с;

1. увеличения мощности магнитного поля за счет увеличения индуктивности катушки. Для этого я увеличил количество витков, что соответственно при постоянном диаметре провода, увеличился диаметр самой катушки;

2. ограничения времени действие магнитного поля на снаряд. Для этого соленоид нужно взять коротким.

В. Чем короче и толще будут соединительные провода, тем больше КПД будет иметь Гаусс.

С. Очень перспективно делать многоступенчатый магнитный ускоритель – каждая последующая ступень будет обладать более высоким КПД, чем предыдущая благодаря увеличению скорости снаряда. Но при малом времени нахождения снаряда в зоне эффективного действия ускоряющего магнитного поля требуется как можно быстрее установить в соленоиде ток нужной величины, а потом его отключить, дабы избежать бесполезных трат энергии. Всему этому препятствует индуктивность катушки и требования к параметрам коммутационных устройств. Разрешить эту проблему можно множеством разных способов – использовать последующие обмотки увеличивающейся длины при постоянном количестве витков – индуктивность будет ниже, а время пролета через них снаряда не намного больше, чем у предыдущей ступени. Чтобы сделать эффективный многоступенчатый магнитный ускоритель масс, не особо критичный к его настройке, требуется обеспечить несколько важных условий:

1. использовать один общий источник питания обмоток;

2. использовать ключи, обеспечивающее строго заданное по времени включение тока на обмотку;

3. использовать синхронное с движением снаряда включение и выключение

обмоток - ток в обмотке должен включатся, когда снаряд попадает в зону

эффективного действия ускоряющего магнитного поля, и должен отключатся,

когда снаряд выходит из этой зоны;

1. на различных ступенях использовать различные обмотки.

Пушка Гаусса

(англ. Gauss gun, Coil gun, Gauss cannon) — одна из разновидностей электромагнитного ускорителя масс.

Пушка названа по имени немецкого учёного Карла Гаусса, заложившего основы математической теории электромагнетизма.

Ванюшин Семён,

ученик 9 класса МОУ «СОШ №56» г. Чебоксары

2010 год

Фотографии Discovery Channel

http://www.coilgun.info/discovery/photos.htm

Название детали

В 1-ой пушке

Количество слоёв

во 2-ой пушке

5

Диаметр

Длина соленоида

8

0,5 мм

Кол-во витков

3,5 см

0,5 мм

4,5 см

325

720

Материал

Диаметр, форма

Железо

Длина

Обтекаемая, цилиндрическая

Масса

32 мм

2,45г

Схема.

Исходные данные

Дальность полёта , s

17 м

Высота полёта, h

1,2 м

Ёмкость конденсатора, C

800 мкФ

Напряжение сети, U

220 В

Экспериментальные данные

Энергия, запасаемая в конденсаторе, Е

19,36 Дж

Время разряда конденсатора, Т раз

1,63 мс.

Время работы катушки индуктивности, Т

3,2 мс.

Индуктивность соленоида, L

13,4 мГн.

Время полёта, t

0,45 с

Скорость вылета снаряда,𝑣

34,3 м/с

Кинетическая энергия снаряда, E

1,48Дж

КПД

7,6%

Преимущества:

Недостатки:

отсутствие гильз

большой расход энергии

неограниченность в выборе начальной скорости и энергии боеприпаса.

низкий КПД установки (пушка Гаусса по силе выстрела проигрывает даже пневматическому оружию)

возможность бесшумного выстрела без смены ствола и боеприпаса.

большой вес и габариты установки, при её низкой эффективности

относительно малая отдача.

большая надежность и износостойкость.

возможность работы в любых условиях, в том числе в космическом пространстве.

Существующие образцы .

• На данный момент пушку Гаусса используют только в качестве игрушки или проводят с ней различные испытания. Так, в феврале 2008 года ВМС США поставили на эсминец в качестве корабельного оружия рельсотрон, разгоняющий снаряд до 2520 м/с Лабораторные установки для исследования высокоскоростного удара отправляют в цель частицы массой менее 1 г со скоростью до 15 км/с.

Работа установки

Принцип работы.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f7/Coilgun_animation.gif

Список литературы: