Электрический лук

Eugen 1 11-07-2015 14:18

Заранее прошу прощения у модераторов, если они они сочтут, что это сообщение немного не по теме. Раньше была ветка форума в разделе "Электрошоковые устройства", посвященная электромагнитным ускорителям, но ее удалили пару лет назад. Поэтому решил запостить сюда. Надеюсь, многим будет интересно.


Eugen 1 11-07-2015 14:23

Это устройство первоначально задумывалось лишь как настольный стенд для исследований свойств многоступенчатого электромагнитного ускорителя. После того, как все эксперименты были проведены, я решил завершить работу, собрав все части стенда в переносную конструкцию и встроив в нее зарядное устройство. В итоге получился симпатичный электромагнитный ускоритель (койлган), который и предлагается Вашему вниманию.

(К сожалению, не разобрался как здесь выкладывать картинки через URL, поэтому буду просто кидать ссылки на свою страницу)

Eugen 1 11-07-2015 14:34

Особенностью получившегося устройства (по моей нумерации оно получилось ЕМ-3) является использование снаряда в виде неоперенной стрелы с ферромагнитным наконечником (поэтому я его и назвал "Электрический лук"). Определение оптимальных параметров такого снаряда и способов его изготовления потребовало некоторого количества экспериментов, о чем рассказано здесь: http://coilgun.uсоz.гu/publ/ehksperimenty/prochee/strela_dlja_ehlektricheskogo_luka/7-1-0-14
Тем не менее, затраты себя оправдали - стабильный в полете снаряд в сочетании с высокой начальной скоростью многоступенчатого ускорителя обеспечили характеристики койлгана, уже сравнимые с некоторыми образцами луков и арбалетов.

http://coilgun.uсоz.гu/_ph/3/956879871.jpg

В остальном ничего нового по сравнению с имеющимися конструкциями ( http://www.coilgun.ru/) я не применил. Это касается как выбранной принципиальной схемы (простая коммутация тиристорами с отдельной батареей конденсаторов на каждую ступень ускорения), так и использование оптических датчиков ( http://coilgun.uсоz.гu/publ/ehksperimenty/datchiki/opticheskij_datchik_polozhenija_snarjada/6-1-0-8) для детектирования движения снаряда.

Eugen 1 11-07-2015 14:37

Из этой анимации виден принцип действия ЕМ-3: при движении в канале ствола непрозрачное "древко" стрелы поочередно перестает затенять фотодатчики, которые открывают силовые ключи соответствующих ступеней. Первая ступень, наоборот, активируется только если датчик затемнен (таким образом, выстрел происходит только в том случае, если койлган заряжен).

http://coilgun.uсоz.гu/ea0a386a679d617b788aec5cd4aa7930.gif


На картинке ниже схематично изображена компоновка "электрического лука"; кликнув по соответствующим частям схемы, можно ознакомиться с их устройством подробнее.

http://coilgun.uсоz.гu/EM-3.gif

Прозрачная трубка, в которой движется задняя часть стрелы, изготовлена из детали от баллончика строительной пены. Трубочка, в которой ускоряется железный наконечник - это обычная соломинка от коктейля диаметром 6 мм. Диаметр трубок я подобрал таким образом, что они входят одна в другую с небольшим натягом - это позволило их соединить просто на счет силы трения, Вообще, при работе над ЕМ-3 пришлось перепробовать массу всяческих трубочек.

