电气技术 (今日 60

以能量传输为目地的电学及其应用技术。包括电气工程,高电压技术,电力电子以及特斯拉线圈这样的专门爱好。


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电力电子高压技术电炮技术特斯拉线圈

众所周知,电弧能够迅速的把电能转换为热能,并且高温等离子体可以被气流吹动以实现指定部位的加热。电弧炉、等离子弧焊枪、割炬就是用了这个原理。 电弧能不能走进厨房呢?答案是能。近期中国就有这样一个产品,有望推动电弧在生活中的应用。 等离子火炬装置及等离子灶具 本发明涉及一种等离子火炬装置及等离子灶具,包括火炬发生器以及与所述火炬发生器连接的第一介质管理模块;所述火炬发生器包括一点火管道,其中,所述点火管道包括一收缩段、与所述收缩段衔接的等径段以及一于所述等径段衔接的扩散段。其中,所述点火管道的管壁设置有用于喷射等离子介质流的第一喷嘴环、中心电极以及上电极,所述第一喷嘴环设置在所述收缩段下方,所述第一喷嘴环与所述第一介质管理模块的输出端连接,所述第一喷嘴环上设置有多个喷射所述等离子介质流的喷口,所述第一介质管理模块用于控制等离子介质流从所述第一喷嘴环的喷口喷出。本发明提高了等离子火炬装置的加热效率。 申请号:201710671086.4 申请日:2017-08-08 发明(设计)人: 卢驭龙 主分类号: F23Q7/10(2006.01)I 分类号: F23Q7/10(2006.01)I F24C3/10(2006.01)I 等离子火炬装置及具有该等离子火炬装置的等离子灶 本发明涉及一种等离子火炬装置,包括火炬发生器、分别与所述火炬发生器连接的介质管理模块和高压功率模块,以及连接并控制所述介质管理模块和高压功率模块的控制模块,所述介质管理模块与所述火炬发生器连通,并为所述火炬发生器提供高速等离子介质流,所述高压功率模块与所述火炬发生器连接,为所述火炬发生器提供电离所述等离子介质流所需的电压,所述控制模块根据预存的或临时接收到的指令对所述介质管理模块和高压功率模压进行控制,以最终控制所述等离子火炬的大小。本发明具有安全无毒、节能环保、功耗小和成本低等特点,具有很大的发展空间,易于广泛推广。 申请号:201510114923.4 发明(设计)人: 卢驭龙 主分类号: F24C7/04(2006.01)I 分类号: F24C7/04(2006.01)I F24C7/08(2006.01)I (所有图片来自网络) 如果锅烧干了,会不会很快被化成铁水,烧一个大洞 。 @dr-sama


