ぽんず製造所

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レールガン

諸々

前回の記事でレールガンシミュレータを作ってみました.これにいろいろな値入れて遊んでいると,既存のレールガンを少し改造すると少し効率が上がるという計算結果が出ました.正しいかもわからない計算結果を信じながら,実際にレールガンの改造して試射してみました.

結論から言うと,改造前に比べて確かに効率は良かったが,それが本当に良くなっているのかよくわからない,という結果でした.
というのも
・改造前の実験データが5発分しかなく,今回の実験も3発しか行ってないので,サンプルが少なすぎて比較がしにくい
・効率向上はわずかで,改造によるものか,他の影響によるものかわからない
・配線の端子の錆びを掃除した影響で効率が上がった可能性
・アーマチャの形状・接触などが偶然良かった可能性
・その他諸々コンディションが良かっただけの可能性
・そもそもシミュレーション上でも効率向上はほんの少しなので偶然と見分けがつかない
などの理由が挙げられ,正直よくわからんのです.

ちなみにその時撃ったマトの写真
アルミ板(1mm)にアーマチャがめり込んで取れなくなって草

IMG_20200815_160108


IMG_20200815_160102

ベニヤ板にも撃ってみたところ,普通に貫通
IMG_20200815_175736

今回はレールガン本体のみを改造した結果であり,他にも少し改良できるところがあるみたいなので,早く試したいところです.
具体的な数値やレールガン本体の写真はまた今度で.


あと,家のテレビがぶっ壊れたんで一部の部品を拝借.
電源基板
IMG_20200826_112009

バックライト点灯用インバータ
IMG_20200826_114110
今までお疲れさまでした,まぁ部品取りにされた部品にはまだ頑張ってもらうけどな.


あとちゃんとした圧着工具を購入.
IMG_20200823_174106
IMG_20200823_174152
JIS規格品ではない安ものですが趣味で使うには申し分なさそうです.早く買っておけばよかったですねー
圧着工具といいLCRメータといい早く買っておけばよかった案件が多すぎて,メキメキ音を立ててQOLが上がってるのを感じる.


今月はこんな感じでした.課題・レポートに追われて工作の進捗はあまり生むことはできませんでした.

レールガンのシミュレータを作ってみたかった

今までいくつもレールガンを作ってきたわけですが,いずれも勘と経験による設計で,どうすれば良くなるとかいう根拠はほとんどありませんでした.
勘に頼るのはそろそろ限界,というかやめたくなってきたし,どんな事が起こっているのかを知りたくなったので,理論の方から攻めていくことにしました.

まずは紙とペンで,レール内の磁束がどうとか,電流値がどうとか,理論を立てながら計算していきます 恥ずかしいのでモザイクで
IMG_20200801_131355

一応それっぽいのを出すことができましたが,最終的な速度を求めたりするとわけわからん微分方程式になっちゃうので,そのまま解くことは難しいです.非線形要素もあるしきついです.
そこで,これらをシミュレータに落とし込んで計算していきます.数値計算ならパソコンで解けます.

そのまえに,シミュレータなんて作ったことないし,練習ということで,簡単なLCR直列回路のシミュレータを作ってみました.Excelで作ってます.
EaAQbH_UEAAyOJV

適当に思いついた方法ですがそれっぽい波形を出すことができました.後で教えてもらったのですがこの方法はオイラー法というらしいです.
オイラー法は欠点が多いらしいですが,それ意外の方法が理解できなかったのでとりあえずはこのまますすめます.

同じようにしてレールガンシミュレータも組んでみました.
EaZDi_kU4AAl-x1

同時に,実測波形・速度も取ってきました.電流波形はロゴスキーコイルを作って取りました.
黄色(ch1)がコンデンサ電圧波形,青(ch4)がロゴスキーコイルの波形です.ロゴスキーコイルは微分値が出てくるので,積分してやると本来の電流波形(紫の波形)になります.
DS1Z_QuickPrint31

シミュレーション波形と実測波形を見比べて,ズレの原因を考えます.
ちょっとずれてるよねー
Ead-dr7U4AE34-G

その後も,実測値との差を確認→原因を考える→紙とペンで計算→シミュレータに落とし込み→...の流れを繰り返して精度を高めていきます.

レール内の磁束分布も知りたくなったので出してみたり
EcpVWjkVAAQ-H3Y

でも上の画像は計算ミス 多分こっちが正解
Ec4SgAmVcAI6voN

上のは二次元的なデータだったけど,更に細かく知りたくなって三次元にしてみたり
EdVW8ayU4AE2DNe

上のと同じデータだけど3D表示して遊んだり

そんな感じで改良を重ねていくうちに,今度は現実世界のパラメータを正確に入力する必要が出てきてしまって,LCRメータを買っちゃいました.
IMG_20200804_014957

アーマチャの位置によってインダクタンスが変わる様子.

