Рельсотрон на 27 килоджоулей

    Самый мощный любительский рельсотрон


    Рельсотрон — это электрический ускоритель масс. Снаряд располагается между двух электродов, которые подключены к источнику постоянного тока. Снаряд замыкает электроды и приобретает ускорение вследствие силы Лоренца. Рельсотрон — это импульсное устройство. На практике часто работа обеспечивается конденсаторами, которые разряжаются в мгновение секунды.

    С помощью рельсотрона снаряду можно придать очень большое ускорение. Это ускорение может быть куда выше, чем в традиционном оружии, в котором пуля приводится в движение химической энергией реакции горения пороха. Рельсотрон является перспективным оружием. В некоторых случаях скорость снаряда измеряется тысячами метров в секунду, что сулит колоссальные разрушения, высокую дальность стрельбы и сложность защиты от поражения. На данный момент ни одна страна в мире не имеет рельсотронов на вооружении. Сейчас существуют лишь тестовые образцы. В частности, над рельсотроном для корабельного вооружения работает флот США.

    Рельсотрон — это две рельсы, снаряд и источник тока. Общая простота конструкции привлекает любителей. Некто Xtamared собрал свой носимый образец. Энергия выстрела составляет 1,8 килоджоулей энергии. (Это цифра энергии заряда в конденсаторах. Потери огромны, и сравнивать с энергией выстрела патрона АК-74 калибра 5,45×39 мм — около 1,3 кДж — не стоит.) Группа других умельцев собрала свой рельсотрон, и его мощность куда выше — в конденсаторах находится до 27 кДж энергии. Как показали тесты, выстрел из этого рельсотрона уже смертелен.

    Общая масса устройства составила примерно 113 кг. На фотографии до ката представлена лишь собственно сама пушка. Огромная батарея из 56 конденсаторов и толстые кабели не показаны. Автор проекта называет себя Ziggy Zee. Проект выполнен на высоком уровне. Автор говорит, что он проработал в оружейной компании три года.


    Развёртывание, монтаж и первый тест с энергией выстрела 20,5 кДж.


    Второй выстрел. Снаряд застрял, расплавился и испарился. Рельсотрон не пострадал.


    Пятый выстрел, тест с баллистическим гелем. Использовался соответствующий натовскому стандарту 20-процентный гель с температурой 10°. Это означает, что его условия были максимально приближены к плотности человеческой плоти. Снаряд вошёл глубоко и показал свою смертоносность. Масса снаряда в три раза выше, чем у пистолетной пули калибра 9 мм, поэтому останавливающее действие выше.


    Девятый и десятый выстрелы. Стрельба по десяти и девяти блюдам из фарфора.

    Как это создавалось




    Если приложить потенциал к рельсам, на которых находится неподвижный снаряд, то он просто расплавится. Поэтому его нужно разогнать до контакта с рельсами. Умелец Ziggy Zee использовал вполне традиционное для этого решение — баллончик с углекислым газом. После нажатия на спусковой крючок снаряд из алюминия разгоняется до ≈80 км/ч, не очень высокой скорости.



    Снаряд входит в контакт с двумя параллельными рельсами из меди. Рельсы плотно сдавливают снаряд, создавая достаточно трения для предотвращения движения. Трение настолько высоко, что холостой выстрел без напряжения заставит снаряд застрять между рельс. За счёт тока во время движения часть алюминия плавится, обеспечивая отличную смазку. Сила Лоренца разгоняет снаряд, и он выходит из пушки на большой скорости.



    Часто при создании рельсотронов огромное внимание уделяется пушке и её электрической составляющей. Но важен и снаряд. В качестве материала снаряда был выбран алюминий. Ziggy Zee замечает, что существует недопонимание: многие считают, что нужны ферромагнетики — сталь. Но железо плохо подходит для стрельбы из рельсотрона ввиду высокой температуры плавления и плохой проводимости. Это не пушка Гаусса, ферромагнетизм в рельсотроне не так определяющ.



    Снаряд состоит из головы, из которой выходят две ножки. Экспериментально умельцы выяснили, что ножки теряют огромные количества алюминия. Это вполне ожидаемо. В процессе стрельбы ножки прижимаются к рельсам с высокой силой — расчёты указывают на число более 4000 Н. Так обеспечивается отличный контакт с рельсами.

