1. шины и рельсы - просто тонкие, круглые проводники с током.

2.батарея конденсаторов разряжается по экспененте, но за время T, равное постоянной цепи (емкость на омическое сопротивление всей системы), разряд предполагался линеным. За это время ток от значения Imax снижался до значения Imax/e, где e - 2.7182

3. Округлость рельс как-бы учитывалась при расчете длины проводника в магнитном поле

4. Сопротивление источника тока в виде конденсаторной батареи вычислялось исходя из того, что 20 капов соединены параллельно/последовательно и у каждого из них сопротивление 0.05 Ома. Я не претендую на 100% точность этого значения, но где-то я такое число вычитывал в доках, да и расчеты говорят в пользу его правильности.

5.При расчете основного параметра - магнитной индукции во внимание принималось и калибр ствола и расстояния каждого витка обмотки подмагничивания до центра канала ствола.

6. Массогабаритные параметры пули вычислялись на основе того, что тело (как показано на рисунке ниже) состоит из центрального скрепляющего болта диаметром 3/4/5/6 мм в зависимости от калибра пули, из медноугольного донышка и корпуса-изолятора. Носик пули заточен под конус 30 градусов от оси вращения пули. Длина цилиндрической части изолятора равна калибру. Т.е. как-бы получилась масштабируемая модель

Что же получилось. Ниже дан с криншот сварганенной в дельфях проги

В верхней части таблица с исходными данными. Для проверки я заложил исходные данные последнего 8-виткового ствола с калибром 9 мм. В исходных данных указываются параметры конденсаторной батареи, зазоры в обмотках подмагничивания и между обмоткой и рельсами, сопротивления - отдельно по участкам цепи - батарея-кабеля питания-скользящий контакт. Также указываются плотности материалов из которых выточены компоненты пули. В нижней таблице - результаты. В таблицу результатов можно выбрать что выводить при помощи всплывающего меню.  Можно узнать магнитную индукцию, токи, дульные энергии, скорости пули, длины участков разгона, импульсы силы, узнать длину обмотки - сколько меди прийдется потратить, чтоб это спаять. Колонки таблицы формируются по возможным калибрам (в верхней строчке перечисляются калибры и вес пули для этого калибра). Строки формируются по числу витков в обмотке подмагничивания. Например, для 8-мивиткового 9-мм-вого ствола масса пули составит 2.5 грамма, а расчетная скорость - 372.65 м/с Рекомендую запомнить это число для чтения отчета о испытании, проведенном 3.05.2010

Что же собственно дала эта программа. В первую очерепдь - четкое понимание того, что можно получить на выходе из ускорителя с имеющимися у запасами энергии и параметрами системы. Видно, что стоит стремиться к понижению калибра, при котором масса пули будет снижаться, а начальная скорость, энергетика и КПД системы увеличиваться.

         Вводя различные исходные данные, сопоставлял результаты расчетов с данными, полученными при испытаниях 5-виткового ствола калибром 13 мм и 8-ми витковых стволов калибром 10 мм, выполненных еще в старом корпусе и более тяжелыми пулями, с тяжелым фторопластом.

Любопытно, что 8 витков обмотки подмагничивания получаются как-бы оптимальными для параметров существующей конднесаторной батареи. Однако, они показывают, что при увеличении ее емкости и/или уменьшении внутреннего сопротивления оптимальное число витков  может снизиться.

Осенью 2009 года стало ясно, что конструкцию RailGun необходимо кардинально перерабатывать. Кардинально перерабатывать, поскольку многовитковые стволы увеличивались в размерах и тяжелели обрастая материалом и при этом в ряде испытаний они физически не выдерживали сил, возникающих в обмотке подмагничивания в момент выстрела. Т.е. идея сменных стволов становилась все менее реализуемой, так как тягать с собой десяток килограммовых железяк - удовольствие крайне сомнительное. В итоге решился все же пожертвовать скорострельностью и сделать конструкцию RailGun, в которой требуется прочистка ствола после каждого выстрела, а его смена возможна путем откручивания 4 винтов. Очень напоминает историю развития порохового стрелкового оружия, когда первые мушкеты прочищались после кадого выстрела перед перезарядкой. В итоге получилась "переломка", показанная выше.

Ствол имеет 5 витков в обмотке подмагничивания и чтобы он не рвался от распирающих нагрузок в момент выстрела я его сварил из 4-х листов стали толщиной 6 мм. Он же является и магнитопроводом.

