Vasúti puska

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. június 6-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 15 szerkesztést igényelnek .

A sínpuska ( angol. railgun - rail gun ) egy elektromágneses tömeggyorsító , amely az Ampere erővel gyorsítja a vezetőképes lövedéket két fémsín mentén .

Hogyan működik

A sínpisztoly két párhuzamos elektródából, úgynevezett sínekből áll, amelyek egy erős egyenáramú forráshoz vannak csatlakoztatva. A felgyorsított elektromosan vezető tömeg a sínek között helyezkedik el, lezárva az elektromos áramkört, és az Amper erő hatására a saját mágneses terében árammal zárt vezetőre ható gyorsulást kap . Az Amper-erő a sínekre is hat, és kölcsönös taszításhoz vezeti őket.

Történelem

A sínfegyvert André Louis Octave Fauchon-Villepley francia feltaláló találta fel 1917-ben, az első világháború idején . Az orosz nyelvben a vasúti fegyver kifejezést az 1950-es évek végén Lev Artsimovich szovjet akadémikus javasolta a meglévő nehézkes "elektrodinamikus tömeggyorsító" elnevezés helyére [1] . Az ígéretes fegyvernek számító eszközök [2] kifejlesztésének oka az volt, hogy a szakértők szerint a lőpor felhasználása elérte a határt - a segítségükkel felszabaduló töltet sebessége 2,5 km-re korlátozódik. s [1] .

Az 1970-es években a sínpisztolyt a kanadai John P. Barber és témavezetője, Richard A. Marshall, új-zélandi tervezte és építette az Ausztrál Nemzeti Egyetem Fizikai Tudományok Kutatóiskolájában .

Elmélet

A sínfegyver fizikában az erővektor modulusa kiszámítható a Biot–Savart–Laplace törvény és az Ampère - erőképlet segítségével . A számításhoz szüksége lesz:

$\mu_{0}$ a mágneses állandó ,
$d$ - a sínek átmérője (körmetszetet feltételezve),
$r$ a sínek tengelyei közötti távolság,
$én$ a rendszerben folyó áram.

A Biot-Savart-Laplace törvényből következik, hogy a mágneses mezőt egy végtelen áramú vezetéktől bizonyos távolságra ( ) a következőképpen számítjuk ki: $s$

{\mathbf {B}}(s)={\frac {\mu _{0}I}{2\pi s}}

Ezért két, egymástól bizonyos távolságra elhelyezkedő végtelen vezeték közötti térben a mágneses mező modulusa a következő képlettel fejezhető ki: $r$

B(s)={\frac {\mu _{0}I}{2\pi }}\left({\frac {1}{s}}+{\frac {1}{rs}} \jobb)

A sínfegyver armatúráján lévő mágneses tér átlagos értékének finomításához tegyük fel, hogy a sín átmérője sokkal kisebb, mint a távolság , és feltételezzük, hogy a sínek félig végtelen vezetőpárnak tekinthetők. számítsuk ki a következő integrált: $d$ $r$

B_{\text{avg}}={\frac {1}{r}}\int _{d}^{rd}B(s){\text{d}}s={\frac {\ mu _{0}I}{2\pi r}}\int _{d}^{rd}\left({\frac {1}{s}}+{\frac {1}{rs}}\right ){\text{d}}s={\frac {\mu _{0}I}{\pi r}}\ln {\frac {rd}{d}}\approx {\frac {\mu _{ 0}I}{\pi r}}\ln {\frac {r}{d}}

Az Ampère-törvény szerint az árammal rendelkező vezetékre ható mágneses erő egyenlő ; a vezető lövedék szélességét feltételezve a következőket kapjuk: $IRB$ $r$

F=IrB_{\text{avg}}={\frac {\mu _{0}I^{2}}{\pi }}\ln {\frac {r}{d}}

A képlet azon a feltételezésen alapul, hogy az erő mérési pontja és a sínek kezdete közötti távolság 3-4-szer ( ) nagyobb, mint a sínek távolsága ( ). Néhány más feltételezés is felmerült; az erő pontosabb leírásához figyelembe kell venni a sínek és a lövedék geometriáját. $l$ $F$ $r$ $l>3r$

