jueves, 22 de diciembre de 2016

CG-42 Ven conoce la ametralladora gauss









Fuente de alimentación: 2x 22.2V , 3600mAh , paquetes de 50C Li - polímero de litio
Conmutación : IGBT
Peso : 4.17kg
Proyectiles : 6.5x50mm sin vaina de acero babosas
Capacidad: 15 Rondas
Velocidad de disparo : 7,7 Rondas / Sec
Velocidad de salida : 42.03m / s
Hocico de energía: 10.78J
Eficiencia total: 7,0 %





DIAGRAMA:




El proyecto cañón Gauss completamente automático comenzó en noviembre de 2010 , y el diseño inicial fue un alto voltaje , de una sola etapa , el condensador conducido cañón Gauss que se llama el CG -41 . 



Tenía la esperanza de lograr una energía inicial de aproximadamente 7,5 julios con una Tasa de fuego ( ROF ) de 4 disparos por segundo ( RPS ) . 



Sin embargo , el diseño se desintegró en todo el circuito de carga , que era una monstruosa inversor 2,5 kW DC -AC destinado a los aparatos de alimentación de una batería de coche .



 El inversor era gigantesco y pesada , y tuvo una serie de problemas eléctricos que le impidieron ser integrados fácilmente en el diseño del cañón Gauss . 



A medida que el diseño explotó en tamaño y complejidad para acomodar el circuito de carga , mientras que sigue sin funcionar correctamente, que tuvo que ser abandonada durante la fase de prueba en junio de 2011 .




 Full-Auto canon Gauss: 

un problema de ingeniería

Aquí está el problema: Un cañón Gauss de una sola etapa tiene una distancia de una sola longitud de la bobina sobre la cual para acelerar el proyectil. 



Si el proyectil se ha de acelerar a una velocidad significativa sobre esta distancia muy corta, una muy alta corriente eléctrica es necesario, y se necesita una batería de condensadores de alta tensión para proporcionar esta corriente. Este banco de condensadores de alta tensión, normalmente necesita varios segundos para recargar entre disparos, y esto está fuera de la cuestión, cuando usted quiere que su arma para disparar muchas balas por segundo. Usted puede tratar de eludir este problema con un circuito de carga rápida de potencia super alta, pero esto es poco práctico e ineficaz para un diseño portátil, como supe desde el fallido CG-41.



Una opción alternativa es eliminar los condensadores y alimentar directamente la bobina de baterías de alta corriente. Esto resuelve el problema de mucho tiempo de recarga, pero introduce otro problema: incluso los mejores baterías de portátiles sólo pueden suministrar unos pocos cientos de amperios, por lo que la bobina de baterías es muy débil y apenas se lanza el proyectil.



 ¡Pero hay una solución! Si muchas bobinas que funcionan con baterías están alineados por un largo cañón y lanzados uno-en-uno-tiempo que el proyectil pasa a través de la pequeña contribución de cada bobina se suma a proporcionar una gran energía inicial al proyectil, sin necesidad de ningún condensadores !

Esto resuelve el problema cañón Gauss completamente automático. También mejora seriamente la eficacia de la pistola comparación con los diseños de una sola etapa ya que las bobinas de corriente de baja consumen mucha menos carga de las baterías mientras que todavía proporciona una alta energía  al proyectil. Esto también elimina convenientemente el coste, el peso, la complejidad, la pérdida de potencia, seguridad y problemas asociados con la batería de condensadores de alta tensión y el circuito de carga. Un diseño totalmente nuevo se encuentra ahora en una orden- portátil de múltiples etapas masivamente a baterías, cañón Gauss, completamente automático!


requisitos.

El primer paso es decidir lo que yo quiero que mi cañón Gauss de lograr. 



El proceso de diseño a continuación, debe centrarse en el cumplimiento de estos requisitos en la forma directa más simple , más posible.

Potencia Smashing 
:de energía de al menos 10 J
Full- Auto : Al menos 10 RPS

Portátil: longitud inferior a 58 cm ( longitud de CG -33 )

Mantenibles : Todas las partes accesibles para su reparación o reemplazo



No hay ninguna cinta , cartón , madera o plástico de colores utilizados en la construcción



Las matemáticas

Por lo general , comienzan coilgunners su diseño multiplicando la ecuación de la energía del condensador por un factor de eficiencia η predicho para ver la cantidad de energía almacenada que se necesita para producir energía  E.


