突破400m/s!!实用轨道炮的研究及试制
hentai 2019-9-8原创 电磁炮

开坑慢慢更新


先上2个视频

  1. 10mm方口径固态电枢静止加速,后膛无密封。可以看到加速过程中电枢产生明显转捩,但即便如此,强大的电磁力依旧把产生的等离子体全部推向炮口方向,炮尾在没有任何密封措施的情况下依然没有等离子体泄露。

  2. 6mm圆口径等离子电枢静止加速,后膛密封。可以看到即使进行了密封,但炮尾依旧产生了大量泄漏,可见等离子体的膛压是比较高的。








[修改于 1 个月前 - 2019-09-08 21:12:59]

+5  科创币    三水合番   2019-09-08   楼主快更👻
+0.5  科创币    UIC   2019-09-09   很黄很暴力
+5  科创币    Ma3.02的守望   2019-09-16   好高的效率
来自 电磁炮
 
29
2019-9-8 21:35:32
1楼
好猛,有多少储能呀
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hentai(作者)
2楼
引用 薛定谔的猫 发表于 1 楼的内容:
好猛,有多少储能呀

系统最大储能10kJ,1号发射充了8kJ,2号6kJ。

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hentai(作者)
3楼

一开始我以为轨道炮需要很高激励电压,所以走了很多弯路。但后来我发现恰恰相反,几百甚至几十V已经能够让轨道炮工作了。真正影响轨道炮效率的决定性因素是回路阻抗、电流、电感梯度及负载匹配。

根据公式推导,我们可以很容易得出一个这样的表:

@10*10*10mm方口径炮

电流kA   50    100   152   215    232      240

膛压MPa10.8  43.3  100  200   232.8    250

推力kg    108   433   1k     2k     2328    2k5


电流kA   340  481    1k      2k      5k     10k

膛压MPa500    1k    4k3  17k3  110k   430k

推力kg    5k     10k   43k  173k   1M1   4M3


可以看出低于200kA轨道炮相比高压气体,在推力上没有显著优势,而一旦超过232kA,因为推力与电流平方成正比而与膛压成线性关系,轨道炮的优势开始急剧上升。


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hentai(作者)
4楼

电磁力与压缩气体加速的很大区别是:在弹丸出膛之前,高压气体一直在膛内,加速时间是可以有很大变化空间的,而在合理范围内,整个工作周期的效率都很高,所以弹丸质量匹配不会像轨道炮那么重要。而电能恰恰相反,它的一致性相当高,不管弹丸是压根没动还是早就出膛了,总的放电时间基本不会发生太大的变化。因为电磁炮的这种特性,所以弹丸质量与系统的匹配变得格外重要。


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hentai(作者)
5楼

上两张波形图来分析一下。

图一:固态电枢。可见峰值电流达到26.8kA(蓝),炮尾电压呈阶梯状变化(黄),第一个阶梯的产生是因为电枢的转捩,与轨道产生了等离子放电,可以明显看到等离子体的压降逐渐提升至50V。第二个阶梯是电枢出膛产生炮口电弧导致的,此时峰值电压达到了100V。



图二:等离子电枢。可见峰值电流达到20kA(蓝),炮尾电压不规则(黄),由于弹丸出膛,尾端产生了一个高达230V的平台。


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2019-9-9 09:54:33
6楼

看到令人怀念的红牛了它十年前也在被楼主打

电感梯度是衡量电炮类电气系统能输出/输入的重要指标,感应炮和轨道炮看起来都是差不多的。

-

另外从第一个视频里看,连接线至少有70-100平方了,这么粗的线缆铜鼻能直接折弯。

而且还是相隔距离这么远,让人感叹电磁力的强大,比较好奇轨道固定材料仅仅是环氧?

-

还有两张波形图,我恰巧也测试过感应炮的电流,

在最佳的状态下,

感应炮的输出电流和两张图非常相似,不同的是有一个负过冲,

而相同的特点是,当正弦波与0点相切时,计算这个时间与测得弹丸的初速度,正好匹配加速段的长度。

是否可以认为,调试轨道炮除了仿真外,验证的方法可以是:

测量电压波形,观察炮口电弧的阶梯抬升,测量电压波形,观察电流过零点。

如果恰好两者相切,可以认为电感梯度与弹丸匹配刚好合适,

这个方法似乎是很接地气而且非常容易实现的。


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hentai(作者)
7楼
引用 rb-sama 发表于 6 楼的内容:
看到令人怀念的红牛了它十年前也在被楼主打电感梯度是衡量电炮类电气系统能输出/输入的重要指标,感应炮和.....