最終的に,実測値とほぼ同じような波形・初速・効率が得られるようになりました(ホントは実測に合うようにパラメータを設定した感のほうが強い).
z

が,まだまだガバいところがあるし,忘れている要素もありそうだし,そもそも実測値も正しいのか微妙です.
とは言え,ある程度の傾向は見れるので使い物にならないことはなさそうだし,なにより作る過程で得たものが大きかったです.

簡易レールガン

ネットで公開されている自作レールガンの中でも、自分の作るレールガンは小型で簡易的な(お粗末な)部類の物だと思いますが、これをさらに簡単にできるかと思い試作してみました。

C1oK19ZUAAA7Miy

サイズは大体5cm程度です。
レールは入手が簡単でしかも安いVVFケーブルの芯線を使用しました。レールは撃つと損傷し交換することもあるので安価なのは重要ですね。
今回は平角銅線が手に入ったのでオーグメントコイルに使用してみましたが普通PEWとかでもいいと思います。
あとは適当なアクリルやネジで構成されてます。
よく見ると穴の開ける位置をミスってしまってガタガタになってます。恥ずかしいのでよく見ないでください。

450Jくらいで試射してみましたが結果は全然駄目でした。効率1.5%くらい
う~ん? 

多段式レールガン

多段式レールガンを作りました。方式はいつもどおりソリッド高オーグメント針金アーマチャです
携行型レールガンに搭載するレールガンの構造試験と多段式の試験を兼ねています

撃ったあとの写真しか撮ってません
片側共通レールの3段式です。オーグメントは共通レール側に接続してあります。
全長10cm 1段2cmです

Cpvf2geUMAAKEfe

1段200J*3段で合計600J入力です
音的にも見た目的にも音速を超えているようですがどうも弱いみたい

一回分解してレールを見てみました
3段式なので3箇所損傷跡がありますね

CpvfzV3VUAA6tdS


何度か試し撃ちをした後に、今度は弾速計をセットして速度測ったんですよ
そしたらヒビ入ってお亡くなりになった

CptEvrGWYAAPzcF

まぁ2.5mmアクリルだからね、しょうがないね
でもアクリルの厚さだけのせいじゃなくて
1段目で発生したプラズマが2段目で通電、アーマチャとレールに隙間ができたままになりさらにプラズマが発生
そしてその圧力でやられたというのもあると思います(思います)
それと2段目や3段目が放電しない時も結構あったので改善していきたいところです
不安定だったので多段化やめるかもわからんね 

一応初速は測れたので計算してみると

1

弱すぎィ!ただ初速に関しては爆発したから仕方ないと思われる
音速出したとしても効率1.2%ですよ流石にゴミすぎですよねぇ



話し変わるんですがNT用レールガンで、インダクタつけたりオーグメントの巻き数変えたり...など色々して効率あげようとしてたんですが
結果:何もしない方が強い
工夫してみた方は効率1%台で何もしなければ軽々2.5%以上出るんですよね(今回最高で2.95%くらいでました
これもうわかんねぇな

自動で弾を装填する奴②

Q. お父さんだと2度も会うのにお母さんだと一度も会わないのはなぁんだ_?

A. クチビル^^

自動で弾を装填する奴ですが新しい方式を思いついたので試作してみました。

こんなやつです。

Cm7gxqEUkAAOvBG

構造は図のようになっています。 

1

コイルに電流を流して磁力を発生さると、磁石部分(可動部)がコイルに引き寄せられます。
磁石は真ん中で極が反転しており、コイルで発生させる磁場の向きを変える(電流を逆にする)ことで、左右どちらの方向にも動かすことが出来ます。
リニアモーターっぽい感じか?


磁石部
某100均磁石が入っている

Cm7g17nVUAEX-io

コイル部

Cm7g0W9VYAALZDN
Cm7gy3RVYAA72Pj

コイルの見た目気に入っている。でもちょっと巻きすぎた感


動かしてみる



うまく動いてくれてます。(左右の何かは抑え)

しかし推進力(?)がちょっと弱め。これでは弾をうまく挿入できない可能性があります。
コイルの芯を鉄心にすればもうちょっと強かったかもしれません。
磁石を追加すれば十分な威力になったもののサイズオーバーしてしまいます。というかなにもしないでも既にサイズオーバー気味です。

というわけでこいつは没。
見た目とこのカシュカシュ動く感じは気に入ってるんだけどなぁ....
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