railgun电源和轨道长度的确定
yeah2009/11/29电磁炮 IP:湖北
首先要明确,弹丸的加速力为:F=0.5*L'*I^2
L' 为railgun电感梯度,一般不加封装,在0.3~0.5μH/m 区间。

如果弹丸与轨道间的静摩擦力为40N,取L'为0.4μH/m,那么可以估算电流I为14kA,也就是说,只有电流大于14kA,弹丸才有可能克服摩擦力,开始有运动趋势。不然,它通电后只能干烧,不可能会动。

假设电流为15kA,整个railgun回路电阻为10mΩ,则电压必须在150V(这里并没有考虑回路的杂散电感,电感对消减电流的峰值作用很大,如果考虑到电感,电压必须还要更大才行)。实际中,想要把回路电阻控制在10mΩ,说难也难,说简单也简单,如果你资金足够的话。

另外,电容器放电形成的脉冲电流一般来说持续时间都是ms级的,假设弹丸重1g,驱动力取1N,可以算出加速度a,进而可以估算出轨道长度和出口速度(假设为匀加速过程,s=0.5*a*t^2,v=a*t)。比如,你若想达到100m/s的出口速度,如果脉冲电流的持续时间为1ms的话,加速度a就要10^5,F就要为100N(此时考虑静摩擦力后,电流至少应为26.5kA),轨道长度s=5cm,5cm的轨道长度即可。

需要注意的是,这里的推算是把脉冲电流当成了直流来估算的,实际中,脉冲电流像个三角形一样,它并不总是保持峰值电流,所以,这样的估算把加速力F偏大了不少。换句话说,电流必须远比26.5kA要大才行,也就是电压要大于300V。

实际上,我认为电压应该越大越好,只要器件扛得住!电容可以多个并联,越多越好,能有效的降低回路电阻(因为电容有内阻,电解电容器大概是100mΩ,也有更小的内阻的)

做这个玩意,关键是经费!如果私人玩,有资本的人可以试一试,还是蛮好玩的,毕竟美国人都已经成形且试验过了。如果是国家想搞,真的应该加大投入。总的经费不用跟美国比,1/100就足矣,当然,这也是亿为单位的,绝对能做的出来。把全国的相关人员召集起来,花个几年搞定算了,要不然越来越落后,以后赶就吃亏了。
来自:物理高能技术 / 电磁炮
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~~空空如也
yeah 作者
14年7个月前 IP:未同步
168625
根据我刚才的估算,电压不够。应该打不出去,不过你可以试一试。但用作coilgun,还是可以的,因为coilgun回路有线圈,本来回路电流就被限制了。

如果有兴趣做这东西玩的朋友,可以跟我聊聊,我自己做过,也在网上看了很多外国爱好者做的东西,我认为大可不必认为他们的做法就是最优的。我有自己的创新,并且实用后感觉不必外国爱好者的差。

上面还有一点忘记提醒大家了,railgun想提升效率和速度,最好在回路加上个内阻很小的整流器(或者大功率二极管),好让回路形成的脉冲电流为单边脉冲电流;coilgun却恰恰相反,不要加二极管,电流波形震荡对效率是有帮助的。
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yeah作者
14年7个月前 IP:未同步
168636
引用第7楼lovehongkong于2009-11-30 01:45发表的  :
用永磁体悬浮降低摩擦力会好点..


对于railgun来说,弹丸和轨道的接触很重要,要滑动紧密接触,否则就会拉弧,这种拉弧实际上是无谓的浪费能量。
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yeah作者
14年7个月前 IP:未同步
168968
引用第11楼black于2009-12-01 12:44发表的  :

实际上要达到完全紧密接触是不可能的
那么电弧(导电的等离子体)是起到了一个直线电机上的电刷的作用,所以说不能说是没有用的
但是在实际应用中为了减少轨道烧蚀 是用等离子体来驱动弹丸的
而且railgun的出口也会有电弧
.......



据我计算,小模型试验的railgun,有超过80%的能量被回路电阻消耗掉。电磁力对弹丸做功效率大约只有1%左右。摩擦力做的负功比电磁力做功要小,剩余磁能所占百分比,需要根据弹丸出口时刻电流的大小来定。可以调整轨道长度,使得弹丸出口时电流衰减很小,可减小磁能损耗,即做到没有炮口电弧。还有20%不到的能量损耗无法计算,我认为是拉弧所释放的结果。

所以,回路电阻损耗,是抑制railgun效率提高的第一“杀手”,其次是拉弧的损耗(包括炮口拉弧)。想让两金属的接触面在通流且运动过程中不拉弧,的确有些难,但并不是不可能。需要足够的初始能量,使得U型弹丸两翼的张力能与轨道表面紧紧的接触即可。但也不是意味它越大越好,我认为达到这样的紧密接触的张力即可,多了是浪费,有害的。
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yeah作者
14年7个月前 IP:未同步
169357
弹丸的受力与两个因素有关,一个是电感梯度,一个是回路电流。受力公式,在我的帖子有介绍。

电感梯度在模型做好后,基本上是个定值,但单位很小,一般在0.3~0.5*10^-6数量级。要想提高电感梯度L',可以用导磁封装材料,或者用增强导轨。其中用导磁材料封装,花费不大,应该是首选。增强导轨做起来相对来说复杂点,但也有作用。也可两种手段都上。

回路电流越大越好,由于L'的单位太小,回路电流必须要到kA级,才可能获得N级别的洛伦兹力。电流又与回路电压,电阻和电感有关。要想电流大,电压越高越好,电阻越小越好,电感越小越好。但电感这个东西有两面性,太小了,你的电流瞬间就放掉了,弹丸加速时间不够。太大了,把电流峰值削减了,加速力又不够。

所以电感这个量,必须与你的轨道长度相匹配最好。这个需要仿真软件来事先计算。不然,要么就是弹丸还没有出轨道,电流就没了,弹丸以后的运动,处于减速过程中;要么就是弹丸已射出,但回路电流还有,炮口拉弧,导致能量浪费!

很多人做小模型试验,没有射出去,先查查是不是电流不够!再查查是不是弹丸太重!
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yeah作者
14年7个月前 IP:未同步
170768
各位想自己动手做railgun小模型的,一定要先初步计算计算,初始能量够不够大,回路电流够不够大,不要盲目下手,浪费钱和时间。

我对railgun比较感兴趣,有需要讨论的可以找我。
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