Pistolet Gauss (fusil Gauss)

Autres noms : gauss gun, gauss gun, gauss gun, gauss gun, booster rifle.

Le fusil gauss (ou sa plus grande variante de pistolet gauss), comme le railgun, est une arme électromagnétique. À l'heure actuelle, les conceptions industrielles de combat n'existent pas, même si un certain nombre de laboratoires (principalement amateurs et universitaires) continuent de travailler dur sur la création de ces armes. Le système porte le nom du scientifique allemand Carl Gauss (1777-1855). Avec quelle frayeur le mathématicien a reçu un tel honneur, je ne peux personnellement pas comprendre (je ne peux pas encore, ou plutôt je n'ai pas les informations pertinentes). Gauss avait beaucoup moins à voir avec la théorie de l'électromagnétisme que, par exemple, Oersted, Ampère, Faraday ou Maxwell, mais, néanmoins, le pistolet porte son nom. Le nom est resté, et nous l'utiliserons donc.

Principe de fonctionnement:
Un fusil Gauss est constitué de bobines (électro-aimants puissants) montées sur un canon en diélectrique. Lorsque le courant est appliqué, les électroaimants sont allumés pendant un bref instant l'un après l'autre dans la direction allant du récepteur au museau. Ils attirent à tour de rôle une balle en acier (une aiguille, une fléchette ou un projectile, si l'on parle d'un canon) vers eux et l'accélèrent ainsi à des vitesses importantes.

Avantages de l'arme :
1. Pas de cartouche. Cela vous permet d'augmenter considérablement la capacité du magasin. Par exemple, un chargeur contenant 30 cartouches peut charger 100 à 150 balles.
2. Cadence de tir élevée. Théoriquement, le système permet à l'accélération de la balle suivante de commencer avant même que la précédente n'ait quitté le canon.
3. Prise de vue silencieuse. La conception même de l'arme vous permet de vous débarrasser de la plupart des composants acoustiques du tir (voir les critiques), donc tirer avec un fusil gauss ressemble à une série de pops subtils.
4. Absence de flash de démasquage. Cette fonction est particulièrement utile la nuit.
5. Faible rendement. Pour cette raison, lors du tir, le canon de l'arme ne se soulève pratiquement pas et, par conséquent, la précision du tir augmente.
6. Fiabilité. Le fusil Gauss n'utilise pas de cartouches, et donc la question des munitions de mauvaise qualité disparaît immédiatement. Si, en plus de cela, on rappelle l'absence de mécanisme de déclenchement, alors la notion même de « raté » peut être oubliée comme un cauchemar.
7. Résistance à l'usure accrue. Cette propriété est due au petit nombre de pièces mobiles, aux faibles charges sur les composants et les pièces lors du tir et à l'absence de produits de combustion de la poudre à canon.
8. La possibilité d'utiliser à la fois dans un espace ouvert et dans des atmosphères qui suppriment la combustion de la poudre à canon.
9. Vitesse de balle réglable. Cette fonction permet, si nécessaire, de réduire la vitesse de la balle en dessous du son. En conséquence, les pops caractéristiques disparaissent et le fusil Gauss devient complètement silencieux et convient donc aux opérations spéciales secrètes.

Inconvénients des armes :
Parmi les défauts des fusils Gauss, les suivants sont souvent mentionnés: faible rendement, consommation d'énergie élevée, poids et dimensions élevés, long temps de recharge des condensateurs, etc. Je tiens à dire que tous ces problèmes ne sont dus qu'au niveau de développement de la technologie moderne . À l'avenir, lors de la création de sources d'énergie compactes et puissantes, utilisant de nouveaux matériaux structurels et supraconducteurs, le pistolet Gauss peut vraiment devenir une arme puissante et efficace.

En littérature, bien sûr fantastique, William Keith a armé les légionnaires d'un fusil gauss dans son cycle de la Cinquième Légion étrangère. (Un de mes livres préférés !) Il a également été utilisé par les militaristes de la planète Klisand, qui ont amené Jim di Grizzly dans le roman de Garrison "Revenge of the Stainless Steel Rat". On dit que le gaussianisme se retrouve également dans les livres de la série S.T.A.L.K.E.R., mais je n'en ai lu que cinq. Je n'ai rien trouvé de tel, mais je ne parlerai pas pour les autres.

En ce qui concerne mon travail personnel, dans mon nouveau roman "Marauders", j'ai présenté la carabine Gauss "Metel-16" fabriquée à Tula à mon personnage principal Sergei Korn. Certes, il ne la possédait qu'au début du livre. Après tout, le personnage principal est tout de même, ce qui veut dire qu'il a droit à une arme plus impressionnante.

Oleg Chovkounenko

Avis et commentaires :

Alexandre 29/12/13
Selon la revendication 3, un tir avec une vitesse de balle supersonique sera dans tous les cas bruyant. Pour cette raison, des cartouches subsoniques spéciales sont utilisées pour les armes silencieuses.
Selon la revendication 5, le recul sera inhérent à toute arme qui tire sur des "objets matériels" et dépend du rapport des masses de la balle et de l'arme, et de l'élan de la force accélérant la balle.
Selon la revendication 8 - aucune atmosphère ne peut affecter la combustion de la poudre à canon dans une cartouche scellée. Dans l'espace extra-atmosphérique, les armes à feu tireront également.
Le problème ne peut être que la stabilité mécanique des pièces d'armes et les propriétés des lubrifiants à des températures ultra-basses. Mais ce problème peut être résolu et, en 1972, un test de tir en espace ouvert à partir d'un canon orbital de la station orbitale militaire OPS-2 (Salyut-3) a été effectué.

Oleg Chovkounenko
Alexander est bon que vous avez écrit. Pour être honnête, j'ai fait une description de l'arme basée sur ma propre compréhension du sujet. Mais peut-être que quelque chose n'allait pas. Passons en revue les points ensemble.

