Rotary Gun

[Zitzewitz]

Ich möchte mal meine Idee von einer "Rotary Gun" zeigen: Ein Motor ist so angeordnet, dass seine Welle vom Boden senkrecht nach oben zeigt. An der Welle ist eine Drehscheibe aus Stahl angeflanscht. An einem Punkt auf dem äußeren Rand der Scheibe ist eine Kugel (rot im Bild), die von Stahlteilen daran gehindert wird, durch die Zentrifugalkraft (oder besser: ansonsten fehlende Zentripetalkraft) nach außen geschleudert zu werden. In der Seitansicht sieht man, dass die Luftspule, die im richtigen Moment von einem starken Strom durchflossen werden soll, die Kugel anziehen kann. Dann kann die Kugel über das Auslassrohr in eine Linearbewegung entlassen werden.

Fraglich ist allerdings, ob es die Luftspule schafft, die Kugel ausreichend anzuziehen. Der im Bild eingezeichnete Winkel soll etwas kleiner als 90 Grad sein (hier: 89 Grad). Durch die enormen Zentrifugalkräfte könnte sich der Stahl aber noch etwas nach außen biegen, so dass im schlimmsten Fall die Kugel auch nach außen geschleudert wird, wenn noch gar kein Strom durch die Spule fließt. Ich nehme nun mal an, dass der Winkel trotz Zentrifugalkraft 89 Grad beträgt. Dann muss der Elektromagnet sogar noch einen kleinen Teil der Zentrifugalkraft überwinden, um die Kugel so weit nach oben zu bringen (nach rechts in der Seitansicht), dass sie durch das Auslassrohr gehen kann. Ob das möglich ist, kann ich im Moment nicht so gut abschätzen.

[Heisath]

Guck dir mal Spin Launch an. https://de.wikipedia.org/wiki/SpinLaunch

[Alexander470815]

Funktionieren tut das ganze sicherlich.
Aber es gibt weitaus einfachere Varianten eine Kugel zu beschleunigen.
Außerdem entwickelt das ganze eine massive Unwucht wenn man nicht noch ein zweites Projektil im gleichen Moment wie das erste in die Entgegengesetzte Richtung abfeuert.

[McGaiver]

Moin.

Kauf dir ne Zwille
Das, was du hier beschreibst, ist nicht umsetzbar.
Die Metallkugeln kannst du so nicht aus dem C Profil ziehen. Bei magnetischer Beaufschlagung zieht sich das Profil gegenseitig mit der Kugel an.
Also 1. muss der Rotor komplett aus Kunststoff gebaut werden.
Und 2. Wäre das Problem, dass der Magnet viel viel viel zu schwach wäre, um die Kugel aus dem Rotor zu ziehen. Der Magnet müsste 1. gegen die Zentrifugalkraft ankommen und 2. gegen die Masseträgheit.


mfg
Chris

[Lightsource]

Ich hatte mir das so vorgestellt:

Die Kugel (grün) liegt in einer Rinne (schwarz). Ein motorisierter Arm (rot) beschleunigt von Innen nach außen. Meinetwegen mit einer Führung (auch rot), die auch als
Gegenmasse wirkt. Diese Führung bewegt sich also von innen nach außen, während die Kugel sich durch die Spirale bewegen muss.
(Die Spirale kann auch kürzer als in dieser Zeichnung sein)
Sobald Führung und Kugel am Ende angelangt sind, wird der Arm mit einer starken Feder gestoppt (kann den Motor vielleicht teilweise wieder zurück drehen)
Während die Kugel nun tangential in das Coilgunrohr fliegt, um dort noch einen zusätzlichen Impuls (und vielleicht Drall) zu bekommen.

Natürlich kann alleine die mechanische Beschleunigung schon ziemlich hoch sein. Ich weiß nicht, in wie weit eine weitere Beschleunigung der
Spulen noch viel Impuls bringen wird.

[Zitzewitz]

Guck dir mal Spin Launch an. https://de.wikipedia.org/wiki/SpinLaunch

Wie im Wiki beim Spin Launch erwähnt, habe ich auch Zweifel, ob die Nutzlast die enormen Zentrifugalkräfte aushalten würde. Es ist halt was anderes, wenn man eine Kugel aus Vollstahl oder empfindliche Technik als Nutzlast hat.