哈哈哈哈哈哈真是怀念,可惜我dr-sama的密码忘了,不然跟你辉映一下。被打了10年的红牛,红牛做错了什么🤔

线耳的确是弯了,后来可能是因为疲劳效应,还扯断过,吓得我赶紧想办法把线也固定好了。

轨道用的材料是有机玻璃,强度还可以,30kA以内的测试表现不错。但再大肯定不行。

你说的这个调试方法应该是可行的,但要考虑电流的拖尾,其实轨道炮很难做到出口时电流过零,因为二极管续流以后存在很长且无用的拖尾。


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hentai(作者)
8楼

再说说电感梯度,这玩意算起来比较繁琐,而且随设计复杂性的增加会越来越不准。但好在很容易测,直接把弹丸捅到不同位置用电桥扫就行了。

以我手上这个轨道来看,位移500mm的电感增量是126nH,那么它的电感梯度就是252nH/m。工作在400kA时磁能是10kJ,弹丸的理论动能5kJ。意味着用于加速10g的弹丸可能达到的最高初速为1000m/s。嗯,已经是实用级别了。


[修改于 1 个月前 - 2019-09-10 00:00:29]

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2019-9-10 18:54:33
9楼

这个不和谐吗?。。。

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10楼

这是迄今看到最给力的电磁XX炮,貌似没有之一!!

忍不住对楼主顶礼膜拜一番,玩到这个高度,狠人一个。

国家之栋梁,民族之未来就需要楼主这样的人才。

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2019-9-11 00:55:06
11楼
引用 hentai 发表于 7 楼的内容:
哈哈哈哈哈哈真是怀念,可惜我dr-sama的密码忘了,不然跟你辉映一下。被打了10年的红牛,红牛做错.....

确实从你的波形上看,遵循这个规律。

30KA就达到400mps的效果已经足以覆盖一些小型手枪的应用范围了,没想到非增强传统型railgun也可以做到这么小,大开眼界。接下来解决便携性问题似乎只需要在结构设计上下文章了,毕竟储能系统看起来依然是人类能背负的重量。

要达到400KA,算上一般回路和连接件电阻,电解电容内阻能在10-20mohms就很强了,这样看至少需要4KV电压,这种能量级别似乎需要考虑用薄膜电容来搞定了,不过从能量体积比看,薄膜电容在这样的电压等级,依然很划算。

另外吐槽下碗一样大的可控硅,太鬼畜了…



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12楼

7层铁皮,不得了。

轨道烧蚀情况怎样?

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2019-9-12 16:49:46
13楼

电压是多少呢,如果电压太高的话,很不安全

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hentai(作者)
14楼
引用 rb-sama 发表于 11 楼的内容:
确实从你的波形上看,遵循这个规律。30KA就达到400mps的效果已经足以覆盖一些小型手枪的应用范围.....

400是等离子电枢系统达到的初速,固态电枢目前只做到180左右。原因是等离子电枢的弹丸与轨道之间几乎没有摩擦,而固态电枢需要很大的压力才能达到好的接触,这就损耗掉很多能量。解决办法也很简单——加电流,玩了命的加电流。(有论文提到,在数百kA级别的系统里,摩擦阻力与空气阻力合计只占弹丸动能的10%以内。)但之前做的这套系统最大输出能力只有35kA左右,但不敢经常这样用,器件会受不了。

目前正在做400kA级别的系统,每层24个22000uF450V单体,一共2层。实测单个输出14kA比较轻松,算下来极限电流是672kA(哇)。计算总储能100kJ,但实际上只有80kJ左右,因为电解电容都会虚标20%左右容量,我手上所有的样品都是,除了几个米国货,但没那么多数量......


另外手持是不可能做手持的,至少在国内不建议。


[修改于 1 个月前 - 2019-09-12 17:19:29]

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hentai(作者)
15楼

另外我要特别说一下电容的问题。

以前为什么我做的轨道炮效果很差,正是因为对那些看似体积巨大的脉冲电容盲目崇拜导致的。因为这类电容一般电压都比较高,我手上的都是几千V朝上,根本就不适合用在这个地方。

而1000uF450V的小电解,实测单只输出能力在2kA以上,用狠一点上5kA也不是没有可能。并联20个,40kA轻轻松松达到。只要优化得好,嘿嘿......

