Рельсотроны для ручных винтовок и космических кораблей

1. Рейлганы могут стрелять во все токопроводящее. Энергия снаряда mv^2. Вольфрам тяжелый, поэтому масса увеличивается. Это хорошо, если вы хотите максимизировать кинетическую энергию, потому что вы стреляете во что-то за сотни миль в атмосфере. Ручное оружие не такое точное, если только вы не встроили компьютерное суперснайперское наведение (что мне нравится для космических сражений). Снаряд не будет терять энергию на трение в пространстве. Ваши снаряды могут быть менее массивными и все равно будут наносить удар из-за большой скорости. Их можно сделать из углеродного волокна. Ваши космодесантники (которым приходится их таскать) будут вам благодарны.

2. Настоящие рельсотроны сильно разрушают свои рельсы. Рельсы должны быть подготовлены перед обжигом. Вы также можете сделать рельсы из углеродного волокна, и космодесантники будут шлифовать их между выстрелами, или иметь очиститель канала ствола на палке, которую они вставляют и вынимают из дульного среза, чтобы очистить его.

В качестве альтернативы вы можете сделать так, чтобы каждый рельсотрон производил по одному выстрелу. Космодесантники несут много бочек. Каждый выдвигается и прикрепляется для одноразового использования, а затем выбрасывается.

3. Одноразовый выбрасываемый рельсотрон предлагает возможность использования одноразового конденсатора для каждого ствола. Он разрядится одиночным выстрелом, а затем будет выброшен.

4. Легкой альтернативой металлическим или углеродным волокнам могут быть плазменные рельсы. Моя схема для этого: http://www.halfbakery.com/idea/Plasma_20Rail_20Railgun#1186761424 Рельсы сделаны из тонкой проволоки. Заряд превращает их в плазму, а затем плазма несет заряд. Вам нужны новые провода с каждым выстрелом. Вы можете размотать их с катушки на ружье.

5. Более длинные рельсы (длиннее ствол) = большее ускорение. Более высокий ток = большее ускорение. У вас возникнут проблемы с омическим нагревом снаряда и рельсов. Вы можете сделать свой снаряд и рельсовые сверхпроводники для частичного решения этой проблемы. Другая схема: http://www.halfbakery.com/idea/Superconducting_20railgun_20projectile#1137552946

Ах, безмятежные дни 2006 года...

Есть несколько ответов на вопросы о рельсотронах/койлганах прямо здесь, на бирже стеков построения мира:

Есть ли преимущество у рельсотрона/койлгана с несколькими стволами?

Что более жизнеспособно, футуристическое пехотное оружие, рельсовые пушки или лазерные винтовки?

Осуществимость системы койлгана для субсветового межпланетного транспорта

В чем преимущества койлгана перед рейлганом?

Я также могу указать вам на всегда полезный сайт Atomic Rockets , где вы можете найти уравнения, необходимые для точного ответа на ваши вопросы.

Более короткий ответ: вам нужно будет довольно тщательно определить, что вы хотите сделать. Оружие пехоты, используемое в качестве «боевой винтовки» дальнего действия (полуавтоматическое, относительно большого калибра [7 мм+]), будет иметь иные требования, чем нечто, напоминающее нынешнюю военную штурмовую винтовку (выборочный огонь, снаряды калибра 6 мм). Антиматериальная винтовка, способная повреждать здания или транспортные средства, будет совсем другим зверем.

Затем требования будут управлять вашей системой питания, а затем вы сможете посмотреть на такие вещи, как отвод тепла, связь по мощности (потеря разъема действительно испортит день любому хряку ....) и так далее. Катушки также являются электромагнитным оружием, и вы можете сравнить эффективность двух типов оружия:

Посмотрите на атомные ракеты и посмотрите, что происходит, когда вы пытаетесь выстрелить снарядом размером с монету с ускорением 100G из ствола длиной 100 км...

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).