这个是一系列贴子中的第一个,不全写完再一起发出来是因为,开始写之后发现,这种东西比我预期的难写得多……所以打算分几批发出来。(主要是为了避免费了好大劲全写出来结果没人看的尴尬) 引用请注明出处,转载或其他用途请先征得本人同意。 本文的主要目的是,介绍传统单人便携动能武器(或简称“武器”)的性能,以及通过介绍其性能,为电磁枪的发展提供一个性能上的参考。本系列主要通过初速,动能,射速,精度,杀伤力,隐蔽性,便携性对武器的发射性能进行描述。除此之外,还会提到诸如效率,成本,可靠性,耐候性等参数,以描述武器其他方面的性能。受篇幅限制,特别常见的内容可能会略去。 火药枪 火药枪是目前应用最广泛,发展最成熟的武器。实用的火药枪大约出现于15世纪(滑膛火绳枪)。之后先后出现了带膛线的枪管(解决精度问题);燧发枪(更容易操作,统治了枪械界长达两个世纪)。下面这篇文献,对这一时期的十余种枪的发射性能进行了测试。 Test-Firing Early Modern Small Arms.pdf 1.98M 25次 测试得到的数据如下 表1. 早期火药枪的弹道性能 表2. 早期火药枪的穿深,射程,散布和命中率 从以上数据可以看出,早期火绳枪和燧发枪的初速普遍超过音速。有趣的是,由于口径大,弹丸重,这些早期步枪的枪口动能,甚至普遍超过目前各国广泛装备的使用中间型威力弹的现代步枪。由于使用球形铅弹,其穿深远低于现代子弹。 之后火药枪发展出了诸如,前膛火帽式点火枪(更好的耐候性);前膛定装弹,转轮枪,使用后膛定装弹的撞针枪(更高的射速);无烟火药(更高的动能,更便携,略好的隐蔽性);各种连射结构(足够高的射速)等技术。直到现代,火药枪发展出了数不胜数的分类和相关技术。 现代火药枪具有其他武器无法比拟的高动能,高初速。例如,前面那篇文献中的数据显示,17世纪的燧发枪,就已经可以达到3kJ以上的动能。早期现代步枪普遍动能较大,如较多用于两次世界大战期间的7.92×57mm毛瑟弹,使用600mm枪管发射时的枪口初速约800m/s,动能约4kJ。然而用于自动步枪时,威力过大会导致在全自动射击时无法有效的控制枪支的跳动和后座力的撞击。因此,现代步枪通常使用中间型威力弹,动能反而更小,约在1300-2000焦耳级。例如AK-47突击步枪发射7.62×39mm步枪弹,初速约710m/s,动能约2010J;M16突击步枪发射5.56×45mm NATO弹,初速约990m/s,动能约1764J。手枪的初速和动能通常较小,现代手枪初速通常在音速附近,动能通常有数百J。例如Beretta 92F手枪,发射9×19mm Parabellum手枪弹时,初速约375m/s,动能约445J。 火药枪拥有类似威力的武器中最好的便携性。这主要得益于发射药的高能量密度,以及火药枪本身足够高的能量转化效率。化学能是目前除核能以外,能量密度最高的储能方式,发射药的能量密度可以达到kJ/g的数量级,而且具有足够的功率密度。而其它储能方式,如电容,若满足武器所需的输出功率,则仅能勉强达到J/g级的能量密度。使用这种能量密度的介质储能,储存和火药枪枪口动能相当的能量,就需要和火药枪整体重量相近的储能材料。火药枪的效率也相当之高。下面这篇文献对7.62mm口径的M964步枪进行了实验,测量显示其效率在29%到31%之间。 THEORETICAL AND EXPERIMENTAL STUDY OF THE INTERIOR BALLISTICS OF A RIFLE 7.62.pdf 228k 7次 得益于发射药的高能量密度,在相同威力下,火药枪的载弹量,也是其它发射方式难以超越的。当然,总有人会嫌载弹量不够,所以会出现比如这种东西(个人感觉这个外形还挺好看的,而且貌似挺适合做电磁枪的) 图1. 卡利科M950手枪,配100发弹匣 随着机械制造以及弹道学的发展,火药枪的射速、精度和杀伤力均已达到完全足够使用的程度。人们已经开始追求合适的(而不是更高的)射速和杀伤力。而精度往往更多的受操作者的限制,以及环境等不可控因素的影响。 唯一欠佳的是隐蔽性。使用火药燃气,不可避免的会出现声、光、烟。根据下面这篇文献,绝大多数火药枪的枪声,可以对无防护的操作者造成永久性的听力损伤,甚至佩戴耳塞或耳罩也不能保证安全。消音器可以大幅度降低枪口噪音以及火光,通常可以使噪音降低30dB。然而即使如此,多数枪在操作者耳部的噪音也能达到120到140dB,虽然对听力安全,但足够引起警觉或者暴露目标。 Comparison of Muzzle Suppression and Ear-Level Hearing Protection in Firearm Use.pdf 507k 12次 值得注意的是,在游戏和影视作品中,往往会夸大消音器的效果。实际上,消音器远远无法做到“悄无声息”。就像上面提到的,加装消音器后多数枪械的噪音仍有120到140dB,作为对比,吉尼斯世界纪录中, 最响的拍手声 为113 dBA。 即使特意优化了隐蔽性的微声枪配合消音器也做不到质的改变。根据“美国国防技术信息中心”公开的这篇上古时期的报告,即使以微声著称的枪,噪音声压峰值在枪口侧面5m处也几乎均在100dB以上。 DTIC SILENCERS.pdf 9.82M 3次