    Рельсы закреплены плотно, поэтому снаряд выталкивается, словно вода из сдавленного конца садового шланга. На фотографии выше представлен снаряд массой 22 грамма. После седьмого теста была создана облегчённая версия массой 14 граммов. Голову снаряда урезали для обеспечения лучшего проникновения и понижения вероятности заедания.



    Пушка и снаряды не представляют никакой угрозы без конденсаторов. В них и заключается вся опасность и 80 % массы устройства. Для работы пушки понадобилась огромная батарея из 56 конденсаторов. Новенькие стоят 850 $, то есть все обошлись бы в 50 тысяч долларов. Умельцы смогли достать 58 штук (2 запасных на случай выхода из строя) всего за 2600 $. Но на это ушло два года.



    Каждый из конденсаторов рассчитан на работу под напряжением до 400 В и имеет ёмкость в 6000 мкФ. Конденсаторы импульсные. Для соединения конденсаторов использовались бруски алюминия толщиной в четверть дюйма (0.64 см). От брусков требовалось выдерживать огромный ток. Нужна механическая прочность, чтобы можно было без повреждений переносить каждый банк конденсаторов массой порядка 22 кг. Ширина брусков тоже имеет значение: концентрированное магнитное поле могло бы разорвать узкие проводники. Конечно, медь могла бы подойти лучше, но авторы проекта посчитали, что она слишком дорога и тяжела.



    Дырки в брусках сделали сверлильным станком, конденсаторы закрепили. От соприкосновения бруски отделяет фрагмент из ацеталевого пластика.



    Для собственно пушки Ziggy Zee выбрал гаролит G10. В качестве требований предъявлялись экстремально высокая прочность, технологическая обрабатываемость и околонулевая проводимость. Во время пуска рельсы испытывают килоньютоны силы, которые отталкивают их друг от друга. Гаролит хорошо подошёл: он рассчитан на давление до ≈344.7 МПа (50000 psi, сравнимо со сталью) и обладает хорошей теплостойкостью (он горит, а не плавится).


    На фотографию попал очень ранний прототип снаряда, который не использовался.

    Для крепежа использовалась немагнитная нержавеющая сталь трёхсотой серии. Камеру пневматического ускорителя собрали из ударостойкого АБС-пластика. Гаролит приклеили к бруску дерева 4×4 дюйма клеем E6000.



    В качестве спускового механизма используется фрагмент пейнтбольного оружия. Пушку покрасили аэрозолем.



    Магнитное поле должно находиться за снарядом. Автор проекта подсчитал, что магнитное поле максимально, когда снаряд проходит примерно 5 сантиметров вдоль рельсов. Контакт между снарядом и рельсами нежелателен, пока снаряд не пройдёт хотя бы дюйм (2,54 см). Нужные части были обработаны ленточной шлифовальной машиной.



    Для будущих оптических элементов на пушку закрепили планки Пикатинни и прочий обвес. На рельсотрон поставили сошку-двуногу.



    Силовые кабели можно припаять, но Ziggy Zee предположил, что они будут отлетать. (Как показывают видеоролики, они и вправду отлетают при выстреле.) Поэтому было создано крепление, которое можно быстро восстановить.




    Результат работы

    Для стрельбы конденсаторы нужно заряжать. В полевых условиях для этого используется банк из девятивольтовых батарей. Их хватает на пять выстрелов. Автор проекта надеется в будущем приспособить для зарядки 12-вольтовую автомобильную батарею через инвертор на 120 В, трансформатор для повышения напряжения и выпрямитель.



    Напряжение конденсаторов при зарядке возрастает экспоненциально. То есть при приближении к полному потенциалу скорость зарядки становится всё меньше и меньше. Поэтому для зарядки 400-вольтовых конденсаторов Ziggy Zee использовал 450 вольт, а иногда и 500. Но здесь важно вовремя прервать процесс зарядки.

    Анализ данных выстрелов показал низкий износ. Ziggy Zee оценивает ресурс рельсов в 50 выстрелов. Медные рельсы почти не стираются, на них лишь нарастает слой алюминия. Его можно удалить.