Article numéro 3. "Silence de tir."
Autant que je sache, le son d'un tir de n'importe quelle arme à feu se compose de plusieurs éléments :
1) Le son ou mieux dire les sons du fonctionnement du mécanisme de l'arme. Ceux-ci incluent l'impact du percuteur sur la capsule, le bruit de l'obturateur, etc.
2) Le son qui crée l'air qui a rempli le canon avant le tir. Il est déplacé à la fois par la balle et les gaz de poudre s'infiltrant à travers les canaux de coupe.
3) Le son que les gaz de poudre eux-mêmes créent lors d'une forte expansion et d'un refroidissement.
4) Son généré par une onde de choc acoustique.
Les trois premiers points ne s'appliquent pas du tout au gaussianisme. Je prévois une question sur l'air dans le canon, mais dans un fusil gaussien, le canon n'a pas besoin d'être solide et tubulaire, ce qui signifie que le problème disparaît de lui-même. Il reste donc le point numéro 4, juste celui dont vous parlez, Alexandre. Je tiens à dire que l'onde de choc acoustique est loin d'être la partie la plus forte du plan. Les silencieux des armes modernes ne le combattent pratiquement pas du tout. Et pourtant, les armes à feu avec silencieux sont encore dites silencieuses. Par conséquent, la gaussienne peut également être appelée sans bruit. Au fait, merci beaucoup de me le rappeler. J'ai oublié de mentionner parmi les avantages du pistolet Gauss la possibilité de régler la vitesse de la balle. Après tout, il est possible de définir un mode subsonique (qui rendra l'arme complètement silencieuse et destinée à des actions secrètes en combat rapproché) et supersonique (c'est pour la vraie guerre).

Numéro d'article 5. "Pratiquement pas de recul."
Bien sûr, il y a aussi un retour sur gassovka. Où sans elle ?! La loi de conservation de la quantité de mouvement n'a pas encore été annulée. Seul le principe de fonctionnement d'un fusil gauss le rendra non explosif, comme dans une arme à feu, mais, pour ainsi dire, étiré et lisse, et donc beaucoup moins perceptible pour le tireur. Bien que, pour être honnête, ce ne sont que mes soupçons. Jusqu'à présent, je n'ai pas tiré avec une telle arme :))

Article numéro 8. "La possibilité d'utiliser les deux dans l'espace extra-atmosphérique...".
Eh bien, je n'ai rien dit du tout sur l'impossibilité d'utiliser des armes à feu dans l'espace. Seulement il faudra le refaire de telle manière, tant de problèmes techniques à résoudre, qu'il est plus facile de créer un canon à gauss :)) Quant aux planètes aux atmosphères spécifiques, l'utilisation d'une arme à feu sur celles-ci peut vraiment être non seulement difficile , mais aussi dangereux. Mais cela fait déjà partie de la section de la fantaisie, en fait, dans laquelle votre obéissant serviteur est engagé.

Viatcheslav 05.04.14
Merci pour cette histoire intéressante sur les armes. Tout est très accessible et disposé sur les étagères. Un autre serait un shemku pour plus de clarté.

Oleg Chovkounenko
Vyacheslav, j'ai inséré le schéma, comme vous l'avez demandé).

intéressé 22.02.15
"Pourquoi un fusil Gaus?" - Wikipédia dit cela parce qu'il a jeté les bases de la théorie de l'électromagnétisme.

Oleg Chovkounenko
D'abord, selon cette logique, la bombe aérienne aurait dû s'appeler la "bombe de Newton", car elle tombe au sol, obéissant à la loi de la gravitation universelle. Deuxièmement, dans le même Wikipédia, Gauss n'est pas du tout mentionné dans l'article «Interaction électromagnétique». Il est bon que nous soyons tous des gens instruits et souvenez-vous que Gauss a déduit le théorème du même nom. Certes, ce théorème est inclus dans les équations plus générales de Maxwell, donc ici Gauss semble être à nouveau dans le coup de "jeter les bases de la théorie de l'électromagnétisme".

Eugène 05.11.15
Le fusil Gaus est un nom inventé pour l'arme. Il est apparu pour la première fois dans le légendaire jeu post-apocalyptique Fallout 2.

Romain 26/11/16
1) à propos de ce que Gauss a à voir avec le nom) lu sur Wikipedia, mais pas l'électromagnétisme, mais le théorème de Gauss, ce théorème est la base de l'électromagnétisme et est la base des équations de Maxwell.
2) le rugissement du tir est principalement dû aux gaz de poudre en forte expansion. parce que la balle est supersonique et après 500m du coup de canon, mais il n'y a pas de grondement! seulement un coup de sifflet dans l'air coupé par l'onde de choc de la balle et c'est tout !)
3) sur le fait qu'ils disent qu'il y a des échantillons d'armes légères et qu'il est silencieux parce qu'ils disent que la balle est subsonique - c'est un non-sens ! quand des arguments sont donnés, vous devez aller au fond du problème ! le tir est silencieux, non pas parce que la balle est subsonique, mais parce que les gaz de poudre ne s'en échappent pas du canon ! lire sur le pistolet PSS à Vic.

Oleg Chovkounenko
Roman, es-tu par hasard un parent de Gauss ? Avec un zèle douloureux, vous défendez son droit à ce nom. Personnellement, je m'en fous, si les gens aiment ça, qu'il y ait un pistolet gauss. Comme pour tout le reste, lisez les critiques de l'article, où la question du silence a déjà été discutée en détail. Je ne peux rien ajouter de nouveau à cela.

Dasha 12.03.17
J'écris de la science-fiction. Opinion: ACCELERATION est l'arme du futur. Je n'attribuerais pas à un étranger le droit d'avoir la primauté dans cette arme. L'ACCÉLÉRATION russe SERA SÛRE AU-DESSUS de l'ouest pourri. Il vaut mieux ne pas donner à un étranger pourri le DROIT D'APPELER UNE ARME PAR SON NOM DE MERDE ! Les Russes sont pleins de leurs sages ! (injustement oublié). Soit dit en passant, la mitrailleuse Gatling (canon) est apparue PLUS TARD que le SOROKA russe (système de canon rotatif). Gatling a simplement breveté une idée volée à la Russie. (Nous l'appellerons désormais Goat Gutl pour cela !). Par conséquent, Gauss n'est pas non plus lié à l'accélération des armes !

