Моя первая статья. Я не вдавался в тонкости схемотехники и остальной тех. информации, однако постарался максимально подробно рассказать об этом устройстве более‑менее понятным языком. Возможно вы заметите где‑то недочеты, режущие глаз, буду рад выслушать конструктивную критику, приятного прочтения!
Разработку этого аппарата я производил в 10–11 классах. Знаний в теме электромагнитных ускорителей на тот момент (да и сейчас) у меня было не очень то и много, однако их хватило для создания ускорителя с пятью разгонными катушками.
Начнем разбор основных компонентов по порядку:
АКБ — питающими элементами служат 3 Li‑Ion аккумулятора формата 18650, которые обеспечивают напряжение в районе 12 Вольт, а также они способны отдать ток порядка 10 Ампер, что вполне достаточно для питания повышающего преобразователя напряжения.
Преобразователь напряжения — на нем следовало бы остановиться подробнее. Для обеспечения достаточно быстрого заряда конденсаторной батареи до напряжения порядка 400 Вольт необходим преобразователь соответствующей мощности. За основу я выбрал распространенную схему ZVS‑драйвера, при которой ключи, коммутирующие первичную обмотку трансформатора, должны переключаться при нулевом напряжении на их стоках, что должно снизить потери на нагрев транзисторов.
В схеме я предусмотрел обратную связь по напряжению на компараторе LM393: После достижения на конденсаторе заданного значения напряжения затворы транзисторов подтягиваются к земле, преобразователь останавливает свою работу и по завершению гистерезиса снова поднимает напряжение до заданного уровня.
По итого этот конвертер выдавал мощность порядка 60 Ватт с КПД в районе 84%. Транзисторы хоть и грелись, но для экономии места я не стал ставить на них радиаторы.
Конденсаторная батарея — состоит из 7 конденсаторов с максимальным напряжением 400 Вольт и емкостью 470 мкФ каждый (на самом деле емкость конденсаторов меньше заявленной и составляет в среднем 390 мкФ). Все конденсаторы были размещены на печатной плате с очень толстыми дорожками, с большим количеством припоя на них (поскольку ток в цепи может превышать 600 Ампер!).
На 1-ю и 2-ю катушки по два конденсатора, спаянных в параллель, на последующие — по одному. Также на плате присутствуют диоды, предназначенные для разделения каждого конденсатора во время их разряда.
Датчики положения снаряда — предназначены для коммутации каждой из катушек в тот момент времени, когда снаряд только приближается к торцу соленоида. Датчики представляют собой ИК светодиод и фотодиод, смотрящие друг на друга через отверстие в стволе. При прохождении снаряда через датчик световой поток перекрывается, вследствие чего открывается тиристор, коммутирующий обмотку.
Для удобства вытравил простую платку, которая представляет собой сборку из четырёх датчиков (на все ступени, кроме 1-й). Резистор R1 необходимо ставить в соответствии с питающим напряжением (в моем случае 510 Ом), а резистором R2 уже можно регулировать чувствительность срабатывания (я оставил 10 кОм).
Тиристоры — 5 штук оригинальных 40TPS12A, которые в импульсном режиме должны выдерживать ток больше 1000 Ампер. Как показала практика, дешевые китайские тиристоры чаще всего попадаются поддельные и вылетают при первом же включении. Лучше на них не экономить...
Собственно сам разгонный блок. Представляет собой карбоновую трубку с внутренним диаметром 6 мм и толщиной стенки 0.5 мм с намотанными на ней катушками.
Каждая из катушек рассчитана с помощью программы Femm 4.2 и подогнана под свой конкретный конденсатор (или сборку конденсаторов на первых двух ступенях). В настоящее время нашлись умельцы, которые доработали скрипты для расчета электромагнитных ускорителей, в которых автоматизирован процесс перебора параметров катушки, что очень сильно сокращает время выявления оптимальных параметров. Найти их можно в интернете в открытом доступе. К сожалению, параметры каждой из катушек я не сохранил... Однако не думаю что они представляют большую ценность, ведь у каждого, кто делает такие ускорители будет индивидуальный набор компонентов.
Для каждой из катушек, а также для каждого датчика были напечатаны каркасы на 3Д принтере и зафиксированы эпоксидной смолой на стволе. Каждая из катушек была намотана вручную, с промазкой каждого слоя смолой. Блок установлен на пластиковые крепления и накрыт защитной крышкой.
И еще пару слов про монтаж всех деталей. Все компоненты я закрепил на толстом куске фанеры на саморезы. Для управления смоделировал и напечатал небольшую панель с кнопками заряда и инициации выстрела, а также индикаторными светодиодами. Все силовые провода старался брать как можно толще для уменьшения потерь и повышения эффективности всей этой установки.
