声明：本主题所有内容仅供参考，后果自负。

基本参考资料：

1、知识地图 

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/84265

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/82370

2、专业文献下载 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/82884 （需要注册）

3、磁阻炮计算软件 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/83783  （需要注册）

4、他人的制作案例：

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/77988

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/36360

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/83079

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/82502

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/78253

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/64033

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/59558

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/39279

5、相关产品零部件

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/84313

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/83916

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/84402

关于“电磁炮”的部分。

关于电容。这道题对出速的要求无比的低。按2m水平距离，2m射高限制算，出速不能大于6.45m/s。留些余量的话，也许5m/s左右的速度就比较合适。这个速度对电磁炮来说是非常低的，比如一个典型的单级磁阻炮，就足以将弹丸加速到十几到三十m/s左右，因此大可不必担心电磁炮的出速不够用。反而需要用比较小容量的储能电容，比如330V，几十uf（或者相同储能的其他电压的电容），来避免射高超标。对于电解电容来说，这种参数的电容尺寸，视工艺的不同，应当在“大拇指第一个关节”到整个大拇指的大小之间。如果没有这么大的电容，可以用多个电容并联，增加总储能。如果手头电容的储能都太大，可以不给它充满。

关于弹丸。题目没有要求弹丸形状，所以建议用球形弹丸，就是钢珠。因为其他形状的弹丸会在空中翻滚，影响精度。这个速度下，弹丸翻滚对精度的影响虽然不一定很大，但是毕竟能避免点是一点。

另外条件允许的话，每次发射都应当用新的弹丸，因为弹丸发射后会被“磁化”，对出速的精度有影响。之前在一次实验中观测到过，没发射过的弹丸（圆柱形），出速要比发射过的弹丸低1m/s左右。比如没发射过的是26m/s，发射过后再发射就是27m/s，这个速度变化非常稳定且可以复现。对于之前用的圆柱形弹丸，磁化会让弹丸速度变高。对于这里建议用的钢珠，由于钢珠会转……磁化会带来一些随机误差。当然由于具体情况差别很大，在这道题中是否会出现这种问题还不明。不过同样是，影响精度的地方能避免点是一点。

关于线圈。建议绕成这种形状（截面图）

即线圈总长度等于内径的2倍，线圈外径等于内径的3倍。这种形状的线圈在相同的电阻损耗功率下，可以在中心产生最强的磁场。

确定形状之后，线圈的匝数和线径就只需要确定一个参数就能确定另一个了。具体的取值没有可行的徒手计算的方法，建议用这个模拟器算 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/83783 其中有些颇为令人费解的地方，可以参考这篇教程 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/p/6168947442

如果之前有经验的话，也可以用Ansys Maxwell算，可以弄出一些对写报告颇有帮助的图片，当然如果之前没用过的话，请务必用那个模拟器。

绕出一个整齐美观的线圈是颇为费时费力的 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/78650。考虑到这个题目对出速的要求很低，我们并不需要高效率，所以完全可以弄一个骨架然后“乱绕”，就是不把线排成整整齐齐的。这样会让填充率下降一些，理论上应当会降低到整齐密绕的60%左右。会降低一些效率，不过影响不大。

关于一些细节问题。

首先这道题不需要做多级！不需要做多级！不需要做多级！所以不用浪费时间去看光电开关之类的东西……

然后，电容电压对精度的影响也很大。所以买电容充电电源的时候，一定要注意买“稳压的”。淘宝上很多电容充电模块，特别是基于“zvs”的，都是先把电容充到一个比较高的电压，然后彻底关掉模块。这段时间里电容电压会因为漏电而缓慢下降，降到一个比较低的值之后，模块再开始工作，重新把电容充到那个比较高的电压。如下图

这种模块会导致发射的时候电容电压不确定，弹丸出速也就不确定，影响精度。而带稳压的模块，会在电容电压达到预定值之后，继续以小功率输出，补充电容漏电损耗的能量，使电容电压保持恒定。所以一定要买带稳压的模块，比如这个 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/84313

再然后，这道题对精度的要求无比的高。最严格的情况是在300cm上达到5cm（±2.5cm）的精度。这个要求下，元件的温度特性可能会产生很大的影响。比如电解电容随着温度上升，容量会增加，内阻会减小，导致弹丸出速变高。所以很多电磁炮都是连续发射几次后，做足了“热身运动”，效果会比原来好不少，比如出速从80m/s升到90多m/s。我们这里显然不希望这样的速度变化，所以建议用薄膜电容 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/79600 当然我们这里不会遇到“连续发射造成的大量发热”主要是为了避免调试场地和测评场地空调开得不一样的影响。

