Следующий этап после сборки одноступенчатого пистолета Гаусса -
сборка многоступенчатого ускорителя. В этой статье будут описаны
основные принципы сборки и наладки многоступенчатого пистолета Гаусса,
а также будет приведен пример.
Многоступенчатый ускоритель,
как следует из названия, состоит более чем из одной ступени. Большое
количество ступеней позволяет равномерно распределить ускорение на
снаряд и повысить общий КПД системы (поскольку эффективнее разгонять
снаряд мелкими толчками, чем одним большим). Но такой вид ускорителя
значительно сложнее в изготовлении, поскольку в нем появляются новые
детали - датчики положения снаряда (сенсоры). Начнем с сенсоров.
Датчики положения снаряда - устройства, позволяющие определить местоположение снаряда в данный момент. По принципу действия можно выделить несколько типов:
1.
Контактные датчики - снаряд при пролете сквозь них замыкает два
проводника, и на управляющую схему (или сразу на ключ) поступает
импульс тока. Простейший контактный датчик показан на этом рисунке: Если
ствол металлический, то можно сделать его одним из проводников.
Контактный датчик можно сделать из проволоки, струны, щеток от
электродвигателя или чего-то подобного, главное чтобы он поддерживал
хороший контакт со снарядом и возвращался в исходное положение после
его пролета. Несомненным плюсом контактных датчиков является
простота изготовления, к минусам можно причислить ненадежность
срабатывания и некоторое торможение снаряда при пролетании датчика.
2.
Оптические датчики - зачастую являются оптопарами, состоящими из
светодиода и фоторезистора. При пролете сквозь них снаряд закрывает от
света фоторезистор, и его сопротивление резко повышается, далее сигнал
с фоторезистора инвертируется и поступает на управляющую схему (или
сразу на ключ). Оптопары можно подключить по следующей схеме: Не
забудьте поставить высоковольтный диод на выход датчика, если вы
планируете подавать сигнал с него напрямую на затвор тиристора! Подробнее об этой схеме здесь. Если у вас есть ненужные шариковые мыши, то их можно использовать для изготовления оптопар следующим образом. К
плюсам оптических датчиков можно отнести точность и быстроту реакции, к
минусам - некоторую сложность изготовления и капризность поведения
(требуется точное питание, защита от электромагнитных помех, защита от
загрязнения).
3. Индукционные датчики. При пролете снарядом
индукционного датчика в нем наводится или как-то изменяется ток, что
служит сигналом для ключа или управляющей схемы. Например, если в
катушке, надетой на ствол, течет небольшой ток, то при пролете снаряда
этот ток резко прекратится из-за увеличения индуктивности катушки.
Помните о том, что индукционный датчик следует защищать от выбросов
напряжения при срабатывании ускоряющей катушки. К
плюсам индукционных датчиков можно отнести относительную простоту и
отсутствие необходимости сверлить отвестия в стволе, к минусам -
медленное срабатывание.
Теперь немного о выборе ключей. Механические ключи
(кнопки, контакторы, автоматы, реле и т.д.) приемлемы только на первой
ступени, т.к. далее им не будет хватать скорости срабатывания для
включения следующей катушки при подлете к ней снаряда. Тиристоры имеют
ряд плюсов: относительная дешевизна, высокая способность к перегрузкам
(до 20х), высокое напряжение работы. Но также есть и один минус:
однажды открыв, тиристор невозможно закрыть до тех пор, пока
конденсатор полностью не разрядится через него, или пока напряжение на
аноде не станет меньше напряжения на катоде. Для этого применяются
схемы типа "V-Switch" Более подробно об этом здесь. IGBT-транзисторы
позволяют отключать катушку от конденсатора в момент разряда, но они
довольно дороги и требуют специальных драйверов для работы. MOSFET-транзисторы
представляются идеальным решением для низковольтных схем засчет низкой
стоимости, возможности отключения, низкого падения напряжения и
быстроты переключения. Существуют высоковольтные мосфеты, но они
довольно дороги, и имеют довольно высокое сопротивление.
Теперь
пример. На данных фото представлен трехступенчатый пистолет Гаусса на
тиристорах, управляемых от оптических датчиков. Общая энергия
конденсаторов 291 дж, энергия снаряда 6,62 дж, общий КПД 2,27%. На приложенном видео снаряд из этого пистолета пробивает лист 0,5 мм стали