实验发现,普通弹丸在不带自旋的情况下发射,会在空中翻滚。 翻滚导致弹丸横着着靶 翻滚会增加空气阻力,降低精度和穿透力。为了避免这些不利影响,通常的做法有:使用球形弹丸,使用气动稳定的弹丸(比如某些内螺纹圆柱销),以及使用自旋稳定的弹丸。其中,自旋稳定是,通过高速旋转产生陀螺效应,稳定弹丸,使弹丸始终指向其前进方向。 相比于气动稳定,自旋稳定的好处主要在于阻力小,稳定性好以及弹丸成本低。比如普通圆柱销或者方键,其价格按重量算基本等于钢材的价格。而气动稳定的内螺纹圆柱销,价格则是钢材价格的数倍。使用尾翼的气动稳定同样有较高的加工和装配成本。 自旋稳定对于转速的要求,比通常所认为的要高得多 比如曾有人尝试,使用标称5000rpm的电机对4mm*35mm的圆柱形弹丸进行预旋。不过并没有成功稳定弹丸: https://kechuang.org/t/80288 也有人尝试在弹丸上斜向开槽,使弹丸在气流的作用下产生旋转。不过同样没有成功稳定弹丸: https://tieba.baidu.com/p/5095683672 (另外,貌似独头霰弹也并不是靠气流使弹丸旋转来稳定弹丸,而是使用了气动稳定) 关于究竟多大的转速可以使弹丸稳定,有一些经验公式可以参考。比如Miller twist rule,或者Greenhill's Rule。这两个公式本身是用来计算膛线的缠距的,不过也可以通过计算结果推导出弹丸转速。Miller twist rule的资料如下 Miller twist rule.pdf 141k 将Miller twist rule中的参数转换为公制单位,同时考虑到公式对速度的修正,以及转速与缠距和出速的关系,可以得到,对于音速以下的弹丸有如下公式 $$ n=0.423v\sqrt{\frac{sdl(1+l^2)}{m}} $$ 对于音速以上有 $$ n=1.12v^{5/6}\sqrt{\frac{sdl(1+l^2)}{m}} $$其中 n为转速,转/秒 v为弹丸出速,米/秒 s为稳定系数,无量纲,一般认为s=1以下不稳定,通常取s=2 d弹丸直径,毫米 l弹丸长径比,无量纲 m弹丸重量,克 上述公式对于艇尾型弹头精度较高,对于平底型弹头(平底尖头)计算结果可能偏高。对于平头平底的圆柱形弹丸,目前还不知道会偏高还是偏低。 按上述公式计算出来的结果往往比一般认为的大得多,比如上面提到过的4*35mm定位销,按出速70m/s,稳定系数2算,需要1183r/s的转速(7.1万rpm) 值得注意的是,尽管自旋稳定所需的转速极高,但是转动的动能其实很小。依然以4*35mm铁质定位销为例,在7.1万rpm的转速下,其转动动能仅为0.75J。对于长径比更小的弹丸,自旋稳定所需的转速会更小,转动动能也会明显更小。因此,我们完全可以接受以百分之一甚至千分之一量级的效率使弹丸转动。 自旋稳定的实现方法 在传统的火药枪或者气枪中,自旋稳定是通过膛线实现的。然而对于线圈式电磁枪,由于加速力较小,且发射的弹丸材质相对较硬,常见的膛线阻力过大难以使用。如果有加工条件,也许可以考虑多边形膛线,比如用带旋转的内六角型枪管发射六角形弹丸。 六角形膛线的火炮 也可以用电机带动弹丸。淘宝上有较多7万rpm以下的小尺寸高速电机,目前还没发现过10万rpm以上的电机。如果能达到其标称的转速,实际上就能满足多数情况下的需要。考虑到将弹丸旋转至合适的速度并不需要工作很长时间,也许可以适当的让电机超压工作。最大的困难可能在于高速旋转时的震动。个人感觉相应的机械结构设计起来可能会比较困难。 还可以考虑用旋转磁场直接驱动弹丸。 对于同轴感应式,可以参考异步电机的方式,对弹丸进行预旋或者在发射的过程中旋转弹丸。有一些相关文献可供参考 多极矩电磁发射技术研究进展.pdf 3.29M Gyroscopic Stabilization of Launch Package in Induction Type Coilgun.pdf 164k 对于磁阻式,可能也可以参考异步电机来旋转弹丸。另外,也可以参考反应式步进电机,用同步的磁场驱动弹丸,不过这要求弹丸不能是圆柱或者圆管。现有的标准件中,可以考虑用方键。 方键

