Die Kugel (grün) liegt in einer Rinne (schwarz). Ein motorisierter Arm (rot) beschleunigt von Innen nach außen. Meinetwegen mit einer Führung (auch rot), die auch als Gegenmasse wirkt. Diese Führung bewegt sich also von innen nach außen, während die Kugel sich durch die Spirale bewegen muss.
(Die Spirale kann auch kürzer als in dieser Zeichnung sein)

Soll die Spirale oder die Führung oder beide die Zentrifugalkräfte aufnehmen ?

Sobald Führung und Kugel am Ende angelangt sind, wird der Arm mit einer starken Feder gestoppt (kann den Motor vielleicht teilweise wieder zurück drehen)
Während die Kugel nun tangential in das Coilgunrohr fliegt, um dort noch einen zusätzlichen Impuls (und vielleicht Drall) zu bekommen.

Jedenfalls wenn sich der Dreharm außen z.B. mit 150 m/s bewegt, könnte es schwer werden, ihn mit einer Feder auf relativ kurzer Strecke auf Null abzubremsen.

Ich nehme nun mal an, dass die Spirale so dicke Wände hat, dass sie die Zentrifugalkraft aufnehmen kann.
Ich würde dann statt der Führung ein C-förmiges Teil am Dreharm befestigen (nach außen verschieblich), dass es nach unten in die Spirale geht und die Kugel "anschiebt" (beschleunigt). Ich meine ein C-förmiges Teil statt eines einfachen Stabs, damit es auch verhindern kann, dass die Kugel nach oben oder unten aus der Spirale ausbrechen kann. Dieses C-förmige Teil ist also in der gleichen Rille der Spirale wie die Kugel (in deinem Bild dagegen ist die Führung etwas weiter außen).

Wenn man das so baut, braucht man wohl die Feder auch nicht: Der Motor kann einfach weiterlaufen. Damit das C-förmige Teil dann nicht an das Auslassrohr stößt, muss das Rohr etwas entfernt werden. Da die Kugel am Ende der Spirale keine Zentripetalkraft mehr erhält, fliegt sie gerade weiter.

[Lightsource]

Ich stelle mir die Rinne mit halbkugeförmigem Querschnitt vor.
Man kann auch von oben eine spiegelverkehrte Spiralrinne darauf legen, wodurch ein Spalt bleibt
in welchem der Beschleunigungsarm sich bewegen kann.
Oder man nimmt einen halbkugelförmigen Querschnitt, der um 90Grad gedreht ist.
Also seine offene Seite in Richtung Zentrum zeigt.
Sinnvoll wäre auch, dass man in den ersten paar Zentimetern eine Materialbeschichtung nimmt,
die für ein Abrollen der Kugel sorgt ( sie soll rollen und nicht geschoben werden)
Durch die spiralige Form ist im Moment eine gleichmäßige Beschleunigung vorgeben.
Diese könnte man durch eine Anpassung der Spiralsteigung an die Beschleunigung
des Motorarms anpassen.
Das Argument der Unwucht habe ich ja schon durch ein gleichzeitig laufendes
Gegengewicht entkräftet.
Bei einem Durchmesser von 0,2m kam ich bei einer Umdrehungzahl von 24000/min
auf ein Austrittstempo von 900 km/h. Könnte bitte mal jemand nachrechnen...?
Es wäre auch sinnvoll festzustellen, was für mein Motor und wie schnell dieser
dann beschleunigen kann. Andernfalls könnte man eine Rutschkupplung verwenden.
Da wäre es auch mal interessant welche Kräfte die Spirale auszuhalten hat.

[Bastl_r]

Wie willst Du verhindern, dass der Mitnehmer nicht in die Kugelrinne fressen.
Diese müssen ja spiralig beweglich bleiben.

[Lightsource]

Entweder mit einem mitlaufenden Kugellager oder eine Gewindestange, die an die Spiralwindungen angepasst ist.

[Zitzewitz]

Bei einem Durchmesser von 0,2m kam ich bei einer Umdrehungzahl von 24000/min
auf ein Austrittstempo von 900 km/h. Könnte bitte mal jemand nachrechnen...?

Ich komme auf den gleichen Wert. Ich kenne so wahnsinnig hohe Umdrehungszahlen von RC Automotoren. Die haben aber einen kleinen Durchmesser, und es wird ja dann mit einem Getriebe auf eine kleinere Umdrehungszahl umgesetzt.

