CECYT3 “ESTANISLAO RAMIREZ RUIZ”
CARRERA SISTEMAS DIGITALES
DISPOSITIVOS ELECTRONICOS
QUINTO SEMESTRE
Grupo : 5IM8
Miembros del equipo:
Osorio Angiano Silvia Aimee
Martinez Santoyo Alan Ixbalanque
Rivera Cervantes Diego Orlando
Patron Padron Irving Omar.
Apartado de Correos electronicos: alanxbq@gmail.com , saoa07@gmail.com
Nombre de prototipo: Cañon De Riel
Area del conocimiento: Electronica Digital
La función principal que tenemos
respecto al cañón de riel en proyecto aula es, utilizarlo como sistema de
seguridad, pero a su vez lo retomamos como un proyecto que integra diversos conocimientos
respecto a la física, química, matemáticas y desde luego electrónica. Ya que se
funcionamiento se deriva de esta. Para así, presentarlo como un proyecto de investigación
funcional e innovador. Tomando en cuenta varios aspectos de ámbito social, económico,
cultural etc...
Descripción general
El funcionamiento del arma se basa en el principio del motor
homopolar: un par de conductores paralelos (los rieles) son alimentados por una
corriente eléctrica. El proyectil se coloca haciendo contacto con ambos, para
cerrar el circuito. La corriente que se produce interactúa con los fuertes
campos magnéticos generados por el paso de la electricidad a través de los
conductores y esto acelera el proyectil linealmente en la dirección de los
rieles
La idea original de este dispositivo fue la de usarlo para disparar
proyectiles a alta velocidad con fines militares. Sin embargo resulta difícil
usarlo como arma debido a la enorme cantidad de energía requerida para
funcionar con un mínimo de eficiencia y debido a que el espacio que ocupan las
fuentes de alimentación y condensadores que utilizan para generar el campo
magnético hace que sea muy difícil de transportar para la infantería. Aun así
la Armada de Estados Unidos anunció una prueba realizada el 31 de enero de 2008
con el fin de equipar a sus naves con este tipo de armas.
Historia
Durante 1918, el inventor francés Louis Octave
Fauchon-Villeplee inventó un cañón eléctrico que tiene un gran parecido con el
motor lineal. Presentó una solicitud de patente en Estados Unidos el 1 de abril
de 1919, la que le fue concedida en julio de 1922 con el Nº 1.421.435, como un
"Aparato Eléctrico para Propulsar Proyectiles".
Durante la Segunda
Guerra Mundial la idea fue resucitada por Joachim Hänsler de la Oficina de
Armamentos alemana, y se propuso un cañón antiaéreo eléctrico. Para fines de
1944 se había trabajado lo suficiente en el campo teórico como para permitir al
Comando Antiaéreo de la Luftwaffe emitir una especificación, la cual incluía
una velocidad de 2.000 m/s y un proyectil conteniendo 0,5 kg de explosivos. Las
armas serían montadas en baterías de 6 cañones disparando 12 disparos por
minuto y se utilizaría el montaje existente del 12,8 cm FlaK 40. Nunca se
construyó. Cuando la documentación fue descubierta después de la guerra
despertó mucho interés y se hizo un estudio más detallado, finalizando con un
informe de 1947 que concluyó que era teóricamente factible, pero cada cañón
necesitaría energía suficiente como para iluminar la mitad de Chicago.
Durante 1950, Sir Mark Oliphant, un físico australiano y
primer Director de la Escuela de Investigación de Ingeniería y Ciencias de la
Física en la nueva Universidad Nacional de Australia, inició el diseño y
construcción del generador homopolar mas grande del mundo (500 MJ). Esta
máquina fue usada para alimentar un cañón de riel de gran escala que fue usado
como instrumento científico.
Materiales
Los rieles y los proyectiles deben ser construidos de
materiales fuertes y conductores; los rieles deben sobrevivir a la violencia de
un proyectil acelerado, y al calor producto de las fricciones y el paso de la
corriente eléctrica. La fuerza de retroceso que se ejerce sobre los rieles es
igual y opuesta a la fuerza que impulsa el proyectil. La ubicación de la fuerza
de retroceso es aún objeto de debate. Las ecuaciones tradicionales predicen que
la fuerza de retroceso actúa en la "recámara" del cañón. Otra escuela
de pensamiento invoca la Ley de Ampére y afirma que actúa a lo largo de los
rieles (que es su eje más fuerte). Los carriles también se repelen entre ellos
a través de una fuerza lateral causada por el campo magnético, al igual que el
proyectil. Los rieles necesitan sobrevivir a esto sin doblarse, y deben estar
montados en forma segura.
