Принцип действия
Вторая трудность - большой расход энергии (из-за низкого КПД) и достаточно длительное время перезарядки конденсаторов, что заставляет вместе с пушкой Гаусса носить и источник питания (как правило, мощную аккумуляторную батарею). Можно значительно увеличить эффективность, если использовать сверхпроводящие соленоиды, однако это потребует мощной системы охлаждения, что значительно уменьшит мобильность пушки Гаусса.
Третья трудность (следует из первых двух) - большой вес и габариты установки, при её низкой эффективности.
Пушка Гаусса в научной фантастике
Пушка Гаусса весьма популярна в научной фантастике, где выступает в качестве персонального высокоточного смертоносного оружия, а также стационарного высокоточного и (реже) высокоскорострельного оружия.
Кроме того, пушка Гаусса фигурирует в ряде компьютерных игр . Забавно то, что в основном оружие наделено спецэффектами, которых быть не должно.
Ссылки
- Всё об электромагнитных ускорителях (блог в журнале "Популярная механика")
- Видеоролик. Пушка Гаусса в игре S.T.A.L.K.E.R., в игре Fallout 2 и самодельная реальная пушка Гаусса
Wikimedia Foundation . 2010 .
В свое время такое устройство, как винтовка Гаусса, получило большое распространение в среде писателей-фантастов и разработчиков компьютерных игр. Ее часто применяют непобедимые герои романов, и именно она обычно является в компьютерных играх. Однако на самом деле винтовка Гаусса практически не нашла применения в современном мире, и это связанно в основном с особенностями ее конструкции.
Дело в том, что в основе действия такой винтовки - принцип ускорения массы на основе бегущего магнитного поля. Для этого используют соленоид, в который помещают ствол винтовки, причем он должен быть изготовлен из диэлектрика. Снаряды же винтовка Гаусса использует только те, что изготовлены из ферромагнетика. Таким образом, при подаче тока на соленоид в нем появляется которое притягивает снаряд внутрь. При этом импульс должен быть очень мощным и кратковременным (чтобы "разогнать" снаряд до и при этом не затормозить его внутри соленоида).
Такой принцип действия дает модели преимущества, которые недоступны для многих других видов стрелкового вооружения. Она не требует наличия гильз, отличается небольшой отдачей, которая равна импульсу вылетающего снаряда, обладает большим потенциалом бесшумной стрельбы (при наличии достаточно обтекаемых снарядов, начальная скорость которых не будет превышать При этом такая винтовка дает возможность вести стрельбу практически в любых условиях (как говорят, даже в открытом космосе).
И, конечно же, множество "умельцев" ценят то, что винтовка Гаусса своими руками в домашних условиях вполне может быть собрана фактически "из ничего".
Однако некоторые конструктивные особенности и принципы действия, которые характерны для такого изделия, как Гаусс-винтовка, имеют и отрицательные стороны. Самая главная из них - низкий КПД, который использует от 1 до 10 процентов энергии, переданной конденсатором на соленоид. При этом множественные попытки исправить этот недостаток не принесли существенного результата, а только повысили КПД модели до 27%. Все остальные недостатки, которые имеет винтовка Гаусса, вытекают именно из маленького КПД. Винтовке требуется большое количество энергии для эффективной работы, также она имеет громоздкий вид, большие габариты и вес, а процесс перезарядки довольно длителен.
Выходит, что недостатки такого как винтовка Гаусса, перекрывают большую часть его достоинств. Возможно, с изобретением сверхпроводников, которые можно будет отнести к классу высокотемпературных, и появлением компактных и мощных источников питания это оружие снова привлечет внимание ученых и военных. Хотя большинством практиков считается, что к этому времени будут существовать другие типы оружия, намного превосходящие винтовку Гаусса.
Единственной областью применения данного вида оружия, рентабельной уже в наше время, являются космические программы. Правительства большинства космических держав планировали использовать винтовку Гаусса для установки на космических шаттлах или спутниках.
