Предположим, КПД моего Гаусса будет 1%. Значит, надо иметь запас энергии в конденсаторах 700 Дж.
Начну я с выбора конденсаторов, их габаритов и энергоемкости. Рассматривать варианты буду на примере конденсаторов от Epcos
| Cap, F | Volt | d, cm | l, cm | m,kg | Энергия Дж | Плотность энергии Дж/см^3 | Плотность кг/см^3 | N | Масса кг |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| B41560 | |||||||||
| 0,033 | 100 | 7,69 | 14,32 | 0,84 | 165 | 0,248209609 | 0,0012636 | 5 | 4,2 |
| B41356 | |||||||||
| 0,044 | 100 | 7,69 | 14,32 | 0,84 | 220 | 0,330946145 | 0,0012636 | 4 | 3,36 |
| B43415 | 0 | ||||||||
| 0,0066 | 300 | 5 | 10 | 0,27 | 297 | 1,513375796 | 0,0013758 | 3 | 0,81 |
| 0,0056 | 330 | 5 | 10 | 0,27 | 304,92 | 1,553732484 | 0,0013758 | 3 | 0,81 |
| 0,0038 | 400 | 5 | 10 | 0,27 | 304 | 1,549044586 | 0,0013758 | 3 | 0,81 |
| 0,0025 | 500 | 5 | 10 | 0,27 | 312,5 | 1,592356688 | 0,0013758 | 3 | 0,81 |
Столбцы: Cap - Емкость в фарадах, V - максимальное напряжение в вольтах, d - диаметр, l - длина в сантиметрах, Энергия - энергия конденсатора при максимальном напряжении в Джоулях, Плотность энергии - отношение Энергии к объему, N - необходимое количество конденсаторов на 700 Дж, Масса - полная масса получившейся батареи. Возможно, сравнение не слишком корректное, однако очевидно что при 100 вольтовых конденсаторах и дешевых ключах сделать мобильную пушку вряд ли удасться... Если брать высоковольтные конденсаторы, их вес составит 810 г, что вполне приемлимо.
Продолжим об энергии. Скорость 150 м/с, энергия 7 Дж, значит, масса пули 0.6(22)г. Предположим, Гаусс состоит из 20 ступеней, и энерговклад каждой равноценен. Тогда каждая привнесет 0.35 Дж кинетической энергии. Для первой ступени скорость возрастет с 0 до 23.7 м/с, а для последней с146.2 м/с до 150 м/с. На скорости 150м/с последняя катушка при длине 10 мм будет взаимодействовать с пулей в течение 66.6 мс, за которые на ней должна выделиться энергия 35 Дж, или 35 Вт*с. Т.е. мощность 35/66.6м = 525 кВт. Ток при 400В составит 1.3 кА... Может, логичнее сделать больше ступеней)
IGBT на 600В и 300А в импульсе есть, 10$
Осталась скорострельность. За 2с планируется зарядить 700 Дж, т.е. хватит вполне скромного преобразователя на 350Вт.
Источник энергии - аккумулятор Li-Ion 4.2В 2.2А*ч "емкость" 8 Вт*ч = 8*3600 Дж = 28800 Дж, можно набрать банок 6 - стоимость и габариты небольшие. Вес 50г на банку. При энергии на выстрел 700 Дж запаса одной батареи хватит на 40 выстрелов, соответственно 6ти батарей на 240.
Что в итоге? Заявленные характеристики вполне укладываются в рамки современных технологий. Скорость 150 м/с достижима, правда, понадобится больше 20 ступеней. Вес пушки сложится из веса конденсаторов 1кг, веса электроники 300г, веса аккумулятора 200г (всего 1.5кг), катушек и корпуса. Теперь самое интересное: себестоимость. Покупка 50 транзисторов, 5-6 конденсаторов, аккумуляторов, других электрокомплектующих, изготовление корпуса и печатных плат обойдется по моим расчетам в 25кР. Теперь вполне ясно, отчего любительского Гаусс Гана с подобными характеристиками до сих пор не появилось) Быть может, я где-то грубо просчитался, и всё гораздо проще или наоборот сложнее)))
Ах, да! совсем забыл про отвод тепла от катушек. На каждой катушке потери 35 Дж, каждые 2с, т.е. средняя мощность 17.5Вт - понадобятся некислые радиаторы и, возможно, принудительный обдув.
Начну-ка я с пары-тройки ступеней и скорости 60 м/с=)