Инжектор.

Механизм запирания ствола претерпел серьезные изменения. Реализовал конструкцию которую давно хотел уже попробовать сделать. Основа механизма - поворачивающийся на 90 градусов вал в центре которого проходит газовая трубка от клапана. При повороте вала - затвора в положение "заперто" происходит защемление ножевых контактов ствола в разъеме и одновременно с этим происходит накат упорной плиты затвора на казенный срез ствола. А при отпирании механизм разблокирует разъем, отводит плиту затвора назад и разжимает два крюковых захвата, удерживающих ствол сверху и снизу. На фотках ниже показаны детали механизма в разобранном виде и подсобранный инжектор.

Накат плиты затвора осуществляется за счет резьбы М10x1.5. Он происходит на величину порядка 0.25 мм, что оказалось вполне достаточно для надежного запирания канала ствола.

Далее, на латунный корпус инжектора устанавливаются тектолитовые изоляторы и контакты разъемов. Сверху разъемы прикрываются двумя фигурными крышками, которые по совместительству поддерживают ствол.

Оси ствола сделаны так, что конструкция может переламываться при отводе ствола в крайнее переднее положение по отношению к инжектору. Поднятием рычага затвора вверх до упора ствол освобождается от захватов крюками сверху и снизу и от захвата контактов разъема. Он легко выдвигается вперед до упора перемещаясь на боковых осях по прорезям в боковых крышках. При этом контакты выходят из разъема и после этого ствол можно провернуть дулом вниз открывая доступ к каналу ствола для прочистки и перезарядки.

Лазерный целеуказатель также претерпел серьезные изменения. Ввиду того, что оптическая ось лазера ниразу не совпадает с геометрической осью корпуса его приходится выворачивать при настройке. Для свободы маневра сделал в дюралевой коробочке, разделенной на 2 половинки сферические углубления. Снабдив лазерный диод втулкой из фторопласта  получил возможность поворачивать его в сфере корпуса, легко выводя его оптическую ось в нужном направлении.

Инжектор закрывается сверху фигруно фрезерованной дюралевой крышкой, под которой размещаются батарейка, питающая лазерный диод целеуказателя, датчик выжима спускового крючка, светодиод заряда конденсаторной батареи и датчик открытия ствола. Назначение последнего - блокировать работу конвертора, т.е. накачку высокого напряжения, когда ствол открыт.

Традиционно места паянного соединения кабелей и контактов разъемов взяты в фиксирующие короба с заливкой эпоксидной смолой. Короба крепятся к корпусу инжектора и препятствуют вылому разъемов под действием силы Ампера во время выстрела, стремящейся раздвинуть провода.

Остается добавить, что ствол проточен в калибр 12.4 мм. Имеет длину рельс 140 мм и общую длину 390 мм.

В общем, сделал за 2 вечера по-быстрому подготовил и провел эксперимент с ETC.  Система состояла из ствола, тиристора T143-630, батареи конденсаторов, конвертора и аккумулятора.

В качестве ствола была взята медная трубка с внутренним диаметром 10 мм, и длиной ствола 155 мм. В качестве снаряда использовалась пуля от электропушки, чтобы видеть как полетит именно то, что и должно ускоряться в ETC инжекторе.

Ток коммутировался тиристором T143-630, затвор тиристора управлялся от 3-вольтовой таблеточной батарейки.

Источником тока послужила маленькая батарея из 2-х конденсаторов, которая заряжаясь до 820-ти вольт накапливала заряд энергии в 790J.

В качестве рабочего вещества использовал крем для обуви (он вроде как хорошо выпаривался паяльником) замешанный с латунными опилками. Получилась эдакая испаряемая электропроводная паста.  Я далек от мысли, что крем идеальное для питания ETC решение. Наверняка можно подобрать более интересное вещество по скорости перехода из пастообразного или даже твердого состояния в состояние сильно разогретого пара, но ...... давеча под рукой был только этот самый обувной крем.

Результаты эксперимента.

Скорость инструментально не мерял. Оценивал на глаз. Субъективно эта вещь мощнее, чем пневматический инжектор, получаемый в результате кастрации ижевского пистолета.

 Простой ETC эксперимент

В качестве мишени использовал крышку из фольгированного текстолита с плотной латунной сеткой на вырезе в центре крышки. Пуля попала аккурат в край сетки, очень близко к месту пайки. Конечно, это вовсе не "сцукобластер", но и сетка эта довольно плотная, тем более рядом с местом пайки к фольге текстолита.

