Теорія електромагнітного зброї
Магнітний прискорювач мас
Якщо ви не маєте жодного уявлення про магнітні прискорювачах мас і новачок в цій галузі, то коротко принцип дії магнітного прискорювача мас або "гаус гана" (від англ. Gauss gun - гармата Гауса - По імені вченого і математика Гаусса, в честь імені якого названі одиниці виміру магнітного поля. 10000Гс = 1Тл) можна описати так. У циліндричної обмотці (соленоїді) при протіканні через неї електричного струму виникає магнітне поле. Це магнітне поле починає втягувати всередину соленоїда залізний снаряд, який від цього починає розганятися. Якщо в той момент, коли снаряд виявиться в середині обмотки струм в останній відключити, то втягує магнітне поле зникне і снаряд, який набрав швидкість, вільно вилетить через інший кінець обмотки. Чим сильніше магнітне поле і чим швидше воно відключається - тим сильніше вилітає снаряд.
На практиці конструкція найпростішого гаус-гана є намотану в кілька шарів на діелектричну трубку мідний дріт і конденсатор великої ємності. Всередину трубки перед самим початком обмотки встановлюється залізний снаряд (часто цвях зі спиляною капелюшком) і попередньо заряджений конденсатор за допомогою електричного ключа замикається на обмотку.
Параметри обмотки, снаряда і конденсаторів повинні бути узгоджені таким чином, щоб при пострілі до моменту підльоту снаряда до середини обмотки струм в останній вже встигав би зменшиться до мінімального значення, тобто заряд конденсаторів був би вже повністю витрачений. В такому випадку ККД одноступінчастого МУ буде максимальним.
Перед тим, як братися за самостійне виготовлення чого-небудь, раджу прочитати техніку безпеки. З тими, хто вважає, що техніка безпеки "для лохів", зустрінемося на кладовищі, іншим же раджу коротко ознайомиться з основними моментами ТБ, знання яких допоможе вам швидше виготовити задуману електромагнітну гармату, не втрачаючи часу на отлежки в лікарні.
Нижче наведена схема конструкції одноступінчастого магнітного прискорювача мас. Для отримання більш докладної інформації про елементах конструкції і їх призначення клацніть на них.
А тут FAQ по електромагнітному зброї
Інші типи електромагнітного зброї.
Крім магнітних прискорювачів мас, існує безліч інших типів зброї, що використовують для свого функціонування електромагнітну енергію. Розглянемо найбільш відомі та поширені їх типи.
Електромагнітні прискорювачі мас.
Крім "гаус ганов", існує ще як мінімум 2 типу прискорювачів мас - індукційні прискорювачі мас (котушка Томпсона) і рейкові прискорювачі мас, так само відомі як "Рейлі Гани" (від англ. "Rail gun" - рейкова гармата).
В основу функціонування індукційного прискорювача мас покладений принцип електромагнітної індукції. У плоскій обмотці створюється швидко наростаючий електричний струм, який викликає в просторі навколо змінне магнітне поле. В обмотку вставлений феритовий сердечник, на вільний кінець якого надіто кільце з провідного матеріалу. Під дією змінного магнітного потоку, що пронизує кільце в ньому виникає електричний струм, який створює магнітне поле протилежної спрямованості щодо поля обмотки. Своїм полем кільце починає відштовхуватися від поля обмотки і прискорюється, злітаючи з вільного кінця ферритового стрижня. Чим коротше і сильніше імпульс струму в обмотці, тим потужніше вилітає кільце.
