电气电工电炮技术
 
 
【YB-5】【连载】低压电磁自动步枪后期实用化完善连载贴【15-11-22更新】
Ma3.02的守望 2015-11-22 10:52:45
蜀中有虎曾言:“一个连载DIY帖,对科技爱好的正面推动作用,大过100篇人事争议帖”。

本来是打算项目一期做完后再全部公布的,但是无奈多重因素工期拖长,而后续的小改动调试要消耗大量时间,加之电炮版最近人气低迷,故以连载贴的形式发布后续改进,待第一期基本完善后另开一系列贴整体介绍,并公布相关资料与工艺。
本帖欢迎坛友参与讨论评价,楼主心里素质较好可以适当喷,对于一些技术问题希望能与各位讨论。
此项目于2015年暑假开始,但要是算上低压加速器的实验在去年暑假便已开始,预计到结束时算是半个三年磨一剑吧。
此贴第一期在过年前应该不会完结,因为是高三住校狗,所以勉强能保持周更....
截止2015年11月22日,已完成600RPM,20发连射测试,效果凶残,最后一发时第一级加速级线圈产热过大导致一系列损坏,情况已查明分析完毕,无器件损坏,约3小时可修复。
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------
                                 大图镇楼,打点鸡血
255544




项目一期目标:
1、使用电磁加速。
2、全部模块化、图纸化设计,模块可简单拆卸。
3、中近距离(20m)精准非致死性密集火力压制。
4、只使用基础工具便能小规模量产。
5、具有较高可靠性与经济适用性。
6、符合简单的人工学设计,有较好外观。
7、便携化
8、顺便综合性能超越CG-42


项目一期技术指标(经过上面几条的实际需要粗略得出)
1、出口速度:大于50m/s
2、全长小于80cm
3、全重小于4kg(各国主力步枪的重量)
4、射速大于300RPM(5发/s)
5、弹仓容量大于30发并且可快速更换
6、续航能力大于600发

[修改于 3 年前 - 2015-11-22 13:01:07]

+1  学术分   虎哥   2015-12-11   学术习惯优良,行文严谨细致。
Ma3.02的守望(作者)
2楼
对于目前低压电磁枪现状分析
  自CG-42发布始,低压电磁枪走入国内爱好界
坛友vcasm首先进行了低压方案的研究实验,精湛的工艺和25%的效率令人咂舌,吸引了大量爱好者的注意,低压时序控制虽然效率逆天,也暴露出了后级速度不稳定的问题。https://www.kechuang.org/t/59558
坛友Pinkiesparkle在论坛和贴吧公布了模块化、电池直接供电的低压炮,首创PCB-铜柱供电连接方法,并在贴吧部分开源,在国内爱好界产生深远影响。https://www.kechuang.org/t/66364
本作品同样借鉴了Pinkiesparkle的PCB-铜柱供电连接方法,目前的加速核心也使用了同样的开关方案,在此感谢Pinkiesparkle的分享。

  据我所知在论坛和贴吧的爱好者中低压连发电磁枪的项目至少有5个(包括本人),而且方案都非常相似,这样是有原因的,一是上述坛友以及诸多先行者的经验引导,二是现有技术和实用化的理性分析斟酌。
  依本人拙见在此简要分析,低压电磁枪的特点:
1、无需升压电路,结构简单,节约成本,可以不考虑升压电路的功率限制。
2、对于开关器件要求小,电路设计更灵活,容易加入也必须加入关断。
3、容易实现高速连发。
4、需要大功率的低压电源,近年来航模锂电池的发展为此提供了理想的电源,虽然需要较多的锂电池但是电池比重的增加也使得续航能力大幅提高。
5、安全性低于高压方案,高压方案中元件无法关断至多电容中残余能量造成破坏,锂电供电方案一旦关断失效则会让锂电变成脱缰野马,本项目至今已发生两次元件烧毁事件,所幸有分隔的熔丝保护损失很小,但其它制作项目则出现过线圈烧毁、MOS管脚烧断甚至电池报废的情况。
6、由于励磁电压过低,磁场强度小,速度存在上限。