引用请注明出处,转载或其他用途请先征得本人同意。 本文的主要目的是,通过介绍传统单人便携动能武器(或简称“武器”)的性能,为电磁枪的发展提供一个性能上的参考。 本次介绍直接使用人力而不经过其它储能介质对被发射物进行加速的“武器”。 1. 徒手 徒手投掷可以达到相当高的速度。根据吉尼斯世界纪录,目前投掷棒球的最快球速为46.98m/s,由Aroldis Chapman在2010年投出。此速度下,一个典型的145g重的棒球,将会拥有160J的动能(以及中国现行真枪认定标准2倍以上的比动能)。 普通人投掷的出手速度会低一些。 《国家体育锻炼标准测验规则和评分表》 中,12岁及以下(小学)的投掷测验中有垒球和沙包项目。其中,12岁男子掷垒球的满分距离为44.1m,对应21m/s的出手速度(起止点等高45°无阻力条件下);掷沙包的满分距离为38.0m,对应19.5m/s。12岁女子掷垒球、沙包的满分距离对应的速度分别为17.6m/s与16.7m/s。考虑到空气阻力的影响,实际出手速度应当更高。测验规则中,规定所用沙包重量为0.25kg;规定垒球周长为25.42厘米(与现行的垒球、棒球标准尺寸均不相同,推测其重量在150g到160g之间)。 更大年龄的投掷测验改用推铅球和掷实心球,没有给出垒球、沙包等相对轻的投掷项目的评分标准。不过主观感觉,成年人的水平应当普遍能超过12岁满分标准。即普通人应当能徒手让一两百g的重物达到20m/s左右的速度。 2. 投石索 投石索(sling)是一种古老的远程武器,可以增加投掷的威力和射程。根据吉尼斯世界纪录,目前使用投石索投掷石块的最远纪录为437.1m,对应66.1m/s的出手速度,考虑到速度较高且飞行时间较长,实际的出手速度应该明显更高。由Larry Bray,在1981年美国犹他州,使用129.5cm的投石索和52g的卵形石块创造。可能是因为当时互联网还没普及,目前吉尼斯世界纪录官网上查不到这条纪录。 普通人的水平就低得多了。相关资料较少,下面这篇是我目前找到的唯一一篇涉及实验测量的论文 The traumatic potential of a projectile shot from a sling.pdf 1.11M 论文作者来自以色列,投石索由四位警官操作。作者测量了投石索发射不同重量弹丸,在不同目标距离下的速度,结果如下图所示 这篇论文给出的速度出乎意料的低(仅相当于业余棒球投手的球速)。值得注意的是,速度始终随距离呈缓慢下降的趋势,即其中不存在动能和重力势能的相互转化。加上文中关于测试方法的描述并不详细,所以不排除这里的速度是水平分量的可能。 3. 投矛器 投矛器(atlatl / spear-thrower)也是一种古老的远程武器。目前投掷距离的世界纪录是258.6m,对应无阻力条件下50.9m/s的出手速度。由Dave Ingvall于1995年在美国科罗拉多州,使用碳纤维制成的投矛器和铝制标枪创造。相比于奥运会男子标枪98.48m的世界纪录来说还是有很大的提高的。 和投石索的情况类似,普通人使用投矛器的水平也是低得多的。比如下面这篇文章 Experiments in the Function and Performance of the Weighted Atlatl.PDF 18.2M 作者测试得到的飞行速度仅有约20m/s。不过该作者貌似同样仅测量了水平分量。因为他还测到了近70m的最远投掷距离,至少在地球上, 20m/s的东西飞不到70m远的地方……


本人初二,想制作一台4级电磁炮。 基本参数:电压310,每级电容是330v1000uf1个或2个并联,可控硅BCB60-1600(1600V60A峰值比70tp系列大一点,具体数忘了,不用70tp的原因是bcb便宜点)。吸收二极管D07-15(1500V7A)子弹是6*35mmA3(Q235)定位销,理论重量7.77g。炮管是外8内6亚克力。线圈匝数待进一步模拟确定。线圈长度25mm(由于骨架限制) 1.填模拟器时,饱和磁导填的1.6,是否正确? 2.我想使用ZVS做升压,12V升310vDC,但是应该如何制作变压器?我做了个实验,初级3+3情况下,次级绕1匝整流后输出5.23VDC,次级绕2匝整流后输出14.5VDC,难道ZVS的电压不与匝数成正比?还是我的测量有问题?(实验时整流管是UF4007,电容是50V10UF独石电容,mos管IRFP260) 3.关于光电位置的确定:先在模拟器图象上找出速度不再变化时的时间,再用此时间乘以加速时的平均速度算出位移。(根据图像求平均速度大家有没有精确度高一些的办法?我是隔500us取样一次,感觉不准)位移距离就是光电位置。光电位置加17.5(子弹长度一半,即中心点)就是第二级的“初始位置”。后面以此类推。不知这样计算是否准确? 4.我进行计算时,最后一级匝数几十T速度却比上百T高。真的是这样吗?还是模拟器不准? 附上我的模拟数据和模拟器。 6x35.rar 173k 电磁炮模拟.rar 3.51M







