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电磁枪与电磁炮,电磁加速方法研究


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仅以此文章抛砖引玉,希望有真正的高手出来指点一二! 单级感应线圈炮理论计算 摘要:简要分析单级感应线圈发射装置的原理,建立基本电路和数学模型。以弹体材料、体积、质量为变量,尝试分析单级感应线圈炮的效率因素。 关键词:单级感应线圈炮;简化模型;效率 一:引言 对单级感应线圈发射装置建立基本数学模型,并尝试加以解算。力求找出弹体重量对系统效率的影响。 二:单级感应线圈炮的工作原理 简化模型,我把单级感应线圈炮的发射线圈和弹体都简化为两个直径相同且同轴排列的电流环(如图1)。当发射线圈a中通过一个上升电流i0时,发射线圈周围的磁场强度也会上升,导致通过弹体b的磁通量增加。由楞次定律可知弹体b中会感应出一个电流i1,并且此电流所产生的磁场是阻碍弹体b中磁通继续增加的,也就是说此电流与发射线圈a中的电流方向相反,弹体b中的感应磁场与发射线圈a中磁场方向也相反。它们之间是相互排斥,由于发射线圈固定,所以弹体向着受力方向加速前进。 (附件:44934)   图1 三:单级感应线圈炮的电路模型 等效电路(如图2),其中C为储能电容,U0为其初始电压,R为发射线圈回路中的总电阻,L为发射回路中的电容ESL、导线分布电感、开关电感等的总和,L0为发射线圈电感量。R1为弹体回路总电阻,L1为弹体电感量。M为发射线圈与弹体间的互感。 (附件:44935)   图

通常,我们把效率定义为:弹丸的动能/消耗的电能。其中消耗的电能 = 弹丸的动能 + 其它的电能损耗。而其它的电能损耗,在电磁炮的应用条件下,其实只是电阻损耗。 这样我们就可以得到 $$ \eta = \frac{E_{k}}{E_{k}+E_{R}} \quad (1)$$ 为了简化计算,我们考虑一种特殊情况:使用恒定磁场对弹丸进行加速。 这种加速方式要求"以磁场中心为参考系,磁场的各种属性(强度、与空间分布)恒定不变",且"磁场与弹丸保持相对静止,磁场中心始终领先弹丸一段固定的距离"。(我们暂时不考虑如何实现这种神奇的磁场) 由于磁场的各种属性恒定不变且与弹丸相对静止。所以弹丸受电磁力也恒定。 而且由 这篇帖子 的思路可推知,磁场强度不变时,线圈的发热功率也恒定不变。 而且此时弹丸中的磁通无变化,故没有感应电流引起的排斥力的影响。 所以此时效率的计算变得非常简单。 注意这里没证明这种加速方式的效率最高。谁有兴趣的话可以试着证一证,或者求出理论效率最高的加速方式。不过可以肯定的是,磁阻式的效率极限大于等于上述加速方式的效率极限。 对于\(E_{k}\) ,由常识可知 $$E_{k}=Fx \quad (2)$$其中,F为线圈对弹丸产生的电磁力,x为加速距离。 对于 \(E_{R}\

看到三水合番的“有续流二极管的线圈炮必然存在反拉”引起了我对线圈炮反拉效应的猜想。   这里我主要猜想除续流二极管之外其他引起反拉的原因。   假设多级线圈炮每一级的电容储能,线圈长度等都相等(总之每一级电磁力对弹丸做的功相等)即W1=W2=W3=.......=F1S1+F2S2   F1:反拉开始前的电磁力   S1:反拉开始前的位移   F2:反拉开始后的电磁力   S2:反拉开始后的位移   W1 W2 W3......:每一级电磁力做功   Wt=1/2(mVx^2-mVt^2)   W总1=1/2(Vt2^2-Vt1^2+Vt3^2-Vt2^2+Vt4^2-Vt3^2+......)m            =1/2(Vt^2-V1^2)   Vt1:弹丸进入第一级线圈时的速度   Vt2:弹丸离开第一级线圈时的速度同时也是弹丸进入第二级线圈时的速度(忽略摩擦力做功,即弹丸在每两级线圈间作匀速直线运动)   Vt3:弹丸离开第二级线圈时的速度   Vt4,Vt5.......以此类推   然而磁阻式电磁炮的线圈是电感器,它会对突然来到的电流有一定的阻碍作用。线圈通路时弹丸已经进入线圈一定距离,电磁力做正功的位移变小,W正变小,电磁力作负功的位移变大,W负变大,但电磁力做的正功依旧大于反拉时做的负功,依据V出>V入   所以W总实际<W总1,即每一级对弹丸的加速作用递减,

设轨道的电感梯度为dL/dx,回路总电阻为R,储能为Es,弹丸质量为m,初速v0,设t1时弹丸速度为v,电流为I,平均效率为η。 其中,电阻R为回路中各个部分电阻之和。包括电源内阻,轨道电阻,开关电阻,接触电阻等。若有产生压降的部分,如等离子体电枢,则将压降折算为电阻。 易知电阻损耗功率 $$ P_R=I^2R \hspace{1cm} (1)$$ 故 $$ I^2=\frac{P_R}{R} \hspace{1cm} (2)$$ 电磁力 $$ F=\frac{1}{2} I^2 \frac{dL}{dx} \hspace{1cm} (3)$$ 若不考虑摩擦,则t1时弹丸速度满足 $$ v=v_0+\frac{1}{m} \int_0^{t_1} F \, dt \hspace{1cm} (4)$$ 故 $$  v=v_0+\frac{1}{2m} \int_0^{t_1} I^2 \frac{dL}{dx} \, dt = v_0+\frac{1}{2m} \int_0^{t_1} \frac{P_R}{R} \frac{dL}{dx} \, \,dt \hspace{1cm} (5)$$ 如果认为电阻R,和电感梯度dL/dx,在整个加速过程中均保持不变。(对于使用电解电容的方案,回路电阻主要集中在电容ESR上,故此等效误差不大) 则有 $$ v= v_0+\frac{1}{2m

买了点铜线,准备做个电磁加速器,纯属实验.看看九级能破百不.用旧电表和玩具车减速器做了一个绕线计数器.哈哈,绝对原创,如有雷同,纯属巧合. 加速器紧密型,可控硅无关断,.由于是实验,没有外壳,分体结构,加速线圈长度40厘米,电源不用考虑大小,逆变器分体也不用考虑.. 不用光电感应,不用单片机,用的是时间计数器,用ic555产生100000hz的时钟,在100米每秒的速度下正好1hz对应1毫米.产生000到999来驱动1到9级.通过调节跳线转换数字,还用电位器调节.以适应不同加速对象.第一级,005.第二级093,第三级找不到时间点,怎么调都不加速,奇怪了[s::funk:] ,从120到180都试了,都在减速,210以后不减不加.郁闷中........续:原因找到了,是充电2极管国产in4007击穿了,第3级电容的电被第1级可控硅给放掉了....意外的结果. 设计参数;电压800V,电容450V470uf共20个.第一级4个,其他级2个.铜线0.75mm.玻璃纤维管1毫米厚.第1级设计速度33米每秒,第9级103米每秒. 已经绕好一个线圈了,(续;绕了3个小时才绕完.绕9个) 还绕了一个200W逆变器变压器,用电动车充电器变压器绕的. 数字驱动板,未完成(.续,已经完成) 数字频率计,要数LED个数的, 以后慢慢更新.... 可控硅用20A800V.砸了一个

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