Coil Gun, jak si mnoho lidí myslí (včetně mě), není jen zábavná hračka s trubicí a několika cívkami kolem ní, která dokáže vystřelit projektily do určité vzdálenosti. Vědci z Sandia National Laboratories se domnívají, že je možné zkonstruovat coilgun pro zrychlení částic vyšší rychlostí, která je dostatečně vysoká, aby unikla zemské gravitaci. Ano, slyšeli jste správně! Cívková zbraň by mohla být v budoucnu použita k vypuštění satelitů. Možná existují lidé, kteří to vyzkoušeli a také na tom v současné době pracují. Kromě vesmírných aplikací se armáda také zajímá o jinou formu Coil Gun zvanou Rail Gun nebo Railway Gun, která by mohla střílet projektily.
To vše mě zaujalo při stavbě vlastní verze Coil Gun. Je také uspokojivé hrát si a sledovat, jak kovové projektily vyskakují z cívky kliknutím na tlačítko. Než začneme, chtěl bych objasnit, že tento projekt je čistě pro vzdělávací účely, takže pokud se snažíte postavit tuto zbraň na útěk před násilníkem na střední škole, měli byste pravděpodobně navštívit psychologa. Projekt také zahrnuje létající kovové kousky a vysoké napětí, takže při práci buďte opatrní. Jak již bylo řečeno, pojďme začít.
Potřebné materiály
- Měděný drát (smaltovaný)
- IR senzor (typ měření rychlosti)
- IRFZ44N MOSFET
- BC557 PNP tranzistor
- Rezistor 10k a 1K
- Regulátor 7805
- 0,1 μF
- Stiskněte tlačítko
- Nepájivá deska
- Zdroj energie (RPS)
- 9V baterie
Jak funguje Coil Gun?
Základním principem Coil Gun je, že vodič pro vedení proudu indukuje kolem něj magnetické pole, což uvedl Faraday. Pro zlepšení síly tohoto magnetického pole je vodič pro vedení proudu navinut ve formě cívky. Když je nyní tato cívka napájena, vytváří kolem ní magnetické pole, které je dostatečně silné, aby do ní přilákalo kovové (nebo jiné feromagnetické) kousky aka projektily.
Takové uspořádání do něj přitáhne pouze projektil z jednoho konce a když dosáhne druhého konce, bude znovu přitahováno uvnitř cívky a projektil tak zůstane uvnitř samotné cívky po několika oscilacích. Je to proto, že během procesu se projektil zmagnetizuje a funguje jako magnet, takže pokud je přítomné magnetické pole, bude mít projektil (magnet) tendenci zůstat pouze v cívce. Ale zbraň z cívky by z ní měla vystřelit projektil, takže bychom měli pomocí senzoru zkontrolovat, zda projektil dosáhl druhého konce cívky a když by měla být cívka vypnutá, tímto způsobem bude projektil cestovat stejnou rychlostí a uniknout z cívky.
Může to znít jednoduše, ale složitost lze zvýšit použitím více než jedné cívky. Použitím více cívek lze zvýšit rychlost střely, když prochází cívkou. Dalším náročným úkolem je získání dostatečného proudu pro cívku. Cívka může spotřebovávat kdekoli mezi 5 A až 10 A při 24 V na základě počtu závitů a tloušťky cívky. Takže pro získání tak vysokého proudu většina lidí používá velký kondenzátor, aby se s tím vyrovnala. Ale v našem tutoriálu si pro zjednodušení postavíme jednostupňovou cívku a napájíme ji jednotkou RPS.
Kruhový diagram
Kompletní schéma zapojení této Single Stage Coil Gun je zobrazeno na obrázku níže.
Jak vidíte, okruh je docela jednoduchý. Hlavní součástí obvodu je samotná cívka; uvidíme, jak to postavíme v dalším záhlaví. Cívka s pohonem tvoří napájecí napětí 24 V tvoří naše RPS, přívod je řízen (zapnutý) prostřednictvím N-Channel MSFET IRF544Z. Pin hradla tranzistoru je stažen dolů přes odpor 10k (R1) a dioda D1 se používá k přemostění zpětného proudu, když se cívka vybije.