Eugen 1 11-07-2015 14:38

Ускоряющие катушки наматывались прямо на "коктейльный ствол", предварительно надетый на алюминиевый прут подходящего диаметра, в качестве разделителей служили квадратики из текстолита. Затем эта конструкция помещалась в стандартную алюминиевую трубу квадратного сечения, в одной из стенок которой были просверлены отверстия диаметром 10 мм. Через эти отверстия были выведены провода, припаянные в выводам катушек, и через них же затем все внутреннее пространство залито быстрозастывающим эпоксидным клеем. Предварительно вблизи первой катушки был уложен маленький постоянный магнитик, удерживающий наконечник стрелы в нужном положении перед выстрелом. Потом алюминиевый пруток был осторожно вынут, и получившаяся "ствольная коробка" закреплена на мощные уголки, привинченные к стальной полосе длиной 40 см.
На фото ниже показана все "ускоряющая часть" ЕМ-3 в сборе. Платки датчиков могут передвигаться вдоль шпилек и фиксироваться гаечками - таким простым образом может точно регулироваться момент срабатывания тиристора конкретной ступени. Кроме того, напротив заднего торца прозрачной трубки я просверлили дополнительное отверстие, нарезал в нем резьбу и вставил короткий винтик диаметром 6 мм. Заряженная в ствол стрела упирается в этот винтик своим задним концом, благодаря чему, вращая винтик, можно регулировать ее стартовую позицию - она очень сильно влияет на КПД ускорителя.

http://coilgun.uсоz.гu/_ph/3/468449911.jpg

Eugen 1 11-07-2015 14:43

Приклад был использован стандартный от пневматической винтовки МР-512 (дерево, бук). С цевьем пришлось повозиться - сначала выпилил заготовку из осинового полока с помощью лобзика, затем обработал шлифмашинкой и покрыл морилкой и льняным маслом.

http://coilgun.uсоz.гu/_ph/3/428805307.jpg

Крышка корпуса изготовлена из 1,5 мм листа алюминия - он был отшлифован и согнут в виде колпака нужной формы. Затем по периметру наклеена обечайка из резинового автомобильного уплотнителя, дополнительно пропитанного жидкой резиной черного цвета.

http://coilgun.uсоz.гu/_ph/3/671839461.jpg

Торцы корпуса изготовлены из окрашенной в черную эмаль двухслойной фанеры. В ней были выполнены отверстия под светодиоды индикации, тумблер включения-выключения и провод питания от ЗУ (в заднем торце) , и под ствол и шлейф для датчика близости (в переднем торце).

http://coilgun.uсоz.гu/_ph/3/2/843730248.jpg

http://coilgun.uсоz.гu/_ph/3/2/34792509.jpg

http://coilgun.uсоz.гu/_ph/3/854425289.jpg

На следующем фото показан корпус в сборе. Как видно, он укреплен еще одной продольной металлической полосой, которая конструктивно делит внутреннее пространство на два "этажа" - на первом расположена ствольная коробка и аккумулятор, на втором - конденсаторы и зарядно-управляющий блок.

http://coilgun.uсоz.гu/_ph/3/2/48803361.jpg







Eugen 1 11-07-2015 14:47

Сборку койлгана я завершил установкой на него стандартного коллиматорного прицела для арбалетов. Для его монтажа пришлось приобрести планку Вивера и закрепить ее на колпаке корпуса при помощи коротких винтиков М3 с потайными головками.

Собственно, о конструкции ЕМ-3 на этом все.
Более подробно (с электрическими схемами и всем остальным) конструкция описана на моей страничке www.coilgun.uсоz.гu

а также обсуждается на специализированном форуме http://www.future-weapons.ru/forum/viewtopic.php?f=26&t=2751&view=unread#unread


там же выложены фото-видео стрельб и много чего еще.


ViDan888 11-07-2015 17:00

Картинки не открываются...
Только последняя ссылка работает
http://www.future-weapons.ru/f...w=unread#unread
...интересно.
Такую штуку задумал этак лет 20 назад, так и не реализовал.

gunslk 11-07-2015 17:29

Отличная тема
Предлагаю переименовать в электроарбалет ( на лук не похоже)
Вопрос - какая скорость все таки в цифрах?
Аккумулятор надо планировать в рюкзак за спину
Приклад вообще убрать , полноценный короткий булпап лучше

Eugen 1 11-07-2015 18:40

quote:
Аккумулятор надо планировать в рюкзак за спину

Почему, сейчас есть достаточно компактные литий-полимерные аккумуляторы на огромные мощности. Я-то использовал простенький свинцовый аккум, чтобы не разоряться лишний раз.
А вот банк конденсаторов, которые заряжаются перед выстрелом от этого аккумулятора, действительно неплохо было бы в рюкзачок, если думать о повышении мощности.