Sin embargo , ya que esta arma no utilizará condensadores , eso no funcionará . Usando nada más que tres ecuaciones cinemáticas sencillas , una ecuación de energía igualmente tonta, pero igualmente útil dorso de la boca del cañón de la envolvente se puede derivar de un cañón Gauss de la batería accionado.




Donde t es el tiempo y d es la distancia que deba recorrer media potencia P para acelerar un proyectil de masa m de la velocidad inicial vi a vf velocidad final . 



Obsérvese que la ecuación 3 asume aceleración constante , que es una aproximación cercana con un cañón Gauss altamente etapas múltiples . 



Comenzar por eliminar t alimentando la ecuación 3 en la ecuación 2 y re-organización de resolver para E.


Supongamos Vi = 0 puesto que el proyectil está inmóvil en el inicio de la toma, y usar la ecuación 1 para eliminar vf .


Re-organización de resolver para E , se llega a la fórmula aproximada final para la energía inicial de un cañón Gauss accionado por batería :


El comentario más frecuente que recibo en mis coilguns es que debo utilizar un proyectil más ligero para mejorar el rendimiento . Este ecuaciones muestra por qué esa sugerencia es incorrecta . 



Es contrario a la intuición , pero para una potencia fija y la distancia ( por ejemplo, banco de condensadores fijos y bobina) , un proyectil más ligero ganará menos energía que un cañón más pesado. Esta ecuación se usará ahora para guiar el proceso de diseño .


Proyectil.




Cada parte de un cañón Gauss , desde la fuente de alimentación a las bobinas , está diseñado sobre la base de las propiedades del proyectil. En primer lugar tengo que decidir lo que la velocidad de salida que quiero.



 Me gustaría que el CG -42 para disparar al menos tan rápido como el CG -33 , que tiene una velocidad de salida de 40 m / s . Con mi requerimiento de energía 10J  y la ecuación 1 , eso significa que el proyectil debe tener una masa de 12,5 g . clavos de acero hacer grandes proyectiles ya que son barato , rápido de la máquina , y tienen propiedades magnéticas decente . 



Resulta que tengo una pila de 6,5 mm de diámetro uñas sobrantes de un proyecto de mejoras para el hogar . Si los corto de 50 mm de longitud y enfocar hacia abajo , que salen a 12,3 g , que es lo suficientemente cerca !


Número de bobinas.

Para obtener la mejor eficiencia posible , quiero elegir el más largo recorrido de aceleración posible y dividir esta longitud en tantas bobinas como sea posible . Esto reduce la potencia necesaria para llegar a la energía inicial requerida. 



Equilibrar este es el hecho de que cada etapa debe ser acompañada por un conjunto de conmutación de hardware y de circuitos , que se convierte rápidamente caros y difíciles de encajar dentro de un diseño portátil cuando el número de etapas es demasiado alta.



 Sobre la base de la longitud de mi proyectil y el requisito de longitud máxima de la pistola , me encontré con que 8 etapas podrían ser prácticamente instalados en el diseño




baterías.


El siguiente paso es elegir las baterías . Empiezo por la ecuación 6  de arriba para resolver demanda de potencia del cañón Gauss 




ya tienen E y M de los pasos anteriores. Para las ocho 50mm bobinas y un proyectil de 50 mm de igual tamaño, esto resulta en d = 8x0.05m = 0,4 m. 


Por lo tanto, tendrá que ser suministrado con alrededor de 500 vatios para cumplir con el requisito de energía inicial del proyectil.

A continuación, tengo que adivinar el total de (batería al proyectil) la eficiencia de mi cañón Gauss. Sobre la base de otros coilguns múltiples etapas, impulsados ​​por batería, podría esperar un rendimiento global entre 6 y 10%. Eso significa que las baterías deben ser capaces de suministrar algún lugar entre 5.000 y 8.300 vatios.

Cuando se trata de baterías portátiles, de polímero de litio (Li-Po) las células están en la vanguardia de la tecnología (por lo menos en términos de lo que un aficionado puede permitirse). 



células Li-Po vienen con puntuaciones estallido de corriente de hasta 100 ° C (100 veces la capacidad en amperios-hora) en paquetes con un máximo de seis celdas en serie (6S) que tiene una tensión máxima de 25.2V. 

Estos paquetes de baterías están disponibles con capacidades de 2500mAh, 3600mAh y 5000mAh. Cualquiera de estas opciones de la batería cumplen con los requisitos de potencia con un buen margen.

