Для построения пушки гаусса с хорошими характеристиками, помимо чисто конструкторской работы, приходится проделывать достаточно сложные расчеты. Это связано с тем, что время действия на снаряд ускоряющего импульса магнитного поля должно быть строго согласовано с длительностью нахождения снаряда внутри катушки - в противном случае КПД ускорения будет очень мал, а иногда снаряд вообще может вообще полететь в обратную сторону.

Такие расчеты могут быть выполнены "на глазок", с использованием лишь базовых уравнений теории цепей. Подобный подход до сих практикуют многие гауссостроители (см. например здесь). Но в последние годы появились методы расчета с использованием программ математического моделирования, наиболее распространенной из которых является FEMM (от англ. Finite Element Method Magnetics). Вот сайт разработчиков этого пакета.

FEMM использует для моделирования принцип так называемых "конечных элементов". Суть его довольно проста -  пространство задачи разбивается на множество мельчайших областей, в пределах которых анализируемые величины (в данном случае - магнитное поле) аппроксимируются простыми функциями (в простейшем случае - полиномом первой степени). Затем для каждой из этих областей решается базовая система уравнений с учетом условий на границе. Подобный принцип используется большим количеством других программ, моделирующих самые различные процессы (например, для решения задач теплофизики широко применяется пакет COMSOL). 

Полные мануалы по работе с FEMM, а также основы работы этой программы можно посмотреть здесь - к сожалению, только на английском языке. Здесь лежит сокращенное русскоязычное описание FEMM. Хорошая русскоязычная инструкция по расчету гауссов при помощи FEMM содержится также на форуме Оружие будущегоНа самом деле, ничего сложного там нет, и при желании каждый сможет разобраться. Для любого гауссостроителя это маст.

Поскольку в случае гаусс-гана мы решаем динамическую задачу, нам надо провести многократный расчет сил и полей, действующих в системе по мере движения ускоряемого тела, при этом каждый раз необходимо задать геометрию системы, граничные и начальные условия. Для облегчения этой задачи используются скрипты на языке Lua. В свое время на форуме Арсенала коллективом авторов (при моем скромном участии) была проделана большая работа по разработке такого скрипта, адаптированного под наш специфический случай.  В результате были написаны и выложены в общий доступ несколько скриптов, описывающих различные конфигурации койлганов (на тиристоре, на транзисторе, с полым снарядом, многоступенчатый и т.д.). В той же ветке затем появились еще и скрипты, позволяющие автоматически перебирать параметры ускорителя (например, диаметр катушки или начальное положение снаряда) для достижения наилучшего результата. Еще несколько более экзотических конфигураций описаны на сайте Петровича.

Загрузочный файл Excel для симулятора FEMM 4.2 (слева) и скрин процедуры расчета (справа).

Данную страничку я решил посвятить результатам моделирования в FEMM различных конфигураций койлганов. За несколько лет у меня накопилось множество подобных расчетов, которые, как я надеюсь, будут полезны гауссостроителям.

Для каждой обсчитанной конфигурации гауссовки я старался приводить скрипты, при помощи которых проведены расчеты, а также словесные обобщения, которые помогают лучше понять суть полученных результатов.

 

С Уважением, Ваш Eugen.

 

 

1. Обсчет "биступенчатого" ускорителя ЕМ-4.

2. Оценка влияния магнитопровода на КПД койлгана.

3. Влияние магнитопровода на КПД многоступенчатого койлгана.