Электромагнитная пушка гаусса на микроконтроллере. Мощная пушка гаусса своими руками

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

Несмотря на относительно скромные размеры, пистолет Гаусса – это самое серьезное оружие, которое мы когда-либо строили. Начиная с самых ранних этапов его изготовления, малейшая неосторожность в обращении с устройством или отдельными его компонентами может привести к поражению электрическим током. Будьте внимательны!

Главный силовой элемент нашей пушки – катушка индуктивности

Обладать оружием, которое даже в компьютерных играх можно найти только в лаборатории сумасшедшего ученого или возле временного портала в будущее, – это круто. Наблюдать, как равнодушные к технике люди невольно фиксируют на устройстве взгляд, а заядлые геймеры спешно подбирают с пола челюсть, – ради этого стоит потратить денек на сборку пушки Гаусса.

Как водится, начать мы решили с простейшей конструкции – однокатушечной индукционной пушки. Эксперименты с многоступенчатым разгоном снаряда оставили опытным электронщикам, способным построить сложную систему коммутации на мощных тиристорах и точно настроить моменты последовательного включения катушек. Вместо этого мы сконцентрировались на возможности приготовления блюда из повсеместно доступных ингредиентов. Итак, чтобы построить пушку Гаусса, прежде всего придется пробежаться по магазинам. В радиомагазине нужно купить несколько конденсаторов с напряжением 350–400 В и общей емкостью 1000–2000 микрофарад, эмалированный медный провод диаметром 0,8 мм, батарейные отсеки для «Кроны» и двух 1,5-вольтовых батареек типа С, тумблер и кнопку. В фототоварах возьмем пять одноразовых фотоаппаратов Kodak, в автозапчастях – простейшее четырехконтактное реле от «Жигулей», в «продуктах» – пачку соломинок для коктейлей, а в «игрушках» – пластмассовый пистолет, автомат, дробовик, ружье или любую другую пушку, которую вы захотите превратить в оружие будущего.

Полностью читайте в свежем номере Журнала "Популярная механика"

Всех кого интересует эта тема прошу сюда:

Пушка Гаусса (англ. Gauss gun, Gauss cannon, Coilgun) - одна из разновидностей электромагнитного ускорителя масс. Названа по имени ученого и математика Гаусса, сформулировавшего математические принципы, используемые в оружии.

Пушка Гаусса состоит из соленоида, внутри которого находится ствол (как правило, из диэлектрика). В один из концов ствола вставляется снаряд (сделанный из ферромагнетика). При протекании электрического тока в соленоиде возникает магнитное поле, которое разгоняет снаряд, «втягивая» его внутрь соленоида. Если в момент прохождения снаряда через середину соленоида отключить в нём ток, то магнитное поле исчезнет, и снаряд по инерции вылетит из другого конца ствола. Для наибольшего эффекта импульс тока в соленоиде должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого импульса используются электрические конденсаторы.

Параметры обмотки, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту подлета снаряда к середине обмотки ток в последней уже успевал бы уменьшится до минимального значения, то есть заряд конденсаторов был бы уже полностью израсходован. В таком случае КПД одноступенчатой пушки Гаусса будет максимальным.

Гаусс Ган своими руками

Раз уже начали встречаться в одной из статей с пушками гаусса, или по другому Гаусс Ган которые сделаны своими руками , в этой статье я публикую еще одну конструкцию и видиозаписи пушки Гаусса.

Данная пушка Гаусса запитывается от аккумулятора в 12 Вольт . На картинке его видно.

Данную статью так же можно использовать как инструкцию, так как в ней подробно описана сборка пушки.

Характеристики пушки:

Масса:2.5 кг
Скорость снаряда: примерно 9 м/с
Масса снаряда: 29 г
Кинетическая энергия снаряда: примерно 1.17 Дж.
Время зарядки конденсаторов от аккумулятора через преобразователь: 2 сек
Время зарядки конденсаторов от сети через преобразователь: около 30 сек
Размеры: 200х70х170 мм

Данный электромагнитный ускоритель способен стрелять любыми металлическими снарядами, которые магнитятся. Пушка Гаусса состоит из катушки и конденсаторов. При протекании электрического тока через катушку, образуется электромагнитное поле, которое в свою очередь разгоняет металлический снаряд. Назначение самое разное - в основном попугать своих одноклассников. В данной статье я вам расскажу как сделать себе такую Гаусс пушку.

