Проект был начат в 2011 году.Это был проект подразумевающий полностью автономную автоматическую систему для развлекательных целей, с энергией снаряда порядка 6-7Дж, что сравнимо с пневматикой. Планировалось 3 автоматических ступеней с запуском от оптических датчиков, плюс мощный инжектор-ударник засылающий снаряд из магазина в ствол.

Компоновка планировалась такой:

 

Тоесть класический Булл-пап, что позволило вынести тяжелые аккумуляторы в приклад и тем самым сместить центр тяжести ближе к ручке.

Схема выглядит так:

Блок управления в последствии был разделен на блок управления силовым блоком и блок общего управления.  Блок конденсаторов и блок коммутации были обьеденены в один. Так-же были разработаны резервные системы.  Из них были собраны блок управления силовым блоком, силовой блок, преобразователь, распределитель напряжений, часть блока индикации.

Блок Управления Силовой Частью

Представляет собой 3 компаратора с оптическими датчиками.

Каждый датчик имеет свой компаратор. Это сделано для повышения надежности, так при выходе из строя одной микросхемы откажет только одна ступень, а не 2. При перекрытии снарядом луча датчика сопротивление фототранзистора меняется и срабатывает компаратор. При классической тиристорной коммутации управляющие выводы тиристоров можно подключать напрямую к выходам компараторов.

Датчики необходимо устанавливать так:

А устройство выглядит так:

Силовой Блок

Силовой блок имеет следующую простую схему:

Конденсаторы C1-C4 имеют напряжение 450В и емкость 560мкФ. Диоды VD1-VD5 применены типа HER307/ В качестве коммутации применены силовые тиристоры VT1-VT4 типа 70TPS12. 

Собранный блок подключенный к блоку управления на фото ниже:

Преобразователь

Преобразователь был применен низковольтный, подробнее о нем можно узнать здесь

Блок распределения напряжений

Блок распределения напряжений реализован банальным конденсаторным фильтром с силовым выключателем питания и индикатором, оповещающим процесс заряда аккумуляторов. Блок имеет 2 выхода- первый силовой, второй на все остальное. Так-же он имеет выводы для подключения зарядного устройства.

На фото блок распределения крайний справа сверху:

В нижнем левом углу резервный преобразователь, он был собран по самой простой схеме на NE555 и IRL3705 и имеет мощность около 40Вт. Предполагалось использовать его с отдельным небольшим аккумулятором, включая резервную систему при отказе основной или разряде основного аккумулятора.

Используя резервный преобразователь были произведены предварительные проверки катушек и проверялась возможность использования свинцовых аккумуляторов. На видео одноступенчатая модель стреляет в сосновую доску. Пуля со специальным наконечником повышенной пробивной способности входит в дерево на 5мм.

Универсальная ступень

В пределах проекта так-же разрабатывалась универсальная ступень, как главный блок для следующих проектов.

Эта схема представляет собой блок для электромагнитного ускорителя, на основе которого можно собрать многоступенчатый ускоритель с числом ступеней до 20. Ступень имеет классическую тиристорную коммутацию и оптический датчик. Энергия накачиваемая в конденсаторы- 100Дж. Кпд около 2х процентов.

Использован 70Вт преобразователь с задающим генератором на микросхеме NE555 и силовым полевым транзистором IRL3705. Между транзистором и выходом микросхемы предусмотрен повторитель на комплементарной паре транзисторов, необходимый для снижения нагрузки на микросхему. Компаратор оптического датчика собран на микросхеме LM358, он управляет тиристором, подключая конденсаторы к обмотке при прохождении снарядом датчика. Параллельно трансформатору и ускоряющей катушки применены хорошие снабберные цепи.

Методы повышения КПД

Так-же рассматривались методы повышения КПД, такие как магнитопровод, охлаждение катушек и рекуперация энергии. О последней расскажу подробнее.

ГауссГан имеет очень малый КПД, люди работающие в этой области давно разыскивают способы повышения КПД. Одним из таких способов является рекуперация. Суть ее состоит в том чтобы вернуть не используемую энергию в катушке обратно в конденсаторы. Таким образом энергия индуцируемого обратного импульса не уходит в никуда и не цепляет снаряд остаточным магнитным полем, а закачивается обратно в конденсаторы. Этим способом можно вернуть до 30 процентов энергии, что в свою очередь повысит КПД на 3-4 процента и уменьшит время перезарядки, увеличив скорострельность в автоматических системах. И так- схема на примере трехступенчатого ускорителя.