Para la transmisión eficiente de energía al proyectil, las bobinas deben maximizar la fuerza magnética ejercida sobre el proyectil.


 Fuerza sobre el proyectil es proporcional a la bobina de corriente multiplicado por vueltas de alambre, por lo que las baterías deben tener una tensión lo suficientemente alta para empujar las porciones de corriente a través de una bobina con muchas de vueltas de alambre. 

Por esta razón, he optado por utilizar dos 6S baterías en serie para un total de 50.4V. 

Me instalados en los paquetes de 3600mAh con el fin de asegurarse de que un montón de energía estaba disponible para las bobinas y que una gran cantidad de disparos pueden ser despedidos antes de que las baterías necesitan ser recargadas.


Fuente de alimentación, iCharger cargador del balance 106b ,poising 22.2V , 3600mAh Packs 6S 50C Li - polímero de litio

interruptores.


Las capacidades del interruptor determinarán la corriente máxima de las bobinas deben estar diseñados para dibujar.

 Dado que este diseño se utilizará la misma bobina para cada fase ( véase la sección de la bobina ) cada etapa también se puede utilizar el mismo interruptor . 

Para este diseño , un SCR no funcionará desde SCR requieren la corriente a caer a cero con el fin de apagar el aparato, lo que no ocurrirá con las baterías.

 Tenía varios IGBT que quedaron de la CG -41 que debe trabajar muy bien.


 Pueden pasar impulsos de corriente hasta 300A , y vienen en un paquete compacto con ISOTOP terminales roscados que los hacen fáciles de montar en barras colectoras y cables de calibre bajas.



Ahora se deben considerar las diversas pérdidas para asegurar que suficiente energía será entregado a las bobinas. 

Estimé que las baterías y los cables de interconexión se añaden alrededor de 40mΩ de la resistencia en serie con las bobinas .

 Además , los IGBT se disiparán sobre 900W cuando llevan a cabo una completa 300A . Eso deja a P = ( 300A * 50.4V - 0.04Ω * 300A ^ 2 - 900W ) = 10,620W siendo entregado a las bobinas . Esto satisface la estimación de potencia 5,000-8,300W con un buen margen para tener en cuenta cualquier variación .





Por último , tenga en cuenta que los MOSFET con la misma capacidad de corriente operarían con cerca de la mitad de la pérdida de poder de estos transistores IGBT , pero la tensión nominal más alto de los IGBT permitirá que encienda las bobinas de forma más rápida , lo que reduce el efecto " suck -back" y mejora de la eficiencia (véase la sección de supresión de tensión ).






Barril.


Para un cañón Gauss, el propósito principal del barril es para proteger el interior de las bobinas de ser dañado por el proyectil como se tira a través.

 Los principales criterios para elegir el barril es que debe encajar el proyectil de cerca y tener las paredes más finas posible. 

Cuando se energiza el cañón Gauss, el proyectil y la bobina están unidos como un circuito magnético. Cualquier espacio entre el proyectil y la bobina ocupado por material no magnético actúa como una resistencia de la grasa en que la transmisión de circuito y los límites de potencia de la bobina de proyectil. 

Por lo tanto una delgada, barril apretado reduce la cantidad de plástico y de aire entre la bobina y el proyectil y mejora la eficiencia. Un barril de metal es ideal debido a sus paredes finas, pero las bobinas energizadas generará corrientes de Foucault en el material metálico debido a su conductividad. 


La energía desperdiciada en estas corrientes parásitas puede ser significativo y en detrimento de la eficiencia del cañón Gauss. 


El corte de una ranura en sentido longitudinal por el cañón puede mitigar las corrientes de Foucault, pero no tienen las herramientas para lograr esto. 


Para el cañón de la CG-42, he elegido un tubo de teflón de baja fricción que se ajustan muy bien el proyectil.




bobinas.

Para un sensor desencadena cañón Gauss como éste (véase la bobina de disparo ) la inductancia de cada etapa de la bobina no necesita variar para tener en cuenta el aumento de la velocidad del proyectil , por lo que cada etapa puede utilizar el mismo diseño de la bobina . 

Las dimensiones físicas de la bobina ya están dictadas por las dimensiones del proyectil y un radio exterior máximo I definidos para limitar el tamaño físico de la pistola. 

a continuación, he diseñado una bobina que encajaría dentro de ese espacio, mientras que el mayor número vueltas de alambre como sea posible para maximizar la fuerza magnética y dibujar una corriente máxima de 300 amperios de las baterías. 

