Легендарная Гаусс-пушка своими руками | Science Debate

Во-первых, редакция Science Debate поздравляет всех артиллеристов и ракетчиков! Ведь сегодня 19 ноября — День ракетных войск и артиллерии. 72 года назад, 19 ноября 1942 года с мощнейшей артиллерийской подготовки началось контрнаступление Красной Армии в ходе Сталинградской Битвы.

Именно поэтому мы сегодня приготовили для вас публикацию, посвященную пушкам, но не обычным, а пушкам Гаусса!

Мужчина, даже став взрослым, в душе остается мальчишкой, вот только игрушки у него меняются. Компьютерные игры стали настоящим спасением для солидных дядей, которые в детстве не доиграли в «войнушку» и теперь имеют возможность наверстать упущенное.

У компьютерных боевиков часто встречается футуристическое оружие, которое не встретишь в реальной жизни – знаменитая пушка Гаусса, которую может подбросить какой-нибудь чокнутый профессор или ее случайно можно отыскать в секретной хронике.

А возможно ли обзавестись Гаусс-пушкой в реале?

Оказывается можно, и сделать это не так сложно, как может показаться на первый взгляд. Давайте, скорее, выясним, что такое пушка Гаусса в классическом понимании. Пушка Гаусса – это оружие, в котором используется метод электромагнитного ускорения масс.

Анимированная модель пушки Гаусса

В основе конструкции этого грозного оружия лежит соленоид – цилиндрическая обмотка из проводов, где длина провода во много раз больше диаметра обмотки. Когда будет подан электрический ток, в полости катушки (соленоида) возникнет сильное магнитное поле. Оно втянет снаряд внутрь соленоида.

Если в момент, когда снаряд дойдет до центра, убрать напряжение, то магнитное поле не помешает двигаться телу по инерции, и оно вылетит из катушки.

Собираем Гаусс-пушку в домашних условиях

Для того чтобы создать пушку Гаусса своими руками, нам для начала, понадобится катушка индуктивности. На бобину аккуратно намотайте эмалированный провод, без резких перегибов, чтобы ни в коем случае не повредить изоляцию.

Первый слой, после наматывания, залейте суперклеем, подождите, пока он высохнет, и приступайте к следующему слою. Таким же образом нужно намотать 10-12 слоев. Готовую катушку надеваем на будущий ствол оружия. На один из его краев следует надеть заглушку.

Создаем пушку Гаусса своими руками

Для того чтобы получить сильный электрический импульс, отлично подойдет батарея конденсаторов. Они способны отдавать накопленную энергию в течение короткого времени, пока пуля дойдет до середины катушки.

Для зарядки конденсаторов понадобится зарядное устройство. Подходящее устройство есть в фотографических аппаратах, оно служит для возникновения вспышки. Конечно, речь не идет о дорогой модели, которую мы будем препарировать, но одноразовые «Кодаки» сгодятся.

К тому же в них, кроме зарядки и конденсатора, прочих электроэлементов нет. Разбирая фотоаппарат, будьте осторожны, чтобы вас не ударило электрическим током. С устройства для зарядки смело удаляйте скобы для батареек, отпаяйте конденсатор.

Таким образом, нужно подготовить приблизительно 4-5 плат (можно больше, если желание и возможности позволяют). Вопрос выбора конденсатора заставляет сделать выбор между мощностью выстрела и временем, которое понадобится для зарядки. Большая емкость конденсатора требует и большего отрезка времени, снижая скорострельность, так что придется искать компромисс.

Изготовление пушки Гаусса в домашних условиях

Светодиодные элементы, установленные на зарядные контуры, сигнализируют светом о том, что необходимый уровень зарядки достигнут. Конечно, можно подключить дополнительные зарядные контуры, но не переусердствуйте, чтобы не спалить ненароком транзисторы на платах. Для того чтобы разрядить батарею, в целях безопасности лучше всего установить реле.

Управляющий контур подключаем к батарейке через кнопку спуска, а управляемый – в цепь, между катушкой и конденсаторами. Для того чтобы совершить выстрел, необходимо подать питание на систему, и, после светового сигнала, зарядить оружие. Питание отключаем, прицеливаемся и стреляем!

Если процесс вас увлек, а полученной мощности маловато, то вы можете приступить к созданию многоступенчатой пушки Гаусса, ведь она должна быть именно такой.