MOSFET je N-kanál, a proto zůstává vypnutý, dokud není na hradlový kolík přivedeno prahové napětí hradla, v tomto případě 5V. To se provádí pomocí tlačítka pomocí tranzistoru PNP (BC557), při stisknutí tlačítka se 5 V přivede na pin Gate MOSFET a cívka se zapne. To přitáhne projektil a protlačí ho přes druhý konec. Jakmile projektil dosáhne druhého konce, IR senzoruto vycítí a vyšle signál 5V na základní kolík tranzistoru PNP přes odpor omezující proud 1K. Tím se otevře tranzistor, a tím se odpojí 5V až MOSFET a také se vypne cívka. Proto projektil unikne z cívky a bude vystřelen ven. 5V pro napájení IR senzoru a spouštění tranzistoru a MOSFET je regulováno integrovaným regulátorem napětí 7805 IC z 9V baterie.
Navíjení cívky
Jak již bylo řečeno, nejdůležitější součástí v tomto obvodu je cívka. Než začnete navíjet cívku, měli byste se rozhodnout, jaká bude vaše velikost střely, v mém případě jako projektily používám bity šroubováku. Můžete si ale vybrat cokoli, co má feromagnetické vlastnosti. Po výběru střely musíme vybrat otvorovou strukturu podobnou trubce, která stačí k tomu, aby se projektil posunul bez velkého tření. Zkusil jsem použít prázdné doplňovací pero a fungovalo to pro mě skvěle. Jeden můžete vybrat na základě velikosti střely. Pak může být délka válcového základu až 5 cm. Nakonec si také pořiďte smaltovaný měděný drát střední tloušťky, můj má tloušťku 0,8 mm.
Po shromáždění všech požadovaných materiálů si zahrajte svůj oblíbený seznam skladeb a začněte navíjet cívku na válcovou základnu. Dbejte na to, aby vinutí neklouzalo jeden na druhého a snadno se neuvolňovalo. Po vyleštění první vrstvy vinutí můžete použít izolační pásku (elektrickou pásku), kterou ji zajistíte na místě, a poté obdobně začněte na ni křížit druhou vrstvu. Mějte na paměti, že cívku byste měli navíjet vždy pouze v jednom směru, pokud jste po dosažení konce pro první vrstvu začali zleva doprava, začněte pro navíjení druhé vrstvy znovu zleva. Tento krok můžete opakovat, dokud nedosáhnete 5–7 vrstev. Vytvořil jsem asi 6 vrstev, přičemž každá vrstva měla přibližně 60 otáček. Moje uspořádání cívky vypadá asi takto, jak je znázorněno na obrázku níže.Použil jsem dva 3D tištěné disky (bílé barvy), abych zajistil cívku na místě, které jsou volitelné.
Práce s cívkami je vždy náročná a je třeba ji správně nafouknout, aby správně fungovala, stejně jako v projektu Tesla Coil Project, mnoho lidí kvůli nesprávnému vinutí cívky nedosáhne správného výstupu.
Práce s mini cívkou
Po sestavení cívky můžete pokračovat připojením ke zbytku obvodu pistole cívky. Mějte na paměti, že cívka může spotřebovat až 5 A, a proto část cívky nelze postavit na prkénku, protože prkénka jsou obvykle dimenzována pouze na 500 mA. Můžete tedy buď postavit celý obvod na desce perf pomocí pájení součástek, nebo následovat surový způsob pájení silnoproudých vedení přímo skrz prkénko, jak jsem to udělal, jak ukazuje obrázek níže.
Jak vidíte, cívka je napájena svorkami Regulovaného napájení (aligátorové svorky) přes mosfet, jehož kolíky jsou přímo připájeny k vodičům. Hradlový konektor mosfetu vyžaduje pouze 5 V, a proto je přenesen na prkénko, kde je zabudován zbývající obvod včetně regulátoru napětí, tranzistoru a spínače. Prkénko na krájení je napájen 9V baterií I když je baterie klipy.
Chcete-li otestovat projekt cívkové pistole, jednoduše vložte kovový kus do cívky a stiskněte tlačítko na prkénku. To by mělo vystřelit projektil mimo cívku. Rovněž dávejte pozor, abyste nestiskli tlačítko nepřetržitě, protože to po odpálení střely znovu aktivuje cívku a mohlo by to cívku trvale poškodit. Kompletní fungování projektu najdete ve videu.
Doufám, že jste projekt postavili a fungovali. Máte-li jakékoli dotazy, můžete je zanechat v sekci komentářů níže nebo zveřejnit na našem fóru pro další technické dotazy.