На фото хорошо видны пятна невыпарившейся пасты, прилетевшие в мишень вместе с пулей. Это наводит на мысль о том, что в условиях рельсовой электропушки будет происходить дожигание рабочего тела, что в свою очередь может дать существенное повышение КПД устройства в целом.

На выше приведенном видео виден сноп искр в казенной части орудия. Это прорыв плазмы через негерметичные соединения корпуса/изолятора/центрального электрода.  А на замедленном повторе можно заметить место попадания пули в сетку.

Эксперименты с 8-витковыми обмотками подмагничивания не дали желаемых результатов по КПД и дульной энергии именно из-за того, что малое сечение шин (13 мм^2)  давало большие резистивные потери на обмотке и снижало ток. Стволы работали беспроблемно, выдавали стабильно 212 м/с и соотвественно 112 J дульной энергии 5 граммовой пулей, но этого мало.

Перешел на технологию 5-витковых стволов с использованием медных шин сечением 30-34 мм^2. Это дало значительный прирост дульной энергии, достигались скорости до 316 м/с и 250 J дульной энергии, но при этом возникли неожиданно проблемы с целостностью стволов после выстрела. Они разрушались. Оказалось, что

разрушалась пайка оловянно-свинцовым припоем методом "стык в стык" Ниже показаны фотографии вскрытия стволов с разрушенными и неразрушенными местами пайки.

Вскрытие ствола

Разрез ствола, показывающий неразрушенное соединение шин

Разрез ствола с выпарившимся припоем

 Оловянно-свинцовый припой имеет погонное сопротивление на порядок большее, чем медь. Точки пайки получаются как-бы встроенными резисторами, которые как оказалось не держат прокачиваемого через них тока. После непродолжительных раздумий решено было просто изменить методику пайки заменив оловянно-свинцовый припой на более тугоплавкий и более электропроводный серебрянно-медно-фосфорный, с температурой плавления около 700 град. Вместо электропаяльника использовался сварочный инвертор с угольным электродом.  Паять медные шины таким способом оказалось совсем не трудно.  Между шинами прокладывалась стеклоткань, которая не плавилась во время пайки и в то же время хорошо впитывала смолу при проклейке всей обмотки подмагничивания после пайки.  В то же время было решено прокладывать перемычки между наборами шин только по одну сторону от канала ствола, чтобы токи, протекающие в них в одном направлении не стремились сжать эти перемычки и раздавить близлежащий канал ствола.

Очередная серия испытаний показала, что пайка перестала уже разрушаться, но после выстрелов возникали пробои изоляции между рельсами и корпусом. Это соответственно приводило к безвозвратной потере ствола. Результаты были на уровне 230-250 м/с

Испытание 1 - результат почти 250 м/с, (динамик в приемнике с виду как живой)

Испытание 2 - результат 230 м/с. Игрушечная пушечка была сделана из довольно толстого и прочного дюраля. Ниже фотки мишени до обстрела, после обстрела и того, что удалось найти от пули.

Далее. Вновь испорченный ствол был дизассемблирован при помощи разрезания корпуса абразивным диском по 4-рем кромкам. Это дало возможность понять, что же стало на пути к успеху на этот раз. Оказалось, что ствол портится аккурат в самой середине рельс. Там, где создается максимальный рычаг на раздутие ствола вширь под действием сил Ампера и на обжатие ствола в вертикальной плоскости мощным магнитным полем.  Т.е. банально не хватает прочности железного короба с толщиной стенок 2.5 мм. Короб в момент выстрела начинает раздуваться вширь и сжиматься в поперечном направлении.  Это приводит к появлению трещин в эпоксидной заливке ствола, разрушению стенок канала ствола и проникновению паров металла (плазмы) в образовавшиеся трещины. И конденсированные пары металла (меди) дают образуют проводящие каналы между обмоткой подмагничивания, рельсами и корпусом с сопротивлением в несколько КОм. Попытка пережечь током эти сопротивления приводит только к уменьшению сопротивления за счет выгорания смолы с образованием токопроводящих шлаков. На фото ниже показан препарированный ствол. Хорошо видна токопроводнкопоть на внутренней поверхности широких граней корпуса ствола, а также разрушение в центре, между рельсами.