Как я делал Гаусс-ган, а получился шокер

Есть стандартные этапы роста, которые проходит каждый труЪ радиолюбитель: мигалка, пищалка, блок питания, усилитель и так далее. Где-то там в начале затесались всякие шокеры, теслы и гауссы. Но в моём случае на сборку Гаусс-пушки пробило уже тогда, когда другие нормальные люди давно паяют осциллографы и Ардуины. Наверное в детстве не наигрался 🙂

Короче посидел 3 дня на форумах, поднабрался теории электромагнитного метательного оружия, понасобирал схем преобразователей напряжения для зарядки конденсаторов и взялся за дело.

Разные схемы инверторов для Гаусса

Вот несколько типовых схем, позволяющих получить из батареек 5-12 вольт необходимые 400 для заряда конденсатора, который разрядившись на катушку создаст мощное магнитное поле выталкивающее снаряд. Это позволит сделать Гаусс носимым — независимо от розетки 220 В. Так как аккумуляторы имелись под рукой лишь на 4,2 вольта — остановился на самой низковольтной схеме DC-DC инвертора.

Тут витки имеют по 5 ПЭЛ-0,8 первички и 300 ПЭЛ-0,2 вторичной обмотки. Для сборки подготовил красивый трансформатор из БП АТХ, который к сожалению не пошёл… 

Схема запустилась только с ферритовым кольцом 20 мм от китайского электронного трансформатора. Просто домотал обмотки обратной связи и всё заработало даже от 1 вольта! Подробнее читайте на форуме. Правда дальнейшие эксперименты не обрадовали: как не пытался мотать разные катушки на трубки — толку не было. Кто-то рассказывал про простреленную фанеру 2 мм, но это не мой случай…

Это к сожалению не моё))

А после того как увидел мощные гауссы в продаже на АлиЭкспрессе вообще поменял планы, и чтоб не пропадал корпус, выпиленный из пластикового кабель-канала с ручкой на базе никелированной ножки от мебели, решил засунуть туда электрошокер от китайского фонарика, сам фонарик и лазерный прицел из красной указки. Такой вот винигрет.

Шокер был в LED фонарике и уже давно не работал — никель-кадмиевые аккумуляторы перестали накапливать ток. Поэтому всю эту начинку запихнул в общий корпус, выведя наружу кнопки и тумблеры управления.

Получился шокер-фонарь с лазерным прицелом, в виде футуристичного бластера. Подарил сыну — бегает, стреляет.

Позже в свободное место засуну плату записи голоса, заказанную на Али за 1,5 доллара, способную записывать музыкальный фрагмент типа выстрел лазера, звуки боя и т. д. Но это уже другая история…

Гаусс ган | Мастер-класс своими руками

Добрый день дорогие радиолюбители. Каждый из вас хоть раз в жизни хотел собрать Гаусс гана, иными словами пушку Гаусса. Сегодня будет рассмотрен вариант, пожалуй одной из самых простых схем реализации проекта. Основная часть Гаусс пушки — преобразователь напряжения. В данной схеме использован достаточно простой и мощный преобразователь напряжение на основе контроллера. Гаусс ган

Микросхема играет роль генератора импульсов. Схематическая развязка выполнена таким образом, что микросхема вырабатывает импульсы с частотой 50 кГц. Напряжение импульсов составляет 9 вольт, этого достаточно для срабатывания мощного полевого транзистора. Желательно использовать полевики серии ирф3205 или ирл3705. Транзистор укреплен на теплоотвод, удобно использовать теплоотводы от блоков питания АТ или АТХ. Мощность преобразователя 70 — 80 ватт, что дает возможность заряжать емкость в 2000 микрофарад почти за секунду. Применены конденсаторы с напряжением 400 вольт, суммарная емкость 4 — х конденсаторов составляет 13200 микрофарад. Резистор 820 ом подобрать на 2 ватта, поскольку он будет греться.

Гаусс ган

Трансформатор намотан на чашках, хотя можно использовать ш — образный трансформатор от компьютерных блоков питания ( тот , что побольше ). Первичная обмотка содержит всего 5 витков, намотана тремя жилами провода с диаметром 0,7 мм каждая жила. Вторичная обмотка содержит всего 12 витков провода с диаметром 0,4 — 0,7 мм, межслойные изоляции не нужны. Особенность данного преобразователя то, что зарядка конденсаторов автоматическим образом отключается, как только напряжение на конденсаторах достигает 300 вольт. Светодиод подсказывает о полной зарядке конденсаторов.

Гаусс ган

Пушка — выполнена на пластмассовой трубе с диаметром 8 — 9 мм. Катушка содержит 50 витков провода с диаметром 0,7 — 0,8 мм. Снарядами служат заостренные железные стержни с длиной 3 см и с диаметром 7 мм, они свободно входят и выходят в трубу. После зарядки конденсаторов весь их потенциал передается катушке. Замыкать цепь нужно мощной кнопкой на 5 — 10 ампер. На выходе из трубы скорость снаряда достигает- 50 м/сек.

