Hand Held Coil Gun cannon - достаточно, чтобы разорвать конечности гигантского робота на куски

Я заметил, что один вопрос, который вы не рассмотрели в письменном вопросе, заключается в том, как именно устройство будет питаться? Катушки или связанные с ними устройства, такие как рельсотроны, используют электрическую энергию, поэтому солдату понадобится либо какой-то генератор, либо довольно гигантский набор батарей или конденсаторов для питания оружия. Так что физический размер будет довольно впечатляющим, больше похожим на пушку, чем на антиматериальную винтовку.

Возможно, самый простой способ обеспечить некоторую мобильность и уменьшить силы отдачи (которые будут довольно значительными) — это привести оружие в действие с помощью химических взрывчатых веществ (компактный источник энергии высокой плотности) через МГД-генератор. Взрывчатка детонирует в камере с открытым концом, и поток сверхзвуковых газов проходит через МГД-генератор, чтобы обеспечить энергию для приведения в действие катушек. пушка с отдачей (обратный взрыв и видимая вспышка)

Еще одна проблема заключается в том, что койлганы должны быть защищены от мощных магнитных сил и иметь средства рассеивания тепла в катушках и переключающих устройствах, поэтому аналогия с пушкой на самом деле довольно точна, особенно если вы стреляете очень маленьким снарядом. на мегазвуковых скоростях (например, 400+ Маха в ответе JerryTheC).

Обязательная страница Atomic Rockets поможет вам рассчитать окончательный размер койлгана, массу снаряда и сколько энергии вам на самом деле понадобится, но вот начало:

Вот быстрый способ оценить, какую производительность вы можете получить от койлгана. Кому-то здесь может быть интересно.

Во-первых, определитесь с эффективностью вашего койлгана. Coilguns - это линейные бесщеточные электродвигатели, а бесщеточные электродвигатели продемонстрировали эффективность от 90% до 95%. Сверхпроводящие электродвигатели могут иметь КПД от 98% до 99%. Обозначим это как десятичное число и назовем e; то есть от е = 0,9 до е = 0,95.

Далее определитесь с длиной и радиусом вашего снаряда. Определите, из чего сделан ваш снаряд, и найдите его массу.

масса = плотность * длина * радиус2 * &pi (и не забудьте использовать согласованные единицы измерения).

Также найдите площадь поперечного сечения снаряда

площадь = радиус2 * π

Решите, с какой скоростью вы хотите, чтобы ваш снаряд летал, и определите его окончательную кинетическую энергию.

кинетическая энергия = 0,5 * масса * скорость2 (опять же не забудьте использовать согласованные единицы измерения).

Учитывая эффективность вашего койлгана, вы можете узнать, насколько сильно нагревается ваш снаряд. Вы можете предположить, что половина потраченной впустую энергии идет на снаряд, и, таким образом, ваш снаряд получит тепловую энергию

тепловая энергия = 0,5 * (1/e - 1) * (кинетическая энергия)

Найдите удельную теплоемкость материала, из которого сделан ваш снаряд, обычно называемого C. Тогда ваш снаряд достигает температуры

температура снаряда = (тепловая энергия) / (C * масса) (снова убедитесь, что ваши единицы измерения последовательны).

Теперь предположим, что ствол заполнен полем, и что снаряд выметает поле из ствола, превращая энергию поля в кинетическую энергию (на самом деле койлганы работают не так, но это дает физический верхний предел, основанный на сохранении энергии). . Плотность энергии составляет примерно 400 кДж/м3/Т2, умноженное на квадрат напряженности магнитного поля (398 098 Дж/м3/Т2 до шести значащих цифр). Назовите это значение К

K = 400 кДж/м3/Т2

Теперь вы знаете объем, необходимый в стволе, исходя из того, сколько энергии в конечном итоге получает снаряд.

объем = кинетическая энергия / (K * (магнитное поле)2)

Поскольку вы знаете площадь поперечного сечения снаряда и, следовательно, ствола, вы знаете, какой длины должен быть ствол.

длина = объем/площадь

Поскольку у вас есть параметры, вы можете рассчитать реальную производительность вашего койлгана. Кроме того, теперь вы можете работать в обратном направлении от количества энергии, которое вы хотите направить на цель, и спроектировать свой койлган.

Удачи!

Как указал WhatRoughBeast, ватты - это мощность (скорость подачи энергии), а джоули - это энергия (сколько энергии в общей сложности хранится в вашем конденсаторе).