Eugen 1 11-07-2015 18:43

В сообщениях выше перегрузил все картинки с сайта.
На этой таблице приведены характеристики колйгана (наряду с электрическими есть и скорость на каждой ступени ускорения).

marafonec 11-07-2015 18:55

Рабочая гаусовка? Чувак - ты нереально крут.
С уважением

goga312 11-07-2015 18:56

Интересное устройство :)

nd22909 11-07-2015 19:16

Нифига себе... Класс
Звук выстрела на видео я так понял это просто удар снаряда о мишень?
А какие реальные скорости можно извлечь из подобной штуки?
Ну с учетом современных технологий, ну и конечно-же не злоупотребляя габаритами изделия?
Прошу прощение, на future-weapons сегодня прочитать все руки не дойдут...
А знать уже охото щас :D
Я примерно такую штуку в "сталкере" видел :D
Не выли навели разработчиков GSC на эту идею... Или они вас? :D

КСО 11-07-2015 22:46

Уважаю людей конструирующих койлганы. Нужны определённые знания и что важнее большое терпение чтоб их делать. КПД кстати для гаусса неплохие.
Исполнение весьма приличное.Только укажите пожалуйста массу снаряда, а то в таблице её не хватает для полноты картины( я так понял 5,15 грамм). Снаряды прикольные. Обычно всякими гвоздями пуляют которые через пару метров боком летят. А на видео вроде стабилизируются. Попробуйте пострелять метров на 15 и далее.

Гауссы далеко не самое лучшее электромагнитное оружие из-за дохлых скоростей и КПД. Я бы предложил-бы сделать электро-термический ускоритель(ствол с разрядником и полиэтиленом в казеной части). КПД у них должны быть как у огнестрела и скорости без всякой управляющей электроники можно достигнуть на порядок больше. Они намного проще гаусса (даже одноступенчатого). Правда такой девайс будет очень громким (как огнестрел, но если гаусс сделали, то и саундмодератор можно осилить). А гауссы совсем бесшумны. В этом плане они уделывают даже холодное метательное оружие.

Если цель была получение чего то похожего по ттх на арб, то получилось нечто не совсем понятное. При дульной энергии 10дж вышла скоростьв 62 м/с. Это результат близок по энергии к пневматике, а по скорости к арбалету. Как-бе ни дури ни настильности. Но на фоне гауссов результат очень хороший. Может стоит пойти по пути увеличения массы ферромагнитной части снаряда(больше ферромагнетика больше магнитный момент). КПД на более низких скоростях у гаусса выше, это видно из данных вашей таблицы. Немного потеряв в скорости можно будет увеличить дульную энергию.


P.S. отстрел по мишени порадовал.

Guffych 12-07-2015 12:59

Просто прочитав название темы и еще не войдя в нее сразу подумал про койл-ган, страно. :)
Но идея конечно интересная, хотя ни луком ни арбалетом я это не назвалбы, койл-ган он в Африке койл-ган, а это просто его разновидность. :)
Лично мне кажется что улучшение характеристик койл-гана следует искать в оптимальной форме ускоряющего электромагнита.
А то что про писали выше про рейл-ганы конечно правильно, но если интерес чисто академический то нормально, а вот если цель сделать что практически работающее и пригодное на чтонибудь сравнимое в пневматикой то рейл-ган не годитса, износ "ствола" однако.
То что делают разные КБ для армии и флота это другое там износ тоже большой но там не требуется ресурс "ствола" измеряемый десятками тысяч выстрелов.

marafonec 12-07-2015 08:58

quote:
Originally posted by КСО:

Гауссы далеко не самое лучшее электромагнитное оружие из-за



Думаю ГАУС будет в жоте пока не изобретут емкостный аккумулятор

gunslk 12-07-2015 09:45

Скорость в 62 это плохо, если не поднять в три раза, то лучше пока по старому - веревки и планки.

airbolf 715 12-07-2015 11:46

quote:
Originally posted by gunslk:

Скорость в 62 это плохо, если не поднять в три раза, то лучше пока по старому - веревки и планки.