Структурная схема Гаусс Пушки

Хотелось бы уточнить момент.На структурной схеме конденсатор 450 Вольт.А из умножителя выходит 500 Вольт.Абсурд.Не правда ли?Ну автор немного не учел это.Ставим конденсатор не менее чем на 500 Вольт.

А теперь сама схема умножителя:

В схеме используется полевой транзистор IRF 3205 .С этим транзистором скорость зарядки конденсатора 1000 мкФ на напряжение 500 вольт будет примерно равна 2-м секундам (с аккумулятором 4 ампер/часов). Можно использовать транзистор IRL3705, но скорость зарядки будет равна примерно 10-и секундам. Вот видео работы преобразователя:

В умножителе на видео стоят транзистор IRL3705, поэтому конденсаторы долго заряжаются. Позже я заменил IRL3705 на IRF 3205 скорость зарядки стала равна 2-м секундам.

Резистором R7 регулируется выходное напряжение от 50 до 900 вольт; светодиод LED 1 показывает, когда конденсаторы зарядились до нужного напряжения. Если трансформатор умножителя шумит, попробуйте уменьшить емкость конденсатора С1, дроссель L1 не обязателен, емкость конденсатора С2 можно уменьшить до 1000 мкФ, диоды D1 и D2 можно заменить на другие диоды с похожими характеристиками. ВАЖНО! Выключатель S1 замыкать только после того, когда подано напряжение на выводы питания. В противном случае, если подать напряжение на выводы и выключатель S1 будет замкнут, может выйти из строя транзистор из-за резкого скачка напряжения!

Сама схема работает просто: микросхема UC3845 вырабатывает прямоугольные импульсы, которые подаются на затвор мощного полевого транзистора, где усиливаются по амплитуде и подаются на первичную обмотку импульсного трансформатора. Далее импульсы раскаченные импульсным трансформатором до амплитуды 500-600 вольт выпрямляются диодом D2 и выпрямленным напряжением заряжают конденсаторы. Трансформатор взят из компьютерного блока питания. На схеме около трансформатора изображены точки. Эти точки указывают начало обмотки. Способ намотки трансформатора такой:

1 . Варим трансформатор взятый из ненужного компьютерного БП (самый большой трансформатор) в кипятке 5-10 мин, потом аккуратно разбираем Ш-образный ферритовый сердечник и разматываем полностью трансформатор.

2 . Сначала наматываем ПОЛОВИНУ вторичной обмотки проводом диаметра 0.5-0,7 мм. Наматывать надо с ножки указанной на схеме точкой.
Намотав 27 витков отводим провод не откусывая его, изолируем 27 витков бумагой или картоном и запоминаем в какую сторону накручивали провод.ЭТО ВАЖНО!!! Если первичная обмотка будет намотана в другую сторону, то ничего работать не будет, так как токи будут вычитаться!!!

3 . Далее наматываем первичную обмотку. Её наматываем тоже от указанного на схеме начала. Наматываем ее в ту же сторону, в которую была намотана первая часть первичной обмотки. Первичная обмотка состоит из 6-и проводов спаянных вместе и намотанных 4-я витками. Мотаем все 6 проводов параллельно друг другу, ровно выкладывая их 4-я витками в два слоя. Между слоями прокладываем слой изолирующей бумаги.

4 . Далее доматываем вторичную обмотку (ещё 27 витков). Мотаем в ту же сторону, что и раньше. И вот трансформатор готов! Осталось собрать саму схему. Если схема сделана правильно, то схема работает сразу без каких либо настроек.

Детали для преобразователя :

Для преобразователя требуется мощный источник энергии как аккумулятор на 4 ампер/час. Чем мощнее аккумулятор, тем быстрее зарядка конденсаторов.

Вот сам преобразователь:

Печатная плата преобразователя-вид снизу:

Эта плата довольно большая и немного потрудившись, я в Sprint-layout нарисовал плату поменьше:

Для тех, кто не способен сделать преобразователь, есть версия Гаусс пушки от сети ~220 вольт. Вот схема умножителя от сети:

Диоды можно взять любые, которые держут напряжение выше 600 вольт, емкость конденсатора подбирается опытным путем от 0.5 до 3.3 мкФ.

Если схема создана правильно, то она работать будет сразу без каких либо настроек.
Катушка у меня 8 Ом. Она намотана медным лакированным проводом диаметром 0.7 мм. Общая длина провода около 90 метров.

Теперь когда все сделано осталось собрать саму пушку. Общая стоимость пушки около 1000 руб. Стоимость рассчитывалась так:

1. Аккумулятор 500 руб.
2. Провод можно найти за 100 руб.
3. Всякие мелочи и детали 400 руб.

