2012年1月31日火曜日

720km/h?

先日、日曜日、二発目のレールガン発射実験をしました。

今回の二発目の実験で思ったことは、レールガンの実験は連続して行えないということです。

というのも、一発撃つごとに解体してメンテナンスするのはもちろん(煤はふき取らないと結構摩擦係数が上がる)、発射後のバレルを確認することで、どのような現象が起きたかを知る重要な手段だからです。 なので、より正確なデータを得るために一日に一発に限ることにしました。

…まあブログをご覧の皆様からしてみればどうでもいい話ではありますが…

さて本題に入りましょう。

一回目の射撃で発射時の放電周期が気になり、オシロスコープを使って波形を調べてみました。

オシロスコープ計測 01
これが放電前の状態、画面が暗いのは、一瞬の波形を捉えるためにハイスピードカメラを使ったためです。

オシロスコープ計測 02
これが放電瞬間の映像、わかりにくいですが、右側にある緑の縦線です。

オシロスコープ計測 03
次のコマ、420fpsで撮影したので0.002秒後の波です。

オシロスコープ計測 04
発射後、通電をやめてコンデンサに余った約80v分の電位が確認できます。

オシロスコープをレールガンにダイレクトに繋ぐ勇気がなかったので75kΩの抵抗をかませています。

その分、電圧降下が起きるのでピークパルス時の電圧が400vと出るところが200v程で表示されています。

スイープを50にセットしているのでひとメモリ約0.5msです。
見たところ、0.5msないし1.0msのパルスを確認できます。
妥当な数値です。パルス後、約5msかけて放電したようです。

今回はインダクターの巻き数を大幅に減らして0.002mH(=2μH)まで下げました。
これで安定していると判断したのでインダクターはこのままいきます。

さて、肝心の弾速ですが、前回の方法(落下距離から弾速を求める)は失敗したので、違う方法で弾速を図ることにしました。

CIMG1979.jpg

Q.「何コレ?」

A.「振り子です」

kisaragiさんが弾速を図るのに振り子を使っていたのでそれを参考にしました。

弾を振り子に衝突させ、振り子の運動エネルギーに変換、振り上がった高さから速度を求めます。

計算式は、

速度v=(弾の質量m+振り子の質量M)×√2×重力加速度g×振り上がった高さh(m)
まとめると、 v=(m+M)√2gh となります。

申し訳ないのですが、今回もまとめ動画で一気に見せたいので写真はナシで。

で、撮影したところ、弾の命中した振り子はカメラの撮影範囲をオーバーする程上がってしまい。正確な計測はできませんでした。

消えて戻ってくるまでの時間と重力加速度や回転速度から考えた結果、約20cm振り上がったと推測、

その結果から求めてみると、

弾速:170m/s 出力7Jとなりました。 以前より大分上がりました。
しかし、これは振り子の運動になった分のみのエネルギーです。

CIMG2041.jpg

セッティングをミスったようで、中央のレシーブする部分に当たらず、木の部分にヒットしています。

ここで重要なのは、この木のへこみ具合です。 約2mmほどへこませています。大したことないと思うでしょうが、この木は密度の高い種類でよほどの力がない限りへこみません。(これはホームセンターで買ったものです。材質はおそらくヒノキ?) 試しにハンマーでたたいてみましたがそこまで凹むことはありません。それにハンマーでたたく場合は垂直に叩くので垂直抗力が生じます。 対し、プロジェクタイルでは、宙吊りにされて、0m/sの慣性力のみで静止しています。お分かりかと思いますが、 「慣性力<垂直抗力」 です。慣性力しかない状態で衝突し、2mmの凹みを作るのは相当な力であったことが分かります。

さらにもう一つ、振り子を吊り下げるたこ糸が一本切れています。これは、振り子の右側にプロジェクタイルが着弾し、振り子に急激な反時計の回転運動が起こった為に引っ張られて切れたと思われます。 たこ糸と言えど、その強度はなかなかのもの、

まとめてみると、弾の運動エネルギーは、
・振り子の運動エネルギー
・木の変形エネルギー
・振り子本体の回転エネルギー
この3つに分散しています。 どう考えても7Jですべてをやってのけるのは無理です。

絶対に確証を持って言えることは、最低でも10Jは出ていたということです。
実際は20Jぐらいありそうですが、10J以上は未知数です。

では、10Jの出力があったとして、逆算するとこうなります。

初速:200m/s
エネルギー変換効率 0.10% (使用エネルギー9176.64J)
前回よりも4倍以上のエネルギーが向上しています。

結論から言って、一番の要因はアーマチャの改良だと思われます。

CIMG2046.jpg

今回のレールガン後部、やたら派手にスパークしています。

アーマチャの改良で、確実に通電してくれたため、放電痕がほぼ全体にわたって確認されました。
おかげで煤だらけなわけですが…。

まとめの動画はあと一回か二回やったら編集してうpします。2月の中旬~下旬を予定しています。

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