  总的来说,低压炮整体上优点大于缺点,而且低压炮的缺点不像高压方案的缺点一样难以克服或者是原理上的无法克服的硬伤,通过精心的设计调试可以最大地发挥优势。故在中低速(约小于60m/s)、要求连发的情况下,低压炮具有得天独厚的优势。由于诸多因素,低压炮与高压紧密连续加速等方案相比具有较大竞争力,很可能在业余界里成为第一个走向实用化的电炮。

  本作品便是要尽可能发挥低压炮的优势并且弥补缺陷,项目第一期着手解决可靠性、可升级模块化的问题,为后续改进打下基础,向业余电炮实用化的目标迈进。

[修改于 3 年前 - 2015-11-22 13:10:42]

3楼
电池供电的低压方案效率应该怎么算?
Ma3.02的守望(作者)
4楼
引用 三水合番:
电池供电的低压方案效率应该怎么算?
我是用电流传感器测出一次发射的电流波形,求和算出消耗能量。
5楼
極度支持!!期待科創低壓電磁步槍發展!!
6楼
极好, 我的低压版本,初步完成了.  有空加上Q 大家沟通下
7楼
很好,才刚上高三,就能做的这么好,认真的做足了文献综述的部分,对本论坛低压现状进行了分析,并归纳出自己的创新点,加油!
8楼
[s::lol]分析的很好,我也想过,缺少便宜的1000A电流的场效应管
2015-11-26 11:53:44
9楼
真心不错
2015-11-29 14:39:38
Ma3.02的守望(作者)
10楼
模块介绍:
  功能性模块有:加速核心、供弹机、主控板,其余结构组件在此暂不作讨论。



一、加速核心
  加速核心和本版大多数“炮”一样,作用是使用电能将弹丸的速度提升,是整个木仓的基础。
  目前使用的加速核心为PCB-铜柱供电连接结构,开关方案为MIC4416驱动IRFP3206,第一个版本稳妥起见用的是3L提到的坛友的电路。
每级含有6个50V1000uf高频电解电容,与动力电源并联,这样并联的好处一是可以提高峰值电流增大磁力,二是减少动力电源的峰值电流,起到保护电池的作用。很多人担心电容的电压会逐级下降导致后级效果不佳,事实上使用的动力锂电暴力的功率能在弹丸运动到下一级的间隔时间内便完成充电(30m/s时)相关波形数据以后会上传,此贴中有之前的低压炮附加电容实验数据:https://www.kechuang.org/t/71378
  加速核心共十级,注入速度10m/s,出口速度50m/s,平均每级动能增量在0.5J,每级线圈的选取都经过了大量仿真对比和一定量的实验,随着级数增加逐渐减少线圈电感与阻抗,原则是每一级释放能量接近,确保每一级的开关元件既不会损坏也不会负载过低。每级上动力电源与线圈之间有一熔丝连接。
255791
255793


在此使用了光电固定环,用途是定量控制每级线圈与光电管之间的距离,同时可以确保光电管处于对射位置,而且美观,光电固定环使用自制硅胶模具和环氧树脂浇筑制造,附图几张:
255788
255789
255790






加速管道的选取让我非常纠结,原先计划使用透明PC管或四氟管,可以省去打孔的步骤,但是买的管子厚度变化较大有的部分子弹无法通过,而亚克力管一类太脆不耐磨容易断,也考虑过金属管但是嫌打孔麻烦,于是先暂用白色ABS管。




