Введение

Газовая пушка предназначена для создания очень высоких скоростей. Газовая пушка — это аппарат для проведения физических экспериментов. Это высокоспециализированное оружие, разработанное для достижения экстремально высоких скоростей. Обычно она используется для изучения явлений высокоскоростного удара (исследования в области гиперскоростей), таких как образование ударных кратеров от метеоритов или эрозия материалов микрометеоритами. Некоторые фундаментальные исследования материалов основаны на использовании ударного воздействия для создания высокого давления; такие установки способны перевести жидкий водород в металлическое состояние.

Операция

Легкий газовый пистолет работает по тому же принципу, что и пружинно-поршневая пневматическая винтовка. Большой поршень используется для проталкивания газообразной рабочей среды через ствол меньшего диаметра, содержащий снаряд, который необходимо разогнать. Это уменьшение диаметра действует как рычаг, увеличивая скорость при одновременном снижении давления. В пневматической винтовке большой поршень приводится в действие пружиной или сжатым воздухом, а рабочей средой является атмосферный воздух. В легком газовом пистолете поршень приводится в действие химической реакцией (обычно порохом), а рабочей средой является более легкий газ, такой как гелий или водород (хотя гелий намного безопаснее в работе, водород обеспечивает наилучшую производительность [как объяснено ниже] и вызывает меньший износ пусковой трубы). Одним из дополнений, которое легкий газовый пистолет добавляет к пневматической винтовке, является разрывной диск – диск (обычно металлический) тщательно откалиброванной толщины, предназначенный для работы в качестве клапана. Когда давление за диском достигает желаемого уровня, диск разрушается, позволяя высокому давлению легкого газа поступать в ствол. Это гарантирует, что максимальное количество энергии будет доступно в момент начала движения снаряда. Один из легких газовых пистолетов, используемых NASA, использует модифицированную 40-мм пушку для привода в действие. Пушка использует порох для разгона пластикового (обычно HDPE) поршня по стволу пушки, который заполнен водородом под высоким давлением. В конце ствола пушки находится конический участок, переходящий в 5-мм ствол, из которого производится выстрел снарядом. В этом коническом участке расположен диск из нержавеющей стали толщиной около 2 мм, с прочерченным крестом ("X") в центральной части. Когда водород развивает достаточное давление, чтобы разорвать диск в месте прочерченного креста, водород проходит через отверстие и разгоняет снаряд до скорости на расстоянии около метра. NASA также использует легкие газовые пистолеты с размерами пусковых труб от A до C в Исследовательском центре Эймса. Опасные испытания проводятся на Испытательном полигоне Уайт-Сэндс. Эти пистолеты использовались для поддержки различных миссий, начиная с исследований, связанных с возвращением аппаратов программы "Аполлон" в атмосферу в 1960-х годах, и в последнее время – для высокоскоростной тепловизионной съемки. Можно достичь скоростей от 1 км/с до 8,5 км/с. Самый большой из них оснащен поршнем диаметром, весом более, чем для сжатия водорода. Ранжировка G на авиабазе Арнольд является "самой большой в Соединенных Штатах системой легких газовых пистолетов, используемой в двухступенчатом режиме". На Ранжировке G используются взаимозаменяемые пусковые трубы с диаметром канала от 5 до 10 м. Скорость снаряда может достигать для конфигурации и для конфигурации пусковой установки.

Профиль воздействия

Когда снаряд, выпущенный из легкой газовой пушки, достигает цели, приложенное давление зависит от массы снаряда и площади поверхности, или поперечного сечения, на которую распределяется сила удара. Поскольку снаряды, запускаемые воздухом, испытывают трение о молекулы воздуха, сопротивление возрастает пропорционально увеличению площади поверхности снаряда, что приводит к снижению скорости по мере увеличения площади поверхности. Таким образом, плотный и узкий снаряд оказывает большее общее давление, чем легкий и широкий. В последнее время исследователи, работая со снарядами постоянного поперечного сечения, стали изменять плотность снарядов по длине. Поскольку снаряды движутся с известной скоростью, изменение плотности по длине предсказуемо связано с давлением удара, приложенным во времени. Используя материалы с широким диапазоном плотности (от порошка вольфрама до стеклянных микросфер), нанесенные тонкими слоями, можно создавать тщательно изготовленные снаряды для экспериментов с постоянным давлением или даже для контролируемых последовательностей сжатия-расширения-сжатия.