    Ziggy Zee будет улучшать проект и в дальнейшем. В планах автора изменить процесс заталкивания снаряда в ствол (сейчас на это уходит слишком много времени), улучшить конструкцию снарядов, использовать автомобильный аккумулятор для зарядки и попробовать переключать батарею кондесаторов последовательно для достижения 800 вольт на рельсах. Последнее потребует пересмотреть требования безопасности: изоляция кабелей рассчитана всего на 600 В.

    Канал на YouTube
    Альбом с фотографиями
    Поделиться публикацией
    Похожие публикации
    Ой, у вас баннер убежал!

    Ну. И что?
    Реклама
    Комментарии 45
    • +1
      Серьёзный подход к делу, приятно было прочитать
      • +26
        И на фоне этого очень дико выглядит батарея из «Крон»
        • +1
          Меня больше смутили прищепки, прижимающие кабели к медным выводам. И это при струбцинах и винтовых соединениях. Как провода при первом выстреле не приварились?
          • 0
            Как прищепки не испарились?
      • –20
        > Как показали тесты, выстрел из этого рельсотрона уже смертелен.
        Вы подумали о том же, о чем и я?
        • +5
          Автор проекта надеется в будущем приспособить для зарядки 12-вольтовую автомобильную батарею

          Чего надеяться? Брать и приспосабливать.
          Сейчас посчитал кроны, насчитал около 50ти штук (51?). Т.е напрямую цеплял кроны к конденсаторам. Безумие…
          • +1
            Поэтому для зарядки 400-вольтовых конденсаторов Ziggy Zee использовал 450 вольт, а иногда и 500. Но здесь важно вовремя прервать процесс зарядки.
            Похоже, что самым сложным в «приспосабливании» будет понять, что зарядный ток конденсаторов нужно ограничивать, а не повышать.
            • +2
              Зарядный ток этих конденсаторов может достигать разрядного без последствий. А разрядный вы видели. так что тут ничего, кроме напряжения, можно не ограничивать.
              • +1
                Конденсаторам ничего не будет, но суть комментария в том что большинство преобразователей с 12 на 120/220 и т. д. вольт имеют ограничение максимальной мощности и при ее превышении срабатывает защита. Когда конденсаторы разряжены они равносильны КЗ (короткому замыканию), соответственно если автор просто попробует зарядить конденсаторы то преобразователь отключится либо если нет защиты вовсе сгорит.

                По этой же причине фотографы использующие студийные вспышки на природе с питанием от преобразователей или компьютерных ИБП включают нагрузку последовательно с мощным резистором чтобы ограничить потребляемую мощность. Причем в среднем емкость всех конденсаторов в хорошей студийной вспышке равна емкости одного конденсатора из статьи. А их тут 50+.
                • +1
                  А, так вы о защите источника? Тут естественно, в начале заряда этот блок кондёров будет равносилен КЗ.
              • +1
                Если конечно брать уже готовые инверторы, рассчитанные на бытовое использование тогда проблемы будут гарантировано.
                Достаточно взять классические DC-DC инверторы с ОС по току и напряжению — и никаких проблем с зарядкой конденсаторов. Чем мощнее батарея и инвертор — тем быстрее заряд.
            • +1
              Интересно, как у них с КПД?
              • +1
                Да, интересно бы померить ток и начальную скорость пули. Врядли КПД больше 1% процента, а скорее всего на порядок меньше. Смотреть забавно, но как то все слишком по американски, видео, картинки, эффектное разбивание керамической свинки — на публику.

                Оголенные провода и клеммы при 400В, это жесть конечно.
                • +1
                  Ну дело-то не в напряжении, а в силе тока.
                  Но процент это очень мало, имхо.
              • +2
                Поправьте меня, но алюминий — это же очень лёгкий материал? Алюминиевая пуля далеко не улетит, с какой скоростью её ни кидай.
                Традиция использования свинца, вольфрама и урана не на пустом месте появилась.
                Хоть бы железо взяли, снаружи можно алюминием покрыть, для смазки.
                И порадовало сравнение стокилограммовый двухметровой хрени с пистолетом. Если уж честно сравнивать эффект, то с аналогичным по весу и габариту огнестрелом. Калибра этак 14, а то и 23.
                • +1
                  Да, Zig Zee уже сделал снаряд из вольфрама. Пока что от него ничего нового не слышно.
                  • 0
                    Хоть бы железо взяли, снаружи можно алюминием покрыть, для смазки