Opté por usar alambre magneto de cobre de bajo calibre , lo que minimiza la resistencia y al espacio perdido dentro de las dimensiones de la bobina.


Supresión de tensiones.

La bobina es un inductor, y un inductor almacena energía en su campo magnético. 


Cuando un inductor se retira de su fuente de alimentación, el inductor utiliza su energía almacenada para generar un voltaje que trata de mantener la corriente que fluye. 

Si tuviera que simplemente apagar las bobinas en el momento apropiado, la inductancia de la bobina podría generar un pico de voltaje que fácilmente podría exceder la máxima tensión de los IGBT y destruirlos. 

La solución consiste en suprimir el pico de voltaje, dando la energía del inductor en otro lugar a donde ir. 


Esto se realiza comúnmente mediante la conexión de un diodo anti-paralelo a la bobina. 

Cuando el IGBT se desconecta la corriente, el diodo comienza a conducir y permite que la corriente circule por la bobina, donde se descompone y se disipa en forma de calor.

 Esta corriente de desconexión deberá disipará rápidamente; cualquier corriente que queda en la bobina después de que el proyectil pasa del punto central reducirá la velocidad del proyectil hacia abajo. 


El tiempo que se necesita para disipar esta corriente se puede reducir significativamente mediante la adición de una resistencia en serie con el diodo.


 Cada bobina en el GC-42 utiliza un diodo rectificador de corriente con una alta sobretensión y una resistencia de alta potencia para disipar rápidamente las corrientes de desconexión de la bobina.



Aumento de flujo magnético.


aumento Flux es la práctica de encerrar las bobinas dentro de un poco de material magnético con el fin de reducir la reluctancia del circuito magnético y mejorar la unión magnética entre el proyectil y la bobina. 

La investigación sugiere que los casquillos de extremo ferrosos pueden dar un significativo aumento del rendimiento de las bobinas de baja potencia, tales como los que estoy planeando construir.

 coilguns de potencia más altos pueden saturar la capacidad finita de la tapa del extremo de ser magnetizado, haciendo que el impulso de la eficiencia menos significativo.
hierro en polvo y epoxi utilizadas para formar tapas de los extremos de la bobina

Para determinar la utilidad de las tapas de los extremos al proyecto CG-42, voy a hacer una comparación aproximada de la intensidad del campo magnético entre mi bobina y el usado en la investigación.


 La configuración de investigación consistió en una bobina de 40mΩ y 23uH, y una batería de condensadores 33,000uF cargada hasta 60V. Esto daría lugar a una corriente media de descarga de 472A. 

La ecuación para la intensidad de campo magnético en el centro de una bobina ideal es B = μ0 * N * I / L donde μ0 es la constante magnética de 1.257 × 10-6 T * m / A, N es el número de vueltas, I es la corriente y L es la longitud de la bobina. 

La bobina de la investigación tenía 70 vueltas y fue de 27 mm de largo. Esto resulta en una fuerza de campo media de 1,54 Teslas.

 La misma ecuación aplicada a la bobina CG-42 da una intensidad de campo promedio de 1,23 Teslas. 


Si la bobina de investigaciones de gran intensidad de campo ganó un significativo aumento del rendimiento de las cubiertas de, entonces también debería ser capaz de ver un aumento de rendimiento similar si construyo tapas de los extremos de una composición similar.




Activación de la bobina.

Es importante tener retroalimentación al cambiar las bobinas en un cañón Gauss de múltiples etapas. 

Si el mecanismo de conmutación no es adaptativo, una pequeña irregularidad en una etapa introduce un error de temporización que amplifica en etapas posteriores.


 A medida que las pilas se agotan con golpes repetidos y como las bobinas se calientan, las bobinas llevarán menos corriente y producen menos aceleración.


 Así, una secuencia de tiempo que se optimiza para bobinas de temperatura ambiente y una batería nueva no va a funcionar bien para bobinas en caliente o una batería parcialmente drenado. 


El momento de las bobinas debe adaptarse activamente a todas las situaciones posibles.




Lograr esto es más fácil de lo que parece. Un sensor de IR simple puede ser colocado en la entrada de cada bobina, de manera que los bloques de proyectil del sensor a medida que entra la bobina, y despeja el sensor como el proyectil se alinea con el centro de la bobina (si proyectil y la bobina tienen la misma longitud ).