Oleg Chovkounenko
Dasha, le patriotisme est certes bon, mais seulement sain et raisonnable. Mais avec le pistolet Gauss, comme on dit, le train est parti. Le terme a déjà pris racine, comme beaucoup d'autres. On ne changera pas les concepts : Internet, le carburateur, le foot, etc. Cependant, peu importe le nom de telle ou telle invention, l'essentiel est de savoir qui peut l'amener à la perfection ou, comme dans le cas d'un fusil gauss, au moins dans un état de combat. Malheureusement, je n'ai pas encore entendu parler de développements sérieux des systèmes de gauss de combat, tant en Russie qu'à l'étranger.

Alexandre Bojkov 26.09.17
Tout est clair. Mais pouvez-vous ajouter des articles sur d'autres types d'armes ? : Sur le pistolet à thermite, le pistolet électrique, le BFG-9000, l'arbalète Gauss, la mitrailleuse ectoplasmique.

L'article examinera un exemple de création du pistolet Gauss le plus simple. L'essence de l'appareil réside dans le fait qu'il fonctionne sur un champ électromagnétique, c'est-à-dire que la charge est lancée en vol à l'aide d'électricité. Un tel pistolet est assemblé très simplement, avec tous les matériaux nécessaires, il faut environ une heure pour l'assembler. Bien sûr, la puissance du pistolet n'est pas grande, puisque son efficacité n'est que de 1%, mais c'est largement suffisant pour percer un carton ou une canette de bière. Des condensateurs facilement accessibles sont utilisés pour stocker la charge et la source de tension est une prise ordinaire, c'est-à-dire 220 V CA. Le canon peut tirer des boules d'acier ou des fléchettes, qui peuvent être fabriquées à partir de clous.

Matériel et outillage de montage :
- ampoule (220V, 60 watts) avec cartouche;
- fils;
- condensateurs (peut être obtenu à partir d'une alimentation d'ordinateur);
- diodes ;
- tubes métalliques et plastiques ;
- fil de cuivre verni;
- colle (Titan convient);
- fer à souder avec soudure;
- ruban électrique.

Processus de fabrication du pistolet Gauss :

La première étape. Comment est le pistolet
Pour comprendre le fonctionnement du pistolet, il est proposé d'étudier le schéma. C'est très simple, il n'y a pas de convertisseurs, tout fonctionne à partir d'un réseau 220V. Le circuit se compose de condensateurs qui accumulent la charge, d'une diode (nécessaire pour égaliser le courant alternatif), d'une bobine (l'électroaimant lui-même) et d'une ampoule qui limitera le courant de charge des condensateurs.

Deuxième étape. Nous faisons une bobine
La bobine fonctionnera comme un électroaimant lorsqu'elle recevra la tension des condensateurs. Pour la fabrication de la bobine, il faudra un fil verni dont l'épaisseur est d'au moins 0,7 mm. Le fil est enroulé sur un tube en plastique ou en métal, il fera aussi office de tronc. Le fil doit être enroulé proprement, uniformément, bobine par bobine. Lorsque la première couche est enroulée, elle doit être fixée avec de la colle. Ensuite, une nouvelle couche est enroulée sur le dessus. Pour aligner les bobines, vous pouvez utiliser des objets en bois ou en bambou. En conséquence, la bobine devrait prendre la forme, comme vous pouvez le voir sur la photo.

Troisième étape. Fabriquer une batterie de condensateurs
La batterie de condensateurs est la source d'alimentation du pistolet. Plus il y a de condensateurs, plus ils peuvent accumuler de charge, ce qui signifie que le pistolet tirera plus puissamment. À ces fins, les condensateurs d'une alimentation d'ordinateur sont parfaits, leur tension nominale est de 200V. Quant à la capacité, elle peut être de 470 microfarads ou 560 microfarads. Au total, l'auteur utilise six condensateurs, ils sont connectés à l'aide d'un fer à souder et de fils en parallèle.

Quatrième étape. La dernière étape de l'assemblage
Pour charger de tels condensateurs, vous avez besoin de courant continu, pour l'obtenir, des diodes seront nécessaires. On retrouve de telles diodes dans une alimentation d'ordinateur. Pour rendre le système fiable, vous pouvez installer 4 diodes ou plus en parallèle. Le moins de la diode doit être connecté au plus du condensateur, ou vice versa.

Entre autres choses, une ampoule est allumée dans le circuit, elle remplit la tâche d'une résistance et ne permet pas aux condensateurs de se recharger jusqu'à un état de panne. De plus, l'ampoule servira d'indicateur de charge, elle peut être utilisée pour déterminer quand les condensateurs sont chargés et vous pouvez tirer un coup.

En ce qui concerne la gâchette, vous aurez besoin d'un interrupteur pour les prises de vue et, mieux encore, d'un interrupteur à bascule. Il est important que l'interrupteur ou l'interrupteur à bascule puisse supporter des charges élevées.

Gauss-Gan est un appareil assez courant chez les radioamateurs. Le dispositif du pistolet Gauss est assez simple. Le pistolet est composé de plusieurs parties :
1) Alimentation
2) Convertisseur de tension
3) Bobine électromagnétique

Ce sont les pièces principales de l'appareil, communément appelé accélérateur de masse électromagnétique de Gauss. Les parties principales de l'appareil ne sont pas critiques, tout dépend de l'imagination des auteurs. La base de travail est également assez simple. Le convertisseur de tension augmente la tension initiale de l'alimentation au niveau de 300-450 volts, puis cette tension est redressée et accumulée dans des condensateurs électrolytiques. La puissance du pistolet lui-même dépend de la capacité des condensateurs. Au moment du démarrage, tout le potentiel du condensateur (souvent un bloc de plusieurs condensateurs est utilisé) est appliqué à la bobine, après quoi il se transforme en un électroaimant puissant et expulse la masse de fer. Le principe de fonctionnement d'un pistolet Gauss est quelque peu similaire au principe de fonctionnement d'un relais, seulement ici, l'alimentation est fournie à la bobine pendant une courte période.

