Pistolet na gaz lekki

Pistolet na gaz lekki na Rice University . Wykorzystując gazowy wodór i zasilany pociskiem ze strzelby , osiąga prędkość 7 km/s. Używany podczas opracowywania Kosmicznego Teleskopu Promieniowania Gamma Fermiego .

Pistolet na gaz lekki jest aparatem do eksperymentów fizycznych. Jest to wysoce wyspecjalizowane działo przeznaczone do generowania ekstremalnie dużych prędkości. Zwykle jest używany do badania zjawisk uderzeniowych z dużą prędkością ( badanie hiperprędkości ), takich jak tworzenie kraterów uderzeniowych przez meteoryty lub erozja materiałów przez mikrometeoroidy . Niektóre podstawowe badania materiałów opierają się na uderzeniu pocisku w celu wytworzenia wysokiego ciśnienia; takie systemy są zdolne do wymuszenia przejścia ciekłego wodoru w stan metaliczny . [ potrzebny cytat ]

Operacja

Pistolet na gaz lekki działa na tej samej zasadzie co wiatrówka z tłokiem sprężynowym . Tłok o dużej średnicy służy do przepychania gazowego płynu roboczego przez lufę o mniejszej średnicy zawierającą pocisk, który ma zostać przyspieszony. To zmniejszenie średnicy działa jak dźwignia, zwiększając prędkość przy jednoczesnym zmniejszeniu ciśnienia. W wiatrówce duży tłok jest napędzany sprężyną lub sprężonym powietrzem, a płynem roboczym jest powietrze atmosferyczne.

W pistolecie na gaz lekki tłok jest zasilany w wyniku reakcji chemicznej (zwykle prochu strzelniczego ), a płynem roboczym jest lżejszy gaz, taki jak hel lub wodór (chociaż hel jest znacznie bezpieczniejszy w użyciu, wodór zapewnia najlepszą wydajność [ jak wyjaśniono poniżej] i powoduje mniejszą erozję wyrzutni). Jednym z dodatków, które pistolet na gaz lekki dodaje do wiatrówki, jest płytka bezpieczeństwa , który jest dyskiem (zwykle metalowym) o dokładnie skalibrowanej grubości, przeznaczonym do działania jako zawór. Kiedy ciśnienie wzrasta do pożądanego poziomu za dyskiem, dysk otwiera się, umożliwiając przejście lekkiego gazu pod wysokim ciśnieniem do lufy. Zapewnia to maksymalną ilość energii, gdy pocisk zaczyna się poruszać.











Schemat działa na gaz lekki 1 — Blok zamka 2 — Komora 3 — Ładunek miotający (proch strzelniczy) 4 — Tłok 5 — Rura pompy 6 — Gaz lekki (hel lub wodór) 7 — Płytka bezpieczeństwa 8 — Złącze wysokociśnieniowe 9 — Pocisk 10 - Lufa

Jedna szczególna broń na gaz lekki używana przez NASA wykorzystuje zmodyfikowaną armatę 40 mm do zasilania. Armata wykorzystuje proch strzelniczy do napędzania plastikowego (zwykle HDPE ) tłoka w dół lufy armaty, która jest wypełniona wodorem pod wysokim ciśnieniem. Na końcu lufy armaty znajduje się stożkowa sekcja, prowadząca w dół do 5-milimetrowej lufy, która wystrzeliwuje pocisk. W tej stożkowej części znajduje się krążek ze stali nierdzewnej o grubości około 2 mm, z wyciętym wzorem „x” na powierzchni pośrodku. Kiedy wodór wytworzy ciśnienie wystarczające do rozerwania naciętej części dysku, wodór przepływa przez otwór i przyspiesza pocisk do prędkości 6 km/s (22 000 km/h) na odległość około metra.

NASA obsługuje również działa na gaz lekki z wyrzutniami o rozmiarach od 0,170 cala (4,3 mm) do 1,5 cala (38 mm) w Ames Research Center . Niebezpieczne testy są przeprowadzane w ośrodku testowym White Sands . Pistolety te były używane do wsparcia różnych misji, poczynając od do programu Apollo w latach 60. XX wieku, a ostatnio do szybkiego obrazowania termicznego. Można osiągnąć prędkości od 1 km/s do 8,5 km/s. Największy z nich obejmuje tłok o średnicy 6,25 cala (159 mm) i wadze ponad 46 funtów (21 kg) do sprężania wodoru.

Dwa działa na gaz lekki na poligonach balistycznych Hypervelocity Base w Arnold Air Force .

Arnold Air Force Base 's Range-G to „największy rutynowo obsługiwany dwustopniowy system dział na gaz lekki w Stanach Zjednoczonych”. Range-G wykorzystuje wymienne rury startowe o średnicy otworu od 3,3 cala (84 mm) do 8,0 cali (200 mm) z tłokiem 14,0 cala (360 mm) o wadze do 2300 funtów (1000 kg). Prędkości pocisków mogą osiągnąć 4,5 kilometra na sekundę (16 000 km / h) dla konfiguracji 8,0-calowej (200 mm) i 7 kilometrów na sekundę (25 000 km / h) dla konfiguracji wyrzutni 3,3-calowej (84 mm). Podstawowym zastosowaniem obiektów strzeleckich w Bazie Sił Powietrznych Arnold jest pomiar energii kinetycznej uwolnionej po uderzeniu pocisku.