 Un circuito puede desencadenar la bobina siempre que el sensor está bloqueado. 


Esto se traduce en la sincronización casi perfecta, cada vez. 


Esta aplicación durante el CG-42 con un circuito simple que sólo utiliza un pequeño puñado de componentes analógicos.




Sistema de alimentación de proyectiles.


Las únicas partes móviles necesarios para este diseño están en el mecanismo que alimenta proyectiles en las bobinas. El método más sencillo de lo que podía pensar era almacenar los proyectiles en un compartimiento de la caja de resorte (como un arma automática típica) y perfore los proyectiles fuera de la revista en la parte superior a través de un solenoide de off-the-shelf "inyector". 


El solenoide es cargado por resorte, por lo que es tirada hacia atrás a la posición inicial después de ser despedido para permitir que otro proyectil en la revista para deslizarse hacia arriba para la siguiente toma. 


La mayoría de coilguns que utilizan un mecanismo de alimentación de solenoide colocar el solenoide inmediatamente detrás de la revista.


 Sin embargo, hasta que se alimenta de longitud precioso que de otro modo podría ser ocupado por más bobinas, así que optó por colocar el solenoide por encima de la revista y equiparlo con un pequeño "brazo" que llega a empujar los proyectiles de la revista.


Con muelle de retorno del solenoide

Después de que el diseño mecánico se completó, he diseñado un circuito que controla el inyector y permite al usuario elegir el modo semi o completamente automático. El circuito también fija el fuego de la velocidad de máxima, y ​​lee una señal del gatillo 8ª etapa para asegurar que solo disparo se dispara a la vez.



Fuente de alimentación:


El circuito de control de disparo y el inyector requiere una tensión baja y estable para funcionar correctamente. El 25V disponible de los paquetes de batería es demasiado, por lo que la fuente de alimentación debe paso por el voltaje de la batería a algo más utilizable.


 Hay dos opciones para realizar un paso hacia abajo DC.


 El primero es un dispositivo lineal regulador- un barato y sencillo que pone en derivación la tensión no utilizada en forma de calor, que es un desperdicio con altas relaciones de por pasos.


 La segunda opción es un convertidor reductor, un circuito integrado (IC) que impulsa un inductor y un diodo para reducir la tensión. Tomé la decisión de que la mejora de la eficiencia valió la pena, y diseñó dos buck uno converters- para alimentar los circuitos de control y una segunda para alimentar un láser de orientación.

Además, las baterías de Li-Po se pueden dañar si drenado por debajo de 3V por celda (o ~ 18V total para un paquete de 6 celdas), por lo que un detector de bajo voltaje para cada batería se diseña en el suministro de energía. Es un circuito simple que enciende un LED rojo cuando la batería cae por debajo de 18V.

Por último, se añadieron dos LEDs verdes de la fuente de alimentación para servir como indicadores, uno luces cuando el convertidor reductor está encendido que permite al circuito de control, y otras luces cuando la batería del lado de alta está conectado y las bobinas se accionará.




Estructura de pistola.


El marco de la pistola debe ser fuerte, ligero, compacto y fácil de construir. Reducir al mínimo el número de piezas, cortes y dobleces en el diseño ahorrará días de esfuerzo y frustración cuando llega el momento de su construcción. 


Diseñé el marco de la CG-42 que se construye con barras de aluminio de bajo costo, de fácil acceso y hojas unidas con tornillos para metales y epoxi.


 Para las láminas de aluminio, elegí aleación de 3003 debido a su capacidad de conformación y maquinabilidad.


 Estoy trabajando en su totalidad con herramientas de mano, así que necesitaba utilizar una aleación que era fácil de cortar, perforar, y doblar con la mano.

Las únicas partes de alta tensión en todo el diseño son los IGBT, que pueden alcanzar hasta 600 V cuando se dispara. 



He optado por agrupar todos los IGBT y conmutación electrónica juntos dentro de un compartimento de plástico ABS a lo largo de la parte superior de la pistola para mejorar la seguridad eléctrica del diseño. 


Las conexiones entre las baterías y las bobinas se han diseñado con gruesos conductores, firmemente conectados a minimizar la impedancia parásita que reduce la transmisión de energía de las baterías a las bobinas. 


Elegí barras de cobre para conducir corriente a las bobinas de alambre y de la automoción súper bajo de cobre de calibre para conectar las baterías de las barras colectoras.

El aspecto del diseño de todo comenzó con un simple boceto que luego se convirtió en un dibujo a escala. 