Вот так вот.  Оконечный вывод.
Силы там действуют настолько громадные, что железный короб деформируется, смола трескается и ствол приходит в негодность. Делать бандаж - обвешивать копус "бронеплитами" в центре - думаю бесполезно. Так как широкие грани железного профиля магнитным полем катушки просто втягиваются вовнутрь ломая смолу. Это эффект Can-crusher-а, когда мощный импульс тока, подаваемый на плоскую спиралевидную катушку сминает консервную банку аки Дарт Вейдер горло повстанца. К тому же бандаж, наваривание металла еще больше утяжелят стволы, усложнят их изготовление.  Это уже будет не переносная система, а система с тележкой для подвоза сменных стволов.

Решение проблемы.
Повидимому решение только в том, что нужно делать стационарную обмотку подмагничивания и сменный лейнер.  Скорее всего обмотку подмагничивания я размещу в коробе, крытом толстыми стальными панелями из поверочных линеек, а лейнер будет вставляться как длинный патрон и будет выполнен в алюминиевой трубке с наружным диаметром 25 мм.  Это еще даже облегчит перезарядку устройства, упростит изготовление стволов и возможно даже повысит КПД.

И напоследок, два видеоролика последних испытаний.

Испытание 21.09.2009

Испытание 25.07.2009

1. Число витков в обмотке подмагничивания было снижено до 5-ти при этом выбранный форм-фактор для ствола позволил сделать толщину шин обмотки в 2 мм увеличив сечение меди в шинах с 15.5 квадратов до 31. Т.е. сопротивление по постоянному току снижено было вдвое за счет толщины меди и почти втрое за счет уменьшения суммарной длины проводника в обмотке. На рисунках ниже показаны фотографии процесса сборки 5-виткового ствола.

Собранный ствол и проточенный в калибр 10 мм при помощи лежащей рядом оснастки.

2. С целью повышения КПД газового инжектора сам прототип RailGun претерпел значительные изменения в конструкции.  Основным было уменьшение длины газовой трубки от клапана к стволу более чем в 4 раза. Для этого потребовалось кардинально переделать систему запирания ствола и в конечном итоге RailGun получил внешний вид, изображенный на фото ниже.

3. Третье нововведение - это при помощи специально выточенной проставки я перешел к использованию 12-граммовых баллонов CO2 в инжекторе. На одном из фото, приведенных выше хорошо заметно, как далеко выступает винт, прижимающий баллончик в рукояти RailGun.

4. И последнее. Пуля тоже претерпела значительные изменения. Канавки спиральные решил удалить и вместо них делать наддуваемый поясок, призванный запирать плазму за пулей.

Результаты.

Всего было сделано 3 выстрела из 3-х 5-витковых стволов.

1.  Главное.  Испытания показали, что снижение сопротивления обмотки за счет уменьшения числа витков и увеличения сечения шин дает ощутимый прирост КПД всей установки.

2. Было произведено три выстрела, результаты оказались нестабильны в силу того, что все три ствола разрушились. Их вскрытие посредством распиливания показало, что разрушалась пайка элементов обмотки подмагничивания, осуществлявшаяся стык в стык. Так паять нельзя, нужно только внахлест.

Первый выстрел показал скорость пули 316 м/с и 250 Джоулей кинетической энергии !!! Пулей оторвало магнит с динамика на магнитофоне-мишени и разнесло в мелкую крошку стоявший рядом на плате трансформатор в ферритовых чашках.

5 turn barrell test

Второй выстрел не позволил сделать правильные измерения скорости пули, так как из ствола она вылетела с осколком от самого ствола, который по всей видимости повлиял на работу измерителя скорости. Цель - убитые паршивые китайские колонки. Не интересно, разнесло вторую колонку почти в клочья.

Railgun test 21.05.09

Третий выстрел показал результат 232 м/с Цель - старый, поломанный китайский ногофенкциональный автомобильный фонарик. Цель была пробита насквозь, через аккумулятор тоже.

Test 250509

Резюме. Осталось мне решить теперь 2 проблемы :

1. Выработать технологию пайки шин в обмотке подмагничивания такой, чтобы не разрушались паянные соединения.

2. Опробовать формирование нарезов в канале ствола, чтобы пули вжимаясь в них фторопластовыми поясками закручивались как в обычном огнестреле.

Первый вариант имеет токопроводящее кольцо в виде стаканчика, сочетая в себе образ предыдущей, отработанной конструкции и удлинение. Дюралевая гайка полностью утапливается в стаканчик и прижимает его к фторопластовой обойме. Второй вариант более радикальный - медноугольный контакт выполнен в виде колечка высотой 7 мм и толщиной стенки 1 мм. Сзади его подпирает центрующая дюралевая шайба.