Преспективнее всего это пока пневмомёты,где скоростя под 300 и нет зависимости от розетки

Eugen 1 12-07-2015 12:32

quote:
А какие реальные скорости можно извлечь из подобной штуки?
Ну с учетом современных технологий, ну и конечно-же не злоупотребляя габаритами изделия?

На сегодняшний день можно с уверенностью говорить о 100-120 м/с в рамках портативной конструкции (конденсаторы в корпусе стрелялки). Если банк конденсаторов выносим отдельно (например, в рюкзачок), то вероятно можно поднять до 150-180 м/с. Масса снаряда 5..20 г.

quote:
Если цель была получение чего то похожего по ттх на арб, то получилось нечто не совсем понятное. При дульной энергии 10дж вышла скоростьв 62 м/с. Это результат близок по энергии к пневматике, а по скорости к арбалету.

quote:
Но идея конечно интересная, хотя ни луком ни арбалетом я это не назвалбы, койл-ган он в Африке койл-ган, а это просто его разновидность.

Ну, "электрический лук" это просто название которое родилось из формы снаряда (отдал этим экспериментам много времени, и хотелось как-то "зафиксировать"). Изначально вообще был настольный макет.

gunslk 12-07-2015 13:07

Ну вот 20 г и скорость 180 мс, это уже можно , есть смысл изобретать.
А кондеры не издают звук пищащий, или в неслышимом для человека диапазоне?

КСО 12-07-2015 13:12

quote:
КПД на более низких скоростях у гаусса выше, это видно из данных вашей таблицы.

Простите я по невнимательности ошибся. В таблице первые ступени по чему то хуже работают чем последние. Так не должно быть. В чём подвох?

quote:
То что делают разные КБ для армии и флота это другое там износ тоже большой но там не требуется ресурс "ствола" измеряемый десятками тысяч выстрелов.

Вообще, наиболее перспективны электротермические пушки. У гаусса скорость на практике не большая( потому воякам он совсем не интересен), но он наиболее долговечен по ресурсу. Рейлганы вполне способны развить первую космическую скорость и кпд у них круче чем у гаусса. Но у них ресурса нет совсем. Один парень мутил самодельный рейлган, и у него канал ствола выгорал начисто после 3-5 выстрелов. Если на полмм. сточить калибр снова норм. в итоге он сделал патрон для рейлгана со сменной рабочей поверхностью рельс. У академиков из Новосибирска ( в статье читал) тоже рельса за 3 выстрела выгорела. За счёт чего амеры планируют корабельное орудие на основе рейлгана делать мне не понятно.
Электротермическими ускорителями можно получить скоростя под 4км/с.
Порохом максимум 2км/с. По устройству ЕТ пушки от пороховых отличаются только наличием в казеннике разрядника нагревающего рабочее тело. При чем рабочее тело можно выбирать не меняя его энергии. Можно использовать рабочее тело с низкой молекулярной массой, можно вообще массу рабочего тела меньше сделать. Энергия всё равно зависит только от электрического разряда. С порохом так не выйдет, ибо если хочешь больше энергии, то нужно сыпать больше пороха, что увеличивает массу рабочего тела. Из-за этого обстоятельства пороховые газы даже без снаряда имеют ограниченную скорость. Но приложение той-же энергии к меньшему по массе рабочему телу приводит к росту его температуры. Поэтому в ЭТ пушках термоэррозия намного сильнее, чем в обычных орудиях. Но они не выгорают за пару выстрелов как рейлганы.
Что касается ресурса современных танковых орудий, то он уже невелик.
гладкоствольные пушки: 2А46 600 выстрелов, 2А46М 1200 выстрелов
По нарезным орудиям пруфов нет, но должно быть где-то в два раза меньше.

quote:
Думаю ГАУС будет в жоте пока не изобретут емкостный аккумулятор

Имхо, взрывомагнитный генератор в помощь.

ANATOLITSH 12-07-2015 14:29

подпишусь на гаусс

Eugen 1 12-07-2015 17:41

quote:
В таблице первые ступени по чему то хуже работают чем последние. Так не должно быть. В чём подвох?

