Un cañón sobre railes es una forma de arma que convierta la energía eléctrica (algo que la energía química de un más convencional de un propulsor explosivo ) en la energía cinética del proyectil . No debe ser confundido con un Coilgun (arma del gauss). Los armas de carril utilizan la fuerza magnética para conducir un proyectil. Desemejante de los armas de la presión de gas, los armas de carril no son limitados por la velocidad del sonido en un gas comprimido, así que son capaces de acelerar los proyectiles extremadamente a las velocidades (millares de kilómetros por hora).

Teoría y construcción

Un alambre que lleva una corriente eléctrica, cuando en un campo magnético, experimenta un perpendicular de la fuerza a la dirección de la corriente y a la dirección del campo magnético.

En un motor eléctrico, los imanes fijos crean un campo magnético, y una bobina del alambre se lleva sobre un eje que esté libre de girar. Una corriente eléctrica atraviesa la bobina que la hace experimentar una fuerza debido al campo magnético. Los alambres de la bobina se arreglan tales que todas las fuerzas en los alambres hacen que el eje gira, y así que el motor funciona.

Un cañón sobre railes consiste en dos carriles paralelos del metal (por lo tanto el nombre) conectados con una fuente de alimentación eléctrica . Cuando un proyectil conductor se inserta entre los carriles (del extremo conectado con la fuente de alimentación), termina el circuito. La corriente eléctrica funciona del terminal negativo de la fuente de alimentación encima del carril negativo, a través del proyectil, y traga el carril positivo, de nuevo a la fuente de alimentación.

Este flujo de corriente hace que el cañón sobre railes actúa como un electroimán, creando un campo magnético de gran alcance en la región de los carriles hasta la posición del proyectil. De acuerdo con la regla derecha, el campo magnético creado circula alrededor de cada conductor. Puesto que la corriente fluye en la dirección opuesta a lo largo de cada carril, el campo magnético neto entre los carriles ( B ) se dirige verticalmente. Conjuntamente con (el I ) fluir actual a través del proyectil, esto produce una fuerza de Lorentz que acelere el proyectil a lo largo de los carriles. Hay también fuerzas que actúan en los carriles que intentan empujarlos aparte, pero puesto que los carriles se montan firmemente no pueden moverse. El proyectil resbala encima de los carriles lejos del extremo con la fuente de alimentación.

Si una fuente de alimentación muy grande que proporciona los amperios de millón de o de la corriente se utiliza tan, después la fuerza en el proyectil será enorme, y para el momento en que salga de los extremos de los carriles él puede viajar en muchos kilómetros por segundo. 20 kilómetros por segundo se han alcanzado con los pequeños proyectiles explosivo inyectados en el cañón sobre railes. Aunque estas velocidades sean teóricamente posibles, el calor generado de la propulsión del objeto es bastante para erosionar rápido los carriles. Tal cañón sobre railes requeriría el reemplazo frecuente de los carriles, o utilizar un material a prueba de calor que sería bastante conductor producir el mismo efecto.

Consideraciones en diseño del cañón sobre railes

Materiales

La necesidad de los materiales conductores fuerte con los cuales de construir los carriles y los proyectiles; los carriles necesitan sobrevivir la violencia de un proyectil de aceleración, y la calefacción debido a las corrientes y a la fricción grandes implicadas. La fuerza ejercida en los carriles consiste en una fuerza de retroceso - igualar y frente a la fuerza que propulsa el proyectil. El asiento de la fuerza de retroceso todavía se discute. Las ecuaciones tradicionales predicen que la fuerza de retroceso actúa en el trasero del cañón sobre railes. Otra escuela de pensamiento invoca la ley de la fuerza del amperio para afirmar que actúa a lo largo de la longitud de los carriles (que es su eje más fuerte). Los carriles también se rechazan vía una fuerza oblicua causada por los carriles que son empujados por el campo magnético, apenas pues es el proyectil. Los carriles necesitan sobrevivir esto sin el doblez, y deben ser montados muy con seguridad.

Fuente de alimentación

La fuente de alimentación debe poder entregar corrientes grandes, con los condensadores y el Compulsators que es común.