补张图:电解电容的内阻不是放电电流的决定性因素,内电感才是。几乎所有大容量的正规产品内阻都很小,我手上这个实测830u450V,内阻不到6mO。这个电容在2kA左右开始出现电压波形突降、说明已经接近正常放电极限,但如果把内电感也作为主回路储能电感的一部分来考虑,是可能到5kA的。



[修改于 1 个月前 - 2019-09-12 18:57:35]

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hentai(作者)
16楼
引用 20!Dopaminor 发表于 12 楼的内容:
7层铁皮,不得了。轨道烧蚀情况怎样?

这里我特别要讲一下,固态电枢如果做的好是完全没有烧蚀的,而且炮口也不会有电弧,也没什么声音。虽然会有摩擦和刨削损耗但不严重。


这个试验做完我也是相当震惊

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17楼

OOOOOOO噢噢噢噢噢噢噢噢哦哦!!!!!!!!!!!!!!!我密码终于想起来了!!!!!!!!!!!!太开心了红红火火恍恍惚惚哈哈哈。以后可以用这个主号来更了

+1  科创币    rb-sama   2019-09-13   233
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18楼

超音速了啊这是.....太可怕了

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2019-9-13 03:15:55
19楼
引用 hentai 发表于 14 楼的内容:
400是等离子电枢系统达到的初速,固态电枢目前只做到180左右。原因是等离子电枢的弹丸与轨道之间几乎.....

涨姿势了,电解电容的内阻居然可以做到这么小,我测过的就没低于过50mohms,

看了你的回复,从另一个角度看,以轨道炮的速度计算,1/400=2.5ms,ms量级的供电确实根本不适合用薄膜电容这样时间常数以us计算的电容来提供能源。

至少是这种小型轨道炮不适用,而电解电容恰好很合适。

另一个例子,霉菌电炮用的薄膜电容器组都有一间小屋子那么大了,按7马赫算,10米的加速轨道,

也需要接近5ms的峰值放电时间,和你这台railgun比起来似乎只是规模(电流、长度)不一样。

最近看推上有日本爱好者做增强型能有不错的效果,用的也是电解电容。

你证明了用电解电容,调试好时间常数和电感梯度,保证良好的接触,也能有不凡的效果。

而且你这台RG已经超过10%的转换效率了,远远超过他标称的3%,

看来良好的工程设计专治一切花里胡哨


[修改于 1 个月前 - 2019-09-13 03:42:54]

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20楼
引用 hentai 发表于 16 楼的内容:
这里我特别要讲一下,固态电枢如果做的好是完全没有烧蚀的,而且炮口也不会有电弧,也没什么声音。虽然会有.....

你这个实验让我想起《电炮原理》里面对轨道炮的定义了,

轨道炮本质上和感应炮一样,是通过储能系统励磁,由于电磁力导致被励磁系统机械结构变化,

使得被励磁系统电感量变化,所以被励磁系统储能也相应改变,由于电能不可能凭空消失,

所以把这部分电能转换为机械结构变化的动能,

-

感应炮是通过耦合的形式,将电能传递至弹丸,而轨道炮是通过接触的方式,改变系统电感量。

两者的相同点是,都是弹丸射出电感量增加,

从电路原理的角度上看,感应炮能量传递,受到耦合度的限制,必须要在尽可能快的时间内完成励磁。

而轨道炮同样利用电感梯度工作,在保证良好接触的前提下,能量几乎没有损失。

我测试初速度100mps左右的感应炮放电时间在180-200us左右,这就需要非常强大的电流

实测效率仅4%左右,大部分能量损失在弹丸和线圈上,一炮下来,16mm*3mm厚度的弹丸都烫手。

弹丸是这样的,所以我觉得对于感应炮,不管是理论分析还是实测,发现发射小体积弹丸,效率并不高,

其实很反直觉,因为通常认知里轨道炮=摩擦损耗+烧蚀=低效率,但是理论上却确实能说得通,

即使考虑等离子体的膨胀做功的影响,不管怎么说,在小规模能做到超过10%的效率的轨道炮真的很值一个精品帖。


[修改于 1 个月前 - 2019-09-13 03:45:15]

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hentai(作者)
21楼
引用 rb-sama 发表于 19 楼的内容:
涨姿势了,电解电容的内阻居然可以做到这么小,我测过的就没低于过50mohms,看了你的回复,从另一个.....