Никакого подвоха, так все и должно быть. При повышении скорости снаряда КПД увеличивается. Так происходит и в электродвигателях, когда при пуске эффективность горазд меньше, чем при установившейся скорости вращения ротора.

quote:
А кондеры не издают звук пищащий, или в неслышимом для человека диапазоне?

"Пищит" в ультразвуковом диапазоне преобразователь, когда заряжает конденсаторы до рабочего напряжения.Конкретная частота зависит от электрической схемы, обычно 40..200 кГц.

КСО 12-07-2015 21:42

quote:
Никакого подвоха, так все и должно быть. При повышении скорости снаряда КПД увеличивается. Так происходит и в электродвигателях, когда при пуске эффективность горазд меньше, чем при установившейся скорости вращения ротора.


Если так почему на гауссах до сих пор не получили серьёзных скоростей?Возможно я чего-то не понял. Вроде в катушке через которую протекает переменный ток есть потери активные и реактивные. С активными всё понятно, это выделение джоулева тепла. А реактивные связанны с ЭМ индукцией. Я всегда считал что именно реактивные потери ограничивают скорость гаусса так как они не позволяют эффективно получить достаточно короткий и мощный импульс по току.
Ваша система запуска ступеней только включает ток в них, но не выключает принудительно. Они работают пока в батарее есть заряд. Мне интересно как вы считали время которое катушка должна работать? Если вы производил расчёт времени для цепи в которой обкладки конденсатора закорочена через резистор (сопротивление катушки) не учитывая индуктивности катушки, то на практике она будет работать дольше чем нужно и часть времени тянуть стрелу назад. Просто у вас наилучшие результаты по кпд именно для ступеней с низкими индуктивностями, а в них запаздывание импульса менее важно, чем в первых ступенях.


Nitros2002 13-07-2015 10:53

Респект Кулибину сам думал собрать портативный Гаус, но скорость и вес снаряда не о чём. Плевательная трубка на хроне выдала у меня скорость 50м/с. делайте выводы.

Eugen 1 13-07-2015 16:37

to КСО:

quote:
Если так почему на гауссах до сих пор не получили серьёзных скоростей?

Дело в том, что КПД увеличивается при росте скорости, но падает при увеличении тока в катушке. Чтобы обеспечить постоянный прирост скорости снаряда, необходимо увеличивать ток(поскольку мы должны прокачивать энергию через катушку за все уменьшающееся время), то есть сокращать количество витков и сопротивление катушки. Поэтому в реальных многоступенчатых ускорителях (а их, кстати, не так много сделано) КПД сначала растет, потом начинает падать (когда сопротивление катушки становится меньше паразитных сопротивлений цепи, например, внутреннего сопротивления конденсаторов). Правда, в большинстве конструкций этот верхний предел пока не достигается, т.к. скорости снаряда обычно невелики (40 - 50 м/с).

quote:
Вроде в катушке через которую протекает переменный ток есть потери активные и реактивные. С активными всё понятно, это выделение джоулева тепла. А реактивные связанны с ЭМ индукцией.

Не совсем так, "реактивных потерь" как таковых нет. Роль индуктивности сводится лишь к затягиванию импульса, а все энергия в итоге высаживается именно на активном сопротивлении.

quote:
Мне интересно как вы считали время которое катушка должна работать? Если вы производил расчёт времени для цепи в которой обкладки конденсатора закорочена через резистор (сопротивление катушки) не учитывая индуктивности катушки, то на практике она будет работать дольше чем нужно и часть времени тянуть стрелу назад.

Естественно, расчет учитывал все параметры цепи (в том числе ESR конденсаторов, паразитное сопротивление цепи, плотность намотки и т.д.). Считаел при помощи специального скрипта, который выложен здесь: http://www.foar.ru/topic.php?forum=35&topic=1&p=5

Вообще, если интересуетесь теорией, почитайте форум Арсенала www.foar.ru

Там же выложены все известные на сегодняшний день примеры реальных конструкций любительских койлганов.

КСО 13-07-2015 17:58

quote:
Вообще, если интересуетесь теорией, почитайте форум Арсенала www.foar.ru

Там же выложены все известные на сегодняшний день примеры реальных конструкций любительских койлганов.