不要用高压电容，用比较大容量的开关电源串联，并联足够的电容提高瞬时电流，电压64V基本就足够了，线圈用1mm漆包线绕，电感100uH足够

线圈驱动使用FET，用单片机精确控制导通时间，用时间来控制射程。线圈做功的伏*秒参数，只有时间比较容易精确控制

感觉这样会弄出来一群不太老实的青年，真的怕有人拿来打人。

再提另一件事，应该尽可能延长加速段后的管材长度以提高弹丸受力不平衡的影响，能够提高精度。

因为弹丸位置不同，不同的t，出速并不线性，还是很难搞，也只能校准几个点备选。可靠的办法依然是固定容量/电压，取得固定速度（可以是两三组固定的速度），依靠炮兵计算方法来调节仰角，评比前校准（要有校准手段和校准程序，参考火炮试射），使弹着点接近目标。

@Van轨道真要这么说，科创做的东西都有危险，正常人不会闲的没事去搞事情的

炮管限长20cm

多谢指出，不过“延长加速段后的管材”和规定长度其实没多大关系

我提议的这种方案是：64V恒压源+FET+精确导通时间 

我个人感觉这个方案比较合适，适合低能量磁阻加速，传统的堆高压SCR控制方案追求的是高能量，这里不太合适照搬，论坛里有不会升压的小朋友做过电池串联的72V低压电磁gun，以前看视频是能响，从感官上说明，这个低压拓扑是走得通的。

这个方案理论上的好处就是降低升压系统复杂度，降低储能电容杂散参数影响，用MOS控制大电流的通断方便调谐加速值

3米距离的话，我考虑的是能否用US-100超声波测距模块实现自动寻靶，我现在就在准备这场电赛，而且选的就是H题

（目前大一，在当炮灰）

超声波的确可以看到引导标识，不过要达到较高精度有困难。如果要打10环，就是2.5米距离上误差不超过2.5厘米，水平方位角精度约为正负0.5度，考虑下能否达到。

另外作为一个瞄准手段，它的精度应当远高于整个系统，因为还要给发射具和飞行中的随机误差留下空间，如果他们有2厘米误差，那么瞄具就只能有0.5厘米误差了（如果降低命中概率要求，可以降低精度要求）。

要保证机械结构有足够的刚度，并且方位角参考面要合理，。以便到了现场只需粗略的摆放好就能打准，而不是还要现场先把装置底座安放准确。

谢虎哥，确实在这块我疏忽了不少尤其是机械结构强度上，原有的极简设计看来得做不少改动。原先的设想不大稳当，而且重心偏离。。。。索性支架还算够用

至于精度方面。。。当初考虑的也不是很多，毕竟时间和编程能力的限制（用的也不是啥好舵机），它如果能上靶就已经挺知足了_(:з」∠)_

不过之后有机会的话倒是确实想把这套东西再做一遍，感觉也挺有意思的，看看有没有空闲吧（再有俩星期就能放假了）

『我反对』

就力学原理来说，只要进入被动段，钢珠和炮管尺寸配合得当，钢珠的运动轨迹就受到炮管完美约束。加长炮管，并不能起到更多的导向作用。

相反，加长炮管有如下坏处：

1，难以预测的摩擦损耗（与仰角有关），影响速度精度。

2，长炮管在发射时易振动变形，影响方向精度。

3，低速钢珠与炮管壁长时间非均匀摩擦，会滚转。滚转的钢珠在空气中会偏向（空气动力学原理决定，打过乒乓球就会有直观感受）。尽管偏得不多，但相对于题目精度来说，恐怕会有严重影响。

电磁动力和气体动力（火药本质上也是气体动力）发射器的内弹道特性不完全一样，切勿照搬。

4，说到内弹道，需要指出的是，炮管必须通风流畅（采用透风的结构为弹丸定位），否则弹丸尾部形成真空，会极大的影响出速，炮管越长影响越大。如果通风不畅，漏多少空气进去会受温度等因素影响，明显增加出速不确定度。

题目中已经要求了“炮管水平方位及垂直仰角方向可调节”，已经有了两个可变参数（水平和俯仰角），足够覆盖一个二维的靶平面。所以不宜再引入一个弹丸出速的变量，会大幅度增加复杂度。

另外题目要求了“使用直流稳压电源供电”，所以不能用通常意义上的那种接市电的开关电源，得淘宝找低压的dcdc升压模块。

当然用mos管是可以的。可以用固定导通时间的mos管做开关。这样可以用特别大容量的电容储能，消除掉电容温度特性造成的影响。能取得与“薄膜电容+SCR的方案”一样的效果……既不更好也不更坏……可能的优势在于dcdc模块比高压电容充电模块好买一些。

的确，角度变化欠考虑了。

时间已经过去两天了，坑开始暴露了（注：本层观点可能存在重大偏差，详情请见26楼的回复）

常见电炮套件的弹丸直径，在4~8mm。题目要求炮管内径10~15mm，为了提高精度，弹丸当然是选大一点的好，比如12mm正公差内径的炮管，配12mm弹丸。于是，有人用常见方案，能量不足，只能尿几十厘米高