二、主控板
  主控板的作用同样重要,把一个加速器变成一把能实用的木仓主要靠它。主要功能有:
1、供弹机通断控制、供弹机光电信号检测、供弹机放电电路与电容隔离(如果供弹机和电容直接并联的话开启时会使电容电压下降很多,整个加速过程都充不满)
2、电流过载保护
3、动力电源与加速核心连接控制(开机时PWM脉冲充电减少锂电池负担,电流过载自动切断功能暂未加入)
4、加速核心12V控制电源供给
5、扳机开关信号检测
6、波段开关选择击发模式(单发/三连射/5发每秒连射/10发每秒连射)
7、信息检测与反馈(现仅含有温度传感器与OLED显示屏反馈供弹机温度与电池电压)计划加入空弹检测、震动提醒、OLED常灭通过触摸暂时开启(防止夜间光源暴露)
  其实目前主控板的功能只实现了基础的部分.....以后会慢慢改进完善
255785


  主控板上层为弱电,控制器为Arduino Nano,下层为强电,有供弹机线圈接口、动力电源输入接口、动力电源输出接口、12V控制电源输出接口。上下两板间通过排针连接,固定在枪托部位,枪托侧面开口方便主控板取出或控制器调试。
Ma3.02的守望(作者)
11楼
三、供弹机
  这里的供弹机是指将弹匣或其它结构内的静止弹丸送入加速核心内可触发位置的组件,目前使用的供弹机能提供12m/s的初速。
  此帖中有供弹机的测试视频:https://www.kechuang.org/t/72986
  供弹机工作流程:主控板收到扳机信号后根据波段开关选定的击发模式输出触发信号,与供弹机上指示弹丸是否到位的光电开关信号一同触发与门,与门给开关元件发射信号,开关元件仅将锂电池的电流通入T插接口,T插接口直接连接供弹机线圈,弹丸到达一定位置后,指示弹丸到位的光电信号切断,线圈断电,弹丸向前运动进入加速核心。
  本作的供弹可以说是最大的亮点,为卧式弹夹+电磁线圈 的全新方案。
卧式弹匣中弹丸与加速核心轴线垂直,一组曲面将弹丸旋转90度后进入供弹机预加速位置,此时此弹丸处于枪管中轴线上。放张P90的供弹原理:
255800


再放几张供弹机相关结构的图:
255802
255818
255819




整个供弹机的图片:
下图中可以看见的一个弹簧是“弹匣弹出弹簧”,此外后部的凸起是“弹匣锁定弹簧”
锁定弹簧在弹出时锁定弹匣的位置同时承受“弹出弹簧”的压力,按下锁定滑块释放弹匣,“弹出弹簧”会将弹匣弹出,方便卸下弹匣。(目前设计的还不满意)
供弹机线圈外包1mm镀锌铁板用以增强磁场,对于这种不需要高速度而需要较大电磁力的场合非常适用。
255812
255801

(拆装改动了很多次所以这一个有点惨不忍睹)


卧式弹匣,容量可见一斑,枪上预留的空间实际上可容纳60发的单排弹匣。
255803



供弹机、弹匣、主控板、加速核心连接:
255815

[修改于 3 年前 - 2015-11-29 19:39:13]

Ma3.02的守望(作者)
12楼
本作中供弹方案的分析:
一、卧式弹匣
  卧式弹匣能在不增加枪械高度的情况下大幅度提高载弹量,除了熟知的P90以外还有AR57、G11,其中G11更为另类....
255820




对于玩FPS游戏长大的作者本人....对于载弹量有一种特殊的情结...人家才不是打生化留下心理阴影呢...
但是又不想这样:255821

过长的垂直弹匣不仅不方便而且很不美观...于是咬牙开始折腾卧式弹匣...
一开始实验的是前装弹匣,用一个斜面来弹出插在弹匣中的定位片
255822


后来觉得不靠谱改成了后装弹匣,尝试了在弹匣上设置弹簧和限位滑块来实现对弹丸的弹出限位同时能从外压入弹丸,与供弹机连接到位后会卡紧滑块,释放弹丸进入供弹机。但是使得弹匣结构过于复杂,而且使用的工艺落后,不能很流畅动作,上3D打印或许可以一战。
于是我选择了更为务实的方案,用一个插片来限位,连接到位后插片会被顶出抛弃,不过装填的时候必须手压着子弹。
于是有了11L中的弹匣..


