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実験系
・レールガン 一号機 Spec 1.0
・レールガン 二号機 Spec 2.0 / Spec 2.1 / Spec 2.2 / Spec 2.2.1 / Spec 2.2.2
・多段式レールガン Spec 2.0.1
・レールガン 三号機【電磁カタパルト】 Spec3.0~3.2 / Spec3.2.1(NEW @現在更新中)

工作系

電磁カタパルト 【レールガン三号機】 Spec3.2.1

初回の実験で破損してしまったケーブル固定具をポリカーボネートに変更。
同時にオーグメント用ケーブルの巻き数を2回から4回に増やせるように加工します。
ボールエンドミルを使ってR加工。4つ溝を掘ります。
穴あけ、ねじ止め
一つ一つの穴の位置が微妙に違うので一つずつ取り付けて現物合わせで固定用の穴をあけていきます。
オーグメント用のケーブル4ターン分で6m以上あるので整えるのも中々大変;
ネジを締めて改修完了です。
ケーブル固定具の数も限界まで増やし、変形を最小限に抑えます。
また、本体を固定するネジすべてに絶縁ワッシャーを装着しました。(ボルトとレールが近くスパークする可能性があった)

2015/3/1

プロジェクタイルが停止する原因の一つになっているレールのゆがみ。
しかしレールの歪みを直すのは難しいので、プロジェクタイル側で解決するしかないです。

そこで考えたのが、バネを使ったアーマチャです。
SpringArmature ver1.0
レールの歪みに柔軟に対応し、かつアーマチャをレールと平行に接触させるにはどうすべきか
それで考えたのがこれです。 一見シンプルですがこれを幅20mmの中で作らないといけないので
中々難しそう。(全然うまく行くようには思えないですが、作ってみないと問題すら分からないのでとりあえず作ります)

先頭の部分はプロトタイプで使ったものを加工して流用します。
銅の加工は意外と手間取らなかったのですが、アーマチャに当たる銅線のはんだ付けで
結構苦労しました(大分汚い...) 構造的にはんだ付けでしか繋ぐことができない訳ですが。
これは扱いずらいので次作るプロジェクタイルはこの辺なんとかしたいです。

ところで、意外にも総重量がプロトタイプよりも 軽くなっていました。(プロトタイプは34.76g)
バネ使用のために金属パーツを多用したのでもっと重くなるかと思いましたが、
樹脂の部分を大幅にカットしたことが軽量化に大きく響いているようです。

2015/3/2 発射実験 2nd

改修後初実験です。
ここで一時加速に使うバネをさらに強力な物に変更しました。バネ定数は1.8N/mm
本体を押さえてないと引っ張れないほどです。(これでもコンデンサのエネルギーと比べると微々たるものでしかありません)

そして今回はインダクターを挟みました。2μHあります。
今回も5kJフルチャージはせず、控えめにいきたい....のですが、エネルギーを上げたときの
各部の損傷が気になるので前回の3kJより1kJ多い4kJ(≒268v)で実験します。

 ふぁいあー


結果は

予想通り失敗しました。画像の通りアーマチャに使っていた銅線が破断しています。
この回路の遮断が停止の直接的な牽引なのは間違いないでしょう。

激しい放電痕を見るに、やはり放電速度が速すぎるようです。インダクターどうこうで解決できる
レベルではなさそうです。ある程度エネルギーロスを許容してでも抵抗になりそうなものを入れた方が
結果的にうまく行くかもしれません。

放電痕に関してですが、放電痕がある場所がまばらで、アーマチャが並行に接していなかった
ことが分かります。アーマチャが一枚板だと並行に接触させるためにレールにもアーマチャ側にも
精度が求められるので、アーマチャは何個かに分割した方がこのレールガンでは接触面積を
稼げそうです。接触面積が増えれば放電が集中することによる損傷を抑えることもできますね。

二つの写真を見てみると、大きめの放電痕がある部分にアーマチャが止まっているので。
あの部分に来たときに大電流が流れ、銅線が破断してそのまま停止。
銅線が破断した瞬間の衝撃の為か、長く残された方の銅線が反対側のレールと接触しスパーク。
ちょっと無駄な損傷を与えてしまいましたね。しかし、破断後のスパークでもレールに損傷を与える
程のエネルギーが残っていたということは、1.2mmでも比較的低エネルギーで破断するようです。
実は1.2mmの銅線が耐えられるかどうかの確認も含めた実験だった
いろいろとアーマチャの形を試したいので、銅線の太さを稼ぐよりも、電流と放電時間を
押さえる方向で対策を練ることにします。

速すぎる放電も失敗要因の一つとなっていますが、無駄な摩擦も障壁になっています。
この問題も踏まえて、プロジェクタイルとアーマチャを考える必要がありますね。

2015/3/7

ある方からコンデンサバンクごとにインダクタを挟んではどうだろうかというアドバイスを頂いたので
それを試してみることに。


コンデンサ3つ一組のバンクにそれぞれインダクターを挟みました。
コンデンサバンクの端の電極から電源を取り、各コンデンサバンク間にインダクターを挟むことで
電極までのインダクターのインダクタンスが変化します。ちなみにインダクターはそれぞれ
(左から)4μH、7μH、8μH、9μHとなっています。つまりもっとも電極に近いバンクのインダクタは
9μHとなり、17、24、28と次第にインダクタンスが増えます。このインダクタンスの差で放電に
時間差が生まれることで、放電時間を引き延ばします。また、インダクタには1.25sqと細い
ケーブルを使うことで若干ですが抵抗を稼いでいます。

2015/5/10

前回の実験での結果も踏まえて新しく設計したアーマチャ等々。
 射出機 ver3.2.1-prpto

ところで飛ばすわけでもないのにプロジェクタイルって言うのはおかしいので、
カタパルト通り射出機って呼ぶことにします。

中央にある二本の円筒形の穴はボルトを通すための穴。ちなみに5mmボルトを想定
ボルト穴の前後についている凹凸にはベアリングとそれを固定するボルトを通すための物。
今回の射出機にはベアリングを付けて摩擦による損失を極力抑えることを考えています。
ミニ四駆みたいにサイドにもベアリングとかつけられるともっといいかなと思いますが....

この射出機の後ろ側についているのがアーマチャを固定する部分。
U字型の銅線を10本程並べて取り付け、レールと接触させます。
ちなみにこれは3Dプリンターで出力します。材質はPLAの方が良いかな?
ABSとどっちが扱いやすいのかも確かめてみたいですね。

※バージョン名のハイフン前はカタパルト側のver、ハイフンの後ろがこの射出機に割り当てたver名

2015/5/15

所属中のサークルで導入された3Dプリンタを使って出力します。

が、こんな事態が↓


出力中に樹脂が反り、テーブルから外れてエライことに; 反りの少ないPLAを選んだのですが、
PLAも結構反るようです。

反り対策で積層厚を0.1mmから0.3mmに増やしてリトライ。
 次は反らずに出力できました。

ただ、精度を落としたので組み付けるネジとかがそのままじゃ入らなかったり...
持ち帰ってボール盤とフライス盤を使って整えました。
 パーツを取り付けます。
低摩擦の射出機。ベアリングの使い方間違ってますが、まあ気にしない。
PLA材は加工しにくいと聞いてましたが、確かにそのとおりでした; 
この辺の材料選択もしっかり考えないといけないですね。ちなみにモデルがCGの時から若干、
形が変わってます。


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