Принцип ускорения заключается в том, что при разряде конденсатора на катушку она втягивает ферро-магнитные снаряды создаваемым магнитным полем. Этот принцип легко реализуем, скорость снаряда может достигать порядка 50 м/с. (Если использовать многоступенчатую систему катушек, то скорость может быть порядка 90 –120 м/с, в зависимости от числа ступеней, индуктивности катушек и емкостей конденсаторов)
Ускорение снаряда зависит от его магнитных свойств, максимальный энергетический прирост за ступень ускорения ограничен магнитным насыщением материала, а также другими принципами, которые основываются на силе Лоренца.
При включении выключателя в катушке происходит выброс магнитного поля, которое втягивает снаряд, но когда снаряд проходит середину катушки, то поле наоборот немного тормозит снаряд, поэтому хорошо бы отключать ток в катушке, когда снаряд начинает пересекать точку центра катушки. Чем короче будет импульс при разряде конденсаторов, тем сильнее будет втягивающая сила. В реальности сразу сложно подобрать параметры снаряда и катушки, сначала нужно провести теоретический расчет вручную (довольно трудоемкое занятие) или программой симулятором coilsim, FEMM. Самый оптимальный вариант — это когда снаряд и катушка равной длины. Сначала катушка рассчитывается в программе coilsim, FEMM, потом наматывается. Катушку нужно мотать аккуратно виток к витку, слоями. Далее нужно залить ее эпоксидным клеем. Потом можно для нее сделать магнитопровод, который будет концентрировать магнитное поле в катушке не давая ему выходить за ее пределы. (рекомендация, автор почему то не учел этот факт, который существенно повышает КПД системы). Напряжение конденсаторов нужно выбирать не меньше 300 вольт, а сопротивление должно быть как можно меньше, лучше всего будут работать импульсные электролитические конденсаторы.
Снаряды были сделаны из штифтов 4×12 мм и весом 1.1 грамм. Ствол — это стеклянная трубка 7×1 мм. Катушка была такой же длины, как и снаряд 12 мм и диаметром 20мм, она содержит 150 витков эмалированного медного провода диаметром 0.63мм. Конденсаторы были взяты на 2000 мкф, которые включаются через тиристор. Самая оптимальная позиция снаряда, когда он входит в катушку на 6мм, это видно из графика.
Следующее измерение — это зависимость тока в катушке и скорости от напряжения на конденсаторе. Напряжение на конденсаторе линейно скорости снаряда, но при напряжении 200 вольт и токе 250 ампер происходит насыщение снаряда и скорость больше не поднимается.
Первая ступень разгонят снаряд до 15 м/с, вторая от 15 до 25м/с. Электрический импульс в 2 миллисекунды слишком длителен. Длина катушки 12мм, за 1 миллисекунду снаряд долетает до центра катушки и дальше начинает тормозиться. Следующая третья ступень разгоняет до скорости в 36 м/с примерно 130 км/ч, энергия снаряда примерно 1.4 Дж.
На первой ступени емкость конденсатора 3000 µF, 860 µF для второй и 680 µF для третьей ступени. Ступени включаются с помощью оптических датчиков состоящих из светодиода и фотодиода, тиристор типа ST230C12CO (1200В, 5700A , 10мс). Все это можно посмотреть на фото ниже
Схема электромагнитного ускорителя:
Трансформаторы, которые идут от тиристора к оптическим датчикам обеспечивают гальваническую развязку. Конденсаторы заряжаются прямо от сети через ограничительный резистор 700 Ом и диод. Время заряда около 10 секунд до 300В. Последний оптический датчик предназначен для измерения скорости.
Чтобы увидеть снаряд в полете, нужна вспышка и камера с выдержкой около 1 секунды, которые установлены в затемненной комнате, время экспозиции определяется длительностью вспышки.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Линейный регулятор | LM7812 | 1 | ||||
| Биполярный транзистор | BD243 | 2 | ||||
| Биполярный транзистор | BC327 | 3 | ||||
| MOSFET-транзистор | BS170 | 3 | ||||
| Тиристор | ST230C12CO | 3 | ||||
| Фотодиод | BPW34 | 3 | ||||
| Выпрямительный диод | 1N4007 | 3 | ||||
| Диод | 2 | |||||
| Светодиод | 4 | |||||
| Электролитический конденсатор | 1 | На выходе линейного регулятора | ||||
| Электролитический конденсатор | 100 мкФ | 3 | ||||
| Электролитический конденсатор | 680 мкФ | 1 | ||||
| Электролитический конденсатор | 860 мкФ | 1 | ||||
| Электролитический конденсатор | 1000 мкФ | 1 | ||||
| Электролитический конденсатор | 1500 мкФ | 2 | ||||
| Резистор | 3 | На коллекторе ВС327 | ||||
| Резистор | 10 Ом | 1 | ||||
| Резистор | 220 Ом | 3 | ||||
| Резистор | 1 кОм | 9 | ||||
| Резистор | 1.8 кОм | 1 | ||||
| Резистор | 100 кОм | 3 | ||||
| Кнопка | 2 | Заряд и спусковой крючок | ||||
| Согласующий трансформатор | 3 | |||||
| Катушка Солленоида | 3 | |||||
| Трансформатор | 1 | |||||
| Предохранитель | 1 | |||||
| Разьем сетьевого шнура | 1 | |||||
| Разьем спускового крючка | 1 | |||||
| BNC | Разьем датчика выхода | 1 | ||||