是了,只有当储能大到一定程度以后,薄膜电容的优势才会开始体现出来,个人做试验电解电容是最好的选择。

实际上效率没有那么高,因为弹丸质量很小,目前最好的一个也就跟日本那个作品相当。但是增强型轨道确实有奇效,我随手做了一个,效率提升非常明显。但我觉得自己对电源和负载匹配的理解还不够深入,所以打算先把简单轨道优化到极致。

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hentai(作者)
22楼
引用 rb-sama 发表于 20 楼的内容:
你这个实验让我想起《电炮原理》里面对轨道炮的定义了,轨道炮本质上和感应炮一样,是通过储能系统励磁,由.....

做得很不错啊!这么小的感应炮能做到这个效果不容易。

其实这里的讨论就说到本质上了,实际上弹丸的动能来自于励磁电感的磁能,提高动能的最直接办法就是尽可能加大这个磁能,而轨道炮的电路很像一个电感给另一个电感充电。而我们知道当两者电流相等时能量之比恰好等于电感量之比,这就给未来的优化指明了方向。

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23楼

等离子电枢是电离了固态吗,为什么固体电枢不会电离。开口轨道炮为什么会有膛压。纯小白,前来学习,麻烦前辈详细介绍下

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2019-9-14 10:19:18
hentai(作者)
24楼
引用 獬豸 发表于 23 楼的内容:
等离子电枢是电离了固态吗,为什么固体电枢不会电离。开口轨道炮为什么会有膛压。纯小白,前来学习,麻烦前.....

固态电枢因为质量大接触好所以不会电离,固态电枢炮一般后膛是负压,因为弹丸高速运动拉大了后膛空间。

等离子电枢一般是放一些铜丝在后面,因为质量小,在强大电流下瞬间就蒸发变成等离子体了。

两者的主要区别是流经电枢材料的电流密度不同。

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2019-9-16 13:45:05
2019-9-16 13:45:05
hentai(作者)
25楼
引用 rb-sama 发表于 20 楼的内容:
你这个实验让我想起《电炮原理》里面对轨道炮的定义了,轨道炮本质上和感应炮一样,是通过储能系统励磁,由.....

今天收到一批电容,在淘宝上随便买的,不是正规产品,性能居然跟原厂的差这么远,怪不得原厂的贵,真有贵的道理。你之前测的是哪里买的?


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26楼

这大概是截止目前民间效果做的最好的轨道炮了吧。

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hentai(作者)
27楼

今天想到一个思路:既然主回路需要用电感调波,那何不把调波电感以增强导轨的形式做到炮体上去呢?

随手试了一下,效果惊人地好。在完全忽略负载匹配的情况下依然达到了6.6%的炮内效率,而且发射后轨道与电枢光洁如新,完全无转捩。

系统在充电电压300V时击穿72mm珍珠棉靶后在1mm铁板上留下2mm深凹坑并反弹击穿一层纸箱。因为增强线圈未妥善固定,炮体瞬间被弹射至0.5米高。




参数如下:

开关:机械

电流:22kA

出膛时间:2.5ms

计算初速:240m/s

电枢质量:2.05g

动能:59J

系统效率:1.66%

出口电感:3.68uH 891J@22kA

充电效率:25%

炮内效率:6.6%


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28楼

惊了,居然有10%数量级的效率,强烈赞

坐等永磁增强轨道炮的测试数据


如果能以此帖的储能规模,以及不太严格的轨道、电枢加工条件下,实现100发级别的轨道寿命(初速波动<20%之类的)

那在不久应该可以看到便携式轨道炮了

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hentai(作者)
29楼
引用 Ma3.02的守望 发表于 28 楼的内容:
惊了,居然有10%数量级的效率,强烈赞坐等永磁增强轨道炮的测试数据如果能以此帖的储能规模,以及不太严.....

以目前的情况来看,单兵使用的轨道炮系统是有可能实现且所用器件均为目前的工业基础能够支撑的。关键是再往深了不敢做下去了,这个法律风险还真不是说着玩的。也就在实验室里嗨一下可以,真要做出成品估计很麻烦。

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30楼

猛人啊


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hentai(作者)
31楼

刚刚固态电枢系统也破音速了,纪念下:D

看来好好优化初速破1000m/s是可以达到的。



参数如下:

出膛时间:1.75ms

计算初速:343m/s

动能:118J

电流:30kA

电感能量:1656J

激励效率:25.5%

发射效率:7.1%

*依旧无转捩,轨道还是光滑的像镜子一样。但因弹丸出膛后电流还很大,所以有比较强的炮口电弧。

*后坐力已非常明显。

可以看到一个非常明显的趋势:随着电流的增大,效率也在快速上升。


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2019-9-17 07:13:40
32楼

楼主的测试仪器真是丰富

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33楼
引用 hentai 发表于 25 楼的内容:
今天收到一批电容,在淘宝上随便买的,不是正规产品,性能居然跟原厂的差这么远,怪不得原厂的贵,真有贵的.....

