Maximierung der Kraft des Magnetmassenbeschleunigers

Erstens glaube ich nicht, dass Sie einen Neodym-Magneten als Projektil verwenden können.

Gaußgewehr

Eine Spulenkanone (oder Gauss-Kanone, in Anlehnung an Carl Friedrich Gauß, der mathematische Beschreibungen des von Magnetbeschleunigern verwendeten Magneteffekts formulierte) ist eine Art Projektilbeschleuniger, der aus einer oder mehreren Spulen besteht, die als Elektromagnete in der Konfiguration eines Linearmotors verwendet werden ein ferromagnetisches oder leitendes Projektil auf hohe Geschwindigkeit beschleunigen .

Sie sollten sich mehr auf die kinetische Energie des Projektils konzentrieren, wenn es das Rohr verlässt. Ein 400-Farad-2,7-V-Kondensator speichert 1450 Joule Energie, was bei einem Wirkungsgrad von 1 Prozent 14,5 Joule Projektilenergie entspricht. Setzen Sie dies in die kinetische Energiegleichung ein$E = \frac{1}{2}mv^2$, gibt uns eine Mündungsgeschwindigkeit von 170 m/s für ein 1-Gramm-Projektil.

Kommen wir nun zur Frage der Gewalt.

Die Kraft hängt davon ab, wie viel Leistung Sie durch die Spule pumpen können. Diese Mindestkraft wird enorm sein, da das Projektil in der Mitte der Spule Mündungsgeschwindigkeit erreichen muss. (Zu diesem Zeitpunkt muss auch die Spule entladen sein, sonst wird das Projektil langsamer.)

Für ein 1-Gramm-Projektil sind dies 729 Newton oder 73 kg Kraft, wenn man von einer Spulenlänge von 4 cm ausgeht. (Sie können die Beschleunigung aus dieser Gleichung berechnen -$a = \frac{v^2}{s}$wobei s die Lauflänge und v die Geschwindigkeit ist.)

Was bedeutet das? Sie brauchen auf jeden Fall ein starkes Projektil - und Ihr Kondensator muss eine enorme Leistung liefern.

Unter Berücksichtigung der obigen Parameter beträgt die Zeit, bevor das Projektil die Mitte des Laufs trifft, 0,23 Millisekunden, die Sie mit der kinematischen Gleichung berechnen können$x = \frac{1}{2}at^2$. Teilt man die Gesamtenergie durch die Zeit, ergibt sich ein Leistungsbedarf von 6,5 MW, der abgeführt werden muss.

Das ist richtig. 6,5 MW .

Bei einem 2,7-Volt-Kondensator muss der Widerstand unter 1 Mikroohm liegen. Definitiv nicht möglich. Bei einem 400-Volt-Kondensator beträgt das Minimum 24 Milliohm. Das ist möglich.

Ihre Frage gibt an, dass Sie nicht daran interessiert sind, die Geschwindigkeit zu maximieren.

In diesem Fall können Sie diese Berechnungen für Ihren spezifischen Anwendungsfall durchführen.

Der Drahtquerschnitt hängt vom Strom ab, der durch den Draht fließt, und von der Spannung.

Sobald Sie das haben, können Sie die Anzahl der benötigten Windungen berechnen, und das gibt Ihnen den Widerstand der Spule. Sie können dies zum Widerstand des Kondensators und der Diode hinzufügen, um den Gesamtwiderstand zu erhalten. Dieser muss kleiner sein als der von Ihnen berechnete Mindestwiderstand.

Seien Sie vorsichtig. 1500 Joule sind eine Menge Energie.

Ich bin weder in Mathe noch in Elektronik großartig.

Allerdings können Sie natürlich auch einen Neodym-Magneten als Projektil verwenden.

Wenn Sie die Schalter richtig einstellen können, können Sie Ihre Masseantriebsspule das Permanentmagnetprojektil anziehen lassen, bis es sehr nahe an die Mitte des Spulenfelds heranreicht, und dann die Polarität umkehren, sodass die Spule den Neomagneten auf dem Weg abstößt aus. Das Timing an den Schaltern muss nahezu perfekt erfolgen.

Neo-Magnete sind natürlich sowohl spröde als auch teuer. Ich würde in Betracht ziehen, den Neo-Magneten als "Schlitten" zu verwenden, der einen besseren Projektilkandidaten wie eine Bleikugel schiebt. Sie könnten den Magneten anmutig verlangsamen und schließlich mit einem Kupferrohr und schließlich einem schwachen Magnetfeld in einiger Entfernung im Lauf stoppen, während die Kugel weiterläuft.