Войти
Легкая газовая пушка в Университете Райса. Используя газообразный водород и приведенный в действие патроном дробовика, он развивает скорость 7 км / с. Используется при разработке щита гамма-телескопа большой площади. газовая пушка - это прибор для физических экспериментов. Это узкоспециализированное ружье, предназначенное для создания чрезвычайно высоких скоростей. Обычно он используется для изучения высокоскоростных ударных явлений (исследование гиперскоростей ), таких как образование ударных кратеров метеоритами или эрозия материалов микрометеороидами. Некоторые фундаментальные исследования материалов полагаются на удар снаряда для создания высокого давления; такие системы способны переводить жидкий водород в металлическое состояние.
Газовый пистолет работает по тому же принципу, что и пневматический пистолет с пружинным поршнем. Поршень большого диаметра используется для нагнетания газообразной рабочей жидкости через ствол меньшего диаметра, в котором находится снаряд для ускорения. Это уменьшение диаметра действует как рычаг, увеличивая скорость при уменьшении давления. В пневматическом оружии большой поршень приводится в действие пружиной или сжатым воздухом, а рабочая жидкость - атмосферный воздух.
В газовом пистолете поршень приводится в действие за счет химической реакции (обычно порох ), а рабочая жидкость представляет собой более легкий газ, такой как гелий или водород (хотя с гелием гораздо безопаснее работать, водород обеспечивает наилучшие характеристики [как описано ниже] и вызывает меньшую эрозию пусковой трубы). Одно из дополнений, которое газовая пушка добавляет к пневматическому пистолету, - это разрывной диск, который представляет собой диск (обычно металлический) тщательно откалиброванной толщины, предназначенный для работы в качестве клапана. Когда давление за диском достигает желаемого уровня, диск разрывается, позволяя легкому газу под высоким давлением проходить в ствол. Это гарантирует, что максимальное количество энергии доступно, когда снаряд начинает двигаться.
Схема газовой пушки. 1- Затвор. 2- Камера. 3- Метательный заряд (порох). 4- Поршень. 5- Трубка насоса. 6- Легкий газ (гелий или водород). 7- Разрывной диск. 8- Муфта высокого давления. 9- Снаряд. 10- Ствол пистолета В одном конкретном газовом пистолете, используемом НАСА, используется модифицированный 40-мм пушка для власти. Пушка использует порох для продвижения пластикового (обычно HDPE ) поршня вниз по стволу пушки, который заполнен газообразным водородом под высоким давлением. В конце ствола пушки находится коническая секция, ведущая к 5-мм стволу, по которому стреляет снаряд. В этом коническом сечении находится диск из нержавеющей стали толщиной примерно 2 мм с насечкой в виде буквы «x» на поверхности посередине. Когда водород создает давление, достаточное для разрыва зазубренной части диска, водород течет через отверстие и разгоняет снаряд до скорости 6 км / с (22000 км / ч) на расстоянии около метра.
НАСА также использует легкие газовые пушки с размерами пусковых труб в диапазоне от 0,170 дюйма (4,3 мм) до 1,5 дюйма (38 мм) в Исследовательском центре Эймса. Опасные испытания проводятся на испытательном полигоне White Sands. Эти пушки использовались для поддержки различных миссий, начиная с исследований по возвращению в атмосферу по программе Apollo в 1960-х годах и совсем недавно для получения высокоскоростных тепловизоров. Могут быть достигнуты скорости от 1 до 8,5 км / с. Самый большой из них включает поршень диаметром 6,25 дюйма (159 мм) и весом более 46 фунтов (21 кг) для сжатия водорода.