Aujourd'hui, nous allons envisager la conception d'un accélérateur de masse assez simple et de puissance suffisamment élevée. L'appareil est uniquement destiné à démontrer le principe de fonctionnement, veuillez respecter toutes les mesures de sécurité, car ces appareils sont assez dangereux pour plusieurs raisons.

Premièrement, une haute tension se forme sur les condensateurs, et comme la capacité des condensateurs est grande, il y a un danger de mort.
Deuxièmement, la force d'impact de la masse est assez importante, alors ne visez pas les gens et gardez une certaine distance par rapport au pistolet.

On a choisi comme convertisseur de tension un circuit à cycle unique basé sur le temporisateur populaire de la série 555. Le temporisateur fonctionne dans le mode d'un générateur d'impulsions rectangulaires. Comme vous le savez, le microcircuit ne contient pas d'amplificateur supplémentaire, il serait donc bon d'utiliser un pilote supplémentaire à la sortie du microcircuit, mais comme la pratique l'a montré, le pilote n'est pas nécessaire ici, car la tension de sortie est supérieure à suffisant pour déclencher le transistor, et le courant à la sortie du microcircuit est d'environ 200mA . Ainsi, même sans pilote supplémentaire, le microcircuit n'est pas surchargé, tout fonctionne bien. Transistor à effet de champ - le choix n'est pas critique, vous pouvez utiliser n'importe quel transistor avec un courant de 40 A, dans mon cas IRFZ44 a été utilisé, comme une option bon marché et assez fiable. Ce circuit n'a pas besoin d'un filtre de suppression de courant inverse - un autre avantage du circuit.

La puissance du circuit dépend directement de la source d'alimentation, le circuit développe environ 45-60 watts à partir de la batterie du besereboynik, tandis que la consommation est de 7,5-8 A.
Avec une telle alimentation, le transistor chauffe beaucoup, mais vous ne devez pas utiliser d'énormes dissipateurs de chaleur, car l'appareil est conçu pour un fonctionnement à court terme et une surchauffe ne sera pas très effrayante.
Dans mon cas, le convertisseur est monté sur une planche à pain compacte, le montage est double face. La puissance des résistances peut être de 0,125 watts.

Transformateur

L'enroulement d'un transformateur d'impulsions est la partie la plus critique, mais il n'y a rien de compliqué ici, car nous n'enroulons pas un transformateur haute tension et il n'y a aucun risque de panne dans l'enroulement secondaire, par conséquent, les exigences de qualité d'enroulement ne sont pas très sévères .
Le noyau a été utilisé à partir d'un ballast électronique (ballast LDS de 60 watts). Tout d'abord, l'enroulement primaire a été enroulé sur le cadre, qui se compose de 7 tours de fil de 1 mm (il est conseillé de l'enrouler avec deux brins de fil de 0,5 mm à la fois).

Après avoir enroulé l'enroulement primaire, il doit être isolé. Comme isolant, j'utilise presque toujours du ruban adhésif transparent.
L'enroulement secondaire est enroulé sur le primaire et se compose de 120 tours de fil d'un diamètre de 0,2 à 0,3 mm. Tous les 40 à 50 tours, il est souhaitable d'installer l'isolant avec le même ruban adhésif.

Un tel convertisseur charge une capacité de 1000 microfarads en une seconde seulement !

Une fois que nous avons un convertisseur de tension prêt à l'emploi 12-400 Volts, nous pouvons aller plus loin. En tant que redresseur, vous pouvez utiliser un pont de diodes à impulsion avec un courant d'au moins 1 ampère. Les diodes FR207 ou FR107 sont parfaites pour nos besoins.
Les condensateurs ont été soudés à partir d'anciennes alimentations d'ordinateurs (ces condensateurs sont assez chers, il est donc plus facile de trouver d'anciennes alimentations). Un total de 6 condensateurs 200V / 470uF ont été utilisés.

Le solénoïde est enroulé sur un tube à partir d'un stylo à bille. Pour l'enroulement, un fil d'un diamètre de 1 mm a été utilisé, le nombre de tours était de 45.
L'enroulement se fait en couches (l'enroulement en vrac n'est pas souhaitable).

En tant que projectile, tous les objets en fer qui entreront librement dans le tube conviennent. La longueur du tube (cadre) 15cm (vous pouvez utiliser des tubes d'une longueur de 10-25 cm)

Le pistolet est presque prêt, il ne reste plus qu'à assembler le circuit de déclenchement. Cette fois, un thyristor de la série KU 202M (N) a été utilisé. Le circuit est démarré par une batterie à doigts séparée, à l'aide de laquelle l'alimentation est fournie à la sortie de commande du thyristor, à la suite de quoi ce dernier est déclenché et la capacité des condensateurs est fournie au solénoïde.

Liste des éléments radio

La désignation	Type de	Dénomination	Quantité	Noter	Score	Mon bloc-notes
555	Minuterie et oscillateur programmables	NE555	1			Vers le bloc-notes
T1	Transistor MOSFET	IRFZ44	1			Vers le bloc-notes
VD1	Diode redresseur	1N4148	1			Vers le bloc-notes
	Diode redresseur	FR207	4	FR107		Vers le bloc-notes
VS1	Thyristor et Triac	KU202M	1			Vers le bloc-notes
C1	Condensateur	10nF	1			Vers le bloc-notes
C2	Condensateur	3,9 nF	1			Vers le bloc-notes
C3-C8	Condensateur électrolytique	470uF 200V	6			Vers le bloc-notes
R1, R2	Résistance

Pistolet Gauss(Anglais) Pistolet Gauss, Canon de Gauss) est l'une des variétés de l'accélérateur de masse électromagnétique. Il porte le nom du scientifique Gauss, qui a exploré les principes physiques de l'électromagnétisme sur lesquels cet appareil est basé.