А вот как это выглядит в реале.

Обмотка подмагничивания - 10 витков, в основе своей несет две сборки горизонтальных шин, по 10 шин в каждой сборке.  Между собой шины в сборках соединяются напаиваемыми перемычками прокинутыми поперек канала ствола над ним и под ним. В сумме, когда пуля замыкает контакты рельс, образуется 11-витковая катушка индуктивности с перемещаемым витком, в поле которой и разгоняется пуля.

Чтобы сформировать шинные пакеты пришлось изготовить специальную оснастку. Без нее никак не удалось бы аккуратно собрать шинные пакеты. Из медного листа толщиной 1 мм нарезались шины шириной 13 мм и проклеивались эпоксидным клеем на приспособлении. Цилиндрические латунные стойки и стальная плита смазывались консистентной смазкой, чтобы излишки смолы, выдавливаемые из зазора между склеиваемыми шинами не прилипали.

В итоге были изготовлены 2 шинных пакета и на них были наклеены шины с рельсами

Опосля шинные пакеты обжимались в тисках на штыре и между шинными пакетами пропаивались образующие катушку подмагничивания перемычки.

По ходу дела были подготовлены кожух будущего ствола из железного короба с профилем 25 на 50 мм и передняя латунная пробка, а также штуцера для заливки эпоксидной смолы в корпус.

Когда все было готово, начинка была одета на смазанный консистентной смазкой штырь калибром 9.4 мм и вставлена в корпус будущего ствола. Дырки под крепеж ЛЦУ завернуты винтами, чтобы защитить резьбу в них от залива смолой.

Процесс заливки показывать не буду, там нет ничего интересного. Но вот результат - покажу.

Ствол до проточки в калибр 10 мм успешно прошел тестирование на пробой напряжением 830 вольт.  Теперь осталось только незначительно его доработать - проточить в калибр, подчистить казенную часть от натеков смолы и проточить стопорную канавку для фиксации ствола на RailGun.

На испытаниях ствол показал очень посредственные результаты. Всего 200 м/с выдал. Причина повидимому заключается в том, что катушку подмагничивания следует делать в виде улитки, чтобы все витки были в одной плоскости, т.е. обмотка должна быть плоской. Только при таком условии соотношение "число витков/еденица длины" будет максимальным и соответственно будет максимальной индукция. А с катушкой витки которой уложены вдоль ее оси (в данном случае перпендикулярно каналу ствола) результат получается примерно таким, как если бы дать всего два витка подмагничивания. В общем, следующий шаг - изготовление нового 8-виткового ствола с обмоткой подмагничивания в виде плоской катушки.

Инжектор разделялся на 2 части : рукоятку с клапаном и баллоном CO2 и суппорт силового разъема. Между ними предполагалось разместить поворотный замок, который в закрытом положении защелкивался бы за выступы на раме прижимая инжектор к торцу ствола, в свою очередь также упертого в раму посредством шлицов. При открытии замка он выходит из-за выступов рамы и весь инжектор оттягивается назад, высвобождая контакты ствола из силового разъема. Освобожденный ствол снимается со шлицов рамы.

ЛЦУ предполагалось крепить либо на каждом стволе - для вариантов, разгоняющих пулю выше 500 м/с, либо для стрельб на близкие расстояния - достаточно закрепить один общий ЛЦУ на раму, а сменные стволы не оснащать им.

Подвод питания предполагалось осуществлять уже по четырем проводам AWG-4. Два провода на контакт обладали бы суммарным сечением 26 квадратных мм.  При закрытии замка ножевые контакты поджимаются в силовом разъеме специальными рокерами увеличивая площать пятна контакта.

Сменные стволы предполагалось производить уже на основе прямоугольного профиля 50 на 25 мм. который позволит разместить до 16-ти витков подмагничивающей обмотки. По идее это позволит получить индукцию в стволе раза в 3-4 большую, чем в последнем испытанном варианте ствола с 4-мя витками подмагничивания.

Теперь практическая реализация.

Некоторая куча отдельных деталей, входящих в состав инжектора.

Сборка переднего подшипника замка. Суппорт силового разъема с подшипником замка и его крышкой.

Установка кондуктора на рукоять пистолета МР-651 и сборка заднего подшипника замка с крышкой.

