Cañón de riel
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Cañón de riel. Arma eléctrica que por medio de un campo magnético dispara proyectiles metálicos a alta velocidad.
Sumario
Historia
Durante 1918, el inventor francés Louis Octave Fauchon-Villeplee inventó un cañón eléctrico que tiene un gran parecido con el motor lineal. Presentó una solicitud de patente en Estados Unidos el 1 de abril de 1919, la que le fue concedida en julio de 1922 con el N.º 1.421.435, como un "Aparato Eléctrico para Propulsar Proyectiles". En su dispositivo, dos barras conductoras paralelas están conectadas por las aletas del proyectil, y todo el aparato está rodeado por un campo magnético. Al pasar corriente por las barras y el proyectil, se induce una fuerza la cual impulsa el proyectil a lo largo de las barras y hacia el exterior del aparato.
Teoría y construcción
Un cañón de rail consiste en dos rieles de metal paralelos de ahí el nombre conectados a un suministro de corriente eléctrica. Cuando un proyectil conductor es insertado entre los rieles (en el extremo conectado a la fuente de corriente), éste completa el circuito. Los electrones fluyen del terminal negativo de la fuente de energía al riel negativo, cruza el proyectil, baja por el riel positivo, y vuelve al suministro de corriente.
Esta corriente transforma al cañón de riel en un electroimán, creando un potente campo magnético alrededor de los rieles hasta la posición del proyectil. El campo magnético circula alrededor de cada conductor según la regla de la mano derecha. Dado que la corriente está en dirección opuesta a lo largo de cada riel, el campo magnético neto entre los rielest es dirigido verticalmente.
En combinación con la corriente que cruza el proyectil, esto produce una fuerza de Lorentz, que acelera el proyectil a lo largo de los rieles. Existen también otras fuerzas que empujan el riel en otros sentidos, pero debido a que éstos están montados firmemente, no pueden moverse. El proyectil se desliza a lo largo de los rieles, desde el extremo que está conectado al suministro de energía, hacia el otro.
Consideraciones de diseño
La fuente de energía debe ser capaz de entregar una corriente muy grande, sostenida y controlada, por un lapso de tiempo utilizable. La medida más importante de la eficacia de la fuente de energía es la corriente que puede entregar. En febrero de 2008, la mayor energía conocida y utilizada para la propulsión de un proyectil de un cañón de riel fue de 32 millones de julios. La fuente de energía más utilizada en cañones de riel son los condensadores y el alternador de pulsos compensado, que son cargados poco a poco de otras fuentes de energía continua o mediante un generador de Van de Graaff.
Los rieles deben soportar enormes fuerzas de repulsión durante el disparo, y estas fuerzas tienden a empujarlos en dirección contraria y lejos del proyectil. Cuando se incrementa la holgura entre el proyectil y los rieles se forman arcos eléctricos, lo que provoca la rápida vaporización y daños en la superficie de de los rieles y en los aislantes. Esto limitaba a los primeros investigadores a un único disparo entre reparaciones del cañón de riel.
Materiales
Los rieles y los proyectiles deben ser construido de materiales fuertes y conductores; los rieles deben sobrevivir a la violencia de un proyectil acelerado, y al calor producto de las fricciones y el paso de la corriente eléctrica. La fuerza de retroceso que se ejerce sobre los rieles es igual y opuesta a la fuerza que impulsa el proyectil. La ubicación de la fuerza de retroceso es aún objeto de debate. Las ecuaciones tradicionales predicen que la fuerza de retroceso actúa en la "recámara" del cañón. Otra escuela de pensamiento invoca la Ley de Ampère y afirma que actúa a lo largo de los rieles (que es su eje más fuerte). Los carriles también se repelen entre ellos a través de una fuerza lateral causada por el campo magnético, al igual que el proyectil. Los rieles necesitan sobrevivir a esto sin doblarse, y deben estar montados en forma segura.
Disipación del calor
Enormes cantidades de calor son generadas por la electricidad que fluye a través de los rieles, así como también por la fricción del proyectil al abandonar el dispositivo. El calor creado por la fricción puede ocasionar la dilatación de los rieles y el proyectil, aumentando aún más el calor por fricción.
Esto provoca tres problemas principales:
- La fusión de los equipos.
- Disminución de la seguridad del personal.
- La detección por las fuerzas enemigas.
Como se explica brevemente más arriba, las fuerzas involucradas en el lanzamiento de este tipo de dispositivos requieren un material muy resistente al calor. De lo contrario los rieles, el cañón y todo el equipo conectado se fundirán o se dañarán irreparablemente. En la práctica los rieles son, junto con todos los componentes del cañón de riel, erosionados con cada disparo; y los proyectiles pueden ser objeto de algún grado de ablación también, y esto puede limitar la vida del cañón de riel, en algunos casos severamente.