Principe de fonctionnement

Le pistolet Gauss est constitué d'un solénoïde à l'intérieur duquel se trouve un canon (généralement constitué d'un diélectrique). Un projectile (constitué d'un ferromagnétique) est inséré dans l'une des extrémités du canon. Lorsqu'un courant électrique circule dans le solénoïde, un champ magnétique apparaît, qui accélère le projectile, le "attirant" dans le solénoïde. Dans ce cas, le projectile reçoit des pôles aux extrémités symétriquement aux pôles de la bobine, grâce à quoi, après avoir traversé le centre du solénoïde, le projectile est attiré dans la direction opposée, c'est-à-dire ralentit. Mais si au moment où le projectile passe au milieu du solénoïde, le courant y est coupé, le champ magnétique disparaîtra et le projectile s'envolera de l'autre extrémité du canon. Mais lorsque la source d'alimentation est éteinte, un courant d'auto-induction se forme dans la bobine, qui a la direction opposée du courant, et change donc la polarité de la bobine. Et cela signifie que lorsque la source d'alimentation est soudainement éteinte, le projectile qui a survolé le centre de la bobine sera repoussé et accéléré davantage. Sinon, si le projectile n'a pas atteint le centre, il ralentira.

Pour le plus grand effet, l'impulsion de courant dans le solénoïde doit être à court terme et puissante. En règle générale, des condensateurs électriques sont utilisés pour obtenir une telle impulsion. Si un condensateur polaire est utilisé (par exemple, sur un électrolyte), il doit y avoir des diodes dans le circuit qui protégeront le condensateur du courant d'auto-induction et de l'explosion.

Les paramètres de l'enroulement, du projectile et des condensateurs doivent être coordonnés de telle sorte que lors du tir, au moment où le projectile s'approche du milieu de l'enroulement, le courant dans ce dernier aurait déjà eu le temps de diminuer jusqu'à une valeur minimale, que c'est-à-dire que la charge des condensateurs aurait été complètement épuisée. Dans ce cas, l'efficacité d'un pistolet Gauss à un étage sera maximale.

Calculs

L'énergie stockée dans un condensateur

V - tension du condensateur (en Volts)
C - capacité du condensateur (en farads)

L'énergie stockée dans la connexion en série et en parallèle des condensateurs est égale.

L'énergie cinétique du projectile

m - masse du projectile (en kilogrammes)
tu - sa vitesse (en m/s)

Temps de décharge du condensateur

C'est le temps qu'il faut au condensateur pour se décharger complètement. Elle est égale au quart de la période :

L - inductance (en Henry)
C - capacité (en farads)

Temps de fonctionnement de l'inducteur

C'est le temps pendant lequel la FEM de l'inductance monte à sa valeur maximale (décharge complète du condensateur) et chute complètement à 0. Elle est égale à l'alternance supérieure de la sinusoïde.

L - inductance (en Henry)
C - capacité (en farads)

Avantages et inconvénients

Le canon Gauss en tant qu'arme présente des avantages que les autres types d'armes légères n'ont pas. C'est l'absence d'obus et le choix illimité de la vitesse initiale et de l'énergie des munitions, ainsi que la cadence de tir du canon, la possibilité d'un tir silencieux (si la vitesse du projectile ne dépasse pas la vitesse du son), y compris sans changer le canon et les munitions, un recul relativement faible (égal à l'élan du projectile qui s'est envolé, pas d'impulsion supplémentaire des gaz en poudre ou des pièces mobiles), théoriquement, une plus grande fiabilité et résistance à l'usure, ainsi que la capacité de travailler dans toutes les conditions, y compris l'espace extra-atmosphérique.

Cependant, malgré l'apparente simplicité du canon Gauss et ses avantages, son utilisation comme arme se heurte à de sérieuses difficultés.

La première difficulté est le faible rendement de l'installation. Seuls 1 à 7% de la charge du condensateur sont convertis en énergie cinétique du projectile. En partie, cet inconvénient peut être compensé en utilisant un système d'accélération de projectile à plusieurs étages, mais dans tous les cas, l'efficacité atteint rarement même 27%. Par conséquent, le canon Gauss perd même face aux armes pneumatiques en termes de puissance de tir.

La deuxième difficulté est la consommation d'énergie élevée (due à un faible rendement) et le temps de recharge assez long des condensateurs, ce qui oblige à transporter une source d'alimentation (généralement une batterie puissante) avec le pistolet Gauss. Il est possible d'augmenter considérablement l'efficacité en utilisant des solénoïdes supraconducteurs, mais cela nécessiterait un système de refroidissement puissant, ce qui réduirait considérablement la mobilité du canon Gauss.

La troisième difficulté (suite aux deux premières) est le poids et les dimensions importants de l'installation, avec son faible rendement.

Ainsi, aujourd'hui, le pistolet Gauss n'a pas de perspectives particulières en tant qu'arme, car il est nettement inférieur aux autres types d'armes légères. Les perspectives ne sont possibles que dans le futur si des sources de courant électrique compactes mais puissantes et des supraconducteurs à haute température (200-300 K) sont créés.

railgun

pistolet ferroviaire(Anglais) railgun) est une forme d'arme basée sur la conversion de l'énergie électrique en énergie cinétique d'un projectile. Autres noms : accélérateur de masse ferroviaire, railgun, railgun. À ne pas confondre avec Gauss Cannon.

Principe de fonctionnement

Le railgun utilise une force électromagnétique appelée la force Ampère pour disperser un projectile électriquement conducteur qui fait à l'origine partie d'un circuit. Parfois, des renforts mobiles sont utilisés pour relier les rails. Courant je, traversant les rails, excite un champ magnétique B entre eux, perpendiculaire au courant traversant le projectile et le rail adjacent. Il en résulte une répulsion mutuelle des rails et une accélération du projectile sous l'action de la force F.