Испытания
Стрельба производилась отрезками гвоздей 6×30 мм с заостренным концом, по итогу КПД ускорителя составило чуть больше 4%, что не является невероятным результатом, но как мне кажется, и довольно‑таки неплохо! Скорость вылета снаряда находилась в районе 52м/c. Все эти показатели замерялись с использованием китайского хронографа, который прожил у меня не очень долго (один из снарядов прошел его насквозь...).
Также выложил на YouTube испытание сего чуда:
Спасибо вам за прочтение моей статьи! Как уже говорил, это моя первая публикация на Хабре, надеюсь на вашу обратную связь с вашими пожеланиями!
Комментарии (30)
DerTosser
28.08.2026 11:030,3 Дж? Стальную эмалированную кастрюльку пробивает навылет?
MDreaMer
28.08.2026 11:03Вроде как 9 Дж выходит.
DerTosser
28.08.2026 11:03Если посчитать, то:
7 шт.; U=400 В; C=470 мкФ; Wэл.=(CU^2)/2
Wэл.=(7*470*400^2)/2=(3.920*160.000)/2=313.600.000=313,6 Дж
КПД=4%; Wкин.=313,6*0,04=12,54 Дж
Это если соединение конденсаторов в параллель, но там какая-то странная схема подключения по катушкам, я не уверен что энергия снятая таким образом суммируется, так что остаётся полагаться на детектор, и указанные массу и скорость снаряда.
m=0,25г; v=52,59м/с; E=(mv^2)/2
E=(0,00025*52,59)/2=(0,00025*2.765,7)/2=0,69/2=0,345 Дж
Так что показометр рассчитал верно, если правильно определены масса и скорость снаряда.
Baraguz Автор
28.08.2026 11:03Под фотографией подпись оставил, при замерах масса была указана меньше действительной. Но на счет энергии конденсаторов вы абсолютно правы, КПД системы отсчитывается именно от неё ( Е кинетическая / Е конденсаторов * 100%). Но есть нюанс, конденсаторы покупал бу и их реальная емкость немного меньше номинальной. Точно помню, что выходило порядка 7,5 Дж энергии.
MDreaMer
28.08.2026 11:03Все верно. Только я исходил из расчета что стальной цилиндр размерами 6х30 мм весит 6,6 грамм
xirahai
28.08.2026 11:03Конструкция весьма интересная. Вот только заголовок статьи написан неграмотно. Как вариант "5-ступенчатый" или лучше "пятиступенчатый".
zartarn
28.08.2026 11:03Каждый раз видя статью про пушку Гауса, теперь вспоминаю "тесла-флюгегехаймен", но похоже заключительной статьи с результатом никогда не будет)
Coder007
28.08.2026 11:03А такой момент: даёт ли каждый новый каскад ускорения эффект?
Вы проверяли установку на 1, 2-х, 3-х и так далее катушках, с наращиванием каскадов/ступеней ускорения.
И ещё, у вас в схеме нет диодов, гасящих обратную эдс катушек. Эта обратная эдс может сильно тормозить снаряд, когда он находится в центре или уже на выходе. И каждую катушку нужно рассчитать так, что бы ток в каждой катушке падал в тот момент, когда снаряд находится в центре каждой катушки.
Каюдая последующая катушка должна быть короче предыдущей и туда нужно подавать все короче и короче импульсы (меньше емкость и толще провод)
Просто лет 15 назад, я собирал гаусс пушку на 1 и на 2-х касакадах и 1 каскад давал основной импульс почти такой-же скорости как у вас указан на 5 касакадах. Вот мне и интересно, а на сколько эффективна установка на 5 каскадах?
Когда я настраивал 2-й каскад, то мне приходилось двигать и оптопары запуска катушки 2 и саму катушку 2, ну и расстояние там было больше чем у вас на фото. Сейчас не вспомню конечно, но визуально было больше, катушки наматывал округлой формы, а не прямоугольной (в боковом сечении) и каждая последующая катушка (у меня вторая и последняя, потому что я не смог найти больше тиристоров для коммутации) была проводом бОльшего сечения, чем предыдущая.
Но даже при этом, скорость выросла на какие-то жалкие 1,5-2 м/с, от энергии 2-й катушки. Её КПД был настолько низким, что можно было не использовать.
Сейчас возможно что-то и поменялось, может расчёты стали лучше и качественнее. Тогда мы все в Excel считали и очень долго. Тестили, записывали и анализировали.