Los carriles necesitan soportar fuerzas repulsivas enormes durante la leña, y estas fuerzas tenderán a empujarlas aparte y lejos del proyectil. Mientras que las separaciones del carril/del proyectil aumentan, el de formación de arcos se convierte, que causa la vaporización y el daño importante rápidos a las superficies del carril y a las superficies del aislador. Esto limita la mayoría de los cañones sobre railes de la investigación a uno tirados por intervalo del servicio.

Algunos han especulado que hay límites fundamentales a la velocidad de la salida debido a la inductancia del sistema, y particularmente de los carriles; pero el Gobierno de los Estados Unidos ha hecho progreso significativo en diseño del cañón sobre railes y ha flotado recientemente diseños de un cañón sobre railes que sería utilizado en un buque de guerra. Los diseños para los buques de guerra, sin embargo, son limitados por sus usos required de la energía para los imanes en los armas de carril. Este nivel de energía es actual inalcanzable en una nave y reduce la utilidad del concepto para los propósitos militares.

Disipación de calor

Las cantidades masivas de calor son creadas por la electricidad que atraviesa los carriles, así como la fricción del proyectil que sale del dispositivo. Esto lleva a tres mayores problemas: fusión del equipo, seguridad de personales, y detección por los enemigo de fuerza. Según lo discutido breve arriba, las tensiones implicaron en encender esta clase de dispositivo requieren un material extremadamente a prueba de calor. Si no los carriles, el barril, y todo el equipo atado derretirían o serían dañados irremediablemente. Los cañones sobre railes actuales no son suficientemente de gran alcance crear bastante calor para dañar cualquier cosa; sin embargo el militar está empujando para los prototipos cada vez más de gran alcance. El calor inmenso lanzado en encender un cañón sobre railes podía potencialmente dañar o aún matar a personas presentes. El calor lanzado no sólo sería peligroso, pero fácilmente perceptible. Mientras que es no visible al ojo desnudo, la firma del calor sería inequívoca a los detectores infrarrojos. Todos estos problemas se pueden solucionar por la invención de una cámara de enfriamiento eficaz.

La física neutoniana

Encender un objeto incluso de la masa de menor importancia en las velocidades que los cañones sobre railes se piensan para llevaría a una fuerza significativa que es impartida detrás en el arma sí mismo. Tendría que poder a absorbe o tiene en cuenta la fuerza del retroceso del arma. Esto también sería verdad cualquier cosa que el cañón sobre railes se monta encendido. Una fuerza tan grande podía alterar perceptiblemente la velocidad de cualquier vehículo que encendía el arma.

Fórmula matemática

En lo referente a la física del cañón sobre railes, la magnitud del vector de la fuerza se puede expresar matemáticamente en términos de constante de la permeabilidad ($\backslash \; mu\_0$), radio de los carriles ($r$), distancia entre los carriles ($d$) y corriente en los amperios a través del sistema ($I$) como sigue:
$F\; =\; \backslash \; frac\; \{\backslash \; mu\_0\; I^2\}\}\; \backslash \; ln\; \{\backslash \; frac\; \{el\; Dr.\}\; \{r\}\}$ {\ pi

Cañones sobre railes como armas

Los cañones sobre railes se están persiguiendo como armas con los proyectiles que no contienen los explosivos, pero se dan velocidades extremadamente altas: 3500  m/s (11,500  ft/s, aproximadamente Mach 10 en el nivel del mar) o más (para la comparación, el rifle M16 tiene una velocidad del bozal de 930  m/s, o 3,000  ft/s), que haría a su igual o superior de la energía cinética a la producción de la energía de una cáscara explosivo-llenada de mayor Massachusetts. Esto permitiría que más munición fuera llevada y eliminara los peligros de explosivos que llevan en un tanque o una plataforma de armas navales. También, encendiendo a velocidades más altas los cañones sobre railes tienen mayor gama, menos gota de la bala y menos deriva del viento, puenteando el coste inherente y las limitaciones físicas de las armas de fuego convencionales - " que los límites de extensión de gas prohíben el lanzar de un proyectil solo a las velocidades mayor que cerca de 1.5 km/s y radios de acción de más de 50 millas de kilómetro de un sistema convencional práctico del arma. " de ;

Si es incluso posible aplicar la tecnología como arma automática del rápido-fuego, un cañón sobre railes tendría otras ventajas en el índice de fuego creciente. Los mecanismos de alimentación de un arma de fuego convencional deben moverse para acomodar la carga del propulsor tan bien como la munición redonda, mientras que un cañón sobre railes necesitaría solamente acomodar el proyectil. Además, un cañón sobre railes no tendría que extraer una cartuchera gastada del trasero, significando que un redondo fresco podría casi ser completado un ciclo inmediatamente después que el redondo anterior ha sido tiro.