Consideraciones en diseño del cañón de riel
La fuente de energía debe ser capaz de entregar una
corriente muy grande, sostenida y controlada, por un lapso de tiempo
utilizable. La medida más importante de la eficacia de la fuente de energía es
la corriente que puede entregar. En febrero de 2008, la mayor energía conocida
y utilizada para la propulsión de un proyectil de un cañón de riel fue de 32
millones de julios.5 La fuente de energía más utilizada en cañones de riel son
los condensadores y el alternador de pulsos compensado, que son cargados poco a
poco de otras fuentes de energía continua o mediante un generador de Van de
Graaff.
Los rieles deben soportar enormes fuerzas de repulsión
durante el disparo, y estas fuerzas tienden a empujarlos en dirección contraria
y lejos del proyectil. Cuando se incrementa la holgura entre el proyectil y los
rieles se forman arcos eléctricos, lo que provoca la rápida vaporización y
daños en la superficide de los rieles y en los aislantes. Esto limitaba a los
primeros investigadores a un único disparo entre reparaciones del cañón de
riel.
La inductancia y la resistencia de los rieles y de la fuente
de energía limita la eficiencia de un diseño de cañón de riel. Actualmente,
diferentes tipos de rieles y configuraciones de cañones están siendo probados,
siendo los más notables los de la Armada de Estados Unidos, el Instituto de
Tecnología Avanzada y BAE Systems.
Disipación del calor
Enormes cantidades de calor son generadas por la
electricidad que fluye a través de los rieles, así como también por la fricción
del proyectil al abandonar el dispositivo. El calor creado por la fricción
puede ocasionar la dilatación de los rieles y el proyectil, aumentando aún más
el calor por fricción. Esto provoca tres problemas principales: la fusión de
los equipos, disminución de la seguridad del personal y la detección por las
fuerzas enemigas. Como se explica brevemente más arriba, las fuerzas
involucradas en el lanzamiento de este tipo de dispositivos requieren un
material muy resistente al calor. De lo contrario los rieles, el cañón y todo
el equipo conectado se fundirán o se dañarán irreparablemente. En la práctica
los rieles son, junto con todos los componentes del cañón de riel, erosionados
con cada disparo; y los proyectiles pueden ser objeto de algún grado de
ablación también, y esto puede limitar la vida del cañón de riel, en algunos
casos severamente
Lista de materiales
Para los rieles los materiales pueden variar solo es
necesario la gran resistencia que debe tener al calor y sobre todo la
resistencia de los materiales.
Para el sistema de
aire comprimido; (paso 4)
1. Yacimientos
de gas que se utiliza 4 pequeños(sustituible por uno grande)
2. Válvulas de
gas da un ritmo más rápido de flujo, pero no necesario si se usa un resorte.
3. Neumática
tubos del depósito a la válvula a las conexiones de barril.
4. Tubo de acero
(barril) - diámetro debe ser similar pero ligeramente más grande que usted
proyectil.
Por eléctrica (la pistola de ferrocarril)
1. 8
condensadores electrolíticos de 450uf a 400V (paso 2)
2. Una barra de
aluminio (para rieles) - 20cm x 3cm x 3cm (paso 3)
3. Acrílico 20cm
x 3cm x 0.2cm
Marco Teórico
Paso 1
Para mi diseño, he usado 8, 400V, 470uF condensadores
conectados en paralelo. Esto da una capacitancia total de 3600uf, pero todavía
a 400 voltios. Sin embargo, con de una batería de 9 voltios sólo le dará salida
9 voltios. Para cargar estos a 400 voltios, puede utilizar dos métodos
diferentes.
Se puede hacer de la forma más peligrosa (no a menos que
realmente se sabe exactamente lo que estás haciendo) de poner el correcto
transformador en una toma de corriente y luego añadir un diodo semiconductor
[Condensadores deben cargarse con corriente continua, sin
aire acondicionado, condensadores de aluminio ELECTROLITICOS sólo se puede
cargar en una sola dirección, de lo contrario pueden Modo de calentamiento,
fundir o explotar].