Avantages et inconvénients

Un certain nombre de problèmes sérieux sont associés à la fabrication d'un railgun: l'impulsion de courant doit être si puissante et si nette que le projectile n'aurait pas le temps de s'évaporer et de se disperser, mais une force d'accélération apparaîtrait qui l'accélérerait vers l'avant. Par conséquent, le matériau du projectile et du rail doit avoir la conductivité la plus élevée possible, le projectile doit avoir le moins de masse possible et la source de courant doit avoir autant de puissance et moins d'inductance que possible. Cependant, la particularité de l'accélérateur ferroviaire est qu'il est capable d'accélérer des masses ultra-petites à des vitesses ultra-élevées. En pratique, les rails sont en cuivre sans oxygène recouvert d'argent, des barres ou des fils d'aluminium sont utilisés comme projectiles, une batterie de condensateurs électriques haute tension, des générateurs Marx, des générateurs unipolaires de choc, des compulsateurs sont utilisés comme source d'alimentation, et avant entrant dans les rails, ils essaient de donner au projectile une vitesse initiale aussi élevée que possible, en utilisant pour cela des pneumatiques ou des armes à feu. Dans ces canons à rails où le projectile est un fil, une fois la tension appliquée aux rails, le fil chauffe et brûle, se transformant en un plasma conducteur, qui s'accélère également. Ainsi, le railgun peut tirer du plasma, cependant, en raison de son instabilité, il se désintègre rapidement.

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CONDENSATEURS CHARGES MORTEL DANGEREUX!

Pistolet électromagnétique (Gauss-gun, eng. pistolet à bobine) dans sa version classique est un dispositif qui utilise la propriété des ferromagnétiques d'être attirés dans une région de champ magnétique plus fort pour accélérer un "projectile" ferromagnétique.

Mon pistolet Gauss :
vue d'en-haut:


vue de côté:


1 - connecteur pour connecter un déclencheur à distance
2 - interrupteur "charge de la batterie / travail"
3 - connecteur pour connexion à une carte son d'ordinateur
4 - switch "charge condensateur/coup"
5 - bouton de décharge d'urgence du condensateur
6 - indicateur "Charge de la batterie"
7 - indicateur "Travail"
8 - indicateur "Charge du condensateur"
9 - indicateur "Tir"

Schéma de la partie puissance du pistolet Gauss :

1 - coffre
2 - diode de protection
3 - bobine
4 - LED IR
5 - Phototransistors IR

Les principaux éléments structurels de mon pistolet électromagnétique:
la batterie -
J'utilise deux batteries lithium-ion SANYO UR18650A Format 18650 depuis un PC portable 2150 mAh connecté en série :
...
La limite de tension de décharge de ces batteries est de 3,0 V.

convertisseur de tension pour l'alimentation des circuits de commande -
La tension des batteries est fournie à un convertisseur de tension élévatrice sur la puce 34063, qui augmente la tension à 14 V. Ensuite, la tension est fournie au convertisseur pour charger le condensateur, et stabilisée à 5 V par la puce 7805, pour alimenter le circuit de commande.

convertisseur de tension pour charger un condensateur -
convertisseur boost basé sur la minuterie 7555 et MOSFET-transistor ;
- c'est N-canaliser MOSFET- transistor en étui TO-247 avec la tension maximale admissible "drain-source" VDS= 500 volts, courant d'impulsion de drain maximum IDENTIFIANT= 56 ampères et une valeur typique de la résistance drain-source à l'état ouvert RDS (activé)= 0,33 ohm.

L'inductance de l'inductance du convertisseur affecte son fonctionnement :
une inductance trop faible détermine le faible taux de charge du condensateur ;
une inductance trop élevée peut saturer le noyau.

En tant que générateur d'impulsions ( circuit oscillateur) pour le convertisseur ( Convertisseur boost) vous pouvez utiliser un microcontrôleur (par exemple, le populaire Arduino), ce qui vous permettra d'implémenter la modulation de largeur d'impulsion (PWM, PWM) pour contrôler le rapport cyclique des impulsions.

condensateur -
condensateur électrolytique pour une tension de plusieurs centaines de volts.
Auparavant, j'utilisais un condensateur K50-17 d'un flash externe soviétique d'une capacité de 800 uF pour une tension de 300 V :

Les inconvénients de ce condensateur sont, à mon avis, une faible tension de fonctionnement, un courant de fuite accru (entraînant une charge plus longue), et éventuellement une capacité surestimée.
Par conséquent, je suis passé à l'utilisation de condensateurs modernes importés :

SAMWHA pour une tension de 450 V avec une capacité de 220 uF série SC. SC- il s'agit d'une série standard de condensateurs SAMWHA, il existe d'autres séries : IL- travailler dans une plage de température plus large, HJ- avec une durée de vie prolongée ;

PEC pour une tension de 400 V avec une capacité de 150 microfarads.
J'ai également testé un troisième condensateur pour 400 V d'une capacité de 680 uF, acheté sur une boutique en ligne dx.com -

Au final, j'ai décidé d'utiliser un condensateur PEC pour une tension de 400 V avec une capacité de 150 microfarads.

Pour un condensateur, sa résistance série équivalente est également importante ( RSE).

changer -
interrupteur SA conçu pour commuter un condensateur chargé C sur la bobine L:

comme interrupteur, vous pouvez utiliser soit des thyristors, soit IGBT-transistors :

thyristor -
J'utilise un thyristor de puissance TC125-9-364 avec commande cathodique
apparence

dimensions

- thyristor de type broche à grande vitesse : "125" signifie le courant de fonctionnement maximal autorisé (125 A) ; "9" signifie classe de thyristors, c'est-à-dire tension d'impulsion répétitive en centaines de volts (900 V).

L'utilisation d'un thyristor comme clé nécessite la sélection de la capacité de la batterie de condensateurs, car une impulsion de courant prolongée entraînera le recul du projectile qui a survolé le centre de la bobine - " sucer en arrière effet".