Две части инжектора. Суппорт силового разъема (справа) и рукоять инжектора с кондуктором (слева)

Детали замка - две оськи, Г-образная рукоятка, стальная упорная плита и гровер с винтиками, а после и сам собранный замок.

Сборка несущей конструкции инжектора. Рукоять, суппорт разъема и замок объединяются с направляющей посредством нижней стальной балки. Газопроводная трубка пронизывает всю конструкцию от клапана, размещенного в рукояти пистолета и до торца суппорта силового разъема проходя через поворотный замок.

Сборка силового разъема. Вместо 4 кусков провода AWG-6 нашел еще лучше вариант - AWG-2, у которого сечение 34 квадрата и сопротивление 0.00046 Ома на метр.

Собственно почти полностью законченный инжектор. Отсутствует только платка с драйвером лазерного диода ЛЦУ, к которой должен подключаться болтающийся в воздухе проводок и крышка на эту самую платку.

На фото ниже - детали несущей рамы

Ну и собственно весь комплекс в сборе перед испытанием 10-виткового ствола. Непосредственно RailGun :

Комплекс - система питания, батарея конденсаторов 7.7 КДж и RailGun

На "огневой позиции"

И еще несколько фото, сделанных уже после испытаний

Работа с прототипом RailGun позволила сформулировать основные требования к системе управления энергией (PMS) будущего опытного образца RailGun. По замыслу PMS должна была позволять :

1. Заряжать батарею конденсаторов любой емкости от 12-вольтового аккумулятора с контролем его разряда, предохраняющим АКБ от глубокого разряда

2. Заряжать батарею конденсаторов от сети переменного тока 220V

3. Безопасно разряжать батарею конденсаторов до 0V с перекачкой энергии в аккумуляторную батарею.

4. обладать функцией зарядного устройства для заряда АКБ от сети переменного тока 220V

5. отключать PMS от конденсаторной батареи на момент выстрела.

Прототип PMS позволил ранее отработать практически все вопросы за исключением питания системы от сети 220V.  Были заказаны и изготовлены заводским образом печатные платы для PMS

На плате размещено сразу 3 DC/DC конвертора. Один конвертор выполнен по схеме Push-Pull и преобразует 12 вольт АКБ в 800 вольт боевого напряжения RailGun. Второй конвертор выполнен по схеме полного моста и преобразует выпрямленные сетевые 220 вольт в 800V.  И, наконец, третий конвертор выполнен по схеме полумоста и преобразует напряжение от 100 вольт до 800 вольт в 13.5 вольт заряда АКБ. При разряде батареи конденсаторов до 100 вольт конвертор отключается и открывается IGBT-ключ который остатки энергии конденсаторов разряжает на резистивную нагрузку.

По опытам с прототипом PMS было известно, что ключи PUSH-PULL конвертора потребуют водяного охлаждения. С этой целью был заказан ряд деталей для водяного охлаждения, применяемых в компьютерах. Помпа, расширительный бачок, радиатор под установку одного 120 мм вентилятора, соединительные шлаги (это совсем не то, что продается на базарах под маркой ПВХ) и переходники для них. Водяные блоки было решено делать самостоятельно, так как из готового в ассортименте магазина не было ничего подходящего. В контур водяного охлаждения решено было включить не только ключи PUSH-PULL конвертора, но и ключи полного моста, а также выходной диодный мост, который, как показала практика, изрядно греется при заряде большой емкости.

На второй картинке, слева-направо: теплообменник для диодов выходного моста, теплообменник для четырех ключей полного моста (под ключи подкладываются термопроводные изоляционные прокладки) и два теплообменника для ключей PUSH-PULL, они устанавливаются на ключи без изоляционных прокладок, для лучшего теплоотвода. На третьем фото показано обжатие диодов к теплообменнику (под корпусами диодов проложена слюдяная изоляционная пластина).

Компоновка будущего конвертора в воображаемом корпусе.....

Испытания системы охлаждения в сборе показали столь высокую эффективность системы, что даже только один теплообменник PUSH-PULL конвертора способен вообще не дать разогреться 100W паяльнику свыше 70 град.

По результатам испытаний система была признана полностью пригодной к охлаждению ключей конверторов. Заполненная охлаждающей жидкостью и протестированная система охлаждения была объединена с платой конвертора на общем шасси.

Крупным планом силовая часть. В центре основной трансформатор с 3-мя обмотками (выходной, мостовой и push-pull), ключи PUSH-PULL конвертора под своими теплообменниками, позади виднеется теплообменник ключей моста. Слева - выходной мост и трансформатор рекуператора, производящего заряд АКБ от конденсаторов или от сети 220V.

