2012年2月26日日曜日

近況報告

やっとフォトリフレクタも手に入ったのでマスドライバーの方も始められるかと思います。

ただフォトtr&LEDとフォトrefでは検出方法が逆なので回路を変えなければいけません

まあ反射を使うのでフォトref単体だけでもトリガー回路に使えるのですが、
フォトtrの電流では十分なゲート電流を確保できないのでもう少し回路を考える必要があります。

スイッチングはさておきダイオードが問題です。

コイルのサージを吸収するための大容量かつ高耐圧な物がなかなか手に入りません(金銭的な意味で)
秋月に売ってるファストリカバリを多量ににするのも手ですが。

サージがどれ程になるかわからないので何とも言えません

引き続き調査します。

2012年2月19日日曜日

超音速

どうやら、音速を超えていたようです。(ほぼ確実)

理由としてあげられるのは、


超音速でのみ衝撃波(及び衝撃音)が発生するので音速を超えた可能性は極めて高い。


音速付近では、弾頭に大きな摩擦が生じて熱を発し、高温になることがある
それ故か、弾であるポリカがわずかに溶けた後がありました。あのポリカが溶けたとなると、相当温度が高かったのでは? とみている。  そして3回目の実験で、的になったアルミ缶に弾が命中した時、弾と接触した部分のアルミだけが弾と共にくっ付いていました。恐らく熱によりくっ付いたものだと考えられます。 しかし、音速を超えると、熱の伝達が遅れるので、発熱はしにくくなるそうです。 つまり音速を超えていないという見解になるわけですが、3回目の実験時には発射後のコンデンサに141v(≒1192J)も余っていた状態での結果だったので、2回目の時{残留電圧84v(423J)}の方が初速が速かったことがうかがえます


2回目に用いた振り子のへこみ具合を見るに、最初に分析した3Jという力では、どうしても足りないようにしか見えませんでした。 (※これは完全に自分の一方的な考えで根拠は何もありません)


発射された弾が着弾した時には、必ずプロジェクタイルの姿勢が変わっている

これは最初の実験から気になっていたことです。今までそんなことはありませんでした。

1回目から3回目までの実験で、必ずプロジェクタイルの姿勢が変わって着弾していることに、疑問を抱いていました。 ほかの分析から考えると、高初速による圧力から向きが変わったと考えるしかありません。製作したプロジェクタイルの弾頭は、ヤスリで削ったのでバラつきが出たことが、姿勢変動にかかわったとみています。

多方面から見て、音速超えはほぼ間違いないとみていいでしょう。

推定初速は 340m/s 29J 効率0.31%です。

2012年2月18日土曜日

新事実

もう今期のレールガン記事は書かないだろうと思っていましたが、
書かざるを得ない事実が発覚したので書くことにしました。

まずこの写真を見てください。

音速疑惑

動画を見た方ならわかると思います。 2回目の実験時の映像です。

ここに非常に重大な問題があったのです。

振り子を見てください。 とても大きく振れているのが分かります。
そして、もっと大事なのは振り子の位置、これは振り子が頂点に来た時の映像です。

振り子を吊り下げている逆U字の柱よりも高く振れています。

この時点で既に問題なのです。

この柱は、約400mmの高さがあります。振り子の所定位置は65mmです。

つまり、330mm以上振り上がったことになります。

前に言った200mmを大幅に超えています。

これをもとに計算すると、これだけで初速は220m/sになります。

さらに、木の変形及び回転エネルギー分を加えれば、250m/sはあったことになります。

250m/sで計算した場合、変換効率は0.17%となります。
効率はかなり向上していたことになります。

ここまで来るとある一つの疑問が浮上します。

それが、音速超え疑惑です。

動画中では分かりずらいと思いますが、この時の発射音は、通常よりも大きく、かつ長く響いていました。

この時、家の中にいた父親に音の事を聞くと、「いつもより大きくて長い音がした」

との発言がありました。

もしや音速突破による衝撃波のせいではないのか?と今は考えています。

仮に音速を超えたとすると、この時の温度は5°程で、音速は334m/s
弾速が340m/sであったとすると、出力約29J エネルギー変換効率は0.31%にもなります。

3回目の実験で、満水の缶が裂けたのも納得がいく数値です。
ただこれは推測なので、本当なのかは不明です。

…これはもう少し調査する必要がありそうです。 なにか分かったら、また報告します。

2012年2月7日火曜日

今季まとめ

今期のレールガン研究は、動画「Railgun LAVAL project 04」をもって終了となります。
2010年の10月よりスタートし、約1年半に渡って研究して来ました。
これまでに培った知識と経験は数知れず… この研究のおかげでいろいろ仲間も増えましたし、
私の中の何かも変わりました。高校生活の大半をレールガンに費やしてきましたが、
後悔は微塵もないですね。以前もお伝えしましたが、
今年より私は大学受験となります。故に、レールガンのような大きな実験は一時中断となります。
無事大学に進学できれば来年の今頃から再び研究再開となります。 