= =。如你所见,我买过一批淘宝品,测量出来的内阻都是40-50mohms左右。

10mohms以下级别的电解电容在散货市场,就像是兰州牛肉面中的牛肉一样珍贵。

话说轨道炮用到调波电感,LC振荡产生的反压导致的炮口弧能量会会更大,当然如果过零点出口似乎能解决。

用这种增强型轨道炮的结构,配合高品质的电容,理论上能很轻松实现短轨道加速,

但是就非常考验加工工艺水平了。



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34楼

楼主牛逼!!!

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hentai(作者)
35楼
引用 rb-sama 发表于 33 楼的内容:
= =。如你所见,我买过一批淘宝品,测量出来的内阻都是40-50mohms左右。10mohms以下级.....

对呀,之前原厂的那么贵我还以为他坑我(´・Д・)」


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2019-9-18 15:30:32
2019-9-18 15:30:32
36楼

做的不错。其他的赞美楼上都说过了(说得也都比我好)我也就不重复了。我还是先来提点问题吧

 

关于帖子中的“速度”,可以介绍一下测量方法吗?是用的光电开关,还是断线法,或者是其他的方法?测过速的业余轨道炮在世界范围内都可以说是屈指可数了,能看到出速数据真是太舒服了 还有,帖子中出现的固体和等离子体轨道炮,所使用的弹丸重量是多少?

 

关于3楼。按照给出的“推力和电流的表格”算,所需的电感梯度约是0.87uH/m。这个电感梯度远远高于了8楼提到的0.252uH/m,已经达到了不加增强基本不可能实现的程度。这个0.87uH/m代表的意义是啥呢?可以提供一下得出那个表格所使用的公式吗?

用轨道炮的电流和高压气体的膛压相比,进而得出大电流下轨道炮有优势的结论,有失公平。因为,尽管轨道炮有“推力∝电流平方”,但是它还有“电流平方∝能量”,也就是说“推力∝能量”。这与高压气体没有什么区别,自然也就不能说轨道炮有啥急剧上升的优势。

事实上,因为高压气体的储能和“分子平均速度的平方成正比”,所以如果拿来高压气体的“分子平均速度”,和轨道炮的“磁通量”,按照这层楼里的比较方式去比的话,反而会得到高压气体在“分子速度高”的时候有急剧上升的优势了这与原来的结论截然相反了。所以说真要公平的比较,得去选有相同意义得参数,目前来看,最合适的是还是统一拿能量去比。

 

关于5楼。

可以介绍一下电流的测量方法吗?电流波形里有些不合理的地方,比如在发射开始时电流会有近乎直线的上升,等离子体轨道炮的波形末端还出现了一小段反向的电流。(看起来有点像是用电阻测电流时,寄生电感带来的影响)。

有一个比较奇怪的问题是,比如固体电枢8kJ的储能,电流峰值竟然仅有26.8kA……8kJ的能量如果仅受电感的限制,需要22uH的电感才能让电流降到这个值。如果是受电阻限流,按450V的电压算,也需要17mΩ的电阻。不论是这个电感还是这个电阻,都比这个作品看起来可能达到的、最差的情况大了一个数量级。还有,按8楼给出的0.252uH/m算,26.8kA仅对应着90N的推力。从视频里看,这个轨道炮的长度应该约为半米,也就是说即使始终保持着90N的力,动能也仅有45J左右。考虑到26.8kA只是一个尖,动能应当只有20J附近。又考虑到14楼给出的180m/s,这意味着弹丸重量应当只有1.2g。这又与27楼给出的2g弹丸重量不符。似乎这里存在某些数据测量错误?

从5楼的电流波形上看,固体电枢的转捩发生在电流上升段。这种转捩估计是因为预紧力不足,或者是弹丸太短了导致电磁力提供的接触力不足。更具体的解释可以看下面这张图,这也可以解释为啥后来加上增强之后转捩就消失了。


关于8楼。

这里为啥要提到400kA(第二段第二句)?