Fizyka projektowania

Prędkość wylotowa wiatrówki , broni palnej lub pistoletu na gaz lekki jest ograniczona między innymi przez prędkość dźwięku w płynie roboczym — powietrzu, płonącym prochu strzelniczym lub gazie lekkim. Do prędkości dźwięku termodynamika zapewnia proste, przybliżone podejście obliczeniowe: pocisk jest przyspieszany przez różnicę ciśnień między jego końcami, a ponieważ taka fala ciśnienia nie może rozchodzić się szybciej niż prędkość dźwięku w ośrodku, sugeruje analiza termodynamiczna że prędkość wylotowa jest ograniczona do prędkości dźwięku. Jednak poza prędkością dźwięku, kinetyczna teoria gazów , która określa prędkość dźwięku, zapewnia bardziej szczegółową analizę pod względem cząstek gazu, które zawierają płyn roboczy. Teoria kinetyczna wskazuje, że prędkość cząstek gazu ma rozkład Maxwella-Boltzmanna , przy czym prędkość dużej części cząstek przekracza prędkość dźwięku w gazie. Ta część gazu może nadal wywierać ciśnienie, a tym samym przyspieszać pocisk poza prędkość dźwięku w malejących ilościach wraz ze wzrostem prędkości pocisku.

Prędkość dźwięku w helu jest około trzy razy większa niż w powietrzu, aw wodorze 3,8 razy większa niż w powietrzu. Prędkość dźwięku również wzrasta wraz z temperaturą płynu (ale jest niezależna od ciśnienia), więc ciepło powstające w wyniku sprężania płynu roboczego służy do zwiększenia maksymalnej możliwej prędkości. Wiatrówki tłokowe sprężynowe podwyższają temperaturę powietrza w komorze poprzez ogrzewanie adiabatyczne ; zwiększa to lokalną prędkość dźwięku na tyle, aby przezwyciężyć tarcie i inne straty wydajności oraz napędzać pocisk z prędkością większą niż prędkość dźwięku w warunkach otoczenia.

Hybrydowy pistolet elektrotermiczny na gaz lekki

Hybrydowy elektrotermiczny pistolet na gaz lekki działa na podobnych zasadach jak standardowy pistolet na gaz lekki, ale dodaje łuk elektryczny w celu podgrzania gazu lekkiego do wyższej temperatury i ciśnienia niż sam tłok. Łuk jest przykładany do komory zawierającej lekki gaz, podnosząc temperaturę i ciśnienie do punktu, w którym gaz zarówno łamie płytkę bezpieczeństwa, jak i zapala propelent za tłokiem, który jest perforowany, aby umożliwić zapłon. Wynikające z tego połączenie ogrzewania elektrycznego i sprężania tłoka zapewnia wyższe ciśnienie i temperaturę, co skutkuje większą mocą i wyższą potencjalną prędkością niż standardowa broń na gaz lekki.

Profil uderzenia

W tym teście broni kinetycznej 7-gramowy pocisk Lexan został wystrzelony z pistoletu na gaz lekki z prędkością 23 000 stóp na sekundę (7 000 m / s; 16 000 mil / h) w odlewany aluminiowy blok.

Kiedy pocisk wystrzelony z działa na gaz lekki uderza w cel, zastosowane ciśnienie zależy od masy pocisku i pola powierzchni lub przekroju poprzecznego, na którym rozkłada się siła uderzenia. Ponieważ pociski wystrzeliwane z powietrza doświadczają tarcia z cząsteczkami powietrza, opór wzrasta proporcjonalnie do zwiększonej powierzchni pocisku, co skutkuje mniejszą prędkością, im większa jest powierzchnia pocisku. W związku z tym gęsty i wąski pocisk będzie wywierał ogólnie większy nacisk niż lekki i szeroki. Przyglądając się pociskom o stałym przekroju poprzecznym, naukowcy zaczęli ostatnio zmieniać gęstość swoich pocisków w funkcji długości. Ponieważ pociski poruszają się ze znaną prędkością, zmiany gęstości w funkcji długości mają przewidywalny związek z zastosowanym ciśnieniem uderzenia w funkcji czasu. Dzięki materiałom w szerokim zakresie gęstości (od proszek wolframu na szklane mikrosfery ) nakładane cienkimi warstwami, starannie wykonane pociski mogą być używane w eksperymentach ze stałym ciśnieniem, a nawet w kontrolowanych sekwencjach kompresja-rozprężanie-ściskanie.

Zobacz też

  1. ^ „Ośrodek do zdalnego testowania hiperprędkości” . NASA . 2014-07-31. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 2014-07-30.
  2. ^ a b „Funkcjonalność zakresu hiperprędkości” . Baza Sił Powietrznych Arnolda. 2008-12-11. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 2013-03-18.
  3. ^   US 5429030 Hybrydowy elektrotermiczny lekki pistolet gazowy i metoda
  4. ^ Hybrydowy pistolet elektrotermiczny i metoda na gaz lekki , patent Stanów Zjednoczonych 5 429 030 Tidman 4 lipca 1995 r.

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Light-gas_gun&oldid=1127638710 ”