А проект интересный, простая реализация и подача материала! Автору спасибо!
Baraguz Автор
28.08.2026 11:03Спасибо! На счет эффективности последовательных катушек, да, проводил замеры с каждым новым соленоидом, в результате каждая следующая катушка выдавала кпд чуть больше предыдущей. Для расчетов использовал скрипт с указанием начальной скоростью снаряда, поэтому было легко подгонять параметры под уже полученные реальные значения. Оптопары старался размещать как можно ближе к коммутируемой катушке, т. к. в Femm 4.2 задавал также начальное положение снаряда относительно катушки в момент ее включения.
randomsimplenumber
28.08.2026 11:03А диод не будет, наоборот, тормозить? Через него пойдет ток, ток создаст магнитное поле в катушке.
Sencis
28.08.2026 11:03Круто, жаль конечно что у этих Гаусс пушек такой маленький КПД было-бы здорово если он был чуть по выше что-бы её можно было использовать например для самообороны. Самодельная Гаусс пушка - травмат смотрелась-бы не плохо в руках, оружие безумных инженеров, в место передёргивания затвора звук зарядки конденсаторных батарей на полную громкость).
Baraguz Автор
28.08.2026 11:03Есть на ютубе очень интересная разработка, называется TK20-mini, думаю ее уже можно представить, как оружие для самообороны.
Zhuikoff
28.08.2026 11:03Её можно использовать для самообороны, она тяжёлая... "Тяжесть это хорошо. Тяжесть это надёжно!... " (Борис Бритва)
Sencis
28.08.2026 11:03Если инженер достаёт гаусс пушку идёт с ней в рукопашную, нападающие ну разве-что от смеха помрут. Гаусс пушка сложное техническое устройство и обидно, что за такую сложность нет награды в конце. Выглядит она пафасно один её звук и вид, имхо уже морально уничтожил-бы нападавших.
mishkin79
28.08.2026 11:03В детстве баловался с катушкой от трансформатора - скорость с одной обмоткой была метров 15 в сек. Вам проще использовать велосипедный насос и буферный воздушный баллон, тонкая и ровная труба + печатные из керамики высокоточные дротики. По расчётам аишечки можно получить 8 джоулей легко. А у вас уже на втором каскаде электромагнитного ускорителя надо всё менять. Число витков ниже и токи выше для ускорения нарастания фронта. Импульс тока в последующих катушках обязан быть экстремально коротким и резким. И всё должно быть ювелирненько посчитано и промоделировано для максимального КПД. А вообще это бяка, лучше чуть изменить подход и ускорять полезную нагрузку) Я вот зимой буду печатать 3д двигатель для велика. Задача сходная - жизнь одна)
Bunyaz39
28.08.2026 11:03Советы в стиле "зачем ты сделал самолет, проще было купить велосипед"
Человек разбирался с электроникой, скриптами расчетов и высоковольтными цепями, а ему предлагают качать насос
Bunyaz39
28.08.2026 11:03Парень в 11 классе на коленке собирает многоступенчатый гаусс с оптическими датчиками и ZVS-драйвером, пока его сверстники в тиктоке залипают
Мое почтение, инженерия с ранних лет это круто, даже если КПД 4%
EugeneOkean
28.08.2026 11:03Молодец, парень! Так держать!
Если есть желание продолжать - попробуй с намагниченными снарядами, явно скорости могут быть выше, но и переключения катушек будут в другом режиме тоже.
Ещё бы датчиками обвешать для реального понимания интенсивности поля в момент подлёта и программно-регулируемый модуль переключения катушек сделать таким, чтоб мог тестировать катушки, а потом - выжимал с них по-максимуму... Но я, конечно, понимаю, что это своеобразный НИОКР и я б его делал доооллго.
А ты молодец. Не останавливайся в своих работах, продолжай мастерить и соображать.
Никогда не отчаивайся, делай, думай - и в итоге всё получится!
Baraguz Автор
28.08.2026 11:03Спасибо за поддержку! В то время как строил этот ускоритель уже думал про программное управление. Все же путем использования микроконтроллеров можно реализовать куда более эффективную коммутацию катушек и достичь больших скоростей. Тогда знаний было не много, а времени достаточно, теперь все перевернулось. Возможно займусь во время учебы одним проектом, тесно связанным с темой электромагнитных ускорителей, успел за первый курс поработать с stm32, авось что получится...