动能的理论极限不是最高磁能的一半,最少也是和最高磁能相等,能不能高于最高磁能我就不知道了。广为流传的“极限是一半”,仅对于恒流的、不带能量回收的轨道炮成立,是一个颇为弱的极限,并不适用于这种“电流在变化”的轨道炮。

从照片里看,轨道似乎有些太宽了,建议做窄点。宽的轨道又重又贵,电感梯度还低,唯一的优势就是电阻低。问题是,电容到轨道的连接线都没这么粗,把轨道电阻降下来也没意义嘛。完全可以把轨道做到比如两三mm宽,这样电感梯度可能直接能提高一倍,达到比如0.5uH/m,回路总电阻也基本不会有啥变化。之前这篇帖子里也讨论过这个问题https://www.kechuang.org/s/g1pkiz8k

 

关于14楼。这里“400kA级别的系统”里的400kA指的是啥?是弹丸上通过的电流峰值吗?但是之前8kJ的时候,电流不才26.8kA吗?总储能从8kJ提高到80kJ,假如磁能也等比例提高,电流只会提高到3.16倍,也就是84.7kA。和400kA差得有点多吧……

 

关于15楼。

对那个电容内阻的测量结果表示质疑。电解电容的时间常数,也就是电容量×内阻,典型值在30~100us之间。对于1000uF的电容的话,它的内阻就应该是 (30~100us)/1000uF=30~100mΩ。如果说ESR是十几二十几mΩ,那运气好说不定还真可能。但是6mΩ都比典型值小一个数量级了,已经不是运气好能达到的程度了……

建议用更专业点的仪器,比如之前测电感梯度用的电桥,再测一遍。可以用已知内阻和容量的电容,来验证仪器是否准确,比如弄个薄膜电容(已知内阻接近0,容量偏差很小),串联一个比如100mΩ的电阻,再拿仪器去测。看看测出来的电容是不是标称的容量,电阻是不是100mΩ。另外测量频率建议选在100或者120Hz

关于这里提到的“内电感”,它不会对放电性能有啥显著影……比如即使用半米的轨道,1km/s的出速,那一个电流波形的持续时间也会有1ms。一个1ms的电流半波对应的频率才500Hz……而电解电容的ESL,得在几十到上百kHz的频率下才能开始产生不可忽略的影响(表现为阻抗随频率上升),这频率比轨道炮用到的频率搞了两三个数量级,所以完全不用担心ESL的影响。假如ESL真的在500Hz有显著影响的话,那搞开关电源的怕是要集体崩溃了喽

这层楼里还提到了“这个电容在2kA左右开始出现电压波形突降”,可以麻烦您详细描述一下这个电压波形突降是啥吗?想不出来为啥电解电容这样一个“线性时不变系统”出现某种形式的“突变”

 

关于2731楼。

这里的效率计算方式有误。对于这种轨道炮,业内通用的效率,指“弹丸出口动能/电容消耗的电能”。而这两层楼里的效率计算方式是“弹丸出口动能/0.5*出口电感*峰值电流的平方)”。值得注意的是,这个效率甚至都不是按“弹丸出口动能/峰值磁能”算的,因为电流峰值出现的时候,轨道的电感并不等于出口电感……所以峰值磁能也不等于“0.5*出口电感*峰值电流的平方

这样算出来的“效率”,虽然很高,看起来很漂亮,但是没有实际意义……也没法与现有的作品进行公平的比较。可以请楼主按照业内通用的“弹丸出口动能/电容消耗的电能”重新计算一下效率吗?


[修改于 1 个月前 - 2019-09-18 17:05:33]

+3  科创币    BSP   2019-10-07   三水还是三水啊
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hentai(作者)
37楼
引用 三水合番 发表于 36 楼的内容:
做的不错。其他的赞美楼上都说过了(说得也都比我好)我也就不重复了。我还是先来提点问题吧 关.....