Для тех, кто хочет сделать такую же пушку как у меня вот пошаговая инструкция:

1) Выпиливаем кусок фанеры размером 200х70х5 мм.

2) Делаем специальное крепление для рукоятки. Можно сделать рукоятку из игрушечного пистолета, но у меня стоит рукоятка от пистолета для инъекций инсулина. Внутрь рукоятки устанавливается кнопка с двумя положениями (три вывода).

3) Устанавливаем рукоятку.

4) Делаем крепления на фанере для преобразователя.

5) Устанавливаем преобразователь на фанеру.

6) Делаем защитный щиток на преобразователе, чтобы снаряд не повредил преобразователь.

7) Устанавливаем катушку и все спаиваем все провода как на структурной схеме.

8) Делаем корпус из ДВП

9) Устанавливаем все выключатели на место, аккумулятор закрепляем большими стяжками. Вот и все! Пушка готова! Стреляет эта пушка вот такими снарядами:

Диаметр снаряда 10 мм,а длина 50 мм. Вес 29 грам.

Пушка с приподнятым корпусом:

И в завершение несколько видеозаписей

Вот видео работы Гаусс пушки.Выстрел в коробку из рифлёного картона

Выстрел в плитку толщиной 0.8 мм:

Схема простого одноступенчатого настольного электромагнитного ускорителя масс или просто – Гаусс пушка. Названа по имени немецкого учёного Карла Гаусса. В моем случае ускоритель состоит из зарядки, токоограничивающая нагрузка, двух электролитических конденсаторов, вольтметра и соленоида.

Итак, разберем все по порядку. Зарядка пушки работает от сети 220 вольт. Зарядка состоит из конденсатора 1,5 мкФ 400 В. Диоды 1N4006. Напряжение на выходе 350 В.

Далее идет токоограничивающая нагрузка - Н1, в моем случае лампа накаливания, но можно использовать мощный резистор 500 – 1000 Ом. Ключ S1 ограничивает зарядку кондесаторов. Ключ S2 подает разряд мощный разряд тока на соленойд, поэтому S2 должен выдерживать большой ток, в своем случае я использовал кнопку от электрического щитка.

Конденсаторы С1 и С2, каждый 470 мкФ 400 В. В сумме получается 940 мкФ 400 В. Подключать конденсаторы нужно соблюдая полярность и напряжение на них во время зарядки. Контролировать напряжение на них можно вольтметром.

И теперь самое сложное в нашей конструкции гаусс пушки – соленоид. Наматывается он на диэлектическом стержне. Внутренний диаметр ствола 5-6 мм. Провод использовал ПЭЛ 0.5. Толщина катушки 1.5 см. Длина 2 см. Мотая соленоид, нужно каждый слой изолировать супер клеем.

Ускорять нашей электромагнитной гаусс пушкой мы будем обрезки гвоздей или самодельные пули толщиной 4-5 мм, длинной с катушку. Более легкие пули летают на большее расстояние. Более тяжелые летают на расстояние меньше, но энергия у них больше. Мой гаусс ган пробивает пивные банки и стреляет на 10-12 метров в зависимости от пули.

И ещё, для ускорителя лучше подбирать провода потолще, чтобы было меньше сопротивления в цепи. Будьте крайне осторожны! Во время изобретения ускорителя меня несколько раз било током, соблюдайте правила электробезопастности и уделяйте внимание надёжности изоляции. Удачи в творчестве.

Обсудить статью ГАУСС ПУШКА

Проект был начат в 2011 году.Это был проект подразумевающий полностью автономную автоматическую систему для развлекательных целей, с энергией снаряда порядка 6-7Дж, что сравнимо с пневматикой. Планировалось 3 автоматических ступеней с запуском от оптических датчиков, плюс мощный инжектор-ударник засылающий снаряд из магазина в ствол.

Компоновка планировалась такой:

Тоесть класический Булл-пап, что позволило вынести тяжелые аккумуляторы в приклад и тем самым сместить центр тяжести ближе к ручке.

Схема выглядит так:

Блок управления в последствии был разделен на блок управления силовым блоком и блок общего управления. Блок конденсаторов и блок коммутации были обьеденены в один. Так-же были разработаны резервные системы. Из них были собраны блок управления силовым блоком, силовой блок, преобразователь, распределитель напряжений, часть блока индикации.

Представляет собой 3 компаратора с оптическими датчиками.