这就需要进行简单的总体设计。需要根据要求，确定总体的方案，其中最基本的，就是能量要求。

设弹丸直径12mm，普通钢珠，有

\[m = \sigma V = \sigma \frac{4}{3}\pi {r^3} = 7.9 \times {10^3}({\rm{kg}}/{{\rm{m}}^3}) \times \frac{4}{3} \times 3.14 \times {(6 \times {10^{ - 3}})^3} \approx 7.14 \times {10^{ - 3}}{\rm{kg = 7}}{\rm{.14g}}\] 

在磁阻炮爱好者圈子里，这是有史以来公布过的最重的弹丸（也许没有之一）。

为了留有裕量，假设弹丸最高能飞2m高度，有

\[{E_p} = mgh = 7.14 \times {10^{ - 3}}{\rm{(kg)}} \times {\rm{9}}{\rm{.8(m/}}{{\rm{s}}^2}{\rm{)}} \times {\rm{2(m)}} \approx ({\rm{1}}{\rm{.4}} \times {\rm{1}}{{\rm{0}}^{ - 1}}){\rm{J = 0}}{\rm{.14J}}\] 

单级电磁炮的效率有多高呢？根据一般经验，在没有能量回收的前提下，单次发射，对于圆柱形弹丸，可以做到1%以上；考虑到时间有限，随便做做，能到0.5%就不错了。如果是钢球弹丸，那就只有0.2%左右。留有裕量的情况下，按照0.1%考虑，需要电容储能：

\[{E_U} = 0.14 \times 1000 = 140{\rm{J}}\] 

这还是在炮管比较薄的情况下。如果制作者理论掌握不足，以至于结构设计不合理的情况下，还会更惨。

根据电容储能公式

$E = \frac{1}{2}C{U^2}$ 

假设电容耐压450V，实际工作电压400V，需要电容量：

$C = \frac{{2E}}{{{U^2}}} = \frac{{280}}{{1.6 \times {{10}^5}}}({\rm{F}}) = 1.75 \times {10^{ - 3}}({\rm{F}}) = 1750\mu {\rm{F}}$ 

兄弟们，如果没算错的话，这就是一个可以打死人的电容了。

为这个电容充电，如果要在10s内基本充满，考虑到一些效率问题，高压电源的输出功率应至少达到20W以上。

如果是符合题目要求的炮管，但是采用小直径的弹丸，比如6mm，对弹丸能量的要求固然会降低，但是有如下坏处：

（1）方向精度变差，弹丸在炮管内的运动出现混沌现象。一个解决办法是不要采用圆形截面的炮管，不知道是否符合题意。

（2）效率进一步降低，同时速度精度变差。效率与气隙有直接关系，大炮管小弹丸，意味着气隙很大。

各位兄弟自己掂量。

顶楼主 满满的干货

阻磁式炮，里面的钢珠运动的原因是什么？可以简单的理解为 通电螺线圈（变为磁铁后）  吸引 小钢珠 向线圈另一头运动？哪和线圈的缠绕方向还有关系吗？如果小球放在线圈的中部在再让电容放电呢？如果小球向预期相反的方向运动，哪交换线圈起始和末尾的导线，可以向预期方向运动吗？

既然是磁场吸引钢，钢珠就会像磁场最强的地方运动，线圈中部磁场最强，所以钢珠如果放在线圈中部再通电，就几乎不会动。

用磁场吸引钢来理解磁阻炮，虽然直观，但很肤浅，没法进行进一步分析。稍好一点的理解方式是钢珠总是倾向于向能让磁阻减小的方向运动。定量分析需要引入磁化电流的概念。

这么说，只能用串级加速喽

效率那里的一般经验问题有点大……

取值很随便的一组参数（只改了默认参数里的支架直径，电容量和弹丸参数），就能用300V 50uf的电容把12*12mm重7.4g的弹丸加速到7.33m/s了。这个储能只有2.25J，而7.33m/s事实上已经足以在题目要求的任何情况下都射高超标了……

这个储能要求比上面提到的140J低了两个数量级。也就不需要担心“电容可以打死人”，或者“高压电源的功率不够”了。

上面的错误主要是因为磁阻炮低加速度下效率会变高，题目要求的这么低的加速度下，效率能高到接近10%（这里是8.85），比上面猜的0.1%高两个数量级。不是故意去做的话，把磁阻炮效率搞到0.1%也是挺不容易的……仿真结果是单级破百的磁阻炮都能有个0.5%呢……

学习了，看来比慢是一件不容易的事情。

我还是建议指标选大一点，大了改小容易，小了改大难。

可以用空心弹丸啊，我们组的几乎无气息空心圆柱弹丸加气动尾翼只有2-3g，就是手工制作每颗弹丸都是独一无二的，需要单独调参，而手工尾翼寿命十分有限