ここまで来れたのも、ブログや動画を見てくださる人があってこそでした。
こんな私ですが、これからもよろしくお願いします。
(※PS:マスドライバーはまだ進めます)

さて、ここまでの研究の結果をまとめます。

まとめ、

レールガン本体に関して:
レールガンには縦型と横型とがあります(※自分が勝手につけました)縦型は、金属レールが上下に来るタイプ、横型は金属レールが左右に来るタイプです。横型であれば、プロジェクタイルの加速に干渉することを比較的抑えることができます。これは金属レールが損傷して凹凸面を作っても、常に接する底面よりは接触率が低いためです。しかし、それでもレールの損傷が大きくなるにつれて次第に銃身の形が崩れてしまいます。そこで、絶縁レールに溝加工をして、金属レールよりも面積比を大きくすることで、銃身の形を保つことができ、さらに加速への干渉を防ぐことができます。またリストライクの発生率を低くすることも出来(たのかな?)ました。ただし、金属レールの表面積が減ることで、その分抵抗も大きくなるデメリットがあります。

プロジェクタイルに関して:
レールガンで高速度を出すにはプラズマをアーマチャとする加速の方が有利です。しかし、気密性の高い銃身でなければ、プロジェクタイルを追い越してしまうため、加速されません。私のような個人レベルで製作したレールガンは気密性に劣るため、金属個体のアーマチャを使う必要があります。こちらの方が確実に加速されますが、金属個体分の質量が増え、さらに発射後にはアーマチャはプロジェクタイルと分離するので、その分だけで効率を落としてしまいます。

コンデンサに関して:
電圧が高い方がより大きなパルスを発生できるため、入力電圧は高い方がよいとされる、しかし、耐圧の高いオイルコンデンサなどは、入手が難しいため、入手しやすい電解コンデンサを使用しなければいけませんでした。電解コンデンサを直列にして電圧を上げるという手がありますが、コンデンサ自体の抵抗が大きくなり、エネルギー損失につながります。それに、各コンデンサーへの負荷電圧が不安定になりがちです。故に、電解コンデンサでは抵抗値を減らすためにいくつも並列にしなければなりません。その分放電時間が長くなるため、銃身長を長くする必要があります。電解コンデンサで行う場合は400v以上の電圧がお勧めです。

スイッチに関して:
スイッチングにはエネルギー損失の少ないサイリスターやトライアックなどの半導体が良いとされるが、レールガンの大電流に耐えうるものは入手しにくい。結果的に低コストかつ確実なスパークギャップの方がよい、一番いいのはアーマチャ自体をスイッチとすることだが、それにはレールガン本体の複雑化が伴うので難しい。スパークギャップであっても、スイッチする速度が速く、接触面積が大きければさほど損失はない。バネを使ったスイッチングが一番安定している。

インダクタに関して:
レールガンには高電圧でエネルギーを入力する為、その分コンデンサのキャパシタンスが落ちる、故にインダクタで放電時間を延長させる必要がある、しかし電解コンデンサの様に低電圧・高キャパシタンスである場合、さほどインダクタを必要としない、というか、いらない。 …と言いたいところですが、電解コンデンサを膨大な負荷から守るために必要になります。 低電圧では、パルスの確保が必死なので、インダクタンスを極限まで低くするのがいいかもしれない。

こんな感じで今期は終了、 次は磁界やら波形やらの研究も追加していこうと思います。

では。

2012年2月4日土曜日

番外編

ニコ技で作ってみた祭りがあったので、それの参加に向けて密かにあるものを作っていました。

CIMG2020 1

わかるでしょうか?

某アニメであるキャラクターが首に着けていたアレっぽい何かです。

話の中では受信機として使われていましたが、これは中身をオーディオアンプにしてあります。

一応首に着けられますが、結構デカいです。

ちなみに、メリットがほとんどなくデメリットしかありません。
1.単三電池8本(12v)をつかう
2.首に着けるにはちとでかい
3.アンプの事情でRとLが共通出力
4.アクリルを接着剤でつけただけなので強度がない
5.なによりも中二力全開

などなど難点満載です。

…今回の祭りの為につくりましたが、これは改良版を作る必要がありそうです。

いつになるかは不明ですが…。

動画↓



ちなみに中に入っているアンプは秋月で買った 「東芝TA7252AP」です