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Schema einer Railgun. Angezeigt sind die Schienen und das Geschoss, die Richtung des elektrischen Stroms I (rot), das Magnetfeld B (blau) und der rechte Winkel Lorentzkraft F (grün) zum Antreiben des Projektils.

EIN Schienenkanone ist ein elektrischGewehr dass ein elektrisch leitendes Projektil zwischen Metallen Schienen schießt weg.

Methode

Testaufnahme des Naval Surface Warfare Center im Januar 2008, die eine Schwanzfahne von Plasma hinter dem Projektil.

Deutsches Design für eine Railgun

Railguns verwenden zwei Schleifkontakte das eine starke elektrischer Strom durch die Projektil loslassen. Dies erfährt ein Lorentzkraft von den Starken Magnetfeld durch den Strom durch die Schienen und wird dadurch beschleunigt. Das US-Marine habe eine Railgun getestet, die eine 3,5 kg schwere Kugel auf beschleunigt Mach 7.^[1].

Railguns sollten nicht mit den verwandten verwechselt werden Gaußgewehr (Spulen- / Gauss-Pistolen), die kontaktlos arbeiten und ein Magnetfeld verwenden, das mit externen spülen entlang des Laufs, um ein magnetisches Projektil anzutreiben.

Berechnung

Der elektrische Strom durch die Schienen erzeugt ein Magnetfeld, das zusammen mit dem elektrischen Strom durch das Projektil eine Lorentzkraft erzeugt, die das Projektil antreibt. Da der elektrische Strom zweimal verwendet wird, erwarten wir, dass diese Kraft proportional zum Quadrat des Stroms ist.

Die Größe dieser KraftVektor lässt sich idealerweise berechnen mit

1. die Formel für das durch einen Gleichstrom verursachte Magnetfeld (de Gesetz von Biot-Savart, das rechte hand regel für ein Stromkabel) und
2. das Lorentzkraft an einem stromführenden Draht oder Leiter in a Magnetfeld.

Wir benötigen die folgenden Konstanten und Variablen:

• das magnetische Permeabilität${displaystyle mu_{0}}$ aus Luft oder Vakuum,
• der Radius der Schienen (hier mit rundem Querschnitt genommen) ${displaystyle r}$,
• der Abstand zwischen den Schienenmitten ${displaystyle d}$, auch die Breite des Projektils, und
• der elektrische Strom in Ampere während ${Anzeigestil I}$

In der Berechnung wird die Situation vereinfacht: Die Schienen haben einen Anfang, sind aber unendlich lang (halbunendliche Drähte). Laut der Gesetz von Biot-Savart erzeugt im Abstand einen semi-unendlichen stromdurchflossenen Draht (hier Schiene) ${Anzeigestil s}$ ein magnetisches Feld ${Anzeigestil B}$ auf die gegeben wird durch:

${displaystyle mathbf {B} (s)={frac {mu _{0}I}{4pi s}}{hat {phi }}}$

in welchem

${displaystyle {Hut {phi}}}$ gibt die Richtung des Magnetfeldes um das Stromkabel (Schiene) an.

Daher ist die Stärke des Magnetfelds ${Anzeigestil B}$ im Bereich zwischen zwei semi-unendlichen Drähten (Schienen) mit einem Abstand ${displaystyle d}$ die Summe der einzelnen Magnetfelder der Einzeladern (Schienen):

${displaystyle B(s)={frac {mu _{0}I}{4pi }}left({frac {1}{s}} {frac {1}{d-s}}ight)}$

Um die durchschnittliche magnetische Feldstärke im Raum zwischen den beiden Drähten (Schienen) zu berechnen, gehen wir davon aus, dass ${displaystyle r}$ ist klein im Vergleich zu ${displaystyle d}$. Wir addieren alle Beiträge zum Magnetfeld und berechnen es mit a Integral-:

${displaystyle B_{ ext{avg}}={frac {1}{d}}int _{r}^{dr}B(s){ ext{d}}s={frac {mu _{0}I} {4pi d}}int _{r}^{dr}left({frac {1}{s}} {frac {1}{ds}}ight){ ext{d}}s={frac {mu _{ 0}I}{2pi d}}ln {frac {dr}{r}}}$

Wegen der Formel für die Lorentzkraft die Kraft auf den stromdurchflossenen Draht (Schiene) ist gegeben durch ${displaystyle-IdB}$. Da die Breite des Projektils ${displaystyle d}$ ist, folgt für die Potenz ${Anzeigestil F}$

${displaystyle F_{LOR}=IdB_{ ext{avg}}={frac {mu _{0}I^{2}}{2pi }}ln {frac {d-r}{r}}}$

Die Formel basiert auf der Annahme, dass der Abstand ${displaystyle l}$ zwischen dem Punkt, an dem die Kraft ${Anzeigestil F}$ gemessen wird und der Schienenanfang 3 oder 4 mal größer als der Schienenabstand ist ${displaystyle d}$. Um die Kraft genau zu berechnen, müssen Form und Lage der Schienen und des Geschosses berücksichtigt werden.

Verweise

Weiterlesen

• Biezeveld, H. und Mathot, L.: Scoop Physik für die Überbau 5/6 voruniversitäre Bildung, Wolters-Noordhoff Groningen, 1997 fünfte Ausgabe

Externe Links

Theorie

• (und) Theorie der Railgun von Matthew E. Massey
• (und) howstuffworks.com - Animierte Erklärung
• (und) iop.org - Theoretisches Exit-Geschwindigkeitslimit
• (und) Jengel und Fatros Rail Gun Seite

Versuche von Amateuren

• PowerLabs Rail Gun-Forschung
• Theorie, Konstruktion, Konstruktion und Erprobung von Railgun
• Railgun-Blog von Jason Rollette
• Miniatur-Experimentelle Railgun
• Tim Venturas Railgun-Designs aus den 90ern
• Mass-Driver-Demo-Video von American Antigravity
• EML-Labor－Japanisches Experiment＋Video

Hochschulausbildung und Forschung

• Die University of Texas at Austin Rail Gun
• Auburn University Rail Gun

Militärische Anwendung

• Elektromagnetische Railgun: Ein innovatives Marineprogramm

Presse und Medien

• was nun? Die elektromagnetische Waffe? Aber vielleicht hatten wir unseren letzten Weltkrieg, Populärwissenschaften Monatlich, Februar 1919, S. 18-19, Gescannt von Google Books: http://books.google.com/books?id=7igDAAAAMBAJ&pg=PA18
• USN setzt Fünfjahresziel für die Entwicklung einer elektromagnetischen Waffe Janes Verteidigungswoche, 20. Juli2006
• US Navy erfindet Railgun Blogartikel von Wired News, Donnerstag Thu 18. Januar2007
• Elektromagnetische Railgun Populärwissenschaftlicher Artikel
• Video von Navy Railgun Testschießen, Elektromagnetische Abschussanlage der Marine, Testschuss Nr. 1, 2. Oktober2006. Quelle: Fredericksburg.com, abgerufen 30. Januar2007
• Das stärkste Schienengeschütz der Welt an die Marine ausgeliefert, 14. November2007

Bilder

• Bilder von Google-Bildern