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2019年2月11日(月) 18:49

1段目コイル

 なぜ、1段目のコンデンサー電圧が途中から下がらなくなるのか?
 シミュレーションの描くグラフを見ながら考えていて、気付いた。コイル電流がゼロになってしまうと、回生が停止する。電流が流れないのだから、コンデンサーの電荷も減らなくなって電圧低下が止まる。

 すなわち、コンデンサーが空になる前にコイル電流がゼロになるとマズい。

 コンデンサーが空になるまでの時間は、コンデンサーの静電容量が大きいほど長くなる。早い話が、コンデンサーの静電容量が大きくなり過ぎるとマズいのだ。試しに1段目コイル用のコンデンサー容量を190μFから100μFに減らしてみたら、1段目コイルの再通電は発生しなかった。
 だが当然ながら、容量を減らすとコイルのピーク電流も小さくなってしまう。コイルガンの威力は落ちる。
 コンデンサーの容量は大き過ぎれば回生不良からのコイルの再通電を招き、小さ過ぎれば威力が落ちる。すなわち、コイルと通電シーケンスに応じた最適容量がある。

 試しに、ハイサイドが両端に存在する旧回路で、3つのコンデンサーバンク容量を380μFから570μFに増やしたシミュレーション。1段目と2段目はコンデンサーを共有しているため、1段目の回生不良は発生しない。だが、今度は2段目が僅かに再通電を起こしている。
 ハイサイドの無い2段目にとって、570μFは若干大き過ぎるのだ。

 それでもこの程度なら影響は小さいと考えられる。電流は1〜2割大きくなっているので、通電シーケンスを全体的に0.9倍にしてみた。通電開始までの時間と通電時間の両方を、0.9倍にしてテンポアップ。磁力が足りれば、それに応じて初速が上がる。
 すると、2段目の再通電が増大した。もっとも、恐らくこの程度では影響は軽微であり実用上は問題ないと思われる。ただし、砲尾端のハイサイドも残せば・・・ってことだが。

 テンポアップすると回生電流が増大し、2段目以降はピーク電流が増大する。これは、回生型の利点だ。

 だが、シミュレーションをいじって判明したのは、別の問題である。すなわち、現在の主砲コイルは明白に1段目コイルが短過ぎる。
 1段目は回生電流による強化がなく、素のコンデンサーとコイルの特性がそのまま出る。砲尾端ハイサイドを廃止して1段目の電源コンデンサーと回生先コンデンサーを分離した場合、電源が190μFではコイルに対して大き過ぎる。これを適正容量に減らした場合、1段目コイルのピーク電流は旧ストームタイガーよりも小さくなってしまう。
 190μFあるいはそれ以上の容量を1段目コイルで使い切ろうとすれば、通電時間を伸ばさねばならない。だが、現在の通電時間は最適化されており、通電を長くするとプロジェクタイルの引き戻しが発生し威力が落ちる。

 つまり、1段目コイルは短過ぎるのだ。実は、短過ぎたのだ。

 回生型コイルガンの研究を2段式で開始した当初、1段目コイルの長さは3.5ミリだった。その後、1段目コイルを長くすることで威力が上がることに気付き、長さ5ミリへと仕様変更した。だが、恐らくそれでも短過ぎる。
 コイルガンの製作例は非常に多いため、幾つかの経験則が周知になっている。そのうちの1つは、効率を重視する場合、コイルの長さはプロジェクタイルの長さと同程度が良いというものだ。直径11ミリのパチンコ玉を加速するのに、全長5ミリのコイルはいかにも短過ぎる。ここは1センチ前後を確保すべきだろう。

 どうやら、主砲コイルの作り直しを検討すべき状況だ。現在の主砲コイルでは、1段目が足を引っ張る。威力面でも、命中精度面でも、だ。4段式コイルガンだが、ほとんど3段式と変わらない。
 命中精度において、1段目が決定的に重要だが、現主砲はそこの配慮も殆ど行われていない。

written by higashino [コイルガン戦車24] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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