X-Com, Fallout, враг неизвестен… Горький запах пожарищ и треск счетчика Гейгера. Но куда бы я ни шел в выжженной пустыне, со мной всегда была она - винтовка Гаусса....
А вот это - уже не игра. Это реальная Гаусс-винтовка, которую выпускает российская компания Silent Flash . И это оружие, как и Гаусс-пистолет, можно заказать через Интернет.
Конечно, у них есть свои собственные имена - «Молния» и «Игла». Как можно заметить, их внешний вид почти копирует известную штурмовую винтовку F2000 из Бельгии и пистолет-пулемет mp7a1 от Heckler&Koch. А это значит что? Что с таким реквизитом вы будете первый гость на любой вечеринке!
Принцип Гаусс-винтовки основан на электромагнитном разгоне тел с магнитными свойствами. В данных моделях, «Молнии» и «Игле» используется необычный принцип - разгоняется не сама пуля, как в других современных образцах Гаусс-оружия, а якорь, который толкает пулю. За счет этого удалось не только улучшить боевые параметры (так как якорь изготавливается из специальных материалов), но и перейти на немагнитные пули. На обычную свинцовую дробь из охотничьих магазинов.
Боевая мощь «гауссовок» сознательно, по требованию органов ограничена 7 Джоулями (в страйкбольной модификации мощность будет снижена до 3 Джоулей), но как пишут сами разработчики, конструктивно этот предел можно обойти и нарастить мощность выстрела побольше.
Сейчас же параметры оружия таковы:
Калибр - свинцовая дробь 00 (4,5 мм, продается в любом охотничьем магазине);
Скорострельность - 1 выстрел в 5 секунд («Молния») или 7,5 («Игла»)
Начальная скорость пули - 170 м/с («Молния»), 165 м/с («Игла»)
Максимальная дальность стрельбы - 100 метров («Молния»), 80 метров («Игла»).
По легенде, начиналось все так. Три студента в 1991 году собрали первую модель электромагнитной пушки, но после двух лет испытаний забросили все, разочаровавшись результатами. В 2002 году, они случайно находят старую модель и решают продолжить эксперименты. В 2004 году собираются первые серийные образцы, а в 2005 начинается производство. Хотели продавать через оруженые магазины, но из-за трений с органами перешли исключительно на Интернет-торговлю.
«Молния» обойдется в 11 200 р. или 16 400 р. в премиум-варианте (отличается тем, что корпус изготовлен из анодированного алюминия, а не из ударопрочного пластика, как обычная. Это и выглядит круче, и на ощупь куда приятнее). «Игла» - 7300 или 9800 соответственно. В комплект поставки входит 500 пуль, плюс зарядные устройства от сети, от прикуривателя в автомобиле, документация и т.д.
Ну, я думаю, всем уже ясно, что будущее уже наступило? Остается ждать, когда в Интернет-магазинах появится RailGun, или, чем барон ада не шутит, BFG.
Фотографии «Молнии»:
Вот что бывает с неосторожной банкой Кока-Колы, осмелившейся грубить нам в баре “У трех браминов!”
Принцип действия
Параметры ускоряющих катушек, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту подлета снаряда к соленоиду индукция магнитного поля в соленоиде была максимальна, но при дальнейшем приближении снаряда резко падала. Стоит заметить что возможны разные алгоритмы работы ускоряющих катушек.
Кинетическая энергия снаряда
Масса снаряда
- его скорость
Энергия запасаемая в конденсаторе
Напряжение конденсатора
- ёмкость конденсатора
Время разряда конденсаторов
Это время за которое конденсатор полностью разряжается. Оно равно четверти периода:
- индуктивность
- ёмкость
Время работы катушки индуктивности
Это время за которое ЭДС катушки индуктивности возрастает до максимального значения (полный разряд конденсатора) и полностью падает до 0. Оно равно верхнему полупериоду синусоиды.