哇问了这么多,赞扬这种认真的精神!感觉像是回到了十年前的KC(。ì _ í。)


那么我来正面回答一下你的疑问:

1.速度的测试方法是通过弹丸的初始位置与出膛时间计算的。因为弹丸出膛的波形非常容易判断,所以没有使用另外的测试手段。(其实主要是因为懒)当然这种方式算出来的数据误差是很大的,但没有关系,因为可以优化的地方太多,根本就不需要测到很准的数据。我原计划也是在轨道设计基本固定以后再做精确测试,这个时候精确的数据才有意义。因为现在的优化改进幅度是非常巨大的,只要测速系统能反映出变化趋势就够了。

2.具体的弹丸重量每次试验都不太一样,还是同一个原因,弹丸设计依然过于粗糙,还不到精细优化的阶段。但标注了效率的实验有讲质量,原回复里有。

3.27楼里有讲到,系统效率是1.66%。但为啥我不用这个来算呢?不是因为不好看,而是负载匹配没做好,电源给回路电感充电的效率只有25%。而这个效率要提升是很容易的,只是没有到那个阶段,因为轨道的优化还很差。“发射效率”这个概念是不少论文里都有出现的(比如下图),这能排除电源的影响直接反映出轨道炮本身设计的好坏,我认为这并没有问题,是一种很方便的算法。当然我在计算的时候忽略了炮体内阻性损耗的影响,原因还是现在没到精细优化的阶段。

4.表格的推导依据在这里,当然我可能算错,如果是还希望你指出来。

5.可能我跟你考虑问题角度不一样,我主要考虑的是工程实现的难度。举个例子:50kA10MPa在工程上哪个比较容易实现?232kA232MPa呢?那1MA4.3GPa呢?可以看到,电流越大要获得同等推力所需要的膛压就越大。至少1MA还是比较容易造出来的,而你能想象4.3GPa的膛压出现在身管里是个什么概念吗?同样的,这个表格并不精确,但它能十分明确地反映出趋势。

6.在制作8kJ的实验装置时,我对负载匹配的理解还很浅薄,但我迫切需要一个可靠的装置进行轨道的模糊迭代。所以我选择了一个保守的方案,目的是就算输出短路也不要烧东西,省的我老纠缠在维护设备上,所以效果自然差。实际上“固态电枢破音速”的实验所用的电容比最早的实验还少,这就是模糊迭代的威力。

7.关于转捩,其实主要原因还是设计不合理,这个过程轨道已经迭代了4次,具体细节我就不放了,反正工程目的已经实现。

8.这个400kA指的是电容组的设计额定输出能力,实际上到底是350kA还是500kA还得看模糊迭代到满意以后的轨道需要什么样的参数。这就是理论研究思维跟工程研究思维的不同。

9.其实我自己也质疑,但从工程的角度来看这不重要,因为我的目的是让它给轨道供电。至于它到底内阻多少不是我关心的,我要的是它能够稳定输出我需要的电流— —而这一点很容易通过实验测出来。

10.电压突变为什么产生,我也不知道,是实验测出来的。我推测是内电感的原因,但到底是什么原因,其实我不关心。因为它是一个客观存在的现象,搞清楚这个对我的核心诉求帮助不大。

11.效率的问题上面有过陈述,这里不再重复了。


当然从纯理论的角度来看,本文有很多不足之处。但对我来说这就够了,因为我的核心诉求是把东西造出来而非进行深入的理论研究。很多时候,在工程上是无法事事都弄清楚的。因为时间和精力都会无法接受。而认真观察你会发现,我全文的工作都使用了一种极其高效的工程思维:模糊迭代。


[修改于 1 个月前 - 2019-09-18 20:18:44]

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hentai(作者)
38楼

手机格式有点问题,插入不了图片,晚些用电脑编辑一下(´・_・`)

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39楼

太牛啦!!

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2019-9-19 03:08:27
hentai(作者)
40楼

今晚身体不太舒服,失眠了,正好利用这个时间讲讲电容的问题。

电解电容并不是一个理想的器件,它不能被武断地简化为一个RCL串联回路。实际上因为绕制工艺及本身固有特性的原因,它更像是很多个小RCL交替混联的系统。为什么开关电源里能用,主要原因有:

1.开关电源单个脉冲的能量很小,在整个电容的储能面前根本微不足道,它的放电深度与电磁炮有着本质的区别。实际上移动的只有引出脚附近的电荷,所以内感的影响自然感觉不出来。这一点只要拆开一个电容直接在极板上进行试验就能很容易地被证明。(但我懒得做,因为做了对我的核心诉求没有帮助。如果你能抽空做一下我觉得也是一件非常有意义的事情。)

2.做过电源的都知道,大功率电源必须在电解电容上并联薄膜电容,否则会出现很大的电压尖峰,槽路电流越大就越明显。而这个尖峰就是内感造成的。(这一点玩TC的人体会最深了,不信你可以随便找一个搞过大功率DRSSTC的人问问。)