Если вы используете синхронный койлган с постоянным магнитом в снаряде, эта температура должна быть меньше точки Кюри, иначе снаряд станет немагнитным. Если ваш снаряд для койлгана сделан из сверхпроводников и вы используете эффект отталкивания Мейснера, эта температура должна быть меньше критической температуры сверхпроводника, иначе ваш сверхпроводник станет несверхпроводящим. Если вы используете асинхронный койлган, использующий индуктивные силы на токопроводящих петлях, эта температура должна быть меньше температуры плавления вашего снаряда. Если температура слишком высока, вам нужно либо использовать материал, способный выдерживать более высокие температуры, либо сделать койлган более эффективным, либо принять более низкую скорость снаряда.

Определите максимальное магнитное поле, которое может выдержать ваш койлган. Если вы используете синхронный койлган с постоянными магнитами (вероятно, в снаряде, с катушками возбуждения вдоль ствола), вы ограничены полем насыщения примерно от 0,2 до 2 тесла, за пределами которого ваша эффективность быстро падает. Если вы используете сверхпроводники, ваше поле ограничено критическим полем сверхпроводника. Для обычных сверхпроводников типа БКШ это ограничивает вас полем в несколько десятков тесла или меньше, для высокотемпературных сверхпроводников вы можете получить от 100 до 200 тесла. При использовании асинхронного койлгана, который использует индукцию для запуска снарядов с нормальной проводимостью, нет очевидного физического верхнего предела напряженности магнитного поля, хотя при высокой напряженности поля потребуются массивные распорки, чтобы ствол не взорвался.

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

Если ствол неприемлемо длинный, то нужно будет либо придумать, как получить более сильное поле в стволе, сделать снаряд короче (если посчитать, то видно, что длина ствола будет кратна длине снаряда для заданного поля, материала, эффективности и конечной скорости) или добиться меньшей скорости снаряда.

В качестве примера предположим, что у нас есть синхронный койлган, и что койлган может генерировать поля в 1 Тесла (хорошее число, которое не насытит ферромагнетик). Наш предполагаемый ферромагнетик, вероятно, в основном состоит из железа с плотностью около 8000 кг/м3. Чтобы разогнаться до 100 км/с, вам понадобится 40 ТДж на кубический метр снаряда. Поскольку это в 100 миллионов раз больше плотности энергии поля, вам потребуется, чтобы снаряд выместил в 100 миллионов раз больше своего объема, чтобы разогнаться до желаемой скорости. Это означает, что вам нужен разгон в 100 миллионов раз длиннее вашего снаряда. Если снаряд размером с монетку, толщиной 1мм, то понадобится гусеница длиной 100 км. Если 2,5% энергии переходит в снаряд в виде тепла из-за неэффективности, вы получаете 100 ГДж тепла на кубический метр снаряда, или 12 МДж/кг. Это в три раза больше удельной энергии, высвобождаемой при детонации взрывчатых веществ, так что вы можете ожидать, что ваш снаряд взорвется, как бомба, внутри ствола вашего койлгана. Следовательно, это выглядит как неработоспособная конструкция.

Для меня, как любителя оружия, лучшей идеей было бы использовать как можно больше аналогов огнестрельного оружия.

С моей точки зрения, самым сложным вопросом, на который нужно ответить, будет вопрос о том, как привести такое оружие в действие. Не вдаваясь в физические детали, рельсотроны, вероятно, будут иметь съемные магазины, содержащие как снаряд, так и дешевую одноразовую батарею. Эти магазины будут спроектированы таким образом, чтобы батарея использовала последнюю часть своей энергии при последнем выстреле, а затем магазин заменялся, как в современной винтовке. Ваше предложение по регулировке мощности может быть реализовано с помощью магазинов разного напряжения.

Для пуль я бы сказал, что достаточно свинца или стали. Против небронированных целей вам действительно нужен более мягкий снаряд, чтобы он больше деформировался и отдавал больше своей энергии цели. Стальные пули были бы лучшим выбором против бронированных целей по противоположной причине.