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.

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.

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.

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.

Привет, друзья! Наверняка кто-то из вас уже когда-то читал или лично сталкивался с электромагнитным ускорителем Гаусса, который более известен под «Пушкой Гаусса».

Традиционная Гаусс-пушка строится с применением труднодоступных или довольно дорогих конденсаторов большой емкости, также для осуществления правильной зарядки и выстрела требуется некоторая обвязка (диоды, тиристоры и так далее). Это может быть довольно сложно для людей, которые ничего не понимают в радиоэлектронике, но желание поэкспериментировать не дает сидеть на месте. В этой статье я попытаюсь подробно рассказать о принципе работы пушки и о том, как можно собрать упрощенный до минимума ускоритель Гаусса.

Главной частью пушки является катушка. Как правило ее мотают самостоятельно на каком-либо диэлектрическом немагнитном стержне, который в диаметре несильно превышает диаметр снаряда. В предложенной конструкции катушку можно намотать даже «на глазок», потому что принцип действия просто не позволяет произвести никаких расчетов. Достаточно добыть медный или алюминиевый провод диаметром 0.2-1 мм в лаковой или силиконовой изоляции и намотать на стволе 150-250 витков так, чтобы длинна намотки одного ряда была примерно 2-3 см. Можно использовать и готовый соленоид.

При прохождении электрического тока через катушку в ней возникает магнитное поле. Проще говоря, катушка превращается в электромагнит, который втягивает железный снаряд, а чтобы он не оставался в катушке, во время его вхождения в соленоид нужно просто отключить подачу тока.

В классических пушках это достигается за счет точных расчетов, применения тиристоров и других компонентов, которые «обрежут» импульс в нужный момент. Мы же просто будем разрывать цепь «когда получится». Для экстренного разрывания электрической цепи в быту используют плавкие предохранители, их можно использовать в нашем проекте, однако более целесообразно заменить их лампочками от елочной гирлянды. Они рассчитаны на питание низким напряжением, поэтому при питании от сети 220В мгновенно перегорают и разрывают цепь.

Готовое устройство состоит всего из трех деталей: катушки, сетевого кабеля и лампочки, подключенной последовательно катушке.

Многие согласятся, что использование пушки в таком виде крайне неудобно и неэстетично, а порой даже очень опасно. Поэтому я смонтировал устройство на небольшом кусочке фанеры. Для катушки установил отдельные клеммы. Это дает возможность быстро менять соленоид и экспериментировать с разными вариантами. Для лампочки я установил два тонких обрезанных гвоздя. Концы проводов лампочки просто обкручиваются вокруг них, поэтому лампочка меняется очень быстро. Обратите внимание, что сама колба находится в специально проделанном отверстии.

Дело в том, что при выстреле происходит большая вспышка и искры, поэтому я посчитал нужным немного отвести вниз эту «струю».

Пушка Гаусса - одна из разновидностей электромагнитного ускорителя масс.В основе работы ускорителя лежит принцип электромагнитной индукции: снаряд из ферромагнетика разгоняется мощным магнитным полем, производимым одной или несколькими катушками. Так как импульс в катушке должен быть коротким и мощным, то для создания этого импульса используют конденсаторы.
Устройство достаточно простое в сборке, для него не нужно никаких редких или дорогих деталей.

В данной статье представлена базовая схема стационарной гаусс-пушки с питанием от сети 220В 50Гц. Эту схему можно всячески модернизировать (например, установить преобразователь с большим КПД и мощностью или установить батарею из большего количества конденсаторов с большей емкостью и номинальным напряжением.) для повышения мощности ускорителя, что является ценным для начинающих радиолюбителей.

Итак, схема:

На схеме присутствуют:
1. Преобразователь 220VАС=>400VDC
Конденсатор С1 играет роль токового фильтра.
Диоды D1 и D2 - выпрямитель
Конденсатор С2 имеет небольшую емкость и за счет этого быстро заряжается до верхнего номинала и разряжается в цепь. В результате на выходе получаем 400V постоянного тока.
2. Накопительная часть.
Два конденсатора С3 и С4 накапливают энергию для выстрела.
Вольтметр служит для определения степени зарядки конденсаторов.
3. Соленоид
Создает магнитное поле, разгоняющее снаряд.

Фотографии устройства.

Готовая установка.

Блок конденсаторов и преобразователь.

Снаряды - обрезки стальной скрепки (ничего другого не было.)

