Pululf bygger en railgun - FERDIG!

[pululf]

Kjempestor takk til First4Magnets! De sponser meg med 12 sterke neodym-magneter til railen. Kan anbefale denne nettsiden. Stort utvalg av magneter, store som små. Så sjekk dem ut!

 

 

 

 

Hei folkens!

 

 

Sommeren har kommet, og det er på tide å sette i gang med et lite prosjekt. Gjennom sommerferien skal jeg bygge en railgun!

 

 

En railgun er en maskin som akselererer metallbiter opp til høyre hastigheter ved hjelp av store elektriske strømmer, og ikke eksplosiver slik konvensjonelle pistoler og lignende bruker. Den fungerer ved at elektrisk energi lagres i noe man kaller en kondensatorbank, som man så utlader veldig fort for å akselerer metallbiten. Strømmen går gjennom to lange metallstenger, med prosjektilet i midten av stengene. Strømmen setter opp et magnetfelt rundt stengene, og når strømmen går gjennom prosjektilet, vil det oppstå en kraft som akselererer den.

I denne forenklede tegningen kan man se kondensatorbanken (rosa), metallskinnene(oransj), prosjektilet(lyseblå), strømmen(blå), magnetfeltet strømmen genererer(rød), og kraften som oppstår(grønn).

 

 

Her er en video av den kraftigste railgunnen i hele verden. Den er på 33MJ (MegaJoule), og prosjektilet deres kom opp i en hastighet på Mach 8!

 

http://www.youtube.com/watch?v=DWHMIz-wTa4

 

 

Railgunen jeg skal bygge vil bare være på 5,8 kJ (kiljoule), altså ca 6000 ganger svakere, men det fortsatt ganske mye energi, så derfor planlegger jeg å gjøre selve kondensatorbanken så trygg som mulig (5,8kj kan lett drepe et menneske!).

 

Jeg har også lagt ved et bilde av skjemaet for hele railgunen. Der kan du se lade-enheten (rød), kondensatorbanken (grønn), railen (svart, her byttet ut med en motstand som simulerer railen), bryteren som fyrer av railgunen(lilla), og til slutt "Purge"-enheten (blå). Laderen består av en likeretter, og to motstander som sørger for at strømmen holder seg under 6 A, og at spenningen over kondensatorene ikke overstiger 300V. I kondensatorbanken er det en "bleeder"-motstand som hindrer kondensatorbanken i å akkumulere spenning når den ikke er i bruk, og en høyeffekts-diode som hindrer spenningsreversering når banken utlades (spenningsreversering skader kondensatorene).

Purge-enheten brukes for å raskt tømme banken for lagret energi på en kontrollert måte hvis det skjer noe uventet.

 

 

Slik ståa er nå, er alle delene på vei i posten! Kondensatorene fant jeg på ebay for en billig penge (20 stykk 5800 mikrofarad 300VDC kondensatorer til 35 dollar. Kjempepris!), og resten av delene er bestilt fra ELFA. Bilder kommer så snart jeg får delene!

 

KOMMENTARTRÅD

Endret 14. august 2011 av pululf

[pululf]

Sitter og lurer på hvor rask utladning jeg vil ha fra kondensatorbanken min... Formelen for kraften på prosjektilet er μ₀I²/2π, så kraften vil øke eksponentielt med strømmen. Tiden det tar for kondensatorbanken å utlade seg minker lineært med strømmen - dermed vil jeg få høyere fart på prosjektilet jo fortere jeg kan få kondensatorbanken til å utlade seg.

 

Problemet er at for høy utladning kan skade utstyret. Regnet meg frem til at en utladning på 27 millisekunder gir meg 3 kA peak, noe jeg tror kan være for mye for de stakkars kondensatorene mine... Skal gjøre noe tester når jeg får dem i posten, sjekke hvor mye de takler. Må også skaffe meg noen dugelige kabler hvis de skal takle så høy strøm. Dessute kan prosjektilet smelte fast i stengene hvis strømmen blir for høy.