Építkezés

A sínfegyver gyártásához számos komoly probléma társul: az áramimpulzusnak olyan erősnek és élesnek kell lennie, hogy a lövedéknek ne legyen ideje elpárologni és szétszóródni, vagy legyen elegendő ellenállása, de olyan gyorsító erő keletkezne, amely előregyorsítja. Az Amper-erő a lövedékre vagy a plazmadugattyúra hat, [3] ezért a szükséges mágneses térindukció eléréséhez fontos az áramerősség, illetve a lövedéken a mágneses tér indukciós vonalaira merőlegesen átfolyó áram. Amikor áram folyik át a lövedéken, a lövedék anyagának ( egy könnyű polimer lövedék mögött gyakran ionizált gázt használnak) és a síneknek a következőkkel kell rendelkeznie:

a lehető legnagyobb vezetőképesség,
lövedék - a lehető legkisebb tömeg,
áramforrás - a lehető legnagyobb teljesítmény és kevesebb induktivitás .

A síngyorsító sajátossága azonban, hogy ultrakis tömegeket szupernagy sebességre képes felgyorsítani (a lőfegyverben a lövedék sebességét a fegyverben végbemenő kémiai reakció kinetikája korlátozza). A gyakorlatban a sínek ezüsttel bevont oxigénmentes rézből készülnek, alumínium rudakat vagy huzalt használnak lövedékként , hogy felgyorsítsák magát a behatoló elemet, például volfrámrudakat, titán és más fém alapú ötvözetek, polimer kombinálható. áramforrásként vezetőképes közeggel - nagyfeszültségű elektromos kondenzátorok akkumulátorával , amelyet ütős unipoláris generátorokból , kompulzátorokból és más nagy üzemi feszültségű elektromos áramforrásokból töltenek fel, és mielőtt a sínekbe lépnek, megpróbálják megadni a lövedékek a lehető legnagyobb kezdősebességgel, ehhez pneumatikus vagy lőfegyvereket használva

Azokban a sínfegyverekben, ahol a lövedék vezető közeg, a sínek feszültség alá helyezése után a lövedék felmelegszik és kiég, vezetőképes plazmává alakul , ami aztán szintén felgyorsul. Így a sínfegyver képes plazmát lőni, de instabilitása miatt gyorsan elpárolog . Ebben az esetben figyelembe kell venni, hogy a plazma mozgása, pontosabban a kisülés (katód, anódfoltok) mozgása az Amper-erő hatására csak levegőben vagy más, nem alacsonyabb gáznemű közegben lehetséges. mint egy bizonyos nyomás, hiszen egyébként például vákuumban a plazmahídsínek az erővel ellentétes irányban mozognak - az ív ún. fordított mozgása.

Ha nem vezető lövedékeket használnak sínfegyverekben, a lövedéket a sínek közé helyezik, a lövedék mögé, ilyen vagy olyan módon, ívkisülést gyújtanak meg a sínek között , és a test gyorsulni kezd a sínek mentén. A gyorsulási mechanizmus ebben az esetben eltér a fentiektől: az Amper-erő a kisülést a test hátsó részébe nyomja, amely intenzíven elpárologva sugársugarat képez , amelynek hatására a test fő gyorsulása következik be [4] .

Előnyök és hátrányok

Előnyök

Megtakarítás: egy vasúti puskalövés költsége lényegesen alacsonyabb, mint egy azonos hatótávolságú, hajóalapú rakétáé : 25 000 dollár az 1 millió dollárral szemben [5] .
A valós felhasználáshoz kapcsolódó valamennyi feladat megoldásától függően az ilyen fegyverek taktikai stacioner rakétavédelmet nyújthatnak a semmilyen módon nem manőverező ballisztikus rakéták ellen , vagy kiterjeszthetik a lőtávolság horizontját.
A lövedék nagy sebessége lehetővé teszi a sínfegyver légvédelmi eszközként való alkalmazását [5] . Egy ígéretes fegyver lövedéksebessége, amelyet 2016-ban terveztek tesztelni [6] , 6 M -nak kellett volna lennie , ami lényegesen alacsonyabb, mint sok légvédelmi rakétáé (9 M az egyik S-300V4 rakétánál ) . 7] , a lövedék manőverezése lehetetlen; a gyakorlatban csak 3,6 M sebességet értek el [8] .
A vasúti fegyver használata szükségtelenné teszi a hagyományos lövedékek robbanóanyagainak hajókon való tárolását, ami növeli a hajó túlélőképességét [5] .

