大概半年前做了一个永磁增强的轨道炮，不过当时没怎么细测。最近重测了一下，这里把结果发出来。
VID_20181204_130034.mp4 点击下载  
简要的描述如下：
出速：最高约19m/s（手机录音测的）
动能：约22mJ
效率：约0.095%
弹丸：直径0.67mm，重约0.12g的裸铜线
电容组：容量0.128F，充电至24V
开关：可控硅70TPS12

整体的照片如下

总体来讲，这个轨道“炮”的性能是比较糟糕的，基本只能算是能动。威力是基本没有的，22mJ甚至没法击穿卫生纸。效率也是基本是没有的，0.095%用950ppm来描述也许更合适。不过为了将“成果”固定下来，这里还是详细介绍一下它吧。

首先是弹丸：
在测试时发射的是直径0.67mm，重约0.12g的铜线，是用漆包线刮掉漆做的。

 
弯成U形是为了用铜丝的弹性提供接触力，不过电接触情况还是非常糟糕的，具体的下面再说。幸好回路电感和电流都不大，所以烧蚀还算比较轻微。最严重的也就是下图这样

 
轨道部分用的是2*6mm的紫铜条。当然并不是为了减小电阻，只是手头刚好有它，所以就用了……用铜条侧面和弹丸接触。发射完后也会有轻微烧蚀

直接看会感觉比较严重，不过黑色的地方主要是飞溅上的东西，其实拿卫生纸擦一擦就会好很多。拿砂纸轻磨几下之后就几乎看不到烧蚀了

 
轨道被安装在一个3D打印的架子里。另外在轨道一端焊了根漆包线，用来测量炮口电压。

 
在接触良好时，电阻非常的低，只有几mohm

3D打印的架子分成两半，每边都有一个孔，里面塞9块20x10x3mm的钕铁硼磁铁。磁铁是三个一组吸在一起，然后每边塞三组进去。由于要保证磁场方向一致，所以每组磁铁之间会相互排斥。这里的做法是，把磁铁塞进去后强行按住，再狂滴502。又在孔的出口塞了一小片卫生纸，所以从外面看不到磁铁……

图上的黑色是烧蚀溅上去的，主要是最开始弹丸焊住的时候搞的。架子上还留了一些螺丝孔，本来想的是拼起来后，用螺丝紧固。不过后来发现，这些磁铁可以非常完美的把两边吸在一起，不需要额外的加固……另外，最初设计的时候，是打算发射0.8mm铜线的。而且今年三月份的时候，用0.8的裸铜线确实能成功。但是现在（12月）貌似是由于长时间的大吸力，使3D打印的结构发生了变形，0.8mm的铜线会被卡住。所以测试时用的是0.67的漆包线刮掉漆做的弹丸。
实测显示，每边三层磁铁可以在轨道中间产生大约400mT的磁场

 
其实做第一版的时候，是每边都只有一层磁铁的。当时以为一层和三层应该不会差太多，结果是一层的时候根本发射不出去，三层的时候才能比较稳定的发射。直到前几天测了才发现，每边一层磁铁产生的磁感应强度只有大约210mT。

 
电容是14个25V 10000uF并联成的电容组，总容量按标称值算就是0.14F，按单个电容的实测值推算应该是0.128F。

 
单个电容的测量结果如下（把线剪断测的）

14全部并联起来的内阻，最小应该能达到1.6mohm。不过这里并不需要那么小的电阻。为了让放电更平缓一些，这里用了一种电阻比较高的接法，就是直接把电容引脚掰平焊起来。最长的那根线实测电阻有32.9mohm，相当于最远处的电容被串联了总计60mohm多的电阻。

开关用的是可控硅，70TPS12。目前应该已经总共放过几十或者上百次电了，还没有可观测的损坏。

电容组引出线用了两根6平方的铜编织带。当然也不是为了减小电阻，而是为了和轨道压接的时候，能有较大的接触面积，避免打火。用起来效果还不错，即使轨道已经有了一层厚重的氧化层，依然能可靠接触。

测试时，用实验电源把电容充到24V（漏电其实只有几mA。没充到25V，主要是胆小），将示波器接在轨道出口处，放好弹丸后，触发可控硅。 

发射成功时的炮口电压如上图。发射后电容电压14.7V，消耗的电能23.0J。可以看到，在发射过程中，电容在3.64ms内，共计输出了0.128*9.3C的电荷量。也就是说这段时间内的平均电流是327A。注意到，从电压波形上看，弹丸和轨道之间，至少有一半的时间是没有接触的。所以实际的峰值电流可能会有近kA。 

如果发射失败，弹丸卡在轨道上，那波形会是下面这样的

 
由于弹丸太小了，光电测速器检测不到它。所以这里用的是录音法测速。具体就是，发射前把手机放到靠近炮口的地方，开始录音。在距离炮口1m的地方立一张A4纸。具体的场地布置如下图

（因为要用手机拍照，所以上图中没有手机）

发射的时候，炮口会有一些声音；弹丸命中A4纸的时候也会发出一个声音，测量两个声音的时间差就能算出弹丸速度。这里的计算方法是 

$v_{p}=\frac{l}{\Delta t-\frac{l}{v_{s}}}$

其中，vp是弹丸速度，l是炮口和目标的距离，vs是声速，都是国际单位制。

典型的声音波形如下 

 
上图中，炮口声音约在2.217s消失，而命中A4纸的声音约在2.272s出现，Δt= 55ms。取声速340m/s，距离1m，计算出弹丸速度19.2m/s。然后算出动能22mJ。发射时电容损失的电能是23.0J，所以效率约950ppm。

其实可以改进的地方还是挺多的。
首先是400mT的磁场还有很大提升空间，比如可以用磁铁搭Halbach阵列，可能有百分之几十的提升空间。或者是加铁芯聚集磁场，应该最多能提高到铁的饱和磁感应强度，也就是大约2T。
电接触方面看起来也是大有可为的。现在还处在“一半的时间都没接触上”的状态，如果能持续稳定的接触，动能应该还是能提高接近一倍的。
另外现在的放电方式也颇为粗犷，还在用电阻限流。如果能用些更高端的操作，比如把电容分成多组，每组接一个开关，按合适顺序导通来降低峰值电流，应该能大幅度提高效率。

另外，把“轨道架子的模型”和测速时的“录音文件”发出来了，有兴趣的可以玩玩。 

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