 

En idé jeg har lekt med er å kjøpe noen sterke neodym-magneter for å forsterke magnetfeltet. Da kan jeg få høyere hastigheter uten å måtte øke strømmen... Problemet er at neodym-magneter er dyre.

 

Her er en graf som viser hvordan utladningen ser ut (med 0,2 0hm motstand, mindre motstand gir raskere utladning):

 

Endret 15. juni 2011 av pululf

[pululf]

Jeg har regnet meg frem til at magnetfeltet mellom stengene i railgunen ikke vil overgå 0,02 tesla med en utladning på 1,5 kA. Dette er skuffende lite. Jeg kommer kanskje til å kjøpe noen av disse:

Magneter

 

Med den kan magnetfeltet overgå én tesla, og akselerasjonen vil bli mye, mye høyere.

Endret 17. juni 2011 av pululf

[pululf]

Hurra!

 

I dag kom det en pakke fra ELFA <3

Oppi der var det mye flott! Fikk bygd strømforsyningen, og gjorde en lite endring på den. Som du kan se er det nå en kondensator i midten av likeretteren, den satte jeg der for å få en mer stabil spenning.

Kondensatorene har ikke kommet ennå, så får ikke gjort så veldig mye mer nå, bortsett fra å bygge boksen som banken skal stå i, samt lage kontrollbrett og sånt.

 

 

Et awesome voltmeter:

 

Motstand:

 

 

Ferdig bygd strømforsyning:

 

 

Suksess! 300 VDC ut

 

Til slutt et bilde av arbeidsbenken min:

[pululf]

Var en tur på Clas Ohlson i dag for å kjøpe kabelsko, krympestrømpe, ledninger, og litt annet småtteri. Fikk bygd bryterboksen, som er en boks som koples til kondensatorbanken med en lang ledning slik at jeg kan stå litt unna når jeg fyrer av railgunen.

 

Den fungerer ved at det er to knapper. Den ene må holdes nede, og den andre vippes opp, først da skrus strømmen på. To knapper gjør at det er mindre sjangs for at jeg kommer til å fyre den av før jeg er klar. Ikke lurt hvis folk står foran den eller noe.

 

 

 

Merker opp en kryssfinerplate som boksen skal lages av:

 

 

 

Etter et besøk hos Clas:

 

 

 

 

 

 

 

Liker du prosjektet? Legg igjen en kommentar i kommentartråden

 

 

Endret 19. juni 2011 av pululf

[pululf]

Hei!

 

I dag designet og bygget jeg selve hovedbryteren som skal la strømmen gå gjennom railgunnen. Jeg skulle egentlig bruke en slags elektromagnet jeg kjøpte fra elfa, men den viste seg å være skikkelig svak... Så gikk isteden for en servo jeg hadde liggende. Bygde en ramme til den, festa en metallstang til den, og lagde to terminaler som jeg kan kople ledningene på. Hooka den opp til boksen jeg lagde i går, og vips, en heavy-duty bryter som kan skrus på fra en trygg avstand!

 

Tok og sjekka ut hva jeg skal bruke til railene i railgunnen. Hjemme hadde jeg 3 harde stålbiter på 50cm hver, og en skikkelig lang messingskinne. Valgte å bruke messingskinnen siden den allerede har hull borret i seg, og den hadde faktisk mindre motstand enn stål. Den er litt bøyd, men det kan fikses.

 

 

Var også en tur innom Biltema for å finne noe jeg bruke til å kople sammen kondensatorene. Hadde først tenkt å finne noen metallskinner, men valget falt på en tjukk ledning (6mm²). Tenkte å bruke to slike ledninger som "én" ledning, det burde være nok for 1500 amper. Dessuten kjøpte jeg også en ledning til å kople på effektdioden som skal hindre spenningsreversering.