Необходимо отметить, что место на печатной плате под основной трансформатор может принимать сердечники типа EE42, EE55 и EE65. Сейчас используется EE55. Также печатная плата рассчитана на возможность установки до 4-х ключей параллельно в плечах PUSH-PULL конвертора, что сделано с расчетом на более мощные варианты исполнения системы.

На передней панели корпуса PMS расположены

1. Индикатор включения питания системы (белый).

2. Индикатор полного разряда батареи. Красный светодиод засвечивается при напряжении АКБ 10.5V

3. Переключатель вольтметра. В одном положении переключателя 3 вольтметр индицирует напряжение на АКБ, в другом - напряжение на батарее конденсаторов.

4. Встроенный электронный вольтметр.

5. Разъем для подключения оптически развязанных датчиков состояния RailGun.

6. Индикатор заряда батареи конденсаторов до напряжения 800V, готовность к стрельбе.

7. Разъем для подключения батареи конденсаторов.

8. Индикатор разряда конденсаторной батареи до безопасного напряжения. Зажигается при снижении напряжения до 15-20-ти вольт.

9. Замок, блокирующий включение конверторов на выработку высокого напряжения.

10. Замок, посредством которого включается питание PMS.

11. Разъем для подключения кабеля питания сети 220V AC.

12. Тумблер включения конверторов, вырабатывающих напряжение 800V.

13. Селектор, выбирающий источник для накачки высокого напряжения. В зависимости от положения этого тумблера включается либо PUSH-PULL конвертор и в качестве источника энергии используется аккумулятор, либо включается полный мост, который преобразует энергию из сети 220VAC

14. Тумблер включения зарядного устройства/рекуператора. Логически работа PMS сделана так, что включить разряд конденсаторов и заряд аккумулятора можно только, если выключена система накачки конденсаторной батареи.

15. Выбор режима работы зарядного устройства/рекуператора. В зависимости от положения тумблера энергия либо выкачивается из конденсаторов в АКБ, либо производится заряд аккумулятора от сети 220.

Результаты, плюсы и минусы PMS версии 1.0

1. Мощность конверторов на резистивной нагрузке 500W. Ничего удивительного тут как-бы и нет, так как параметры трансформатора взяты такими же как и в прототипе. Разница в том, что добавлена обмотка полного моста.

2. Система охлаждения пока что по-прежнему избыточна. Однако в планах есть и заряд батареи конденсаторов на 15 и на 21 КДж. Возможно радиатор с принудительным обдувом еще и понадобятся.

3. Как минус можно отметить применение расширительного бачка и радиатора. Это скорее результат отсутствия опыта сборки подобных систем. В будущем возможно будет эффективным пропускать поток нагретой ОЖ через рубашку охлаждения, сделанную в радиаторной плите, работающей по совместительству одной из сторон корпуса всей системы.

4. Систему перекачки энергии из конденсаторной батареи в АКБ разумно делать двухступенчатой. Т.е. сначала из напряжения 100-800 вольт формировать 14-112 вольт при помощи полумостового преобразователя, а уже из них стабилизировать зарядное напряжение и ток для аккумулятора посредством чопперной схемы.

5. Ключи необходимо ставить вертикально. Это конечно усложнит констуркцию теплообменников, но значительно сократит место на плате.

6. Как минус - постоянная работа водяного насоса и вентилятора, независимо от температуры жидкости и ключей. Нужно вводить схему включения насоса и вентилятора в зависимости от температуры теплообменников и ключей. Также желательно сделать тепловую защиту в случае выхода из строя насоса.

Применительно к RailGun дополнительные витки набрасываются плоскими шинами параллельно каналу ствола и токопроводным рельсам. Шины делались плоскими и нарезались из листа меди толщиной 1 мм.

Ширина каждой шины принималась равной 13 мм. Таким образом, сечение проводника получалось равным 13 мм^2, что было немного меньше, чем сечение проводов, подводящих ток от конденсаторной батареи. (В будущем полагаю есть смысл делать сечение шин, равное сечению токоподводящих проводов) Далее... шины собирались при помощи эпоксидного клея и изоляционных материалов в пакеты, контакты шин загибались и пропаивались на оправке, образуя многовитковую начинку RailGun

Ширина получившегося пакета не позволила уже разместить начинку внутри "стандартной" трубки с внутренним диаметром 30 и наружным 33 мм. Пришлось взять другой форм-фактор в виде квадратного профиля с 40 мм стенкой по наружи. Сверху и снизу от канала ствола были проложены дополнительные пластины железа для образования магнитопровода. Потом все было установлено в тиски и залито смолой.

