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2013年08月の記事

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2013年8月31日(土) 21:05

コンデンサー爆竹

 5連コンデンサーが20セット、組み上がった。

 向きを変えて逆向きペアを合体させ、10個単位のコンデンサーバンクに仕上げる。

 このハンダ付けが困難で、配線全体にハンダを乗せるのは無理だしコンデンサーの端が溶けるのも防止できない。足を曲げる際に2ミリほど余しておいた方が、最終的な性能は上がるのではなかったかと反省。次の機会があれば、経験を活かそう。
 ともあれ、実験に必要なコンデンサーは用意できた。

 この見た目、何かを思い出すよなぁ・・・爆竹だ★

 順送り回生型は、各コンデンサーバンクの+側が短絡していると機能しない。
 そのため、コンデンサー充電用の配線にダイオードが必要になる欠点がある。

 10バンクあるので、DLM10E付きの配線を10本製作する。

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2013年8月30日(金) 21:34

コンデンサーバンク

 メインコンデンサーは、大電流放電が可能なストロボ(フォトフラッシュ)用が適している。

 長く愛用した鈴商の日立製が売られなくなってしまってるので、使い捨てカメラやコンデジに使われる小型タイプを大量購入。335Vで41μFなので、1個では2ジュール強しかない。しかし500個もまとめ買いしたので、送料含めても鈴商のより安い。
 そのぶん、組み立ては手間だ。

 これを8個まとめて使えば適切と判断しているが、あえて10個セットにする。電解コンデンサーなので、経年変化で容量が減少する。充電電圧を下げて腹八分目で使えば、劣化しても充電電圧を上げることで性能をキープできる。また、実験としてエネルギー充填120%を試すこともできる。
 外形が大きくなるデメリットがあっても、若干の過剰実装はいいことではなかろうか。

 しかしいざ束ねようとして、作業が思った以上に困難だと気付く。このままでは、仕上がりがかなり悪くなる。

 コンデンサーを整列させられる冶具を、手早くでっちあげる。
 アルミアングルは布ガムテープだけでなく、その前に瞬間接着剤で固定してある。

 これで、5個ずつ並列接続する。
 10個並列では、長くなり過ぎる。

 半分の50個まで組み立て完了。

 コンデンサーバンクは10個で構成するので、11段式に必要な10バンクで合計ちょうど100個になる。フル充電より少し下げて、合計200ジュール前後で実験の予定である。
 秒速60メートルという目標初速を固定しておき、コンデンサー充電電圧の方を変える。それを実現可能な最低電圧を探ることにより、効率をアップさせる。そのようなアプローチを考えているのだが人間欲張りだ。
 フル充電で実現可能な最高初速を探るという、一般的なアプローチも試すことになりそうだ。

 ただ言えることとして、順送り回生型の放電シーケンスは非常に複雑である。各段の放電期間は一定のままタイミングだけ変更せねばならないため、PICのクロックを変えるだけという簡易な調整方法は使えない。いちいちプログラムを調整せねば初速を変えられない。
 これに対し、充電電圧は簡単に変更できる。

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2013年8月29日(木) 21:04

ムカデ配置

 順送り回生型は回路が複雑なので、放電回路をいざ組み合わせる段階になるといつも、どれをどこに接続すれば良いか分からなくて大変だ。実体配線図に近いものを描いて確認しないと、訳が分からなくなる。

 実際に配線してみると、シンプルにまとまるのだが。

 中間部分のローサイドはまあ単純で、コイルに接続する2本の配線が別のコイルに接続されるぐらいが要注意点。
 チャンバー側(←)の端は少し複雑で、銃口側(→)の端はかなり複雑。同一規格で製造するため、銃口端コンデンサーには余分なダイオードが2重に設置されることになる(実害はない)。

 n段式の場合、コンデンサーバンクは(n−1)セットを要し、ローサイド放電回路はn個必要。ハイサイド放電回路は常に2個である。今回は11段式だから、コンデンサーバンクは10セット。図は4段式で描いている。

 今回開発するコイルガンが、最終的にラジコン戦車に搭載されるかどうかは分からない。しかし、搭載する可能性を考慮して開発している。人間の体重に比べて軽量なラジコン戦車は、発射の反動の影響を大きく受ける。だから、加速メインコイルは車体中央に設置したい。幅は8センチ以内に収めたい。
 歩兵銃タイプにシステムをまとめる場合でも、中央に位置していた方が楽である。

 そうなると、放電回路はコイルの左右に振り分けて設置したくなる。
 配線効率だけだと片側に集中させるのが良いが、どっちみちコイル1段の長さ1センチに放電回路が収まらない。
 完成すれば、見た目は思い切りムカデ砲ということになるだろう。某ガルガンティアに登場した、マスドライバーだ。この場合、配線をいかにして短くするかが悩ましい。コイルとの接続は良いが、コンデンサーバンクを振り分けるとGND配線が長くなってしまう。

 ちなみに、マスドライバー(リニアモーター)とコイルガンの違いに触れておくと、前者は磁石の吸引力と反発力を両方利用する。後者は吸引力しか利用しないので、効率が悪い。コイルガンではコイルの中央を通過すると引き戻されるため、電流を急減速させねばならない。しかしマスドライバーで中央を通過すれば、吸引加速が反発加速に変わるだけである。
 その代わり、前者はプロジェクタイルが磁石でなければならない。後者は、普通の軟鉄が使える。コイルガンなら鉄釘やパチンコ玉など安価な弾丸でいいが、マスドライバーは弾丸も磁石となり桁違いに高価だ。リニアモーターカーも、ご存知の通り磁石を車載している。