上个月弄了些放电管测了一下,趁现在放假把测到的东西发出来 这里提到的放电管指的是“气体放电管”。由于是用击穿气体的方式导电的,所以会有比较大的导通压降,然而手册上通常只会给出1A电流下的数据。显然,这个测试条件和电磁炮开关的应用条件差别太大。之前也曾经到处搜过,不过没查到相关的数据,所以就自己实测了一下。 这次主要测试了标称直流耐压350V的三极放电管(型号:T83-A350X) 这个东西长这样 附上它的手册: T83-A350X.pdf 191k 这次测试使用了两种不同的触发方式,首先是主功率回路接在三极放电管的两侧,触发接在中间的电极 之后也尝试了把主功率回路和触发都接在放电管的两端 以上两种方式均可可靠的触发,且测得的电流电压曲线没有明显区别。 其中,主功率回路上的电感使用0.8mm漆包线双线并绕,大概一共20到30匝,有三层。线圈内径13mm,长约17mm,外径小于21mm。线圈电感10uH,内阻30.2mΩ。测试时使用空线圈,没有加弹丸。 1mΩ的电阻是一根长3cm,直径0.8mm的裸铜线,用来检测电流。 变压器是高压条用的变压器,用电桥测电感的方法得到它的匝比约为119:1 变压器初级的开关是普通的微动开关,变压器次级的电容是两个1nF的1812贴片电容并联。 主功率回路上的电容用实测容量189uF,内阻0.9mΩ的薄膜电容时,电容充电至104V触发,得到放电管上的电压电流图像如下 由于检流用的1mΩ电阻寄生电感的影响,直接把电阻上的压降当成电流会出现比如“触发瞬间电流不为零”,“电流反向压降却没反向”的错误。用电阻上的压降和电容上的电压相加减可以得到正确的电流曲线,不过当时比较懒,没去测。请大家自行脑补蓝色线和一个指数衰减的余弦函数相加减,得到两端过零的实际电流……不过至少,直接拿电阻上的压降当电流不会出现特别大的误差,要求不高的话直接这么看貌似问题也不大。 电容充电至约250V时如下 电容充电至约340V时如下 从中可以看出,T83-A350X大电流下的导通压降在20V左右。会随电流变化,不过变化不十分明显,即使通过1kA以上的电流,导通压降也仅增加到接近25V。还可以看出,放电管没法可靠有效的关断。在高频下,即使电流过零且电容电压没到直流击穿电压,放电管也不会自动关断。 主功率回路上的电容用0.3uF的电磁炉电容时,测试放电管的击穿电压如下: 下图是接在放电管中心和侧边引脚时的电压时间曲线(看起来这里用的电容充电电源还挺恒流的) 下图是接在三极放电管两个侧边引脚时的结果 可以看出,三极放电管的两侧引脚间的击穿电压与两侧到中间引脚的击穿电压既不相同也不是二倍关系。更长时间的测量结果显示,放电管短时间内每次的直流击穿电压没有可观测到的区别,但是长时间放电后(大概5分钟)击穿电压会有十几V的下降,上面两张图就是放电5分钟后记录的。不过当时忘了测这个电压下降的原因是长时间放电导致的温度升高,还是放电导致的老化。 另外捎带着试了一下3500V的二极放电管(型号:A71-H35X) 这东西长这样 附上它的手册: A71-H35X.pdf 122k 测试用电路如下 出于某种原因,那个119:1的变压器输入12V时,只接示波器表笔的时候,能产生4kV左右的尖峰(可能是变压器漏感和表笔电容谐振到了二倍压)。然而,接到测试电路里之后就测不到任何尖了……放电管也没能被成功的触发。不过,放电管貌似依旧会有轻微的导通。在用5uF的电磁炉滤波电容做主功率回路电容充电到三四百V的时候,每次按下触发键的时候,电容上的电压都会有轻微的下降,从几V到几十V都会有。不过当时忘记把波形记录下来了。




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