Две легкие газовые пушки на гиперскоростных баллистических дальностях базы ВВС Арнольд. Дальность-G базы ВВС Арнольд является "самой большой обычно эксплуатируемая двухступенчатая система газового оружия в Соединенных Штатах ". В Range-G используются сменные пусковые трубы с диаметром отверстия от 3,3 дюйма (84 мм) до 8,0 дюймов (200 мм) с 14-дюймовым (360 мм) поршнем и весом до 2300 фунтов (1000 кг). Скорость снаряда может достигать 4,5 км в секунду (16 000 км / ч) для конфигурации 8,0 дюйма (200 мм) и 7 км в секунду (25 000 км / ч) для конфигурации пусковой установки 3,3 дюйма (84 мм). Основное использование средств стрельбища на базе ВВС Арнольд - измерение высвобождаемой кинетической энергии при ударе снаряда.
Начальная скорость пневматического оружия, огнестрельного оружия или легкого газового пистолета ограничена, но не ограничивается скорость звука в рабочем теле - воздухе, горящем порохе или легком газе. Термодинамика обеспечивает простой приближенный расчетный подход с точностью до скорости звука: снаряд ускоряется за счет разницы давлений между его концами, и поскольку такая волна давления не может распространяться быстрее скорости звука в среде, термодинамический анализ предполагает что начальная скорость ограничена скоростью звука. Однако, помимо скорости звука, кинетическая теория газов, которая определяет скорость звука, обеспечивает более подробный анализ с точки зрения частиц газа, составляющих рабочую жидкость. Кинетическая теория показывает, что скорость частиц газа распределена по Максвеллу-Больцмана, причем скорость большой части частиц превышает скорость звука в газе. Эта часть газа может продолжать оказывать давление на снаряд и, следовательно, ускорять его сверх скорости звука в уменьшающихся количествах по мере увеличения скорости снаряда.
Скорость звука в гелии примерно в три раза больше, чем в воздухе, а в водороде в 3,8 раза больше, чем в воздухе. Скорость звука также увеличивается с температурой жидкости (но не зависит от давления), поэтому тепло, образующееся при сжатии рабочего тела, служит для увеличения максимально возможной скорости. Пружинно-поршневые пневматические пистолеты повышают температуру воздуха в камере за счет адиабатического нагрева ; это увеличивает локальную скорость звука в достаточной степени, чтобы преодолеть фрикционные и другие потери эффективности и продвигать снаряд со скоростью, превышающей скорость звука в окружающих условиях.
Гибридная электротермическая газовая пушка работает по аналогичным принципам стандартной газовой пушки, но добавляет электрическую дугу для нагрева легкого газа в температура и давление, чем только поршень. Дуга возникает в камере, содержащей легкий газ, повышая температуру и давление до точки, при которой газ разрушает разрывную мембрану и воспламеняет пропеллент за поршнем, который перфорирован для воспламенения. В результате комбинация электрического нагрева и сжатия поршня обеспечивает более высокие давления и температуры, что приводит к большей мощности и более высокой потенциальной скорости, чем у стандартного легкогазового пистолета.
В этом испытании оружия с кинетической энергией, 7-граммовый снаряд Lexan был выпущен из газовой пушки со скоростью 23000 футов в секунду (7000 м / с; 16000 миль в час) по литому алюминиевому блоку. Когда снаряд выстрелил из газовой пушки. попадает в цель, прикладываемое давление зависит от массы снаряда и площади поверхности или поперечного сечения, по которому распределяется сила удара. Поскольку запускаемые с воздуха снаряды испытывают трение с молекулами воздуха, сопротивление увеличивается пропорционально увеличению площади поверхности снаряда, что приводит к более медленным скоростям, чем больше площадь поверхности снаряда. Таким образом, плотный и узкий снаряд в целом будет оказывать большее давление, чем легкий и широкий. Рассматривая снаряды с постоянным поперечным сечением, исследователи недавно начали изменять плотность снарядов в зависимости от длины. Поскольку снаряды летят с известной скоростью, изменения плотности в зависимости от длины имеют предсказуемую связь с прикладываемым ударным давлением как функцией времени. С материалами в широком диапазоне плотностей (от порошка вольфрама до стеклянных микросфер ), нанесенных тонкими слоями, тщательно изготовленные снаряды можно использовать в экспериментах с постоянным давлением или даже при контролируемом сжатии– последовательности расширения-сжатия.