Yo no se lo recomendaría a ninguna parte cerca de la red y
metiendo cosas en ella, por lo que la mejor opción es construir, o mejor aún,
comprar un convertidor DC / AC (existen gran variedad de convertidores de
coches pequeños que usted puede comprar que funcionan con baterías de 12V) y
luego conecte el transformador a la salida, y añadir un diodo semiconductor
para cambiarlo de nuevo a corriente continua. Esta es probablemente la opción
más económica y mas sencilla.
También puede utilizar el circuito de flash de cámaras
desechables, pero cobrar 8 condensadores de este tamaño, necesitaría unos
cuantos o el riesgo de quemar el circuito, y cámaras desechables no son tan
baratos y tiendas ahora enviarlos a algún lugar después del uso, así que no
pude conseguir ninguna usadas.
Paso 2
La forma habitual es el uso de dos tiras de metal de forma
paralela, con un espacio lo suficientemente grande para que el proyectil tenga
distancia para el disparo. Sin embargo, esto proporciona una zona de conexión
insuficiente entre su proyectil y ferrocarril, y puede causar más chispas y
erosión por lo tanto más rápido a sus raíles. Este diseño utiliza algunas
barras de aluminio sólido sobre 20cm x 3cm x 1.5cm. Sujetamos estos juntos con
una lámina de perspex entre los dos. Entonces, perforado en el centro de los
dos bloques y de metacrilato, con una broca de taladro ligeramente más grande
que el proyectil, formando un barril con dos partes metálicas con un
aislamiento de plástico entre los dos. Lo he hecho 3 veces, y el poner juntas
las tres secciones para formar un barril largo.
El Aluminio probablemente no fue una muy buena elección en
el material ya que es bastante suave (comparado con el acero), y pueden ser
dañados fácilmente por cualquier chispa hechos, con los efectos de la conexión
entre el riel y el proyectil para la siguiente toma, pero es más fácil
de trabajar.
Finalmente se conectan los condensadores, la terminal
positiva a un carril, y el negativo a la otra terminal.
Paso 3
El proyectil de metal no puede ser simplemente insertado en
los rieles, porque podría electrocutarse, y el proyectil obtendrá soldados por
puntos en los rieles de los por la gran carga eléctrica de repente saltando a
través del proyectil. Para evitar estas dos cosas, el proyectil ya debe estar
en movimiento desde antes los rieles a una velocidad suficiente para evitar su
detención.
Este sistema utiliza cuatro yacimientos de gas pequeños (se
puede sustituir por uno grande). No es necesario utilizar el aire comprimido,
pero esta es una forma más rápida de unir los componentes para la estructura.
Nota: Si se utiliza aire comprimido siga las siguientes
instrucciones:
Simplemente tiene que conectar el cilindro a una válvula, y
luego la válvula al cilindro (esta válvula también actúa como el disparador) y
alguna manera de rellenar el cilindro (otra válvula conectada a un compresor o
bomba de pie), y un barril de plástico que es un ajuste apretado con su
proyectil. El final de su barril debe alimentar directamente a los raíles.
Paso 4
No apunte a nadie, y dado de alta los condensadores de
manipulación después de cada disparo, ya que no siempre se descarga completa.
Sólo tiene que colocar un destornillador largo de los carriles para completar
el circuito como el proyectil habría hecho. Además, después de cargar los
condensadores, debe desconectarse del cargador, ya que se descargará nuevamente
dentro del transformador.
En realidad, cuando se prueba a 400 voltios, produce 360
julios de energía, que es capaz (con exclusión de la resistencia, fricción,
todas las otras cosas) de 1011,26 m / s, pero como esto es en realidad un
diseño muy ineficaz, la velocidad real será un mucho menos.
Referencias
Teoría
v Railgun Theory by Matthew E. Massey
v howstuffworks.com - explanation with animations
v iop.org - Theoretical limits on exit velocity
v Jengel and Fatro's Rail Gun Page
Amateur
v PowerLabs Rail Gun research
v Railgun theory, design, construction, and
testing
v Railgun Blog by Jason Rollette
v Miniature Experimental Railgun
v Tim Ventura's 90's-era Railgun Designs
v American Antigravity's Mass-Driver Demo +
Video
v
+EML Laboratory
－ Japanese Experiment
＋Video