Sencis
28.08.2026 11:03Я нуб в этих ускорителях но имхо, STM32 может помочь в переброске энергии конденсаторов не отработанной, от одной катушке к другой ведь LC контур долго колеблется насколько мне известно и если снаряд прошёл половину катушки то она тянет его назад, я где-то читал. Если это так, можно увеличить число оптических датчиков в 2 раза 1н в самом начале катушки 2й в середине и сделать такой алгоритм: Снаряд подходит к началу катушки она включается и затягивает его, далее он доходит до средины и что-бы она его не тормозила по сигналу датчика если в ней ещё остаётся энергия в LC контуре (тут нужен скоростной датчик что-бы определить где сейчас энергия в катушке или в конденсаторе, может сенсор холла подойдёт, что-бы понять, что энергия в кондёре) она перебрасывается сразу на следующую катушку и вот снаряд уже не тормозит а даже тянет следующей катушкой, правда издалека… но наверно надо как-то по ближе в такой схеме расположить катушки. Также что-бы в катушках терялось меньше энергии можно попробовать превратить их в сверхпроводник и заморозить жидким озотом, снаряд кстати тоже, тогда возможно схема с переброской энергии станет ещё более эффективна. Ну и нужны эксперементы с формой, числом витков и толщиной провода в катушке, имхо для каждой ступени оно разное будет. Тогда глядишь КПД и 8% будет).
Baraguz Автор
28.08.2026 11:03Интересная идея, но там нюанс в том, что этот LC контур будет иметь очень сложный колебательный процесс из-за изменяющейся индуктивности (снаряд изменяет свое положение относительно катушки). Как мне кажется интереснее всего было бы сделать рекуперацию в тот же самый конденсатор, чтобы не потраченная на разгон энергия использовалась при следующем выстреле. Ну и так я не буду велосипед изобретать) Вроде как уже есть наработке по этой теме в сети.
Sencis
28.08.2026 11:03Как вариант ещё, что-бы не заморачиваться с схемой рекуперации… можно… сделать катушку не на втягивании как у большества а на выталкивании, тогда проблема торможения снаряда в середине катушке пропадёт сама собой. Как снаряд проходит центр катушки она включается в снаряде медное или алюминевое кольцо в котором наводится магнитное поле противоположного знака и они отталкиваются друг от друга, может так проще будет сделать?
alexander_fedoseev
28.08.2026 11:03Наконец-то про пушку Гауса! Очень круто! У меня вопрос: а разве не транзисторы надо использовать для выключения катушек. Ведь там главное выключить вовремя, а не включить?
Baraguz Автор
28.08.2026 11:03Спасибо! В такой схеме гауссовки катушки рассчитываются под конкретный конденсатор, когда снаряд проходит середину соленоида, в идеале, конденсатор почти полностью разряжается через открытый тиристор и перестает притягивать снаряд.
N1X
Любопытная конструкция...
А не было мысли снять осциллограмму коммутации (форму тока и фазы в ступенях), чтобы посмотреть насколько расчеты с реальностью совпали? Все же коммутатор только открывает тиристоры, дальше вся надежда на спад тока к тому времени как снаряд пройдет центр катушки, чтобы не тормозить его своим же полем...
Moog_Prodigy
Ну тиристоры при желании можно и закрыть, для этого потребуется специально обученный дроссель, чтобы через какое-то время "переворачивал" управляющий импульс и запирал тиристор. Но это сильное усложнение.
Когда я интересовался этой темой, помню читал об одной особенности снарядов из гвоздей и прочих арматурин, суть в том. что это по сути сердечник, который постоянно перемагничивается, и когда подходит к следующей катушке, идут потери на нагрев и перемагничивание, отбирая у снаряда скорость. Лучше всего работает кольцо из алюминия или меди в торце пластикового "снаряда", или составной снаряд из гвоздя, толкающего пластиковый снарядик с кольцом, в какое то время кольцо ухватывается за поле и обгоняет свой "буксир". Вот где я это читал, уж не упомню...
Baraguz Автор
Я как-то узнавал у человека, который больше разбирается в теме электромагнитных ускорителей о потерях возникающих в снаряде. По большей части КПД начинает уменьшаться только на скоростях более 100 м/с, так как на последних ступенях из-за очень мощного магнитного поля материал снаряда входит в насыщение и куда меньше взаимодействует с полем. А про потери на вихревые токи мало что могу сказать... То что они есть - это факт, но способов их уменьшить без потери КПД я не знаю.
Baraguz Автор
На тот момент не располагал такими приборами, да и расчеты из себя представляли предположительную скорость снаряда, зависящую от параметров катушки и конденсатора. По сути сравнить я мог только предсказанную и реальную скорости, отличались они в среднем на 2-3 м/с, думаю это связано с неидеальной намоткой катушек и потерями в проводах.