A continuación, el diseño y los componentes se ajustó orden se ha alterado una y otra vez hasta que todo el interior en forma.







Tapas de los extremos.


Los primeros componentes para ser construidos fueron las tapas de los extremos de la bobina magnética. 



La mezcla y moldeo del compuesto de hierro-epoxi fue un reto para decir lo menos. 



La proporción de la mezcla tiene que ser el adecuado.



 Si hay demasiado epoxi, la tapa final no será suficiente ferrosos y bien podría ser un trozo de plástico. 



Si hay un exceso de hierro, la pieza llevará a cabo las corrientes de Foucault y, posiblemente,agrietarse cuando se sale del molde. 



También, la cantidad correcta de compresión tiene que ser aplicado a la compresión excesiva moldeo hará que el epoxi rezumar, dejando una pieza excesivamente rica en hierro en el interior. 

Tenía que hacer 16 tapas de los extremos para obtener 9 que fueron bueno- significado que tenía una tasa de éxito del 56% con este proceso. 



Cada pieza tomó 48 horas para secar, por lo que el esfuerzo de largo y frustrante.



 Por último, las tapas de los extremos fueron equipados con soportes para montar los sensores de proyectil y alambre imán de la bobina de infrarrojos.



diseño de las etapas


etapa terminal de las tapas

construccion de tapas laterales de las bobinas



bobinas.



Después de la finalización de las tapas de los extremos, que se colocaron a lo largo del barril y los agujeros se perforaron por lo que los haces de detector de IR podría brillar a través del cañón. 



A continuación, las bobinas se enrollan en cuidadosamente entre las tapas de los extremos con la ayuda de mi agarre. Cada capa de la bobina interior se asegura con una sola capa de cinta de embalaje.



colocacion de las tapas para encajar con las bobinas



compactacion de las bobinas

bobina final




proyectiles.

Una ventaja de utilizar clavos de acero como proyectiles es la facilidad de fabricación, lo cual es una gran ventaja cuando se necesita realizar una veintena de ellos.



 Cada proyectil se mide simplemente, cortar, y presentada en forma. 



El mantenimiento de una longitud precisa era importante para asegurar que cada proyectil se extiende suficientemente lejos para disparar el primer disparador IR etapa cuando se empuja hacia fuera de la revista.





Las pruebas iniciales.

Es una buena idea para asegurarse de que todo funciona antes de gastar un montón de esfuerzo refinarlo en un producto final. 



He construido un banco de pruebas de madera contrachapada sobre el cual podía fácilmente diseñar todos los componentes de la pistola para la prueba. Corté dos barras de cobre y conectado a las bobinas de las baterías de una manera similar a la del producto final con el fin de tener una prueba exacta. 



La fuente de alimentación y circuitos de conmutación han sido en placas universales, y todo se conectan entre sí de una manera que hace que sea fácil de desmontar de nuevo para hacer cambios y reparaciones. 



También compré una de Chrony F-1 de control de velocidad para medir la velocidad de los proyectiles con el fin de comparar el rendimiento real de lo que había diseñado.










Tabla de eficiencia.






Eficiencia total (n) se define como el porcentaje de energía eliminado de las baterías que se convierte en energía cinética de proyectiles (KE / PE * 100%). La eficiencia total acumulado es de aproximadamente 5,9%. La 8 ª etapa no fue despedido porque parte de ella explotó durante la prueba.



 Es evidente que hay cuestiones por resolver antes de la electrónica podría ser puesto en una pistola de mano, pero no tenía datos suficientes para demostrar que la meta de energía 10J  estaba bien dentro de su alcance.




camara de swicheo.


Siguiente he construido la carcasa de plástico para todos los componentes de alto voltaje usados ​​para cambiar las bobinas de encendido y apagado. 



Dos barras de cobre de espesor conectados a los terminales de la batería corren a lo largo de la carcasa a ambos lados. Entre los carriles de cobre son los ocho IGBT, uno para cambiar cada bobina.



 Entre cada IGBT es una pequeña placa de circuito que contiene la electrónica de supresión de tensión.



Inicialmente, cada placa de circuito de supresión de tensión contenía cuatro diodos en serie, que por error me pareció que era la manera más rápida para detener la corriente de la bobina. 



Más tarde, me enteré de que el método de diodo / resistencia individual era mucho más rápido, por lo que cada placa de circuito se retiró y se actualiza. Por último, cada etapa tiene un LED rojo que se ilumina cuando el IGBT está llevando a cabo.