Для гальванической развязки в цепи управления тиристоров использованы трансформаторы T1-T3. Рассмотрим работу одной ступени. Подаем напряжение заряда конденсаторов, через VD1 конденсатор С1 заряжается до номинального напряжения, пушка готова к выстрелу. При подаче импульса на вход IN1, он трансформируется трансформатором Т1, и попадает на управляющие выводы VT1 и VT2. VT1 и VT2 открываются и соединяют катушку L1 с конденсатором C1. На графике ниже изображены процессы во время выстрела.

Больше всего нас интересует часть начиная с 0.40мсек, когда напряжение становится отрицательным. Именно это напряжение при помощи рекуперации можно поймать и вернуть в конденсаторы. Когда напряжение становится отрицательным, оно проходя через VD4 и VD7 закачивается в накопитель следующей ступени. Этот процесс так-же срезает часть магнитного импульса, что позволяет избавится от тормозящего остаточного эффекта. Остальные ступени работают подобно первой.

Статус проекта

Проект и мои разработки в этом направлении в общем были приостановлены. Вероятно в скором будущем я продолжу свои работы в этой области, но ничего не обещаю.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
	Блок управления силовой частью
	Операционный усилитель	LM358	3
	Линейный регулятор		1
	Фототранзистор	SFH309	3
	Светодиод	SFH409	3
	Конденсатор	100 мкФ	2
	Резистор	470 Ом	3
	Резистор	2.2 кОм	3
	Резистор	3.5 кОм	3
	Резистор	10 кОм	3
	Силовой блок
VT1-VT4	Тиристор	70TPS12	4
VD1-VD5	Выпрямительный диод	HER307	5
C1-C4	Конденсатор	560 мкФ 450 В	4
L1-L4	Катушка индуктивности		4
	Преобразователь
	Программируемый таймер и осциллятор	LM555	1
	Линейный регулятор	L78S15CV	1
	Компаратор	LM393	2
	Биполярный транзистор	MPSA42	1
	Биполярный транзистор	MPSA92	1
	MOSFET-транзистор	IRL2505	1
	Стабилитрон	BZX55C5V1	1
	Выпрямительный диод	HER207	2
	Выпрямительный диод	HER307	3
	Диод Шоттки	1N5817	1
	Светодиод		2
	Электролитический конденсатор	470 мкФ	2
	Электролитический конденсатор	2200 мкФ	1
	Электролитический конденсатор	220 мкФ	2
	Конденсатор	10 мкФ 450 В	2
	Конденсатор	1 мкФ 630 В	1
	Конденсатор	10 нФ	2
	Конденсатор	100 нФ	1
	Резистор	10 МОм	1
	Резистор	300 кОм	1
	Резистор	15 кОм	1
	Резистор	6.8 кОм	1
	Резистор	2.4 кОм	1
	Резистор	1 кОм	3
	Резистор	100 Ом	1
	Резистор	30 Ом	2
	Резистор	20 Ом	1
	Резистор	5 Ом	2
T1	Трансформатор		1
	Блок распределения напряжений
VD1, VD2	Диод		2
	Светодиод		1
C1-C4	Конденсатор		4
R1	Резистор	10 Ом	1
R2	Резистор	1 кОм	1
	Выключатель		1
	Батарея		1
	Универсальная ступень
	Программируемый таймер и осциллятор	LM555	1
	Операционный усилитель	LM358	1
	Линейный регулятор	LM7812	1
	Биполярный транзистор	BC547	1
	Биполярный транзистор	BC307	1
	MOSFET-транзистор	AUIRL3705N	1
	Фототранзистор	SFH309	1
	Тиристор	25 А	1
	Выпрямительный диод	HER207	3
	Диод	20 А	1
	Диод	50 А	1
	Светодиод	SFH409	1
	Конденсатор	2200 мкФ 25 В	1
	Конденсатор	470 мкФ 450 В	2
	Конденсатор	100 мкФ	2
	Конденсатор		1
	Конденсатор	1 мкФ	1
	Конденсатор	10 нФ	2
	Резистор	47 кОм	1
	Резистор	10 кОм	1
	Резистор	3.5 кОм	1
	Резистор	2.2 кОм	1
	Резистор	1 кОм	1
	Резистор	470 Ом	1
	Резистор	150 Ом	1
	Резистор	10 Ом	1
	Трансформатор		1
	Катушка индуктивности		1
	Методы повышения КПД
VT1-VT4	Тиристор		6
VD1-VD9	Диод		9
C1-C3	Конденсатор		3
T1-T3	Трансформатор		3
L1-L3	Катушка индуктивности		3