 しかしいずれにしろその差は、大分類の中の小分類という感じ。両者を混同しているものがあったとしても、目くじら立てるほどではないと思う。

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2013年8月28日(水) 21:17

コイル合体

 規格品コイルを10個、差し込む。

 根元は3本の支持短冊に収まるよう、小さめのをセレクト。
 配線が真上に集中するように向きを合わせる。更に重要なのがコイルの前後で、印として配線に付けてある黄色いテープがすべてチャンバー側になるよう注意する。ここで向きを間違えると、全体が粗大ゴミになる。
 自分流の多段式コイルガンは、コイル同士が密着するのが大きな特徴。他に同様の製作例は、ほとんど無いはず。コイルの向きを間違えると、隣接コイルで磁場を打ち消し合ってしまう。

 密着したコイル同士の隙間に、アクリダインをたっぷり流し込む。これで、絶縁仕切りプラスチック板が溶融し、固着される。

 砲身筐体と磁気シールドを兼ねた、厚さ0.3ミリの軟鉄板。12×9センチを切り出し、丸める。
 内面に、オートウェルドを塗る。

 コイル側も、オートウェルドをしっかりと塗り重ねる。

 銃口部分には、外径26ミリ・内径12ミリの軟鉄ワッシャーをハメておく。ここでうっかり、ワッシャーに切れ込みを入れ忘れた。誘導電流ロスが生じるかもしれないが、切れ込み無しでも過去の作例は機能していたので今回はこのまま進める。
 銃口ワッシャーは、銃口部分の保護も兼ねている。

 軟鉄板をコイル全体にかぶせ、輪ゴムで結束。オートウェルドの固化を気長に待つ。

 いちおう完全固化は24時間とされているが、本当に落ち着くまでには数日掛かる気がする。コイル穴の位置が全くズレないよう、充分に時間を置くつもりである。精密な木工品を製作する際に、材木を何ヶ月も寝かせておくようなものだ。
 オートウェルドが完全に安定してから、真鍮棒を抜く。

 こんな手法で0.1ミリ精度を出せそうな気がするのも、全長10センチ強だからかもしれない。これが30センチや50センチの砲身になれば、容易に精度が出ないかもしれない。

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2013年8月27日(火) 21:26

とっとと合体させよう

 初段コイルは長さ5ミリしかないため、内壁に衝突しているかどうか観察するのは難しい。そこで、真正面に射出されるかどうかを確認しようとしたが、これまた難しい。内径が11ミリ以上あるのに長さが5ミリ以下という円筒の真正面を、どうやって知れば良いのだ?
 そこで適当に正面ぽい向きにアルミアングルを接着し、とにかく撃ってみる。

 しかし今度は、自動装填できなくなった。
 PICも磁気センサーも機能しているようなのに、給弾されない。押し込みアームが空しく何度も前後運動を繰り返すばかり。サーボのアーム作動範囲が狭くなっている。
 サーボテスターを接続して確認したが、明らかにオープン時の動作範囲だけ狭まっている。そのため、弾倉からパチンコ玉を送り込めるだけの穴がオープンされていない。

 アルミアングルはチャンバー筐体底面に瞬間接着剤で取り付けたのだが、押し込みアームの後方がぶつかっていた。だから、充分に後方までオープン動作できなくなっていたのだった。

 パーツの詰め込み問題が極まると、こういう罠が生じる。臨時に何かを設置しようにも、安直に実行できない。瞬間接着剤は素材が密着することが重要なので、一度剥がすと残存接着剤が密着を妨害し、極端に接着力が落ちる。
 アルミアングルを接着し直すには、かなりの手間が掛かる。

 何とか再接着し射撃試験できる状態になったが、肝心の調整はほぼ無意味だった。
 左右に調整しても、射出向きは殆ど変わらない。初段の場合は特殊かもしれないし、本番の11段仕様でどうなるかも分からない。とにかく意味のある情報は、ほぼ得られていない。調整いい加減でも明後日の向きに射出されることはなさそうだ、というのが唯一の収穫だ。

 アルミアングルを外し、いよいよ2段目以降のコイルを取り付けることにした。

 位置を合わせるため、真鍮棒にテフロンチューブを収縮させ冶具を作る。長さ13センチぐらいを2本切り出す。これで700円ぐらいのコストになる貴重な品だ。
 コイル生産時は最初にガムテープを一層巻いて直径を調整したが、同じようにやると抜き差し不能になりそうだ。そこで、ガムテープを細い短冊にし、120度間隔で3箇所に貼り付け。その上に、テフロン。

 予想外だったのは、滑らかに仕上がらないこと。長くなると、気泡が閉じ込められて収縮を妨げるのではないか?
 試しにコイルを通すと、適切な抵抗でハマった。しかし、気泡ありの部分ではキツい。やはりコイルは1本ずつ短い冶具で製造し、後から合体させるしかないようだ。冶具に次々と増設して、最後に抜けなくて困った経験すでにアリだったり
(^_^;)

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