Каждый датчик имеет свой компаратор. Это сделано для повышения надежности, так при выходе из строя одной микросхемы откажет только одна ступень, а не 2. При перекрытии снарядом луча датчика сопротивление фототранзистора меняется и срабатывает компаратор. При классической тиристорной коммутации управляющие выводы тиристоров можно подключать напрямую к выходам компараторов.

Датчики необходимо устанавливать так:

А устройство выглядит так:

Силовой блок имеет следующую простую схему:

Конденсаторы C1-C4 имеют напряжение 450В и емкость 560мкФ. Диоды VD1-VD5 применены типа HER307/ В качестве коммутации применены силовые тиристоры VT1-VT4 типа 70TPS12.

Собранный блок подключенный к блоку управления на фото ниже:

Преобразователь был применен низковольтный, подробнее о нем можно узнать

Блок распределения напряжений реализован банальным конденсаторным фильтром с силовым выключателем питания и индикатором, оповещающим процесс заряда аккумуляторов. Блок имеет 2 выхода- первый силовой, второй на все остальное. Так-же он имеет выводы для подключения зарядного устройства.

На фото блок распределения крайний справа сверху:

В нижнем левом углу резервный преобразователь, он был собран по самой простой схеме на NE555 и IRL3705 и имеет мощность около 40Вт. Предполагалось использовать его с отдельным небольшим аккумулятором, включая резервную систему при отказе основной или разряде основного аккумулятора.

Используя резервный преобразователь были произведены предварительные проверки катушек и проверялась возможность использования свинцовых аккумуляторов. На видео одноступенчатая модель стреляет в сосновую доску. Пуля со специальным наконечником повышенной пробивной способности входит в дерево на 5мм.

В пределах проекта так-же разрабатывалась универсальная ступень, как главный блок для следующих проектов.

Эта схема представляет собой блок для электромагнитного ускорителя, на основе которого можно собрать многоступенчатый ускоритель с числом ступеней до 20. Ступень имеет классическую тиристорную коммутацию и оптический датчик. Энергия накачиваемая в конденсаторы- 100Дж. Кпд около 2х процентов.

Использован 70Вт преобразователь с задающим генератором на микросхеме NE555 и силовым полевым транзистором IRL3705. Между транзистором и выходом микросхемы предусмотрен повторитель на комплементарной паре транзисторов, необходимый для снижения нагрузки на микросхему. Компаратор оптического датчика собран на микросхеме LM358, он управляет тиристором, подключая конденсаторы к обмотке при прохождении снарядом датчика. Параллельно трансформатору и ускоряющей катушки применены хорошие снабберные цепи.

Методы повышения КПД

Так-же рассматривались методы повышения КПД, такие как магнитопровод, охлаждение катушек и рекуперация энергии. О последней расскажу подробнее.

ГауссГан имеет очень малый КПД, люди работающие в этой области давно разыскивают способы повышения КПД. Одним из таких способов является рекуперация. Суть ее состоит в том чтобы вернуть не используемую энергию в катушке обратно в конденсаторы. Таким образом энергия индуцируемого обратного импульса не уходит в никуда и не цепляет снаряд остаточным магнитным полем, а закачивается обратно в конденсаторы. Этим способом можно вернуть до 30 процентов энергии, что в свою очередь повысит КПД на 3-4 процента и уменьшит время перезарядки, увеличив скорострельность в автоматических системах. И так- схема на примере трехступенчатого ускорителя.

Для гальванической развязки в цепи управления тиристоров использованы трансформаторы T1-T3. Рассмотрим работу одной ступени. Подаем напряжение заряда конденсаторов, через VD1 конденсатор С1 заряжается до номинального напряжения, пушка готова к выстрелу. При подаче импульса на вход IN1, он трансформируется трансформатором Т1, и попадает на управляющие выводы VT1 и VT2. VT1 и VT2 открываются и соединяют катушку L1 с конденсатором C1. На графике ниже изображены процессы во время выстрела.

Больше всего нас интересует часть начиная с 0.40мсек, когда напряжение становится отрицательным. Именно это напряжение при помощи рекуперации можно поймать и вернуть в конденсаторы. Когда напряжение становится отрицательным, оно проходя через VD4 и VD7 закачивается в накопитель следующей ступени. Этот процесс так-же срезает часть магнитного импульса, что позволяет избавится от тормозящего остаточного эффекта. Остальные ступени работают подобно первой.

Статус проекта

Проект и мои разработки в этом направлении в общем были приостановлены. Вероятно в скором будущем я продолжу свои работы в этой области, но ничего не обещаю.

Список радиоэлементов