这还没算介质极化以及大电流时电磁力对极板物理结构产生的影响,所以这个系统的分析是极其复杂的,要彻底搞明白需要花费大量的时间精力。这时候回过头来看看我们的核心诉求你会发现,卧槽?做这些工作根本没用啊?难道搞清楚了这些问题就能突破现有器件本身固有的放电极限吗?当然它确实对未来某些工作有重大意义,比如说开发轨道炮专用电容之类的,但这已经跟我现在要做的事情没有关系了——即使能做,这个项目也等不了那么长时间。


以结果为导向来分析:难道我们知道它的性能不好就不用它吗?我们有更好的选择吗?单以性能论:有,而且选择很多。但加上体积、价格、可靠性、易用性等因素去考虑之后,还真没有。


理论最怕脱离实践。很多时候,算出来的东西并不能跟工程实践结果很好地吻合。这也是为什么,民间一直没有出现很好的轨道炮作品。根本原因在于,没有几个人愿意在工程实践中真正花心思。(比如做几十个不同版本的炮体进行试验迭代)


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hentai(作者)
41楼

刚刚翻看了一下实验相册,这个项目正式启动时间是今年8月18日。在这短短的一个月时间里,我们进行了从2mm到20mm口径,数十个版本数百次的发射试验,取得了1141份珍贵的实验记录,所以什么奇怪的情况我们都见过了。相信这种试验密度,不说国内,就算在世界上的民间组织里也是很难看到的。

但是搞工程研发,就得有这个密度。否则就像大家看到的,很多思路很好的项目都半路夭折了。

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42楼
引用 hentai 发表于 41 楼的内容:
刚刚翻看了一下实验相册,这个项目正式启动时间是今年8月18日。在这短短的一个月时间里,我们进行了从2.....

1141是速度吗?厉害👍

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2019-9-21 00:43:05
2019-9-21 00:43:05
hentai(作者)
43楼

优化了负载匹配并减小了漏磁,效率提升惊人!以电容能量来计算也获得了5.5%的效率,而发射效率则是增加到19.6%,看来迭代方向正确。

发射10发后轨道表面几乎没有变化,电枢表面有摩擦痕迹,但没有烧蚀特征,发射后质量未见明显减少,可以认为这个设计是成功的。

参数如下:

电压:300V

能量:3650J

电流:39kA

出膛时间:1.25ms

初速:448m/s

质量:2g

动能:201J

系统效率:5.5%

发射效率:19.6%

激励效率:28%


[修改于 1 个月前 - 2019-09-21 00:43:48]

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hentai(作者)
44楼

今天使用高速摄影机进行了初速的测定,与抓炮尾电压波形算出来的初速吻合得比较好,说明之前的测试是有效的。(因为过高的充电电压会导致过强的炮口电弧影响拍摄,所以只充了200V。)

先上视频:



试验参数:

充电200V,能量1622J。弹丸2g

相机设置:2000帧,曝光1us

一帧前进了140mm,计算初速280m/s

出口动能:78.4J

系统效率:4.8%


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hentai(作者)
45楼

总结一下:经过优化,2kJ级别的电容储能已经能够获得大于100J的出口动能及足够高的初速,怎么看都已经不是玩具级别了。而且电容、开关、充电系统、轨道的体积和重量均已达到实用标准。

本课题完美成功。

最后一张美照结尾一下:



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46楼

请问楼主,关于电枢预紧力的数值有测量吗?

这样的轻微烧蚀程度确实超出预期。

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hentai(作者)
47楼
引用 Ma3.02的守望 发表于 46 楼的内容:
请问楼主,关于电枢预紧力的数值有测量吗?这样的轻微烧蚀程度确实超出预期。

电枢是过盈配合,过盈量为轨道宽度的2%。预紧力约100N,远远低于1克/A的典型值。所以好的抛光精度、平行度和好的设计会大大降低摩擦损耗。

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2019-9-27 04:08:02
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48楼

楼主的实验条件真的让我羡慕嫉妒恨啊23333

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2019-9-28 03:38:02
49楼

被帖子封面图吓哭,又被易拉罐视频吓哭。。


无烧蚀效果真的非常意外,本以为在我离开校园前不会有人做出来的(17年会瞅着那黑乎乎一大片。。。)


@三水合番 提出的测量波形问题,个人觉得大概率是示波器性能不足导致的。我在校园里经常有机会对比使用示波器,感受比较直观


前两天拜读过LZ买电容的帖子,rmb果然是第一生产力😂

[修改于 25 天前 - 2019-09-28 03:43:09]

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