После проточки канала ствола на 10 мм разверткой и обработки ламелей ножевого разъема получился ствол длиной 210 мм и массой 1508 грамм. На ствол был установлен "штатный" ЛЦУ, но подключать его пришлось через переходник, так как непосредственно контакт ЛЦУ уже не попадал на контакт батареи на корпусе инжектора.

Стоит также обратить внимание на то, что "штатные" замки уже невозможно было реализовать на данном стволе и потому пришлось притягивать его к инжектору за уши, некогда использовавшиеся на предыдущей версии инжектора. В итоге система перед испытанием выглядела вот так

Рекомендую также обратить внимание на то, как закреплены питающие провода друг относительно друга. С хомутами пришлось серьезно повозиться, равно как и с креплением проводов на корпусе инжектора. Менее жесткие и прочные крепления, применявшиеся ранее, позволяли кабелям значительно изгибаться во время выстрела отталкиваясь друг от друга. Эти колебания были настолько большими по амплитуде и сильными, что приводили к порче изоляторов разъема на инжекторе и выгибанию самих контактов разъема. На этот раз система крепления кабелей сработала на 5 с "+".

Серьезным переделкам подвергся также и хронометр. Крепление датчика хронометра к дульному срезу как-то смущало, давало повод сомневаться в правдивости показаний. Поэтому решено было сделать новый хронометр с бОльшим сечением канала для пролета пули и размещать его на некотором расстоянии от испытываемой системы, на расстоянии порядка 0.5 метра. Датчик хронометра состоял из крепления для намотки сеточек из тонкой проволоки (0.1 мм толщиной). Обе сетки находятся на расстоянии 20 см друг от друга

На корпусе хронометра закреплен отсек для двух батареек, которые дают питание 2-м инфракрасным светодиодам, установленным уже на измерительной PCI-плате внутри компьютера. Пока проволочки на датчике целы питание на светодиоды подается, разрыв проволочки выключает светодиод. Система измерения в компьютере отсчитывает число 30 нс. тиков прошедшее с сомента разрыва входной сетки и до момента разрыва выходной, пока пуля находилась внутри хронометра. Электромагнитный импульс, возникающий во время выстрела RailGun, влияет на провод питания светодиодов синфазно и это совершенно не приводит к случайным срабатываниям датчика, так как разность потенциалов на светодиоде остается неизменной при синфазной помехе.

И наконец испытание и его результаты.

Вот собственно видео.

Была получена скорость 280 м/с. И это уже результат, не подлежащий сомнению.

Тут следует сделать отступление и принести читателям извинения за ввод их в заблуждение относительно скорости, полученной при испытаниях 3-виткового ствола. Ввиду того, что ранее хронометр крепился у дульного среза, он измерял не скорость пули, а скорость вылета плазмы из ствола. Ну что-ж, теперь мы знаем, какова скорость плазмы была у 3-виткового ствола

Конечно, витковый ствол оказался заметно мощнее 3-виткового и это наглядно видно и на видео и на фото. Вот это входная дыра в корпусе

она раза в 1.5-2 больше по диаметру, чем сама пуля. Влетев в корпус, пуля разворотила карман для крепления жестких дисков. Я специально ставил мишень таким образом, чтобы пуля встретила преграды внутри корпуса

пыталась вылететь через днище, но уже не хватило энергии, металлическим носиком металл порвала, но протащить фтороплатовую тушку не смогла

Интересно также сравнить результаты попаданий пуль, выпущенных из 2-виткового, 3-виткового и 5-виткового стволов. На первом фото

показаны входные отверстия, на втором - они же только изнутри. По центру расположена дыра от 2-виткового ствола, справа - попадание из 3-виткового и слева - из 5-виткового. Явно видно, что чем выше скорость пули, тем больше дырка получается в пробиваемой поверхности.

Итого наши результаты с 5-витковым стволом

Исходные данные :

- масса пули 3.5 грамм

- калибр 10 мм.

- энергия батареи конденсаторов 7770 Дж.

- напряжение 820 Вольт.

Получено :

- скорость пули 280 м/с

- дульная энергия 137 Дж.

- импульс 0.98 кг*м/с

- КПД 1.78%