  还有必须要提到的是那个将弹丸水平旋转90度的斜面,这里有一个硬伤:
在P90等军用枪械中弹匣弹簧刚性较大,能确保弹丸在较大斜面倾角时也能可靠地旋转到位,比如P90几乎只用了一个弹丸直径的高度就完成了旋转255824
255823

而目前本人使用的电磁供弹的方法使得拉动弹丸时峰值力较小,如果使用大刚性的弹簧则会无法拉动弹丸,而目前使用的小刚性弹簧和做工粗糙的旋转曲面只能在较小斜面倾角时流畅转动,这导致了需要较长的垂直行程,所以转动斜面很”高“
255825


   这样的最大缺陷就是弹匣最后4-5发弹丸没有弹簧的推动,仅靠重力作用下降,使得可靠性降低。好在电磁供弹可以在击发瞬间使弹丸磁化吸在一起,
所以目前没有影响使用,不过后续改进中会尽量缩短甚至消除“死重”弹丸,其实连P90也是有两发假弹的..所以这是卧式弹匣的一个硬伤。
扯远了,总结一下卧式弹匣方案的优劣
优点:
1、容弹量大,各种扫射不是梦
2、与枪管中轴线平行,对于需要长加速管的电磁枪而言设置起来比较容易
3、美观科幻酷炫装逼,甚至能科幻到**叔叔都以为是玩具
4、不用从枪械下面开口,对于电气连接和电子设备安放有好处
缺点:
1、存在弹丸“死重”
2、结构略复杂


  个人认为卧式弹匣与类似的强调连射的电磁木仓搭配是比较合适的,这也是本作中我比较满意的创新之处。


二、电磁供弹
  其实电磁供弹就是普通的可控单级炮,除此之外貌似本版乃至电炮爱好界的全自动方案都使用的是撞击式电磁铁。
本人目前没有使用撞击式电磁铁的原因:
1、动作速度太慢,实际测试中只能达到7-8个往复每秒,CG-42的射速为7.7发每秒就是这个原因,本人想超越其射速只能另择它法..
2、提供的弹丸初速低,不能使加速核心很好地工作
3、噪音较大,加了吸收冲击的硅胶垫后仍然不满意,本人希望做到整枪无声音、光源暴露
  
  使用了电磁供弹后,克服了以上三个缺点,尤其是供弹速度,波形表明单发弹丸通过线圈耗时3毫秒左右,有弹匣的情况下第二发下落到位在6-8毫秒左右,而此时前一发弹丸已运动较远距离几乎不会再受电磁力影响,故可以连续击发。也就是说,最高连射速度可接近6000RPM!一个枪管就快赶上近防炮了..
当然实际使用时用不着那么夸张,通过单片机限制射速在10发/秒,三连射要更快一些(人观察不到间隔)。
与撞击电磁铁对比优劣分析:
优点:
1、射速逆天
2、提供的弹丸初速较高
3、效率较高
4、几乎无噪音
5、长度短,因为没有后部的电磁铁,可以留出更多长度给加速部分
缺点:
1、可靠性低,电磁力峰值较小,设计不佳容易出现卡弹,不像撞击式电磁铁的瞬间冲击力作用于弹丸。
2、电气结构较复杂,光电开关和连接插头都是安全隐患,进一步降低可靠性
3、线圈产热较集中,密集击发时需散热,而电磁铁的体积大阻抗高,发热不明显




说实话本人认为电磁供弹的优劣相抵..可靠性和发热问题让人头疼,预计将来的改进会换回撞击电磁铁供弹再做对比。
不过长度短的优势在手木仓结构上很有价值,如果将来真的搞电磁近防炮之类的变态射速炮的话还是会用电磁供弹的。

[修改于 3 年前 - 2015-12-01 21:14:35]

Ma3.02的守望(作者)
13楼
怎么隐约感觉今天电炮版就我一个人...[s:26]
连吐槽酱油的都没有....
再放张大图打打气....