Описание работы:
После подключения в сеть вольтметр показывает напряжение на конденсаторах (в моем случае он останавливается на 400 Вольтах)
Когда конденсаторы заряжены, укладываем снаряд в ствол и жмем на кнопку.В момент нажатия конденсаторы разряжаются на катушку, но преобразователь продолжает работать и ток от него идет через соленоид в обход разрядившихся конденсаторов.
Когда кнопку "пуск" отпускают, конденсаторы снова начинают заряжаться.

Из деталей нужно всего-ничего. Диоды 1N4007 2 штуки, неполярный конденсатор с напряжением не менее 250 вольт и емкостью не более 1 мкФ, конденсатор электролитический высоковольтный. Катушку можно намотать проводом 0.8мм. (я, например, расковырял ненужный импульсный трансформатор). Все эти детали, кроме неполярного конденсатора и провода можно выдрать из лампы-экономки (у всех есть перегоревшие).

Ствол - корпус от гелевой ручки.

Пробный запуск прошел отлично. При емкости батареи конденсаторов около 73 микрофарад снаряд имеет малую пробивную способность, но летит на 4 метра при этом сталкиваясь с целью в виде коробки с очень сочным, громким хлопком. Возможно это связано с малой массой снаряда. Тем не менее "сил" у катушки хватает чтобы выбрасывать из ствола надфиль, но выстрелить им невозможно т.к. магнитное поле тормозит ту часть, которая еще проходит через катушку.

Для начинающих: первый признак того, что схема исправна, соединения деталей хорошо пропаяны и катушка намотана верно - при выстреле нет никаких искр.
Кроме того для коммутации катушки необходимо применять тиристор, но я нарушил святое правило гауссостроителей и поставил обычную кнопку по типу такой, которая стоит на БП компьютера.

И еще напоследок: у схемы есть очень неприятный недостаток: конструкция преобразователя такова, что при вытаскивании его из розетки,он остается заряженным и вилка может больно ударить током. Думаю от этого недостатка можно избавиться, если поставить параллельно входному конденсатору резистор.

Напоминаю, что данную схему можно дополнительно улучшать, что является очень ценным для начинающих радиолюбителей.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
VD1, VD2	Выпрямительный диод	1N4007	2			В блокнот
С1	Конденсатор	470нФ 400В	1			В блокнот
С2		3.3мкФ 400В	1	Можно на большее напряжение		В блокнот
С3, С4	Электролитический конденсатор	От 100 мкФ 400В	1	Чем больше тем лучше		В блокнот
L1	Катушка индуктивности		1	100-150в-в проводом 0.8мм

Гаусс ган или просто пушка Гаусса - мечта почти любого начинающего радиолюбителя. Сегодня будет рассмотрен вариант мощного Гаусс гана на основе очень простого, но к тому же времени очень мощного для своего размера преобразователя.

Основа: ШИМ-контролер на микросхеме UC3845. Достаточно распространенная микросхема, применяется в импульсных блоках питания в качестве задающего генератора. Единственный недостаток микросхемы это то, что она начинает работать только тогда, когда номинал питающего напряжения выше 9 вольт, а максимальная величина не превосходит номинала 18 вольт. Таким образом на базу полевого транзистора поступает сигнал с частотой 60 килогерц, напряжение сигнала порядка 8 вольт, что достаточно для открывания перехода мощного полевика.

Транзистор обратной проводимости, отлично справляются полевые N - канальные транзисторы типа IRF3205 и IRL3705, хотя можно поставить и широко распространенную IRFZ44 , но он достаточно быстро перегревается. Хотя и рекомендованные транзисторы нужно укрепить на небольшой теплоотвод. Схема отключается, когда конденсаторы заряжены до номинала 300 вольт, тогда начинает светится белый светодиод. Преобразователь имеет мощность в 70 - 80 ватт, но жрет тоже не мало... 9 ампер, в пике до 12 ампер. На счет диодов - оба диода в схеме нужно использовать быстродействующие или ультрабыстрые, аналогов много и совсем не обязательно использовать указанные диоды, но с ними схема работает отлично. Резистор 820 ом - подобрать с мощностью 1 - 2 ватт, поскольку он тоже перегревается.

Трансформатор намотан на чашке, хотя можно использовать ферритовые трансформаторы от компьютерных БП (тот, что побольше). Первичная обмотка содержит 5 витков, намотана проводом 0,7 мм в 3 жила. Вторичная обмотка содержит 120 витков провода с диаметром 0,5 - 0,8 мм.