Pruebas

Los modelos completos se han construido y se han encendido, incluyendo un alesaje muy acertado de 90 milímetros, el arma de la energía cinética de 9 MJ (6.6 millones de pies-libras) desarrollado por DARPA, pero todos sufren de daño extremo del carril y necesitan ser mantenidos después de cada tiro. Las ediciones de la ablación del carril y del aislador todavía necesitan ser abordadas antes de que los cañones sobre railes puedan comenzar a substituir las armas convencionales. El sistema lo más constantemente posible acertado fue construido probablemente por la agencia de la investigación de la defensa del Reino Unido en la gama de Dundrennan en el Kirkcudbright, Escocia . Este sistema ha sido operacional ahora por más de 10 años en una gama asociada del vuelo para la balística interna, intermedia, externa y terminal, y es el sostenedor de varios se forma y de expedientes de la velocidad.

El militar de Estados Unidos es experimentos del cañón sobre railes de la financiación. En la Universidad de Texas en el instituto de Austin para la tecnología avanzada, los cañones sobre railes militares capaces de entregar la armadura del tungsteno que perforaba las balas del con las energías cinéticas nueve Megajoules se han desarrollado. Nueve megajoules son bastante energía para entregar 2 kilogramos del proyectil en 3 km/s - a esa velocidad el tungsteno o la otra barra de metal densa podría penetrar un tanque .

La división superficial naval de Dahlgren del centro de la guerra de Estados Unidos demostró un arma de carril de 8 megajoule que encendía los proyectiles de 3.2 kilogramos (levemente más de 7 libras) en octubre de 2006 como prototipo de un arma de 64 megajoule que se desplegará a bordo de los buques de guerra de la marina de guerra. Se espera que tales armas sean bastante de gran alcance hacer un poco más daño que un misil de la hacha de guerra BGM-109 en una fracción del coste del proyectil. Desde entonces, los sistemas BAE han entregado un prototipo de 32 megajoule a la marina de guerra.

Debido a la velocidad de bozal muy alta que se puede lograr con los cañones sobre railes, hay interés al usarlos para tirar abajo los misiles de alta velocidad

Cañones sobre railes en la ciencia ficción

considera también: Cañones sobre railes en

la ciencia ficción Los cañones sobre railes son un dispositivo popular en la ciencia ficción . Sin embargo, se retratan raramente exactamente, a menudo siendo confundido con un Coilgun . Estas representaciones ficticias del cañón sobre railes aparecen a veces como armas handheld de gran alcance en los primeros tiradores de la persona donde fueron hechas famosas por la serie del temblor, pero más a menudo como armas más grandes montadas en el Mecha o el Starships ¡la información específica sobre los armas de carril ficticios en la secundario-página -->

Explicación simplificada

Los cañones sobre railes consisten en dos carriles, un ánodo y un cátodo . Una cáscara que puede conducir electricidad se pone entre estos dos carriles y termina un circuito eléctrico entre el ánodo y el cátodo. Esto permite que la corriente fluya, que crea un campo magnético perpendicularmente a los carriles, que entonces crea un campo de la fuerza que empuja la cáscara del barril. El diagrama en la tapa de esta página demuestra cómo la corriente, los campos magnéticos y la fuerza se relacionan en un circuito eléctrico.

Antes de que esta tecnología llegue a ser práctica, hay dos problemas grandes que se solucionarán: Encontrando los materiales fuertes y un diseño que pueden soportar las fuerzas enormes generadas.

Diseñando un mecanismo de la fuente de alimentación que no rompa cada vez el cañón sobre railes enciende.

Ver también

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Coilgun
Conductor total
Arma de gas ligero
Acelerador del espolón
El Scram el cañón
Generador homopolar
Penetróador de la energía cinética
Proyecto Babylon