                    Да уже готовый ихний снаряд можно высверлить по центру и залить свинцом. Проще некуда.
                    • 0
                      /флегматично/
                      А смысл?
                      Тарелки в упор колоть и так сойдет, а на дистанциях побольше с такой формой один хрен точность будет строго бронтозавру в опу.
                      • 0
                        Вот именно. Вот если бы реализовать закручивание снаряда вокруг своей оси — вот это было бы дело!
                        • 0
                          Для начала можно стальной шарик покрытый алюминием разгонять неодимовыми магнитами по конусобразному нарезному стволу. Сами нарезки можно сделать электродами.
                          • +1
                            Что-то вспомнилось про урановые ломы в ртути...)
                            • 0
                              Емнип, в упомянутом штатовском прототипе как раз таки стальной снаряд в картридже из алюминия (который раскрывается и отваливается при вылете из ствола). И, вроде бы, там было что-то на тему легкого оперения этого снаряда, для закручивания в полете.
                  • +2
                    В случае открытия высокотемпературных сверхпроводников этот вид оружия может быть весьма перспективен.
                    • +4
                      Электрические потери на сопротивление здесь не великб по сравнению с механикой испровыми разрядами и электромагнитным излучением.
                      Сложности тут в основном инженерые, ни каких научных прорывов не требуется.
                      • +2
                        ни каких научных прорывов не требуется

                        А по-моему очень даже требуется. Бегло изучив топик:
                        1. Вот здесь предлагается интересная идея, заключающаяся в снижении потерь на трение и искровые разряды, упомянутые Вами, за счет применения сверхпроводника.
                        2. В этом отчете приводится сравнение реальных установок и делается вывод, что применение сверхпроводников увеличивает КПД минимум на 50%. Правда в конструкции там применяются дополнительные контуры для ускорения снаряда.
                        3. От себя также замечу что энергоемкость катушек из сверхпроводникового материала несравнимо выше самых современных конденсаторов. Объем катушки будет примерно в 200 раз меньше, чем суммарный объем конденсаторов.
                        • +1
                          3. От себя также замечу что энергоемкость катушек из сверхпроводникового материала несравнимо выше самых современных конденсаторов. Объем катушки будет примерно в 200 раз меньше, чем суммарный объем конденсаторов.

                          А можно конкретные цифры со ссылками? А то мне кажется, что разрабатываемые сейчас графеновые суперконденсаторы должны быть ещё на порядок эффективнее, а главное проще в обслуживании.
                          • +1
                            Они ещё только разрабатываются и принимать их во внимание пока не стоит. Разве что Вы хотите помечтать — но тогда можно далеко зайти.
                            • +3
                              Конкретные цифры можно посмотреть здесь, здесь и здесь.
                              А на счет графена Вы правы. Уже достигли 39 Вт*ч/кг, что сравнимо и даже выше чем у сверхпроводящих накопителей.
                              Осталось дождаться обеих технологий по приемлемой цене и можно налаживать производство рельсотронов =)
                      • +3
                        А все-таки какая энергия снаряда? И остаточная энергия заряда конденсаторов после выстрела?
                        • +4
                          «Автор проекта надеется в будущем приспособить для зарядки 12-вольтовую автомобильную батарею через инвертор на 120 В, трансформатор для повышения напряжения и выпрямитель.»