Transistor IGBT -
utiliser comme clé IGBT-transistor permet non seulement de fermer, mais aussi d'ouvrir le circuit de la bobine. Cela permet d'interrompre le courant (et le champ magnétique de la bobine) après que le projectile a traversé le centre de la bobine, sinon le projectile serait ramené dans la bobine et donc ralenti. Mais l'ouverture du circuit de la bobine (forte diminution du courant dans la bobine) entraîne l'apparition d'une impulsion haute tension sur la bobine conformément à la loi de l'induction électromagnétique $u_L = (L ((di_L) \over (dt) ) )$. Pour protéger la clé -IGBT-transistor, il faut utiliser des éléments supplémentaires :

téléviseurs vd- diode ( Diode TVS), créant un chemin pour le courant dans la bobine lorsque la clé est ouverte et amortissant une forte surtension sur la bobine
Rdis- résistance de décharge ( résistance de décharge) - fournit une atténuation du courant dans la bobine (absorbe l'énergie du champ magnétique de la bobine)
Crscondensateur de suppression de sonnerie), qui empêche l'apparition d'impulsions de surtension sur la clé (peut être complétée par une résistance, formant Amortisseur RC)

j'ai utilisé IGBT-transistor IRG48BC40F de la série populaire IRG4.

bobine (bobine) -
la bobine est enroulée sur un cadre en plastique avec du fil de cuivre. La résistance ohmique de la bobine est de 6,7 ohms. La largeur de l'enroulement multicouche (en vrac) $b$ est de 14 mm, dans une couche il y a environ 30 tours, le rayon maximum est d'environ 12 mm, le rayon minimum $D$ est d'environ 8 mm (le rayon moyen $a$ est d'environ 10 mm, la hauteur est $c $ - environ 4 mm), diamètre du fil - environ 0,25 mm.
Une diode est connectée en parallèle avec la bobine UF5408 (diode antiparasite) (courant de crête 150 A, tension inverse de crête 1000 V), qui amortit l'impulsion de tension d'auto-induction lorsque le courant dans la bobine est interrompu.

baril -
Fabriqué à partir du corps d'un stylo à bille.

projectiles -
Les paramètres du projectile d'essai sont un morceau de clou d'un diamètre de 4 mm (diamètre du canon ~ 6 mm) et d'une longueur de 2 cm (le volume du projectile est de 0,256 cm 3 et la masse $m$ = 2 grammes , si nous supposons que la masse volumique de l'acier est de 7,8 g/cm 3). J'ai calculé la masse en représentant le projectile comme une combinaison d'un cône et d'un cylindre.

Le matériau du projectile doit être ferromagnétique.
De plus, le matériau du projectile doit avoir autant que possible seuil de saturation magnétique élevé - valeur d'induction de saturation $B_s$. L'une des meilleures options est le fer magnétique doux ordinaire (par exemple, l'acier ordinaire non trempé St. 3 - St. 10) avec une induction de saturation de 1,6 - 1,7 T. Les clous sont fabriqués à partir de fil d'acier à faible teneur en carbone et non traité thermiquement (nuances d'acier St. 1 KP, St. 2 KP, St. 3 PS, St. 3 KP).
Désignation acier :
Art.- acier au carbone de qualité ordinaire ;
0 - 10 - le pourcentage de carbone, multiplié par 10. Lorsque la teneur en carbone augmente, l'induction de saturation $B_s$ diminue.

Et le plus efficace c'est l'alliage" perpétuer", mais il est trop exotique et cher. Cet alliage est composé de 30 à 50 % de cobalt, de 1,5 à 2 % de vanadium et le reste est du fer. Permendur a l'induction de saturation $B_s$ la plus élevée de tous les ferromagnétiques connus jusqu'à 2,43 T.

Il est également souhaitable que le matériau du projectile ait autant faible conductivité. Cela est dû au fait que des courants de Foucault apparaissent dans un champ magnétique alternatif dans une tige conductrice, ce qui entraîne des pertes d'énergie.

Par conséquent, comme alternative aux coquilles - coupures d'ongles, j'ai testé une tige de ferrite ( tige de ferrite) extrait de la manette des gaz de la carte mère :

Des bobines similaires se retrouvent également dans les alimentations informatiques :

L'aspect de la bobine avec un noyau de ferrite :

Matériau de la tige (probablement nickel-zinc ( Ni-Zn) (analogue aux grades nationaux de ferrite NN/VN) poudre de ferrite) est diélectrique ce qui élimine l'apparition de courants de Foucault. Mais l'inconvénient de la ferrite est la faible induction à saturation $B_s$ ~ 0,3 T.
La longueur de la tige était de 2 cm:

La densité des ferrites nickel-zinc est $\rho$ = 4,0 ... 4,9 g/cm 3 .

Force d'attraction des projectiles
Le calcul de la force agissant sur un projectile dans un canon Gauss est difficile tâche.

Plusieurs exemples de calcul de forces électromagnétiques peuvent être donnés.

La force d'attraction d'un morceau de ferromagnétique sur une bobine de solénoïde avec un noyau ferromagnétique (par exemple, une armature de relais sur une bobine) est déterminée par l'expression $F = (((((w I))^2) \ mu_0 S) \over (2 ((\delta)^ 2)))$ , où $w$ est le nombre de tours dans la bobine, $I$ est le courant dans l'enroulement de la bobine, $S$ est la section du noyau de la bobine, $\delta$ est la distance entre le noyau de la bobine et la pièce attirée. Dans ce cas, on néglige la résistance magnétique des ferromagnétiques dans un circuit magnétique.

La force entraînant un ferromagnétique dans le champ magnétique d'une bobine sans noyau est donnée par $F = ((w I) \sur 2) ((d\Phi) \sur (dx))$.
Dans cette formule, $((d\Phi) \over (dx))$ est le taux de variation du flux magnétique de la bobine $\Phi$ lorsqu'un morceau de ferromagnétique se déplace le long de l'axe de la bobine (changement de $x Coordonnée $), cette valeur est assez difficile à calculer. La formule ci-dessus peut être réécrite comme $F = (((I)^2) \over 2) ((dL) \over (dx))$, où $((dL) \over (dx))$ est le taux de l'inductance de la bobine de changement $L$.

Comment tirer avec un pistolet Gauss
Avant le tir, le condensateur doit être chargé à une tension de 400 V. Pour cela, allumez l'interrupteur (2) et tournez l'interrupteur (4) sur la position "CHARGE". Pour indiquer la tension, un indicateur de niveau d'un magnétophone soviétique est connecté au condensateur via un diviseur de tension. Pour la décharge d'urgence du condensateur sans connecter la bobine, une résistance d'une résistance de 6,8 kOhm avec une puissance de 2 W est utilisée, connectée avec un interrupteur (5) au condensateur. Avant de tirer, il est nécessaire de tourner l'interrupteur (4) sur la position "SHOT". Pour éviter l'influence du rebond de contact sur la formation d'une impulsion de commande, le bouton "Shot" est connecté au circuit anti-rebond du relais de commutation et du microcircuit 74HC00N. A partir de la sortie de ce circuit, le signal déclenche un monocoup, qui produit une seule impulsion de durée réglable. Cette impulsion passe par un optocoupleur PC817à l'enroulement primaire du transformateur d'impulsions, qui assure l'isolation galvanique du circuit de commande du circuit de puissance. L'impulsion générée sur l'enroulement secondaire ouvre le thyristor et le condensateur est déchargé à travers celui-ci vers la bobine.