- индуктивность
- ёмкость
Применение
Теоретически возможно применение пушек Гаусса для запуска лёгких спутников на орбиту. Основное применение - любительские установки, демонстрация свойств ферромагнетиков . Также достаточно активно используется в качестве детской игрушки или развивающей техническое творчество самодельной установки (простота и относительная безопасность).
Преимущества и недостатки
Пушка Гаусса в качестве оружия обладает преимуществами, которыми не обладают другие виды стрелкового оружия . Это отсутствие гильз и неограниченность в выборе начальной скорости и энергии боеприпаса , возможность бесшумного выстрела (если скорость достаточно обтекаемого снаряда не превышает скорости звука) в том числе без смены ствола и боеприпаса, относительно малая отдача (равная импульсу вылетевшего снаряда, нет дополнительного импульса от пороховых газов или движущихся частей), теоретически, больша́я надежность и теоретически износостойкость , а также возможность работы в любых условиях, в том числе в космическом пространстве .
Однако, несмотря на кажущуюся простоту пушки Гаусса, использование её в качестве оружия сопряжено с серьёзными трудностями.
Первая и основная трудность - низкий КПД установки. Лишь 1-7 % заряда конденсаторов переходят в кинетическую энергию снаряда. Отчасти этот недостаток можно компенсировать использованием многоступенчатой системы разгона снаряда, но в любом случае КПД редко достигает 27 %. В основном в любительских установках энергия запасенная в виде магнитного поля никак не используется, а является причиной использования мощных ключей (часто применят доступные IGBT модули) для размыкания катушки (правило Ленца).
Вторая трудность - большой расход энергии (из-за низкого КПД).
Третья трудность (следует из первых двух) - большой вес и габариты установки при её низкой эффективности.
Четвёртая трудность - достаточно длительное время накопительной перезарядки конденсаторов , что заставляет вместе с пушкой Гаусса носить и источник питания (как правило, мощную аккумуляторную батарею), а также высокая их стоимость. Можно, теоретически, увеличить эффективность, если использовать сверхпроводящие соленоиды, однако это потребует мощной системы охлаждения, что приносит дополнительные проблемы, и серьёзно влияет на область применения установки.
Пятая трудность - с увеличением скорости снаряда время действия магнитного поля, за время пролёта снарядом соленоида, существенно сокращается, что приводит к необходимости не только заблаговременно включать каждую следующую катушку многоступенчатой системы, но и увеличивать мощность её поля пропорционально сокращению этого времени. Обычно этот недостаток сразу обходится вниманием, так как большинство самодельных систем имеет или малое число катушек, или недостаточную скорость пули.
В условиях водной среды применение пушки без защитного кожуха также серьезно ограничено - дистанционной индукции тока достаточно, чтобы раствор солей диссоциировал на кожухе с образованием агрессивных (растворяющих) сред что требует дополнительного магнитного экранирования.
Таким образом, на сегодняшний день у пушки Гаусса нет перспектив в качестве оружия, так как она значительно уступает другим видам стрелкового оружия, и вряд ли перспективы появятся в будущем, так как она не может составить конкуренцию установкам, работающим на других принципах. Теоретически, перспективы возможны лишь в будущем, если будут созданы компактные и мощные источники электрического тока и высокотемпературные сверхпроводники (200-300К). Однако, установка, подобная пушке Гаусса, может использоваться в космическом пространстве, так как в условиях вакуума и невесомости многие недостатки подобных установок нивелируются. В частности, в военных программах СССР и США рассматривалась возможность использования установок, подобных пушке Гаусса, на орбитальных спутниках для поражения других космических аппаратов (снарядами с большим количеством мелких поражающих деталей), или объектов на земной поверхности.