Ich hatte in dem Coigun-Thread (off-topic) ausgerechnet, dass man bei einer Umdrehungszahl von 3000 / min = 50 / s und einer Scheibe mit 100 cm Durchmesser außen auf eine Geschwindigkeit von 150 m/s = 540 km/h kommt. Die Energie einer 100 g schweren Kugel ist dann über 1000 J. Bei 900 kn/h wäre es fast die 4-fache Energie.

Und der Dreharm ist sicher mindestens 100 g schwer. Die Feder müsste also deutlich mehr als 1000 J (oder 4000 J) abfangen. Naja, wenn man den Stoßdämpfer eines Autos nimmt, wird das gehen. Die Frage ist aber auch, ob sich der Dreharm dann bei dem Aufprall nicht verbiegt. Man könnte ihn dicker bauen, aber dann wiegt er noch mehr und bekommt noch mehr Bewegungsenergie.

Aber mein Vorschlag ohne Feder wäre doch überlegenswert, oder ? Das Auslassrohr etwas entfernen, so dass der Mitnehmer nicht daran stoßen kann. Wegen der dann entstehenden Unsicherheit der Flugbahn der Kugel kann man einen trichterförmigen Eingang an das Rohr bauen.

[Alexander470815]

Das ganze wird dann etliche kW an Antriebsleistung brauchen um das mit der Geschwindigkeit durch Luft zu drehen.

[VDX]

... deswegen machen die das mit der Raumschiff-Start-Zentrifuge auch in Vakuum und "schießen" durch eine Folie raus in die Luft

Viktor

[Zitzewitz]

Ich habe noch eine Abwandlung zu der Lösung mit der Beschleunigungsspirale: Dabei gibt es verschiedene "Orbits", d.h. Kreisbahnen. Die Kugel startet innen und führt fast eine ganze Umdrehung mit konstantem Drehradius aus. Erst kurz vor dem Ende der ersten Umdrehung führt sie kurz eine Linearbewegung aus, um dann in den nächsthöheren Orbit zu gelangen. Der Dreharm ist wie ein (gebogener) Kamm aufgebaut: Verschiedene Zähne reichen in die verschiedenen Orbit-Bahnen, um die Kugel zu beschleunigen. Der Vorteil ist, dass man keinen Mitnehmer braucht, der entlang des Dreharms verschieblich sein muss.

In diesem Bild muss sich der Dreharm entgegen dem Uhrzeigersinn drehen.

Man müsste den Dreharm noch symmetrisch zur anderen Seite ergänzen, so dass an der Motorwelle keine größere Unwucht entsteht.

*** Tatsächlich würde ich statt des Dreharms gleich eine Drehscheibe nehmen, die über der Spirale ist. Die Stäbe, die nach unten in die Spirale reichen, können realisiert werden, indem man Schrauben durch entsprechend gebohrte Löcher durch die Scheibe nach unten führt. Dann ist es auch deutlich robuster. ***

Problematisch an dieser Lösung könnte sein, dass die Kugel, wenn sie in einen höheren Orbit gegangen ist, abrupt die höhere Geschwindigkeit dieses Orbits annehmen muss, d.h. wenn der Zahn des Dreharm-Kamms wieder auf die Kugel trifft, bekommt sie erst mal einen Stoß.

[Alexander470815]

Sowohl in groß als auch in klein ist das einfach eine miese Konstruktion.
Dann lieber die Kugel einfach mit Druckluft oder ähnlichem durch einen Lauf drücken und gut ist, viel weniger bewegliche Teile etc.

Man kann es ja auch komplett mit einem magnetischen Drehfeld machen also z.B. in einem Stator eines Elektromotors bei dem man die Frequenz immer weiter erhöht so das die Kugel immer schneller im Kreis fliegt.
Oder man macht es wie in einem Zyklotron

Das ganze taugt auf jeden Fall nichts, ist mechanisch zu aufwändig und viel zu anfällig.

[McGaiver]

Danke Alex!

Kann mich da nur anschließen....
Wie beim "IGBT Marx" kann und wird das hier nix werden.
Solche Hirngespinste mögen in der Fantasie ganz gut ausschauen, aber die harte Realität und Praxis sagt hier was ganz anderes.
Das ist bei twin Tower Marx dasselbe.


mfg
Chris