Physique d’un railgun

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Physique d’un railgun


J’ai quelques questions sur le fonctionnement réel des pistolets et sur les mathématiques qui les sous-tendent. Je comprends que le projectile est entraîné vers l’avant par la force de Lorentz causée par des courants élevés se déplaçant à travers le projectile. En raison de ces courants élevés, lorsque le projectile entre initialement en contact avec les rails, il peut être soudé en place au lieu d’être poussé vers l’avant, et a donc besoin d’une vitesse initiale. Donc…

  1. Comment calculez-vous la vitesse initiale nécessaire pour contrer le courant élevé qui veut maintenir le projectile en place?

  2. Y aurait-il une différence dans la force de Lorentz entre une vitesse de translation pure et une vitesse de rotation et de translation?

  3. À quelle hauteur les courants doivent-ils être comparés à la masse du projectile?

  4. Où trouver ces types de formules pour ces calculs?

Merci!

Réponses


 user6972

Dans un canon à rail, le projectile est le court-circuit. Donc, quel que soit votre entraînement à travers les rails, le courant doit être suffisamment faible pour qu’il n’ionise pas complètement votre projectile.

Comment calculez-vous la vitesse initiale nécessaire pour contrer le courant élevé qui veut maintenir le projectile en place?

L’accélération diminue rapidement avec de faibles courants et à un certain point, la traînée devient supérieure à la force d’accélération et le projectile est soudé par le chauffage résistif qui se produit. Cependant, en même temps, un courant très élevé entraînera une érosion dramatique des rails et des pertes résistives.

Pour qu’une accélération élevée se produise, des courants élevés sont nécessaires. Et cela nécessite une tension élevée pour que l’impédance du circuit puisse être surmontée. Des compromis sont faits là où des tensions plus élevées entraînent des courants plus élevés mais au prix d’une distance de séparation des rails plus élevée (pour éviter les arcs électriques). Une conception typique utilise environ 4 à 10 kV, des tensions plus élevées étant utilisées à des énergies plus élevées.

Le modèle est alors un équilibre entre votre accélération induite et la traînée / adhérence du type de projectile que vous utilisez.

Selon vos objectifs de conception, vous devrez peut-être en expérimenter pour déterminer une estimation. Cela dépend beaucoup de votre source d’approvisionnement actuelle, des matériaux et du projectile. Plus vous injectez le projectile rapidement, moins l’érosion des rails et la durée de vie du système sont longues. Parfois, un élément inductif doit être ajouté pour allonger le cycle de décharge et réduire la décharge instantanée qui provoque la vaporisation du projectile et des dommages au rail.

La force est

F = je L X B

Si un travail est effectué pour convertir le

B

vecteur à un produit scalaire lié à L, appelé L ‘, l’accélération peut être estimée. Le magnétique (

B

), il est très difficile de calculer analytiquement avec précision, car il est basé sur le courant ferroviaire, la section transversale, la longueur et la position du projectile. Cependant, une caractérisation de la géométrie peut être faite en tant que facteur de champ magnétique, L ‘. Le facteur de champ magnétique est également le gradient d’inductance de la géométrie du canon et est exprimé en Henrys par mètre.

Ensuite, la formule générale d’accélération devient:

une = L je 2 2 m

Où m est la masse et L ‘est le facteur de champ magnétique caractérisé.

Y aurait-il une différence dans la force de Lorentz entre une vitesse de translation pure et une vitesse de rotation et de translation?

Je ne pense pas. La traînée est probablement un facteur plus important que la rotation ou le glissement du projectile conducteur.

À quelle hauteur les courants doivent-ils être comparés à la masse du projectile?

Cela dépend principalement de l’accélération disponible sur votre système qui n’est pas une fonction linéaire en raison du courant d’alimentation et du gradient magnétique, il est donc difficile d’estimer 1: 1. Cela dépend également de la vitesse que vous souhaitez atteindre.

Où trouver ces types de formules pour ces calculs?

«La conception et la construction d’un canon à rail de 1 m » est un bon point de départ ainsi que «La conception, la fabrication et les essais d’un fusil électromagnétique ».

Il y en a beaucoup plus.

 

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