255832
14楼
引用 御坂10086:
怎么隐约感觉今天电炮版就我一个人...
连吐槽酱油的都没有....
再放张大图打打气....
我看到啦!!
P90供彈結構真的很棒!
你的手工能力更是一流!!!
最後這張大圖實在有夠帥
期待看到發射影片!!!
Ma3.02的守望(作者)
15楼
引用 badboy-fly:
用两高速轮 甩出去会更好,而且初速会更高。只不过这体积不知道你能不能做到那么小。。。
23333...是不是nerf给你的灵感,据说那个噪音不小
高速轮甩的话得放在侧面...除非是撞击电磁铁+高速轮的组合....
Ma3.02的守望(作者)
16楼
引用 a2287504358:
我看到啦!!
P90供彈結構真的很棒!
你的手工能力更是一流!!!
最後這張大圖實在有夠帥
期待看到發射影片!!!
多谢夸奖,大概下次更新放视频,结构比较规整和制造工艺有关,都是板材拼插成的,以后另开贴详细介绍。
17楼
哇!好漂亮!搞得像国外哪个更科幻点就好了,感觉好扁[s:;P]
18楼
引用 御坂10086:
23333...是不是nerf给你的灵感,据说那个噪音不小
高速轮甩的话得放在侧面...除非是撞击电磁铁+高速轮的组合....
并不是。。这样的加速方法,在我接触电炮前就做过一些了。。。
19楼
很漂亮,预祝楼主成功!希望能放出一些调试数据,速度效率,关断时机之类的。
20楼
引用 御坂10086:
多谢夸奖,大概下次更新放视频,结构比较规整和制造工艺有关,都是板材拼插成的,以后另开贴详细介绍。
有沒有考慮過彈鏈供彈呀~
像M249機關槍那樣
21楼
加油。项目带动研发。
23楼
没看到对线圈绕法的详细解释,能否上一下每一级的电磁仿真结果或者理论计算结果。
24楼
同为高三党,如果不是生病,绝无可能看到这个帖子,楼主为何如此有时间啊。先赞一个。其次,微波枪楼主感兴趣吗?
25楼
引用 御坂10086:
三、供弹机
  这里的供弹机是指将弹匣或其它结构内的静止弹丸送入加速核心内可触发位置的组件,目前使用的供弹机能提供12m/s的初速。
  此帖中有供弹机的测试视频:https://www.kechuang.org/t/72986
...
对于玩FPS游戏长大的作者本人....对于载弹量有一种特殊的情结...人家才不是打生化留下心理阴影呢...
我也是玩FPS,不过取向跟你不一样,我是阴险毒辣的狙击党子弹不用多,威力够one shoot one kill就够了
26楼
引用 迪纳米斯:
我也是玩FPS,不过取向跟你不一样,我是阴险毒辣的狙击党子弹不用多,威力够one shoot one kill就够了
重机枪+4x镜[s::lol]
27楼
手工真的很棒,这么好的作品要长期置顶。
28楼

赞,,牛贴,太漂亮了

想参与大家的讨论?现在就 登录 或者 注册

千古风流
专栏收藏夹发私信
学术分 2科创币 8462总主题 23 帖总回复 298 楼拥有证书:会员 笔友 机友 学者
注册于 2013-02-24 23:09最后登录 2018-10-23 20:47

个人简介

暂未填写

nkc production server  https://github.com/kccd/nkc.git

科创研究院 (c)2001-2018

蜀ICP备11004945号-2 川公网安备51010802000058号