Untitled presentation

1.

Разработка экспериментального стенда и исследование
эффективности электромагнитного ускорителя масс в
зависимости от параметров
Наглядное изучение физики электромагнетизма
Автор: Лоренц Константин
2026

2.

Актуальность и проблема
Актуальность
Интерес молодёжи к научной фантастике → запрос на наглядную физику
Отсутствие доступных демонстрационных стендов
Проблема
Любительские ускорители собираются «на глаз», без системных измерений
Нет данных о влиянии параметров (напряжение и емкость конденсатора, масса снаряда) на эффективность
Решение (проект)
Создание исследовательского стенда с возможностью изменения параметров
Получение зависимостей для использования в образовании

3.

Цели и задачи
Цели проекта
1.
2.
Исследовательская: создание экспериментального стенда электромагнитного ускорителя и получение
зависимостей эффективности от параметров (U, C, m, число катушек).
Образовательная: разработка наглядного пособия для изучения физики и популяризации инженерии.
Задачи
• Спроектировать и собрать макет с возможностью изменения параметров.
• Провести численное моделирование (FEMM).
• Подготовить измерительную систему (хронограф).
• Выполнить эксперименты, построить графики.
• Сформулировать выводы и рекомендации.

4.

Экспериментальная установка — общий вид
1.
2.
3.
Крупное качественное фото всей установки (на тёмном фоне, с подсветкой дисплея, если есть).
Подписи стрелками или цифрами (наложены на фото) к основным узлам:
○ ① Корпус (3D-печать)
○ ② Дисплей и интерфейс
○ ③ Катушка с магнитопроводом
○ ④ Блок конденсаторов
○ ⑤ Li-Po аккумулятор
○ ⑥ Коллиматорный прицел
Короткая техническая справка (можно отдельным блоком внизу или справа):
○ Максимальная энергия: 7 Дж (в демонстрационном режиме используется <15% мощности для
безопасности)
○ Напряжение: до 450 В
○ Ёмкость: до 1000 мкФ (переключаемая)
○ Питание: Li-Po аккумулятор
Это потом сделаю

5.

Ключевые компоненты стенда
Тож потом

6.

Программное управление и безопасность
Программное обеспечение (2 микроконтроллера):
Управление процессом зарядки конденсаторов и моментом выстрела.
Возможность удалённого управления по Wi-Fi (для безопасной работы и дистанционного запуска).
Интерфейс на дисплее: индикация зарядки, отображение статуса, подключение к веб-серверу.
Считывание данных с датчиков и хронографа
Передача данных по протоколу UART
Безопасность:
Гальваническая развязка между микроконтроллером и силовой частью (исключает поражение высоким
напряжением через цепи управления).
Использование щадящего режима в демонстрациях (энергия <15% от максимальной).
Наличие аппаратного предохранителя

7.

Численное моделирование в FEMM — основа проектирования
«FEMM — основной инструмент проектирования. Все ключевые
параметры определены через численное моделирование до
начала сборки.»
«В процессе расчётов оптимизированы:
– геометрия катушки (количество витков, диаметр провода,
длина);
– геометрия трубки-ствола (материал, толщина стенки);
– размеры и материал снаряда (диаметр, длина, ферромагнитные
свойства);
– рабочее напряжение и ёмкость конденсаторов;
– конфигурация магнитопровода (наличие, форма,
расположение).»
«Многовариантные расчёты позволили подобрать конфигурацию
с максимальной эффективностью. Установка собрана строго по
результатам моделирования.»

8.

Методика эксперимента — подготовка к получению количественных данных
Измеряемые параметры:
Скорость снаряда (V, м/с) — через время пролёта
между двумя оптическими датчиками
Кинетическая энергия: E = mv²/2
Планируемые серии экспериментов (меняем по одному
параметру):
Напряжение (U)
Ёмкость (C)
Масса снаряда (m)
Количество катушек (1 / 2)

9.

Зависимости эффективности от параметров — результаты моделирования
Графики построены по данным моделирования
в FEMM. Экспериментальное подтверждение
ожидается после изготовления хронографа.

10.

Текущий статус и следующие шаги
✓ Разработан 3D-модель корпуса, изготовлен макет.
✓ Собрана электрическая схема, проверена работоспособность.
✓ Проведено многовариантное моделирование в FEMM, определены оптимальные параметры.
✓ Выполнены пробные запуски.
Список планов (со стрелками или часами):
► Разработка и печать корпуса хронографа.
► Сборка измерительной системы (оптические датчики, микроконтроллер).
► Проведение серий экспериментов, фиксация данных.
► Построение графиков, сравнение с моделированием.
► Подготовка итогового отчёта и рекомендаций.

11.

Образовательный потенциал проекта
Наглядность — живая демонстрация законов электромагнетизма (индукция, импульс, сохранение энергии)
Привлечение интереса — футуристичный дизайн, ассоциации с научной фантастикой (игры, фильмы)
Применение:
○ Уроки физики (демонстрация)
○ Кружки робототехники и инженерии
○ Дни науки, мастер-классы
Перспектива — после завершения измерений стенд может использоваться как лабораторная установка для
количественных экспериментов

12.

Заключение
Создан действующий экспериментальный стенд электромагнитного ускорителя.
Проведено многовариантное моделирование в FEMM, определены оптимальные параметры.
Разработана методика эксперимента, спроектирована измерительная система (хронограф).
Проект сочетает инженерную разработку и образовательную направленность.
Спасибо за внимание