 

 

 

 

 

 

 

Effektdiode med ledning:

 

 

 

Liker du prosjektet? Legg igjen en kommentar i kommentartråden

Endret 20. juni 2011 av pululf

[pululf]

Lenge siden update nå! Har drivet og ventet på kondensatorene og magnetene, som kom i posten i dag Fikk kutta ut alle delene til boksen som banken og strømforsyningen skal være i, men fikk ikke satt den sammen. Det gjør jeg nok i morra. Legger også ved et bilde av railen, som jeg er ferdig med.

 

Magnetene er forresten gode, mye trekk i dem. B_max er på 0,33 Tesla, så det blir en skikkelig boost!

 

 

 

 

 

 

 

 

[pululf]

I dag fikk jeg satt sammen boksen og kontrollpanelet, som gikk smertefritt for seg. Her er noen bilder:

 

 

 

 

EDIT: På det siste bildet ser man voltmeteret som gir en indikasjon på hvor mye energi banken har lagret, to brytere til strømforsyningen, 3,5mm jack-uttaket for avfyringsboksen, og purge-kontakten.

 

Liker du prosjektet? Legg igjen en kommentar i kommentartråden

 

 

Endret 1. juli 2011 av pululf

[pululf]

Fikk ordna det meste av alektronikken og kablene inni boksen i dag, og laga et stativ til kondensatorene som jeg boltet fast i boksen. Det ser ut til at det kan bli litt trangt, men det skal nok gå bra... Nå trenger jeg bare å finne en måte å feste aluminiums-kablene til kondensatorene. Tenkte kanskje å bruke en form for metall-klemmer, men vet ikke helt.

 

 

 

 

 

 

Liker du prosjektet? Legg igjen en kommentar i kommentartråden

 

 

Endret 2. juli 2011 av pululf

[pululf]

I dag var jeg på biltema og kjøpte en metallremse med hull i, og 20 svære kabelsko. Fikk dermed lagt det meste av kablene i boksen! Fire og fire av kondensatorene koples sammen med to tykke aluminiumskabler, så man får da 4 mindre banker. Disse koples så sammen to og to i én kabelsko, så hver terminal har 2 svære kabelsko som jeg skal kople til uttaket på utsiden av boksen.

 

Nå er kondensatorbanken strengt tatt brukelig, men jeg tør ikke å lade den opp før jeg er helt ferdig med den.

 

 

 

Liker du prosjektet? Legg igjen en kommentar i kommentartråden

 

 

 

Endret 4. juli 2011 av pululf

[pululf]

Fikset de siste tingene i boksen i dag. Prøvde å lade den opp, men fant ut at voltmeteret ikke funker av en eller annen grunn. Banken blir ladet opp, det viser multimeteret mitt, men voltmeteret holder seg på 0 hele tiden...

 

Ingen bilder i dag desverre, det er ikke noe å se på som ikke var å se på forrige oppdatering

Endret 5. juli 2011 av pululf

[pululf]

Heisann folkens!

 

Lenge siden oppdatering nå. Railgunen er ferdig, og fungerer! Men som dere kan se på bildene, så går det hardt utover railen hver gang den fyres av D: Etter hvert skudd må den åpnes for å renses og pusse på railene. På det ene bildet kan dere også se en poffa motstand. Den gikk i stykker siden den var rangert for 50W, men fikk 1500W... Bytta den ut med to 1Kohm motsander på 100W hver i paralell.

 

Menmen. Det har vært et morsomt prosjekt, og jeg har lært mye fra det. Blant annet at strøm gjør vondt (jeg har ikke telling på hvor mange ganger jeg har fått støt nå) XD

Jeg håper at den kan bli brukt til noe nyttig ved den lokale videregående skolen! Tenkte å donere den til dem slik at den kunne bli brukt i fysikk-klassen til å demonstrere lorentz-kraften og enkel elektronikk.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Liker du prosjektet? Legg igjen en kommentar i kommentartråden

 

 

Endret 14. august 2011 av pululf