Інакше функціонує рейковий прискорювач мас. У ньому проводить снаряд рухається між двох рейок - електродів (звідки і отримав свою назву - рельсотрон), за якими подається струм. Джерело струму підключається до рейок у їх підстави, тому струм тече як би в догонку снаряду і магнітне поле, створюване навколо провідників зі струмом, повністю зосереджено за проводять снарядом. В даному випадку снаряд є провідником зі струмом, вміщеним до перпендикулярного магнітне поле, створене рейками. На снаряд за всіма законами фізики діє сила Лоренца, спрямована в бік протилежний від місця підключення рейок і прискорює снаряд. З виготовленням рельстрона пов'язаний ряд серйозних проблем - імпульс струму повинен бути настільки потужним і різким, щоб снаряд не встиг би випарується (адже через нього протікає величезний струм!), Але виникла б прискорює сила, розвіюєш його вперед. Тому матеріал снаряда і рейок повинен володіти якомога більше високу провідність, снаряд як можна меншою масою, а джерело струму якомога більшою потужністю і меншою індуктивність. Однак особливість рейкового прискорювача в тому, що він здатний розганяти сверхмалі маси до понад великих швидкостей. На практиці рейки виготовляють з безкисневої міді покритої сріблом, як снаряди використовують алюмінієві брусочки, в якості джерела живлення - батарею високовольтних конденсаторів, а самому снаряду перед входженням на рейки намагаються надати якомога більшу початкову швидкість, використовуючи для цього пневматичні або вогнепальні гармати.
Крім прискорювачів мас до електромагнітного зброї відносяться джерела потужного електромагнітного випромінювання, такі як лазери і магнетрони.
Лазер відомий всім. Складається з робочого тіла, в якому при пострілі створюється інверсна населеність квантових рівнів електронами, резонатора для збільшення пробігу фотонів всередині робочого тіла і генератора, який цю саму инверсную населеність буде створювати. В принципі, инверсную населеність можна створити в будь-якій речовині і в наш час простіше сказати, з чого НЕ роблять лазери. Лазери можуть класифікуватися по робочому тілу: рубінові, СО2, аргонові, гелій-неонові, твердотільні (GaAs), спиртові, і т.д. по режиму роботи: імпульсні, безперервні, псевдонепреривние, можуть класифікуватися за кількістю використовуваних квантових рівнів: 3х рівневий, 4х рівневий, 5і рівневі. Так само лазери класифікують по частоті генерованого випромінювання - мікрохвильові, інфрачервоні, зелені, ультрафіолетові, рентгенівські, і т.д. ККД лазера зазвичай не перевищує 0,5%, проте зараз ситуація змінилася - напівпровідникові лазери (твердотільні лазери на основі GaAs) мають ККД понад 30% і в наші дні можуть мати потужність вихідного випромінювання аж до 100 (!) Вт, тобто порівнянну з потужними "класичними" рубіновими або СО2 лазерами. Крім того, існують газодинамічні лазери, найменше схожі на інші типи лазерів. Їх відмінність в тому, що вони здатні виробляти безперервний промінь величезної потужності, що дозволяє використовувати їх для військових цілей. По суті, газодинамический лазер являє собою реактивний двигун, перпендикулярно газовому потоку в якому стоїть резонатор. Розпечений газ, що виходить з сопла, знаходиться в стані инверсной населеності. Варто додати до нього резонатор - і многомеговаттний потік фотонів полетить в простір.
Мікрохвильові гармати - основних функціональних вузлом є магнетрон - потужне джерело мікрохвильового випромінювання. Недоліком мікрохвильових пушок є їх надмірна навіть у порівнянні з лазерами небезпека застосування - мікрохвильове випромінювання добре відбивається від перешкод і в разі стрільби в закритому приміщенні опроміненню піддасться буквально все всередині! Крім того, потужне мікрохвильове випромінювання смертельно для будь-якої електроніки, що так само треба враховувати.
А чому, власне, саме "гаус ган", а не Дискомет Томпсона, рельсотрони або променеву зброю?
Справа в тому, що з усіх типів електромагнітного зброї він найбільш простий у виготовленні саме гаус ган. Крім того, він має досить високий в порівнянні з іншими електромагнітними стрелялками ККД і може працювати на низькій напрузі.
Наступного за складністю щаблі стоять індукційні прискорювачі - Дискомет (або трансформатори) Томпсона. Для їх роботи потрібні дещо вищі напруги, ніж для звичайної гауссовкі, потім, мабуть, за складністю стоять лазери і мікрохвильовки, і на самому останньому місці стоїть рельсотрон, для якого потрібні дорогі конструкційні матеріали, бездоганний розрахунок і точність виготовлення, дорогий і потужне джерело енергії (батарея високовольтних конденсаторів) і ще багато всього дорогого.
Крім того, гаус ган, незважаючи на свою простоту, має неймовірно великим простором для конструкторських рішень та інженерних вишукувань - так що цей напрямок досить цікавий і перспективний.