 Esto proporciona un indicador de fallo si una bobina se conecta erróneamente en, así como un "carreras de LED" efecto fresco durante cada disparo.

barraje de cobre

IGBT

CABLES DE LAS BARRAS INSTALADAS


TARJETA DE CIRCUITOS INSTALADAS

PLACAS DEL CIRCUITO DE SUPRESION DE VOLTAJE

indicador LED.


Marco.

El marco del arma tuvo que ser construido en dos ocasiones.



El primer intento se basó en un diseño que simplemente no se puede 
construir con herramientas de mano, así que lo rediseñó para utilizar preexistentes secciones transversales de aluminio para reducir al mínimo las partes, los cortes y las articulaciones.
 
El segundo diseño era más fuerte y más fácil de construir, pero varias partes todavía tenía que ser renovado una vez, dos, eincluso tres veces hasta que tuviera algo que era sólido y respetable.

 En el momento en el marco de aluminio fue completa y lista para aceptar los componentes de la pistola, probablemente había ingerido más de aserrín de aluminio que un ser humano sano nunca debería, pero valió la pena. 

El producto final es extremadamente rígido y robusto, sin cascabeles o de crujido incluso cuando se prueba bajo cargas pesadas (como cuando accidentalmente encontré conque la cabeza por delante, mientras que aspirar el piso de un día).




Un montón de componentes adicionales fueron construidos en el marco.



 La empuñadura de pistola y el gatillo se mejoran enormemente de la CG-33. 



El mango ergonómico está atornillado firmemente en el marco, y el gatillo tira suavemente y se detenga confianza al igual que el disparo se activa. 



El selector de fuego, interruptores de alimentación, los LED del monitor de la batería, la tarjeta de circuitos, soportes de fusibles de seguridad de montaje y un láser de orientación fueron diseñados, construidos, rediseñado y reconstruido y montado en el bastidor durante esta fase también.



platina del marco.

molde del marco.



puntero laser

base para los LEDS

montaje de laser y fusible

LED indicadores de bateria

empuñadura.

marco terminado



tarjeta de circuitos.



Un circuito que tiene mucho sentido en el papel no funcionará cuando se simula, y un circuito que funciona a la perfección en un simulador no funcionará cuando lo prueba en un circuito y un circuito que funciona a la perfección en un circuito no lo hará funcionará una vez que la soldadura juntos. 



Luego pasas tres semanas la solución de problemas, sólo para encontrar que comienza a funcionar de nuevo sin ninguna razón en absoluto. Así fue el proceso para placas de circuito de la CG-42.

 

Al final, todo salió bien. Los diseños de todas las tarjetas de circuitos se esbozaron en el papel de antemano para encajar en sus pequeños espacios sin dejar de ser ordenado y organizado. 



 tarjetas de circuitos desordenado de hacinamiento hacen que sea fácil para los cortocircuitos y conexiones sueltas que se produzca.



 Cuando sus circuitos están conectados a dos baterías  gigantes que usted lleva a cabo justo al lado de su cara cuando se dispara la pistola, eso es un asunto muy serio.






Sistema de alimentación de proyectiles.

Este era un desafío para construir, ya que por lo general son piezas móviles. 

Para el cañón Gauss adapta con total fiabilidad, el sistema de alimentación proyectil tendrá que funcionar sin problemas y constantemente,incluso cuando es accionado 10 veces por segundo.







 La dificultad se inició con la revista. Dos revistas, tres seguidores y cuatro muelles de revistas fueron diseñados, construidos y fallaron antes de llegar a un buen diseño que podría alimentar a los proyectiles sin atascos.
 
se construye a partir de hojas de aluminio dobladas unidas con resina epoxi, y el resorte se dobló manualmente de alambre de acero. En lugar de utilizar un cierre mecánico, la revista se mantiene en su lugar por un imán de neodimio.
 
El solenoide del inyector requiere alguna modificación para conseguir que funcione correctamente. El resorte de retorno de la no proporciona suficiente fuerza para retraer el solenoide a su posición inicial cuando se someten a la fricción contra los proyectiles de resorte. Utilizando dos muelles de existencias prevista la fuerza suficiente, pero la acción era blanda e inconsistente.



 El uso de un truco de laboratorio de física de primer año, Medí constante de fuerza del resorte y comprar una nueva primavera única que proporciona el doble de la fuerza. Esto alimentó a los proyectiles mucho más fiable.