                          Намекните ему что ли, что в других странах бытовое напряжение бывает и повыше. На Алиэкспрессе за копейки по меркам этого проекта можно купить инвертор и на 380 вольт.
                          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                            • +1
                              Чем же это удобней? Покупать, выкидывать (точнее утилизировать через специализированные службы, где не факт что примут такой объём забесплатно). Притом, что у него есть машина, где всегда есть 12 вольт на как минимум 60 ампер.
                            • 0
                              Автор очень скрупулезно отнесся к сборке и механике, а электронике мало внимания уделил. Вот такой девайс отлично подошел бы (скинул также автору в ютюбе).
                            • 0
                              >>Анализ данных выстрелов показал низкий износ. Ziggy Zee оценивает ресурс рельсов в 50 выстрелов.
                              Это не ошибка? Всего 50 выстрелов?
                              • +2
                                Износ рельс — одна из существенных проблем рельсотрона. Там и огромное трение и токи огромные. Оно по факту испаряет части как пули так и рельсы.
                                • +5
                                  Причем 50 выстрелов это очень много, в большинстве аналогичных девайсов обычно число раз в на порядок меньше. В целом ребята молодцы но не покидает ощущение отсутствия каких либо рассчетов и понимания процессов, во всяком случае по указанным ссылкам толком нет ни единой цифры (может был невнимателен)

                                  На одном из тематических форумов некто Дмитрий много лет назад занимался постройкой переносного рэйлгана и добился хороших успехов. На самом деле хороших это мягко сказано, очень технологично все сделано.
                                  Заранее извиняюсь за нетегированные ссылки:
                                  Ветка по постройке: http://future-weapons.ru/forum/viewtopic.php?f=4&t=189
                                  Канал на ютубе: http://www.youtube.com/channel/UC8ApzvJVF5S_6iWnVBo9sXw
                                  Если верить автору то он превысил скорость звука:https://youtu.be/_MMgoM-TWfA?t=94
                                  На других видео также фигурируют цифры в 170Дж энергии в снаряде…

                                  • 0
                                    На порядок это 5 выстрелов?
                                  • +5
                                    У танковых пушек тоже ресурс небольшой.
                                    Металл ствола частично улетает со снарядом.
                                    Здесь та же проблема.
                                    • 0
                                      Интересно, какой по размеру будет рельсотрон сравнимый по наносимым повреждениям с обычным бронебойным снарядом танковой пушки (если конечно такие еще есть)? Не принимая во внимание, конечно, что из танковой пушки стрелять можно широким набором боеприпасов.
                                      • +2
                                        За счёт потенциально гигантских скоростей полёта снаряда, повреждения от масенькой пульки могут быть сравнимы с бронебойным снарядом. И основной размер и массу рельсотрону дают конденсаторы, то стоит лишь дождаться рывка в технологии производства маленьких и ёмких конденсаторов/батарей, чтобы ручной рэйлган стал армейской банальностью.)
                                        • +1
                                          если конечно такие еще есть

                                          Есть и помощнее

                                    • +1
                                      можете кто-то ответить, почему не ионисторы использовать вместо конденсаторов?
                                      • +3
                                        Ионисторы не способны отдать импульсный ток большой величины. У них слишком большое внутреннее сопротивление.
                                        • +2
                                          У ионистров очень большое внутреннее сопротивление, они не могут отдать большой ток в импульсе. Если математически то суммарное сопротивление цепи будет Rбатареи+Rпушки, тогда ток в цепи будет I=U/(Rбатареи+Rпушки).
                                          Сила, а следовательно и ускорение напрямую зависит от силы тока. т. е. чем меньше суммарное сопротивление цепи тем выше ток, больше сила, ускорение снаряда и мощнее пушка. Именно по этой причине автор сначала заряжает конденсаторы от источника питания с высоким внутренним сопротивлением.

                                          P.S. На самом деле все конечно сложнее и еще необходимо учитывать реактивное сопротивление которое при больших токах будет огромным. Из за него максимальный ток в цепи устанавливается не сразу а через некоторое время. Ускорить нарастание тока можно подняв напряжение и хотя при использовании того же самого количества конденсаторов увеличится внутреннее сопротивление и уменьшится емкость все равно это может быть оправданно (т.к. чем длиннее ствол тем больше у него емкость, сопротивление, индуктивность и т.д.).
                                        • +1
                                          Не знаю насчёт рельсотрона, но помню старую статью из книги рекордов Гинесса (лет так 20 назад) о максимальной скорости рукотворного объекта — пластиковый диск из электромагнитной пушки приобрел скорость в 150 км/с. А на таких скоростях физические свойства материалов уже не играют роли — они ведут себя как жидкости.
                                          В статье же явно такими скоростями не пахнет.

                                          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                          Самое читаемое