ВНИМАНИЕ !!! Не направлять пушку на людей ! последствия могут быть трагическими, поскольку мощность достаточна для того, чтобы снаряд проник в тело человека.

Гаусс ган
Гаусс ган
Гаусс ган

Питанием может служить любой источник постоянного напряжения, который способен отдавать в нагрузку более 3 — х ампер тока. Напряжение питания от 9 до 18 вольт ( стандарт 12 вольт ). Удобно использовать аккумуляторы от бесперебойников. Ток потребления преобразователя достигает 12 ампер.

Гаусс ган

ВИДЕО:

Сказ о том, как сделать Гаусс пушку за семь дней / Habr

Когда я учился в университете на втором курсе, мне пришел весьма необычный заказ — трехступенчатая Гаусс пушка. Сроки на ее создание были очень короткими: на все про все была лишь неделя. Кроме того, пушка была с физически нереализуемой изюминкой: переполюсовкой магнитного поля катушек, что должно было, по мнению автора пушки, повысить ее КПД. Тем не менее, поскольку я любил Гаусс пушки и мечтал начать зарабатывать деньги любимым делом, я согласился на выполнение заказа.

На каникулах ничто не предвещало…

Это были зимние каникулы, оставалось чуть больше недели до начала учебы. Ничто не предвещало странных заказов, как вдруг мне позвонил мой друг и спросил, нет ли у меня желания принять участие в разработке настоящей пушки Гаусса. Конечно же, я был всеми руками за. Деньги на пушку обещали выделить сколько угодно много (имеется ввиду на детали, а не плату за работу). Главным условием было закончить пушку вовремя, также она должна была уметь делать переполюсовку магнитного поля катушек, чтобы снаряд получал дополнительное ускорение, а еще быть способной пробить танк обладать КПД не менее 10%.

Ознакомившись со схемой пушки, я просто выпал, ведь это был совершенно секретный чертеж из НИИ времен СССР. К сожалению, схема была сожжена инквизицией не сохранилась, по памяти помню лишь то, что автор хотел заряжать неполярные конденсаторы переменным током. В общем, заказчик не имел ни малейшего понятия о том, как работают Гаусс пушки и электроника в целом, раз даже не знал, что переменным током конденсаторы не заряжают. Поэтому все пришлось делать самому.

Еще один неприятный сюрприз был в том, что корпус для пушки уже был готов. Поэтому расположение катушек менять было нельзя, да и их размер был ограничен по длине.

Что же касается переполюсовки катушек… Я попытался объяснить, что энергия на катушке не может «исчезнуть в никуда», тем не менее, это было важным условием, хотя благодаря моему преложению реализация переполюсовки магнитного поля стала нужна лишь на первой ступени, а остальные три работали, как в обычных Гаусс пушках.

Начало разработки. Мостовая схема управления катушкой

Вышло так, что в команде только я разбирался в электронике на достаточно высоком уровне. Возможно, поэтому разработка шла круглосуточно в течение недели с перерывами на небольшой сон, хотя нас, «Слав», было три человека. («Слав», потому что имена всех троих заканчивались на «слав»).

Первым делом надо был прикинуть, что будет происходить в мостовой схеме включения ключей при попытке подать на катушку напряжение в противоположном направлении после того, как через нее уже начал течь ток. Для этих целей я использовал симулятор LTSpice с необходимыми библиотеками элементов (которые взял вроде как тут и тут). В качестве ключей решил использовать параллельно включенные IGBT транзисторы. Поиск по Гуглу показал, что параллельное включение IGBT транзисторов в Гаусс пушке будет корректно работать, если у каждого транзистора будет небольшое добавочное сопротивление (по памяти вроде 0.1 — 0.5 Ом). Без добавочных резисторов транзисторы скорее всего будут гореть один за другим. Также для защиты от самоиндукции у каждого транзистора должен быть защитный диод. В качестве конденсаторов, конечно же, использовались обычные электролиты емкостью 330 — 470 мкф и напряжением 450 вольт. Значение индуктивности катушки для симулятора было получено из расчетов катушек в программе FEММ. IGBT транзисторы управлялись через специализированные для этих целей оптодрайверы, так как была необходима гальваническая развязка.

В итоге выяснилось, что в мостовой схеме во время переподключения катушки у транзисторов возникали мощные выбросы обратного тока, несовместимые с жизнью кремния. Данную проблему не решало абсолютно ничто, и варистор тоже не спасал. С другой стороны, если по одной диагонали убрать транзисторы и оставить там диоды, получалась схема рекуперации энергии. В случае с рекуперацией остаточная энергия катушки после прохождения через нее снаряда возвращалась обратно на конденсатор.