Hátrányok

Sok éve nem mutattak be bizonyítékot a hatékonyságra [9] , különösen a pontosság és a pusztító erő tekintetében. Sőt, a nagy hatótávolságú lövések során felmerül a Föld inhomogén görbületének, a gravitációs egyenetlenségek, a hőmérséklet-különbségek és ennek megfelelően a levegő sűrűsége, valamint a páratartalom problémája, valamint sok más probléma, amely korlátozza a pontos tüzérségi tüzelést korrigálatlan lövedékekkel. hatótávolsága néhány tíz kilométer.
Áthatolás (különösen nagy hatótávolságon), és a találati összhatás nem haladja meg a közepes kaliberű tüzérség teljesítményét (a sebesség többszörös, de a tömeg többszöröse, a robbanóanyag sok kilogramm helyett nulla , az egyetlen különbség a hatótávolság növekedése a tömeg, a sebesség és mindenekelőtt a csökkentett méret kombinációja miatt, ami csökkenti az aerodinamikai légellenállást ).
A jelenleg létező prototípusok hordókészlete rendkívül kicsi.

Kétértelmű

A sínfegyver effektív lőtávolsága 200 km-ig terjed [10] , azonban elmondható, hogy a tüzérség maximális hatótávolsága 20-40 km, és ennél nagyobb távolságnál vagy 200 km-re korrigált lövedéket kell használni . repülés , vagy a lőszerfogyasztás sokszorosára nő.
A vasúti lövedékek viszonylag kis mérete lehetővé teszi a lőszerkapacitás növelését [5] . A rendszer mérete azonban összességében nem kicsi, és legalább nem kevesebb helyet foglal el, mint néhány közepes méretű hajóelhárító rakéta .

US Navy program

2005-ben az amerikai haditengerészet elindította a Velocitas Eradico nevű vasúti fegyverprogramot. A General Atomics és a BAE Systems [11] vállalatok vesznek részt a programban .

A General Atomics egy olyan fegyvert fejlesztett ki, amely képes 10 kg-os lövedéket 200 km-en túl, körülbelül 2000 m/s átlagsebességgel leadni. Szakértők szerint egy ilyen szerszám 30 km távolságig sík pályával rendelkezik [11] .
2008 februárjában egy 10 MJ torkolati energiájú és 2520 m/s (9000 km/h) csőtorkolati sebességű fegyvert mutattak be [12] . 2010. december 10-én sikeresen teszteltek egy 33 MJ-os torkolatú energiasínfegyvert a virginiai Dahlgrenben található US Naval Surface Weapons Development Centerben [13] . A tesztekben használt lövedékek tömege 2 és 3,2 kg között változott. 2012 februárjában a BAE Systems egy gyártáshoz közeli ipari sínpisztoly prototípusát szállították a Dahlgrennek, és 32 mJ-en tesztelték [14] . A rendszer sorozatos modelljének lőtávolsága legfeljebb 180 km, a jövőben pedig akár 400 km; A mérnökök rendszereket fejlesztenek a héjak automatikus adagolására, a hűtésre és a berendezés tápellátására. [tizenöt]
2015-ben tervezték az első tesztek elvégzését a hajón [5] .
2020-ra ezeknek a fegyvereknek az Egyesült Államokban épülő Zamvolt-osztályú rombolókkal kell szolgálatba állniuk , moduláris felépítésüket és elektromos átvitelüket a fejlett elektromágneses fegyverek figyelembevételével számították ki [16] .
2025-re 64 MJ torkolati energiát terveztek elérni. Körülbelül 10 méter hosszú és körülbelül 2000 méter másodpercenkénti lövedék sebességgel.
2021-ben a projekt finanszírozása megszűnt. [17]

Fejlesztések Oroszországban

A Szövetségi Tanács Védelmi és Biztonsági Bizottságának első alelnöke, Franz Klintsevich szerint Oroszországban is aktívan dolgoznak egy elektromágneses fegyver (railgun) létrehozásán [18] . Az űrhajózásban való felhasználását állítólag hasznos terhek pályára állítására használják, de ezeken a szavakon kívül még nem érkeztek megbízható tények. [19]