Le courant traversant la bobine pendant la décharge crée un champ magnétique qui attire le projectile ferromagnétique et donne au projectile une certaine vitesse initiale. Après avoir quitté le canon, le projectile vole plus loin par inertie. Dans ce cas, il convient de tenir compte du fait qu'après le passage du projectile au centre de la bobine, le champ magnétique ralentira le projectile, de sorte que l'impulsion de courant dans la bobine ne doit pas être resserrée, sinon cela entraînera une diminution dans la vitesse initiale du projectile.

Pour la télécommande du tir, un bouton est relié au connecteur (1) :

Détermination de la vitesse du projectile du canon
Lors du tir, la vitesse initiale et l'énergie dépendent fortement de la position initiale du projectile dans la tige.
Pour définir la position optimale, il est nécessaire de mesurer la vitesse du projectile sortant du canon. Pour cela, j'ai utilisé un compteur de vitesse optique - deux capteurs optiques (LED IR VD1, VD2+ Phototransistors IR TV1, VT2) sont placés dans le coffre à une distance de $l$ = 1 cm l'un de l'autre. Pendant le vol, le projectile ferme les phototransistors de l'émission de LED et les comparateurs sur le microcircuit LM358N former un signal numérique :

Lorsque le flux lumineux du capteur 2 (le plus proche de la bobine) est bloqué, le rouge s'allume (" ROUGE") LED, et lorsque le capteur 1 se chevauche - vert (" VERT").

Ce signal est converti en un niveau en dixièmes de volt (diviseurs des résistances R1,R3 et R2,R4) et est alimenté par deux canaux de l'entrée linéaire (pas de microphone !) de la carte son de l'ordinateur à l'aide d'un câble à deux prises : une prise connectée au connecteur gaussien et une prise branchée sur la prise de la carte son de l'ordinateur :
diviseur de tension:


LA GAUCHE- canal gauche ; DROIT- canal droit ; Terre- "Terre"

prise de pistolet :

5 - canal gauche ; 1 - canal droit ; 3 - "sol"
prise connectée à l'ordinateur :

1 - canal gauche ; 2 - canal droit ; 3 - "sol"

Il est pratique d'utiliser un programme gratuit pour le traitement du signal Audace().
Puisqu'un condensateur est connecté en série avec le reste du circuit sur chaque canal de l'entrée de la carte son, l'entrée de la carte son est en fait RC-chaîne, et le signal enregistré par l'ordinateur a une forme lissée :


Points caractéristiques sur les graphiques :
1 - vol de l'avant du projectile devant le capteur 1
2 - vol de la partie avant du projectile devant le capteur 2
3 - vol de l'arrière du projectile devant le capteur 1
4 - vol de l'arrière du projectile devant le capteur 2
Je détermine la vitesse initiale du projectile à partir de la différence de temps entre les points 3 et 4, en tenant compte du fait que la distance entre les capteurs est de 1 cm.
Dans l'exemple ci-dessus, avec un taux d'échantillonnage de $f$ = 192000 Hz pour le nombre d'échantillons $N$ = 160, la vitesse du projectile $v = ((l f) \over (N)) = ((1920) \over 160)$ était de 12 m/s .

La vitesse du projectile sortant du canon dépend de sa position initiale dans le canon, qui est fixée par le déplacement de la partie arrière du projectile depuis le bord du canon $\Delta$ :

Pour chaque capacité de batterie $C$, la position optimale du projectile (valeur ($\Delta$) est différente.

Pour le projectile décrit ci-dessus et une capacité de batterie de 370 uF, j'ai obtenu les résultats suivants :

Avec une capacité de batterie de 150 uF, les résultats étaient les suivants :

La vitesse maximale du projectile était $v$ = 21,1 m/s (à $\Delta$ = 10 mm), ce qui correspond à une énergie de ~ 0,5 J -

Lors du test d'un projectile - une tige de ferrite, il s'est avéré qu'il nécessite un emplacement beaucoup plus profond dans le canon (une valeur $\Delta$ beaucoup plus grande).

Lois sur les armes à feu
En République de Biélorussie, les produits à énergie initiale ( énergie initiale) pas plus de 3 J acheté sans autorisation et non enregistré.
En Fédération de Russie, les produits à énergie initiale moins de 3J ne sont pas considérés comme des armes.
Au Royaume-Uni, les produits à énergie initiale ne sont pas considérés comme des armes. pas plus de 1,3 J.

Détermination du courant de décharge du condensateur
Pour déterminer le courant de décharge maximal d'un condensateur, vous pouvez utiliser le graphique de la tension aux bornes du condensateur pendant la décharge. Pour ce faire, vous pouvez vous connecter au connecteur, qui est alimenté via un diviseur avec une tension sur le condensateur, réduite de $n$ = 100 fois. Courant de décharge du condensateur $i = (n) \cdot (C \cdot ((du) \over (dt))) = (((m_u) \over (m_t)) C tg \alpha)$, où $\alpha$ - l'angle d'inclinaison de la tangente à la courbe de tension du condensateur en un point donné.
Voici un exemple d'une telle courbe de tension de décharge aux bornes d'un condensateur :

Dans cet exemple, $C$ = 800 µF, $m_u$ = 1 V/div, $m_t$ = 6,4 ms/div, $\alpha$ = -69,4°, $tg \alpha = -2 ,66 $, ce qui correspond au courant au début de la décharge $i = (100) \cdot (800) \cdot (10^(-6)) \cdot (1 \over (6,4 \cdot (10^(-3) ))) \cdot (-2.66) = -33.3$ ampères.

À suivre