Если вы хотите знать, сколько энергии может быть передано вашей цели, то это ваши 1,1 ГДж, умноженные на эффективность вашего койлгана (за вычетом потерь из-за сопротивления атмосферы).

Если вы рассчитаете массу своего снаряда, вы можете рассчитать начальную скорость, игнорируя сопротивление воздуха (которое, судя по приведенному ниже результату, вероятно, нельзя игнорировать):

кинетическая энергия снаряда = 1,1 ГДж * эффективность, а поскольку ke = 1/2 массы, умноженной на квадрат скорости, вы получаете (для нерелятивистских скоростей) квадрат скорости = ke / (0,5 * масса), поэтому скорость = квадратный корень из (ke / (0,5 * масса))

в качестве быстрой проверки здравомыслия, со снарядом весом 100 г (0,1 кг) и 100% эффективностью, которая дает

V = sqrt(1,1x10^9/0,05) = 148 324 м/с или около 432 Маха.

что быстро, но далеко не со скоростью света. Но это может быть достаточно быстро, чтобы беспокоиться о том, не сгорит ли ваш снаряд на пути к цели...

Спецификации койлгана по-прежнему не имеют большого смысла, так как снаряд имеет диаметр 50 мм и длину всего 90 мм, что делает снаряд коротким и совсем не приспособленным для пробития брони. Тем не менее, мы пойдем с ним.

Стальной баллон таких размеров будет весить около 1,4 кг. Предполагая эффективность койлгана 100%, это даст скорость около 40 км/сек для 1,1 ГДж, так как

$$\frac{mv^2}{2} = 1.1\times10^9$$ и $$v=\sqrt{\frac{2.2\times10^9}{m}}=\sqrt{\frac{22}{1.4}}\times 10^4=12.5\times10^4=40,000$$

На этом сайте обсуждаются исторические формулы бронепробития стальной брони, и в них используются имперские величины, поэтому

Д = 2 дюйма

Вт = 3 фунта

V = 132 000 футов/сек

Репрезентативная формула для проникающей способности по отношению к диаметру снаряда (T/D):

$$\frac{T}{D}= (0.00005021) D^{0.07144}[(\frac{W}{D^3})(V/C)^2(2Cos^3(Ob)]^{0.71429}$$ где C находится в районе 1,2, а Ob — угол падения. Предполагая нормальное падение, член cos равен 1 и выпадает, оставляя $$\frac{T}{D}= (0.00005021) D^{0.07144}[(\frac{W}{D^3})(V/C)^2]^{0.71429}$$ Хруст через это дает $$\frac{T}{D}=432.6$$ так $$T = 865\text{ inches} = 22\text{ meters}$$

Конечно, это нереальная цифра, как обсуждалось в ссылке, так как скорость снаряда намного больше скорости звука ни в броне, ни в снаряде. Тем не менее, это говорит о том, что пробивание метровой брони не должно быть проблемой, если угол удара достаточно близок к нормальному.

Другой способ взглянуть на проблему — предположить, что снаряд создает полусферическую воронку в броне, испаряя ее. Такой кратер будет иметь объем

$$V = \frac{1}{2}\frac{4\pi r^3}{3} = 2 m^3$$ При плотности брони 8000 кг/ $m^3$это масса 16000 кг. Энергия испарения стали составляет около 6,8 МДж/кг, так что это наихудшее измерение требуемой энергии составляет около 108 ГДж.

Так что вопрос будет заключаться в том, сможет ли снаряд сохранить свою целостность в процессе пробития? Если да, то вполне вероятно, что он может пробить метр брони. Если глубины в 1 метр достаточно, чтобы распределить удар, ответ — нет.

Я подозреваю, что, учитывая высокие скорости, произойдет проникновение, при этом останется много энергии, чтобы нанести урон цели. Уменьшение диаметра и увеличение длины улучшит производительность.

РЕДАКТИРОВАТЬ. Полезно сравнить предложенный пенетратор с реальным. Пенетратор M829A1 весит 4,6 кг и имеет начальную скорость 5500 футов в секунду. В упор он пробьет 670 мм стальной брони, так что что-то с половинной массой, но в 24 раза большей скоростью кажется разумным кандидатом на 50% лучшее пробивание. Однако M829A1 в 2,5 раза плотнее стали, значительно тверже стали и выполнен в виде длинного тонкого стержня. Все эти вещи будут работать против вашего снаряда койлгана.

Также, просто для сравнения, КЭ M829A составляет около 6,4 МДж.