 Después pasó algún tiempo ajustando la posición y la longitud de carrera del solenoide, finalmente tuve un mecanismo capaz de sostener la alimentación proyectil completamente automático.




resorte


solenoide


mecanismo de disparo



Las pruebas finales


Después de muchos meses pasaron de conectar todos los componentes juntos y solución de problemas de todo tipo de problemas, todo el cañón Gauss fue montado y listo para funcionar.



 Los primeros disparos de prueba de alta potencia fueron despedidos el 1 de julio de 2013. El primer disparo fue un éxito. 



Inmediatamente después de la segunda inyección, el IGBT control de la primera etapa no muertos de corta y explotó. El fusible de la batería no disparó, lo que permite la bobina primera etapa se derrita y quemar bastante afondo. Todo el incidente se puede observar a continuación:

Afortunadamente, los fusibles de placa de circuito funcionaba correctamente y protegidos el resto de los componentes. 

La causa del fallo IGBT más tarde se determinó que el exceso de tensión permitida por una resistencia soplado en el circuito de supresión de tensión. La bobina de primera etapa tuvo que ser sustituido, y los ocho  supresores de tensión se reacondicionó con resistencias de potencia superior a ampliar el margen de seguridad. 



Gracias a requerimiento 4 (de mantenimiento) las reparaciones fueron rápidos y el arma estaba de nuevo en marcha y funcionando en menos de dos semanas.



 Los resultados de la caracterización completa de rendimiento se muestran a continuación.




Con un rendimiento total del 7,0% de los resultados son extremadamente agradable (en comparación con un típico cañón Gauss 2%).

 Como era de esperar, el rendimiento ha mejorado desde las pruebas iniciales.



 Esto es debido a las resistencias que he añadido a los circuitos de supresión de tensión para apagar la corriente de la bobina más rápidamente. 



Esto reduce drásticamente aspiración posterior, especialmente en las etapas posteriores,donde el proyectil se mueve muy rápido. 



La eficiencia de las primeras y últimas bobinas se redujo (con respecto a las otras etapas), probablemente debido a la inducción de corrientes parásitas en el bastidor del arma de aluminio que las primeras y últimas bobinas están montadas. 



En cuanto a las causas de la caída de rendimiento en la 6ª etapa, no tengo teorías. Curiosamente, mirando hacia atrás en la prueba inicial con 7 etapas, la etapa de tercera a última realizó baja también.




Terminación


Después de una eternidad de aserrado, limado, taladrado y soldadura de repente me di cuenta de que no había nada que hacer y el arma estaba terminado.



 De alguna manera todo salió mejor de lo esperado, a partir dela aparición de la pistola para los números de rendimiento. Todos los objetivos se cumplieron, excepto tasa de fuego, que se situó en el 7,7 disparos / seg.



Esto podría aumentarse cambiando una sola resistencia en el circuito de control de inyector, pero optó por mantener de esta manera ya que las bobinas no se calientan tan rápidamente.
 
el cañón Gauss alimentado por batería fue notablemente precisa en la determinación de la potencia requerida. Esto es porque la aceleración real del proyectil era muy cerca de ser constante, lo que era el supuesto clave de esa ecuación.



 La conjetura de eficiencia (6-10%) fue también bastante cerca. 



Sin embargo, la predicción de la resistencia serie 40mΩ era la manera off-resistencia en serie real estaba más cerca de 100M debido ala inesperadamente alta resistencia interna dentro de las celdas de la batería.



Las bobinas sólo reciben aproximadamente 190A 300A en lugar de la planeé, pero desde que se forma sobre-diseñado el 300A, las bobinas aún así obtener suficiente corriente para satisfacer las demandas de energía del proyectil.



Esto significa que podría haber salido con el uso de las baterías más pequeñas 2500mAh, pero las baterías más grandes proporcionan la ventaja de ser capaz de poder mucho más disparos.



 Mientras que las pruebas y hacer el video, puse alrededor de 100 rondas a través de la pistola y las baterías sólo cayó desde 50.20 a 49.03V.



 Probablemente podría disparar varios cientos de rondas más antes de que las pilas se agotan con el mínimo de 36V y necesitan una recarga.

Al final, estoy muy contento con la forma en que resultó.



Sostiene el arma hace sentir como un científico loco, y disparando ráfagas completamente automático es a la vez satisfactorio y aterrador al mismo tiempo.
Proyecto completo!



fotografias.