В литературе
Довольно часто в литературе научно-фантастического жанра упоминается пушка Гаусса. Она выступает там в роли высокоточного смертоносного оружия. Примером такого литературного произведения являются книги из серии «S.T.A.L.K.E.R.», написанные по серии игр S.T.A.L.K.E.R. , где Гаусс-пушка была одним из мощнейших видов оружия. Но первым в научной фантастике пушку Гаусса воплотил в реальность Гарри Гаррисон в своей книге «Месть Стальной Крысы » (неправда, задолго до Гаррисона, А. Казанцев, «Пылающий остров», возможно, были ещё более ранние упоминания). Цитата из книги: «Каждый имел при себе гауссовку - многоцелевое и особо смертоносное оружие. Его мощные батареи накапливали впечатляющий заряд. Когда нажимали на спуск, в стволе генерировалось сильное магнитное поле, разгоняющее снаряд до скорости, не уступающей скорости снаряда любого другого оружия с реактивными патронами. Но гауссовка имела то превосходство, что обладала более высокой скорострельностью, была абсолютно бесшумной и стреляла любыми снарядами, от отравленных иголок до разрывных пуль.»
В компьютерных играх
- В игре Crimsonland присутствует пушка Гаусса, которая бесшумно пронизывает врагов, нанося тяжёлые повреждения.
- В Warzone 2100 при развитии до 70 % открывается доступ к пушке Гаусса.
- В BattleTech, в сериях MechWarrior и MechCommander.
- В стратегиях Command & Conquer 3: Tiberium Wars и Command & Conquer 3: Kane’s Wrath существует улучшение «Пушки Гаусса», увеличивающее урон для танков «Хищник» и «Мамонт», роботов «Титан» и защитных орудий «Страж». Также Спецназ ГСБ в игре вооружены Скорострельными Гаусс-винтовками.
- В игре S.T.A.L.K.E.R. гаусс-пушка имеет огромную мощность и медленно перезаряжается. Она работает на батареях, которые используют энергию артефакта «Вспышка». В игре «S.T.A.L.K.E.R Зов Припяти» под аномалией «Железный лес» есть помещение где проводились её испытание, там же стоит огромная пушка Гаусса.
- В «StarCraft » пехотинцы вооружены автоматической винтовкой Гаусса C-14 «Impaler». Призраки также имеют винтовки C-10, которые называются «Картечные винтовки».
- В «Crysis » винтовка Гаусса представляет собой снайперское оружие , наносящее максимальный урон.
- В «Crysis 2 » пушка Гаусса представляет собой модификацию для штурмовой винтовки, наряду с подствольным гранатомётом. Обладает большим уроном и медленной перезарядкой.
- В «Fallout 2 » винтовка Гаусса является самым мощным оружием с высокой дальностью стрельбы, почти не уступающей снайперским винтовкам.
- В «Fallout 3 » и в «Fallout New Vegas» винтовка Гаусса - энергетическая снайперская винтовка, оснащённая оптическим прицелом и отличающаяся высокой эффективностью на средних и больших дистанциях. Наносит очень большой урон.
- В «Fallout Tactics » есть гаусс-пистолет, гаусс-винтовка и четырёхствольный гаусс-пулемёт.
- В игре X-COM: Terror From The Deep орудие Гаусса является одной из первых разработок для уничтожения инопланетян под водой.
- В играх X³: Reunion /X³: Terran Conflict Гаусс-пушка - мощное оружие для эсминцев, обладающее хорошей дальностью, но низкой скоростью полёта снарядов. Энергии практически не тратит, но требует специальных боеприпасов.
- B Ogame пушка Гаусса - мощное оборонительное сооружение.
- В Red Faction: Guerrilla Гауссова винтовка является оружием высокой мощности, но обладает средней разрушающей силой по сравнению с другими видами оружия, несущими разрушающий характер.
- В MMOTPS игре S4 League пушка Гаусса представляет из себя пулемет, у которого при беспрерывной стрельбе постепенно снижается точность.
