Как повысить КПД?

Материалы ствола могут быть самыми разными, но для получения наибольшего КПД использование диэлектриков (например, пластика) предпочтительнее ферромагнетиков, из-за отсутствия вихревых полей, которые, накладываясь на магнитное поле катушки, способствуют потерям энергии.

Вполне логично, что снаряд должен обладать аэродинамичной формой для уменьшения сил сопротивления воздуха. Материал снаряда – сталь (из-за своих магнитных свойств). Обычный гвоздь с отпиленной шляпкой вполне удовлетворяет двум этим условия, если речь идёт о кустарной игрушке.

Опытным путем было доказано, что оптимальными параметрами для соленоида будут:

  • Внешний диаметр равен трем внутренним.
  • Длина соленоида равна 11/9 его внешнего диаметра.
  • Активное сопротивление катушки приблизительно равно 5/7 сопротивления конденсатора.

Одноступенчатая конструкция обладает низким КПД (до 10%). Отчасти недостатки одноступенчатой катушечной пушки компенсируются многоступенчатой системы разгона снаряда. В чем же её преимущества? Идея очень простая и приходит из анализа формул КПД: получение снарядом энергии не зависит от времени действия силы, а потери на нагрев прямо пропорциональны этому времени. Таким образом, отсюда следует очень важный вывод – если участок действия ускоряющей силы снаряд преодолеет с как можно большей скоростью, то время совершения силой полезной работы будет очень мало, и потери на тепло за это время будут минимальны. Нужно лишь обеспечить подачу тока нужной величины на ограниченное время. Тогда каждая последующая ступень будет обладать большим КПД, чем предыдущие.

28

Но появляется проблема следующего характера: необходимо рассчитать все так, чтобы снаряд в определенное время входил в каждую последующую катушку.

Чтобы сделать наиболее эффективную многоступенчатую пушку требуется обеспечить несколько важных условий:

  • Один общий источник питания обмоток;
  • Ключи, подающие ток на обмотку в определенный момент;
  • Движение снаряда синхронно включению/выключению обмоток (фотодетекторы);
  • На различных ступенях различные обмотки;
  • Снаряд небольшой массы и высокое напряжение питания;

Использование конструкции катушечной пушки на высокое напряжение и снарядов небольшой массы очень перспективно. Малые размеры снаряда позволяют развить ему в процессе разгона большую скорость, КПД разгона выше. Высокое напряжение источника питания необходимо для более быстрого переключения обмоток (при высокой скорости самого снаряда).

29