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2007年5月1日(火) 12:38
プロジェクタイルの速度を上げる条件を、基本に立ち返って整理してみよう。
1)速度とは、加速度を積分したものである。
2)コイルガンでプロジェクタイルを一定とした場合、加速度は磁力の吸引力に比例する。
3)磁力の吸引力は、磁場の強度差(勾配)に比例する。
以上より、速度は磁場の強度差を積分したものに比例する。これは磁場の最大強度に他ならない。
要するに、最大磁場が大きくなるコイルを作れば、弾速は上がる。磁場の強度差(勾配)のパターンは無関係。
・・・という結論は成立しない。なぜなら、重大な条件が抜けているのだ。
5)磁場の強度差(勾配)は、コイル電流に比例する。
ただし、コイル電流一定における磁場の強度差(勾配)のパターンは、コイルによって決定している。
厄介なことにコイル電流は時間と共に変化する。プロジェクタイルの位置すなわち磁場の強度差を大きくしたい位置もまた時間と共に変化する。コイル電流が大きなタイミングで、プロジェクタイルが磁場の勾配パターンの急な部分を通過するようにすれば、パワーアップする。それは、クチで言うほど簡単ではない。
単段式コイルガンではコイルは与件であり、磁場の勾配パターンが急な部分も決まっている。そこをプロジェクタイルが通過するタイミングとコイル電流のピークを合わせる程度しか工夫の余地が無い。しかも、両者を合わせる設計自体が単段式では困難。
これに対し、多段式コイルガンは複数コイルの電流比を変化させることにより、磁場の勾配パターンが急になる位置を移動出来る。この位置をうまくプロジェクタイルの位置と合わせ続けられれば、遙かに大きな速度が得られる。特に、回生型回路はコイル電流を制御する能力が高いため、より最適に近い合わせ方が可能となる。しかし構造が複雑で製造が面倒。
その回生型回路を比較的単純な構造で多段式にする方法に気付いたことで、昨日はかなり舞い上がってしまった。その状態で回路図を仕上げてしまい、後で「見落としたか!」と大焦りする羽目になった。だが、じっくり検討すると、大丈夫っぽい。
問題は、この回路図である。C1とC2のGNDが共通化されていない。
そのため、IGBTがずっとONになったままの場合に、フライホイールが形成されずC1が逆電圧に充電されてしまう。ただし、C1が空になる前にIGBTをOFFにしてしまえば実用上は問題ない。これまで製作した実際のコイルガンでは、C1が空になるほど通電時間は長くならない。
しかし、C1とC2のGNDが別になっていると、IGBTのゲートドライブで困る。PIC直結ドライブが可能となるためには、C1とC2と・・・それ以降のCとPICのGNDが共通でなければならない。
では、C1とC2のGNDを共通化してはどうか?
この場合、回生電流がC1の方に流れてしまい、C1を逆極性に充電してしまうのではないか?
ヤバい見落としていた!と昨夜かなり焦ってしまったのだ。慌てて4段式コイルガンの回路図を書き直し、GNDを分離させてしまった。
しかし早トチリだった。
C1が逆充電されるためには、AよりBの電位が高くなければならない。すると、D2が導通する。だから、D2の順方向電圧とか順回復時間だとか無視すれば、C1が逆充電されたりしない。
昨日の4段式コイルガンも、GND共通回路で動作するはずだ。
これでIGBTのON時間が長過ぎてもフライホイールが形成されるし、ゲートドライブも簡単に出来る。高性能の多段式コイルガンを、比較的少ないパーツで製造可能となる。
最後の問題点は、上図D2の順回復を待つために入れている20μ秒のフライホイール状態を作れないこと。しかし、この20μ秒は念のために入れているに過ぎず、無ければ致命的というものではない。
多段式はコイルガンの性能を大きく改善する。たった2段でも相当なパワーアップが可能だ。その理由は、合成磁場を作ることで磁場パターンを変化させられること。
しかし2段ではパターンの移動可能距離が短く、まだ本格的に多段式のメリットを受けていないはず。8段位になれば相当に効果を実感出来るはずだ。
その一方で、段数が増えると弾速もアップするため、同時通電しているコイルの数が増える。それでも高効率をキープ出来るかどうか分からない。もし効率が落ちなければ、スリングライフルより遙かに強力なコイルガンも作れるだろう。
確認のため、ストームタイガーの主砲が正式決定したら今回の新発想に基づく10段程度のコイルガンを試作してみたい。
PIC16F84のI/Oピンは13本。1本はトリガー信号を受け取るのに必要なので、使えるのは12本が一杯だ。12本で制御可能な全段回生型は10段式となる。うち初期加速の2段分はストームタイガーの主砲仕様を流用したいので、そっちの仕様を先に正式決定させたい。
written by higashino [コイルガン] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]
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