Спасибо, надо почитать.

quote:
Дело в том, что КПД увеличивается при росте скорости, но падает при увеличении тока в катушке. Чтобы обеспечить постоянный прирост скорости снаряда, необходимо увеличивать ток(поскольку мы должны прокачивать энергию через катушку за все уменьшающееся время), то есть сокращать количество витков и сопротивление катушки. Поэтому в реальных многоступенчатых ускорителях (а их, кстати, не так много сделано) КПД сначала растет, потом начинает падать

Теперь ясно. Тогда может лучше использовать предварительный разгон
(пружинкой например). Чтобы хотя бы 10 м/с вначале получить. В рейлганах КПД тоже сильно от скорости зависит, поэтому там предварительный разгон часто используют.
Кстати, вы в качестве ствола используете тонкую непроводящую прозрачную трубку. Можно ли использовать непрозрачную трубку с сквозными отверстиями для фотодатчиков? Вроде жёсткость ствола можно было бы увеличить и износ внутренней поверхности ствола перестанет влиять на работу фотодатчиков.

KALAMANOY 14-07-2015 12:22

Тема очень интересная, респект создателю девайса!

Под терминами Лук и Арбалет подразумеваются стрелометы использующие в качестве движителя упругие элементы (дуги) и тетиву. Данное устройство корректнее классифицировать как электромагнитный стреломет.

http://www.youtube.com/watch?v=lFCTzIGYeMk

http://www.youtube.com/watch?v=y54aLcC3G74

http://www.youtube.com/watch?v=GXF0n6aojSc

Eugen 1 16-07-2015 14:38

quote:
Кстати, вы в качестве ствола используете тонкую непроводящую прозрачную трубку. Можно ли использовать непрозрачную трубку с сквозными отверстиями для фотодатчиков? Вроде жёсткость ствола можно было бы увеличить и износ внутренней поверхности ствола перестанет влиять на работу фотодатчиков.

Дело как раз в том, что непрозрачную трубку надо сверлить, в результате внутри образуются заусенцы, мешающие движению снаряда - их надо как-то убирать. Если трубка длинная и тонкая, то это достаточно сложно сделать. Кроме того, при таком подходе теряется адаптивность системы в виде возможности точной подстройки положения датчика.

И еще момент. Для койлгана очень важно, чтобы толщина стенок ствола была минимальной (иначе будет слабое потокосцепление катушек и снаряда - поле просто будет рассеиваться в воздухе). В моей конструкции она где-то 0.1 мм. При такой толщине никакой материал (даже металл) не сможет обеспечить необходимую прочность, чтобы нести на себе все катушки и не деформироваться. То есть в любом случае необходимо некое внешнее упрочнение. Поэтому из чего делать ствол, в принципе, даже не очень важно.

Eugen 1 16-07-2015 14:57

to KALAMANOY

Спасибо.

На приведенных Вами ссылках - ускорители совсем другого типа - рельсотроны (рэйлганы). Устройства такого типа обеспечивают хорошую эффективность при начальных скоростях порядка километров в секунду и огромных вкладываемых энергиях. То есть это принципиально стационарные установки.
Хотя вот здесь http://www.future-weapons.ru/forum/viewtopic.php?f=4&t=189 товарищ и пытался двигаться в сторону портативной пушечки.

KALAMANOY 16-07-2015 21:53

quote:
Изначально написано Eugen 1:
На приведенных Вами ссылках - ускорители совсем другого типа - рельсотроны (рэйлганы).

Конструктив разный, а основной принцип действия один - электромагнитный ускоритель.

Луки тоже бывают различной конструкции: лонги, рекурвы, блочные, блочно-рычажные, рычажные, а основной принцип действия один - "палка c веревкой" :) - использование упругих свойств дерева (металла, пластмассы) или энергии скрученных/растянутых волокон и мускульной силы (ходят слухи, что некоторые чудаки пытаются еще и голову использовать :)).

з\ы Кстати, на http://www.coilgun.ru/ так и не нашел тему про растяжку/прикладку/дотяг коилгана :) А в Луке без этого никак! :P