Питать преобразователь можно любым источником постоянного напряжения, конечно если источник может дать нужные параметры для питания преобразователя. Очень советую использовать аккумулятор от бесперебойника. Для уменьшения размеров можно использовать никель - кадмиевые или никель металл гидридные батарейки с емкостью от 1000мА.

Сама пушка, выполнена на пластмассовой трубе с внутренним диаметром 9 мм, у меня к счастью была масса железных стержней, которые свободно входили и выходили в трубу, как в народе говорят "тютелька в тютельку". Стержни были обрезаны 3 см в длину и обострены подобно гвоздям. Обмотка содержит 50 витков провода с диаметром 0,9 - 1,2 мм.

Конденсаторы: Хотя преобразователь отключается, как только напряжение на конденсаторах ровно 300 вольт, но тем не менее использованы конденсаторы с напряжением 400 вольт. Это даже хорошо, что есть запас напряжения, в данном случае на 100 вольт. Использовано 4 конденсатора с суммарной емкостью 13200 микрофарад (каждый по 3300 микрофарад). Полная зарядка емкости происходит через 3 - 4 секунды после включения преобразователя.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
	ШИМ контроллер	UC3845	1			В блокнот
Q1	MOSFET-транзистор	IRF3205	1			В блокнот
D1	Выпрямительный диод	UF4007	1	Аналог: BYV26E		В блокнот
D2	Выпрямительный диод	UF5408	1	Аналог: UF5408, BY399, BR207		В блокнот
LED1	Светодиод	АЛ307БМ	1			В блокнот
C1	Конденсатор	4.7 нФ	1			В блокнот
C2, C3		10 мкФ	1			В блокнот
C2*	Электролитический конденсатор	4700 мкФ	1			В блокнот
С2**	Электролитический конденсатор	1500 мкФ 350 В	1			В блокнот
C4	Конденсатор	22 нФ	1			В блокнот
C5	Конденсатор	470 нФ	1			В блокнот
C6	Конденсатор	470 пФ	1			В блокнот
R1	Резистор	6.8 кОм	1			В блокнот
R2	Резистор	620 кОм	1			В блокнот
R3	Резистор	5.1 кОм	1			В блокнот
R4	Резистор	680 Ом	1

25 марта 2015 в 15:42

Электромагнитная пушка Гаусса на микроконтроллере

• Разработка робототехники

Всем привет. В данной статье рассмотрим, как изготовить портативную электромагнитную пушку Гаусса, собранную с применением микроконтроллера. Ну, насчет пушки Гаусса я, конечно, погорячился, но то, что это – электромагнитная пушка, нет сомнения. Данное устройство на микроконтроллере было разработано для того, чтобы обучить начинающих программированию микроконтроллеров на примере конструирования электромагнитной пушки своими руками.Разберем некоторые конструктивные моменты как в самой электромагнитной пушке Гаусса, так и в программе для микроконтроллера.

С самого начала нужно определиться с диаметром и длиной ствола самой пушки и материалом, из которого она будет изготовлена. Я применил пластиковый футляр диаметром 10 мм из-под ртутного термометра, поскольку он у меня валялся без дела. Вы можете использовать любой доступный материал, обладающий не ферромагнитными свойствами. Это стекло, пластик, медная трубка и т. д. Длина ствола может зависеть от количества применяемых электромагнитных катушек. В моем случае используется четыре электромагнитных катушки, длина ствола составила двадцать сантиметров.

Что касается диаметра применяемой трубки, то в процессе работы электромагнитная пушка показала, что нужно учитывать диаметр ствола относительно применяемого снаряда. Проще говоря, диаметр ствола не должен намного превышать диаметр применяемого снаряда. В идеале, ствол электромагнитной пушки должен подходить под сам снаряд.

Материалом для создания снарядов послужила ось от принтера диаметром пять миллиметров. Из данного материала и были изготовлены пять болванок длиной 2,5 сантиметра. Хотя также можно применять стальные болванки, скажем, из проволоки или электрода – что найдется.

Нужно уделить внимание и весу самого снаряда. Вес по возможности должен быть небольшим. Мои снаряды слегка тяжеловаты получились.

Перед созданием данной пушки были проведены эксперименты. В качестве ствола использовалась пустая паста от ручки, в качестве снаряда – иголка. Иголка с легкостью пробивала обложку журнала, установленного неподалеку от электромагнитной пушки.