Lásd még

Jegyzetek

↑ 1 2 Alekszandr Ageev Elektromágneses pisztoly: a jövő fegyvere 2016. június 10-i archív példány a Wayback Machine -en // Tekhkult weboldal, 2014. augusztus 21.
↑ A Pentagon úgy döntött, hogy vasúti fegyvert bocsát ki a csatatéren Archiválva : 2015. november 10. a Wayback Machine -nél // Vzglyad
↑ Alkalmazott Mechanika és Műszaki Fizika folyóirat // A Szovjetunió Tudományos Akadémiája. szibériai ág. - 1989. - 1-6. sz . - S. 146 . (Orosz)
↑ Reaktív mozgás külső áramforrásból származó gázkisülés közben // Levelek ZhTF-nek. - 1989. - T. 13 , 15. sz . (Orosz)
↑ 1 2 3 4 5 „Advanced fegyverek: Rail Strike”, The Economist, 2015. május 9 . Letöltve: 2017. szeptember 30. Az eredetiből archiválva : 2017. szeptember 16.. (határozatlan)
↑ Business Insider: Az amerikai haditengerészet elektromágneses fegyvert tesztel 2016-ban Archiválva : 2015. május 25. a Wayback Machine -nél // RIA Novosti
↑ A feladat nehéz, de megoldható 2015. december 13-i archív példány a Wayback Machine -nél // Aerospace Defense Magazine
↑ Julian E. Barnes Első pillantás Amerika szuperfegyverére // Archivált : 2017. október 4., a Wayback Machine The Wall Street Journal , 2016. május 29.
↑ Elektromágneses "válás": valóság és spekulációk az amerikai vasúti fegyverrel kapcsolatban A Wayback Machine 2017. február 3-i archív másolata // TK Zvezda , 2016. június 1.
↑ a közgazdász . Letöltve: 2017. szeptember 30. Az eredetiből archiválva : 2017. május 21.. (határozatlan)
↑ 1 2 "Catapulting ahead", The Economist, 2014. március 8 . Letöltve: 2017. szeptember 30. Az eredetiből archiválva : 2017. május 21.. (határozatlan)
↑ Az amerikai haditengerészet bemutatta a világ legerősebb EMRG-jét 10 megajoule-val . Letöltve: 2008. december 10. Az eredetiből archiválva : 2012. június 1.. (határozatlan)
↑ Az USA-ban tesztelték a „jövő fegyverét” a 2010. december 14-i archív példányt a Wayback Machinen // Vesti. Ru
↑ Maximális energiával kilőtt elektromágneses pisztoly Archiválva : 2020. augusztus 11. a Wayback Machinenél // Membrán
↑ A katonaság megkapta az első ipari vasúti fegyvert Archiválva 2012. március 3-án a Wayback Machine -nél // Membrán
↑ Oleg Titkov. Mágneses háborúk // Népszerű mechanika . - 2017. - 7. sz . - S. 76-80 .
↑ Az amerikaiak 16 éves fejlesztés ellenére megtagadták a vasúti fegyverprojekt finanszírozását . Meztelen tudomány (2021. június 3.). Letöltve: 2021. június 6. Az eredetiből archiválva : 2021. június 6.. (határozatlan)
↑ A Szövetségi Tanács bejelentette, hogy Oroszország elektromágneses fegyvert fejlesztett ki . Lenta.ru (2016. május 30.). Letöltve: 2016. május 30. Az eredetiből archiválva : 2016. május 31.. (határozatlan)
↑ Orosz tudósok először teszteltek egy elektromágneses sínpisztolyt (hozzáférhetetlen link) . Defense.ru (2016. július 12.). Letöltve: 2016. július 12. Az eredetiből archiválva : 2016. július 15. (határozatlan)

Linkek

Orbitális pályán - az "Elektromos mozdonyon". (hozzáférhetetlen link) Az "Orosz Space" folyóirat 2011. évi 9. szám.
BAE elektromágneses pisztoly (2012. február) a YouTube -on
"A haditengerészet elektromágneses vasúti lövegének jövője nagy lépés lehet visszafelé" – a vasúti fegyverek használatának problémái és kilátásai az Egyesült Államok haditengerészetében (eng.)