Эти две новости я сообщил заказчику. Однако заказчик сказал, что переполюсовка должна быть реализована обязательно, даже если придется жертвовать КПД (хотя изначально целью было повысить КПД.). В итоге я просто включил катушку последовательно с добавочным резистором, значение которого подобрал исходя из допустимых значений обратного тока транзисторов.

Расчет катушек

Пожалуй, именно столкнувшись с расчетами катушек для Гаусс пушки, я впервые узнал о том, что что-то может рассчитываться компьютером часами, если не целыми днями. Как уже писал ранее, расчет проводился с мощью специального скрипта в программе FEMM. Один знакомый дал мне «правдивый» скрипт для расчета. Кому интересно, можете поискать в интернете «coilgun_cu.lua» или скачать тут, пока ссылка работает. Также есть два ресурса (тут и тут), где я читал и про те же IGBT транзисторы, и про FEMM и многое другое.

После завершения расчетов с оптимизацией были получены значения скорости снаряда, КПД пушки, количество витков и т. д. На самом деле, нельзя эти значения назвать единственно оптимальными, при выборе параметров оптимизации приходится руководствоваться технической интуицией, так что нет гарантий, что данные значения будут наилучшими. Скорее всего они будут наилучшими лишь в некоторой области параметров катушек.

Управление пушкой

Так как пушка трехступенчатая, возникает вопрос, как катушки переключать. Для того, чтобы определить наличие снаряда перед катушкой, было решено использовать стандартное решение в виде оптических датчиков (советую покупать для этих целей импортные ИК светодиоды, так как старые отечественные потребляют очень много энергии). Сигналы от датчиков было решено определять с помощью внешних прерываний микроконтроллера серии AVR. Микроконтроллер также делал замер напряжения на конденсаторах и издавал соответствующие звуки при двух уровнях заряда: когда конденсаторы заряжены полностью, и когда они близки к полной зарядке (80-90% от максимума).

Преобразователи напряжения

Чтобы зарядить от аккумулятора на 12 вольт конденсаторы суммарной емкостью почти 2000 мкф до напряжения 450 вольт, нужен был достаточно мощный преобразователь. Мне было лень делать преобразователь с нуля, и потому я попросту снял его со своей собственной Гаусс пушки. Кому интересно, это был преобразователь Вальдемара.

Для питания затворов IGBT транзисторов верхней части моста нужно было гальванически развязанное напряжение, которое я решил получать с помощью обычного блокинг генератора. В итоге в пушке добавился еще один преобразователь напряжения.

Создание печатных плат

На тот момент для создания печатных плат я пользовался Sprint-Layout. Данная программа весьма проста в освоении и использовании, для небольших проектов самое то.

Нарисовав все схемы, я распечатал их на глянцевой бумаге и затем утюжком перенес рисунки на подготовленный лист стеклотекстолита с медным односторонним покрытием. Дальше оставалось платы вытравить, залудить, потом запаять детали… И так со всеми 5-тью платами.

Залуженные платы

Плата с переполюсовкой

Сборка и тестирование

Собрав все воедино, я получил что-то воде этого:

И первое же тестирование показало несостоятельность идеи с переполюсовкой катушки. Транзисторы горели даже при большом добавочном сопротивлении, а КПД при этом падало так низко, что снаряд «выкатывался» из пушки. Если же снаряд и не выкатывался, а вылетал, транзисторов хватало максимум на пять выстрелов. В итоге я предложил оставить переполюсовку лишь внешне, а на обратной стороне платы переделать схему так, чтобы работа первой ступени пушки не отличалась от работы остальных двух ступеней.

Во всяком случае, рекуперация энергии работала, и она была заметна (хотя бы один плюс от использования мостовой схемы для катушек).

КПД пушки осталось в итоге неизвестным. Однако, во время одного из тестирования пушки я недооценил ее мощность, и снаряд пробил стену и снес полгорода продырявил пластиковый цветочный горшок, который стоял за мишенью. В целом, пушка была способна промять стенку большой и набитой гвоздями жестяной банки.

Итог.

Заказчик остался вполне доволен результатом. Деньги мы получили (надо сказать, сейчас я понимаю что это было мало за такую работу) и поделили по заслугам поровну между собой в неравной пропорции.

Позже я обнаружил свое детище в одном бизнес-инкубаторе, где она лежала для красоты. Также ее показывали на одном фестивале, правда, на тот момент она была уже в нерабочем состоянии.

Фото с фестиваля Анимау 2015

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о