Поскольку оригинальная электромагнитная пушка Гаусса строится по принципу заряда конденсатора большим напряжением, порядка трехсот вольт, то в целях безопасности начинающим радиолюбителям следует запитывать её низким напряжением, порядка двадцати вольт. Низкое напряжение приводит к тому, что дальность полета снаряда не очень большая. Но опять же, всё зависит от количества применяемых электромагнитных катушек. Чем больше электромагнитных катушек применяется, тем больше получается ускорение снаряда в электромагнитной пушке. Также имеют значение диаметр ствола (чем меньше диаметр ствола, тем снаряд летит дальше) и качество намотки непосредственно самих электромагнитных катушек. Пожалуй, электромагнитные катушки – самое основное в устройстве электромагнитной пушки, на это нужно обратить серьёзное внимание, чтобы добиться максимального полета снаряда.

Я приведу параметры своих электромагнитных катушек, у вас они могут быть другими. Катушка наматывается проводом диаметром 0,2 мм. Длина намотки слоя электромагнитной катушки составляет два сантиметра и содержит шесть таких рядов. Каждый новый слой я не изолировал, а начинал намотку нового слоя на предыдущий. Из-за того, что электромагнитные катушки запитываются низким напряжением, вам нужно получить максимальную добротность катушки. Поэтому все витки наматываем плотно друг другу, виток к витку.

Что касается подающего устройства, то тут особые пояснения не нужны. Все паялось из отходов фольгированного текстолита, оставшегося от производства печатных плат. На рисунках все подробно отображено. Сердцем подающего устройства является сервопривод SG90, управляемый микроконтроллером.

Подающий шток изготовлен из стального прутка диаметром 1,5 мм, на конце штока запаяна гайка м3 для сцепления с сервоприводом. На качалке сервопривода для увеличения плеча установлена загнутая с двух концов медная проволока диаметром 1,5 мм.

Данного нехитрого устройства, собранного из подручных материалов, вполне хватает, чтобы подать снаряд в ствол электромагнитной пушки. Подающий шток должен полностью выходить из загрузочного магазина. В качестве направляющей для подающего штока послужила треснувшая латунная стойка с внутренним диаметром 3 мм и длиной 7 мм. Жалко было выбрасывать, вот и пригодилось, собственно, как и кусочки фольгированного текстолита.

Программа для микроконтроллера atmega16 создавалась в AtmelStudio, и является полностью открытым проектом для вас. Рассмотрим некоторые настройки в программе микроконтроллера, которые придется произвести. Для максимально эффективной работы электромагнитной пушки вам понадобится настроить в программе время работы каждой электромагнитной катушки. Настройка производится по порядку. Сначала подпаиваете в схему первую катушку, все остальные не подключаете. Задаете в программе время работы (в миллисекундах).

PORTA |=(1<<1); // катушка 1
_delay_ms(350); / / время работы

Прошиваете микроконтроллер, и запускаете программу на микроконтроллере. Усилия катушки должно хватать на то, чтобы втянуть снаряд и придать начальное ускорение. Добившись максимального вылета снаряда, подстраивая время работы катушки в программе микроконтроллера, подключаете вторую катушку и также настраиваете по времени, добиваясь еще большей дальности полета снаряда. Соответственно, первая катушка остается включенной.

PORTA |=(1<<1); // катушка 1
_delay_ms(350);
PORTA &=~(1<<1);
PORTA |=(1<<2); // катушка 2
_delay_ms(150);

Таким способом настраиваете работу каждой электромагнитной катушки, подключая их по порядку. По мере увеличения количества электромагнитных катушек в устройстве электромагнитной пушке Гаусса скорость и, соответственно, дальность снаряда должны также увеличиваться.

Данную кропотливую процедуру настройки каждой катушки можно избежать. Но для этого придется модернизировать устройство самой электромагнитной пушки, установив датчики между электромагнитными катушками для отслеживания перемещения снаряда от одной катушки к другой. Датчики в сочетании с микроконтроллером позволят не только упростить процесс настройки, но и увеличат дальность полета снаряда. Данные навороты я не стал делать и усложнять программу микроконтроллера. Целью было реализовать интересный и несложный проект с применением микроконтроллера. Насколько он интересен, судить, конечно, вам. Скажу честно, я радовался, как ребенок, «молотя» из данного устройства, и у меня созрела идея более серьезного устройства на микроконтроллере. Но это уже тема для другой статьи.

Программа и схема -