- В серии игр Warhammer 40.000 пушки Гаусса активно используются некронами. Под пушкой Гаусса в этом случае подразумевается энергетическое оружие стреляющее зелеными молниями и разрушающее межмолекулярные связи, в некоторых случаях утверждается, что жертва подвергается аннигиляции.
Принцип действия
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. Снаряд при этом получает на концах полюса симметрично полюсам катушки, из-за чего после прохода центра соленоида снаряд притягивается в обратном направлении, т.е. тормозится. Но если в момент прохождения снаряда через середину соленоида отключить в нём ток, то магнитное поле исчезнет, и снаряд вылетит из другого конца ствола. Но при выключении источника питания в катушке образуется ток самоиндукции, который имеет обратное направление тока, и поэтому меняет полярность катушки. А это значит, что при резком выключении источника питания снаряд, пролетевший центр катушки, будет отталкиваться и получать ускорение дальше. В ином случае, если снаряд не достиг центра, он будет тормозиться.Для наибольшего эффекта импульс тока в соленоиде должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого импульса используются электрические конденсаторы. Если используется полярный конденсатор (напр. на электролите), то в цепи обязательно должны быть диоды, которые защитят конденсатор от тока самоиндукции и взрыва.
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.
Расчёты
Энергия запасаемая в конденсаторе
V - напряжение конденсатора (в Вольтах)C - ёмкость конденсатора (в Фарадах)
Энергия запасаемая при последовательном и параллельном соединении конденсаторов равна.
Кинетическая энергия снаряда
m - масса снаряда (в килограммах)
u - его скорость (в м/с)
Время разряда конденсаторов
Это время за которое конденсатор полностью разряжается. Оно равно четверти периода:
L - индуктивность (в Генри)
C - ёмкость (в Фарадах)
Время работы катушки индуктивности
Это время за которое ЭДС катушки индуктивности возрастает до максимального значения (полный разряд конденсатора) и полностью падает до 0. Оно равно верхнему полупериоду синусоиды.
L - индуктивность (в Генри)
C - ёмкость (в Фарадах)
Преимущества и недостатки
Пушка Гаусса в качестве оружия обладает преимуществами, которыми не обладают другие виды стрелкового оружия. Это отсутствие гильз и неограниченность в выборе начальной скорости и энергии боеприпаса, а так же скорострельности орудия, возможность бесшумного выстрела (если скорость снаряда не превышает скорости звука) в том числе без смены ствола и боеприпаса, относительно малая отдача (равная импульсу вылетевшего снаряда, нет дополнительного импульса от пороховых газов или движущихся частей), теоретически, больша́я надежность и износостойкость, а так же возможность работы в любых условиях, в том числе космического пространства.Однако, несмотря на кажущуюся простоту пушки Гаусса и её преимущества, использование её в качестве оружия сопряжено с серьёзными трудностями.
Первая трудность — низкий КПД установки. Лишь 1-7 % заряда конденсаторов переходят в кинетическую энергию снаряда. Отчасти этот недостаток можно компенсировать использованием многоступенчатой системы разгона снаряда, но в любом случае КПД редко достигает даже 27 %. Поэтому пушка Гаусса по силе выстрела проигрывает даже пневматическому оружию.
Вторая трудность — большой расход энергии (из-за низкого КПД) и достаточно длительное время перезарядки конденсаторов, что заставляет вместе с пушкой Гаусса носить и источник питания (как правило, мощную аккумуляторную батарею). Можно значительно увеличить эффективность, если использовать сверхпроводящие соленоиды, однако это потребует мощной системы охлаждения, что значительно уменьшит мобильность пушки Гаусса.
Третья трудность (следует из первых двух) — большой вес и габариты установки, при её низкой эффективности.
Таким образом, на сегодняшний день пушка Гаусса не имеет особых перспектив в качестве оружия, так как значительно уступает другим видам стрелкового оружия. Перспективы возможны лишь в будущем, если будут созданы компактные, но мощные источники электрического тока и высокотемпературные сверхпроводники (200—300К).
Загрузка...
