Портативная пушка Гаусса за 1к
1000р. Схема проста на столько, что ее сможет собрать не разбирающийся. Корпус в свою очередь можно скачать в виде 3D модели.
Принцип работы Пушки Гаусса
Схема портативной Пушки Гаусса
Схема, изображена в виде фотографий компонентов, которые соединены разноцветными проводами для наглядности.
Компоненты схемы, подобраны максимально дешевые, что бы уложится в 1000р. Некоторые компоненты можно купить в магазинах города, но все так же можно заказать на Aliexpress.
- Преобразователь — самый простой, с регулировкой напряжения до 390В.
- Конденсатор — самый дешевый высоковольтный конденсатор с достаточной емкостью. Слышал, что он закипает если его зарядить до полного напряжения в 450В. Но у нас преобразователь выдает максимум 390В.
- Провод — провод для намотки катушки обычно дорогой, лучше всего взять его из старых трансформаторов. В этом случае, гайд максимально доступный, по этому заказано 10м провода с aliexpress (в магазинах будет дорого, можно так же поискать на барахолке).
- Тиристор — лучше покупать в магазинах города, так как на aliexpress можно попасться на подтелку, если заказывать штучно.
- Кнопка — кнопка спуск, продается в местных магазинах и на aliexpress.
- Переключатель — продается в местных магазинах и на aliexpress.
- Контейнер для кроны — так же есть в местных магазинах.
- Соединительные провода
- Батарейки
- Резистор для тиристора.
- Трубка для ствола из немагнитного материала.
Принцип работы
Сначала, происходит зарядка конденсатора через преобразователь. Для этого, переключатель переводится в положение 1 и замыкает батарейки и преобразователь, а цепь батареек тиристора наоборот размыкается, что бы нельзя было выстрелить во время зарядки конденсатора. Таким образом, ток с батареек поступает на преобразователь, а тот, в свою очередь, заряжает конденсатор до 390 В.
После зарядки конденсатора, переключатель переводится в положение 2, размыкает батарейки от преобразователя и замыкает цепь батареек и тиристора. Остается только нажать кнопку спуск. При нажатии на кнопку спуск, происходит замыкание батареек с управляющий электродом тиристора через резистор (резистор нужен, так как для открытия тиристора требуется
1.5В, 150 мА). После того как тиристор открыт — конденсатор разряжается на катушку через него, магнитное поле катушки, втягивает снаряд внутрь себя, происходит выстрел.
В принципе это все по части ускорителя. Что бы доится оптимальных результатов, катушки для Пушки Гаусса обычно рассчитывают в программе Femm.
В текстовом документе приложенному к скрипту, нужно указать параметры своего ускорителя. После чего запустить симуляцию.
После окончания симуляции, в папке с программой появится текстовый файл с результатами, зайдя в который, мы увидим КПД и приращение энергии пули. А так же промежуточные данные, такие как время, позиция снаряда, и ток во время этой позиции. Проанализировав результаты, можно пробовать следующую попытку, пока не добьемся оптимального результата.
Обычно результаты симуляции Femm расходятся с реальными, но без симуляции выйдет все еще хуже. После намотки катушки, возможно, просто понадобится немного подогнать параметры вручную, если хотите выжать максимум.
Для более подробного объяснения, имеется видео. Для наглядности, провода в видео используются тех же цветов, что и в схеме на картинке. Видео поделено на несколько частей поэтапной сборки, так, что сможет собрать даже новичок в электронике.
Корпус для Пушки Гаусса
После сборки ускоряющей части, можно сделать корпус. Корпус обычно каждый делает в меру своих возможностей. Как наиболее подходящий для большинства способ, была спроектирована 3D модель, которую можно распечатать на принтере.
Корпус спроектирован в виде двух половинок, для удобства печати на 3D принтере. В данном случае использовался PLA пластик.
Схему и Модель корпуса можно скачать с гугл диска по ссылке — Download
Процесс изготовления корпуса и испытания изделия, можно посмотреть на видео ниже.
Источник
18-ступенчатый гауссган
В дни моей бурной молодости, когда Fallout еще не был забыт народными массами, а в Сталкера играл каждый второй школьник, среди технически образованной молодежи было модно собирать (или хотя бы пытаться собирать) гауссганы, рейлганы и другие «вундервафли», виденные в компьютерных играх. На некоторых сайтах поддерживались мировые рейтинги любительских конструкций, и конечно же я хотел быть в них первым. С этой целью я замыслил собрать 18-ступенчатый гауссган.
Про этот гауссган меня побудила написать эта статья. В ней кратко описано устройство одноступенчатого гауссгана, так что я не буду повторяться. Смысл многоступенчатого гауссгана в том, чтобы снаряд после выхода из первой катушки сразу ускорялся следующей, и таким образом каждая ступень прибавляла бы ему скорости понемногу.
Поскольку мои знания и навыки в области конструирования в то время были невелики, я решил делать всё максимально просто и без изысков. Стволом стала 10мм латунная трубка из строймага, «ствольной коробкой» — кусок оцинкованного профиля, «рамой» — лист текстолита, а корпусом — квадратный кабелепровод. Тиристоры были найдены в магазине радиодеталей, конденсаторы я выпаял из ЭЛТ-мониторов, а оптопары — из шариковых мышей. Другие детали нашлись на радиорынке и в старой бытовой технике. Далее — несколько фоток процесса сборки:
Диаметр провода, количество витков, геометрические параметры катушек, емкость конденсаторов, упреждение срабатывания оптопар в каждой ступени нужно было подбирать индивидуально для достижения максимального КПД, а чтобы вычислить КПД, нужно было проводить тестовые стрельбы разными типами пуль после каждого изменения — словом, такая «подгонка» заняла довольно много времени. В качестве пуль я использовал обрезки гвоздей:
Для зарядки конденсаторов от 12в аккумулятора я собрал обратноходовый преобразователь, мощности которого хватало на питание 220в лампочки в полный накал:
Также придумал контроллер ступеней на триггере Шмидта:
Когда все ступени уже были на месте, я вдруг вспомнил про то, что гауссгану нужна ручка, за которую его держать, и спусковой крючок. В качестве ручки был использован корпус от сломанной дрели, а курком стала кнопка от микроволновки.
Вот как выглядел готовый гауссган:
Пара видео испытаний (заранее извиняюсь за качество):
А теперь немного о ТТХ:
Энергия, запасенная в конденсаторах — 550 Дж
Энергия пули — 28 Дж
Скорость пули — 70 м/с
Масса пули — 11,4 г
Диаметр пули — 8 мм
КПД — 5,09%
На тот момент это был самый мощный в мире самодельный переносной гауссган. Я хотел сделать к нему магазин и прицельные приспособления, но этому не суждено было сбыться, поскольку моё ЧСВ уже было удовлетворено. У меня были проекты и более амбициозных «вундервафель», но я их постепенно забросил и плавно перетёк в другие направления технического творчества.
Источник
Сказ о том, как сделать Гаусс пушку за семь дней
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.
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.
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).
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.
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.
Источник