モーター等電力を使った機械に関する雑談

Topic:工学＞モーター等電力を使った機械にかんする雑談

主な著者：　おそらく堀江伸一　（彼は、このページの過去の版の投稿者。）（この冒頭箇所に著者名を記述した投稿者は別人。）

コンデンサコイルガン

コンデンサとコイルガンのいいとこどりな兵器。コンデンサは、砲身の周りで電子を何度も高速回転させることで磁力を生み出し弾を高速で発射する。つまり電子が砲身の周りを高速で回りさえすれば何でも良いのである。つまりコイル以外の全てが使えると言える。良い選択肢とはなんだろうか？

簡単である。まずは、砲身の周りに縦長なコンデンサを埋め込む。図を見て欲しい、赤と青の板がコンデンサを表現している、模式図なので枚数は適当だが、分かりやすい絵にしたつもりである。赤の矢印が砲身の回転方向、矢印は電子の向きを表す。

この状態ではコンデンサは2種類選択することが出来る。コンデンサの間を電子が行き来し電流が振幅する場合と、一方通行の放電を繰り返す場合である。

前者の場合にしろ後者の場合にしろ砲身を高速回転させることでコイルガンの弾が高速で発射できる。

前者の場合。

前者の場合、コンデンサの間を電子が行き来するとき、飛び出た電子が反対側のコンデンサにたどり着こうとする。回転方向に電子が飛び出せば、砲身が高速で回転しているため、電子が中々板に追いつけず、砲身の周りを電子が高速回転することになる。もし、電子の向きが砲身の回転と逆向きの場合、反対側のコンデンサの板がすぐに電子を受け止める。

砲身と電子の回転の向きが同じ場合、長時間電子が加速され、逆向きでは電場の強さ分しか加速しない。よって、砲身全体は高速で回転する電子に包まれることとなる。

と思うのだけど、何か見落としがある気もする。

より分かりやすい解説。

まずコイルガンの砲身を縦長な真ん中に穴の開いた円柱ケーキと見る。この砲身ケーキを普通にケーキを分けるように極薄に均等に切りわけ、切り分けた各部をコンデンサ、絶縁体、コンデンサ、、、、と言う順番に決定しこれを元の穴あき円柱の形に戻す。コンデンサに電気を溜め込んだら、後は砲身を高速回転。回転数が上がった状況で、コンデンサコイルガンより物質を発射すると高速発射が可能。

選択肢1　コンデンサの隙間を電子が移動するとき、高速回転しているコンデンサ板を電子が追いかけ追いつけないことで、隙間に電子が溜まり電子自体の速度が上がる可能性
選択肢2　コンデンサの隙間を空白とするかなにかの物質で満たすべきか
選択肢3　コンデンサを構成する2枚の板の成す角度とコンデンサの取り付け角度をどうすべきか

選択肢4　コンデンサの隙間を電子が行き来する場合、砲身が安定して同じ回転角で回転していることはなにか寄与するのか？
可能性一、回転は何も寄与せず電子の加速度の変化のみが意味を持つので意味がない。
可能性二、回転による瞬間的なコンデンサ内の回転は投射体の加速に寄与する

選択肢5　もし選択肢１や可能性２が意味を持つなら、この電子の加速装置にコンデンサ以外のものを使うべきか？

コイルガンの発射速度高速化

コイルガンの砲身に電流を還流させるための装備一式を埋め込み、コイルガン砲身に電流を流しながらそれと同時にコイルガンの入った砲身全体を高速回転することで砲身内部の磁力を上げ、発射速度を上げる。同ページ下にある案２の一層構造と言う、下記改良コイルガンに内包されたアイディアだが特別に分離しここに記述した。この場合螺旋の角度は一般のコイルガンと同じとする。

コイルガンを高速回転しながら外から電気を供給できるなら、外から電気を流し砲身を高速回転しても良い。

コイルガン

電力を使った道具にかんする雑談

雑談可能性の目はあるが現実的かどうかが不明なアイディア一覧。専門家のご意見もとめてます。

レールガンでミニレールガンを加速し、ミニミニレールガンを加速し、入れ子構造にするアイディア（レールガンの多段ロケット）
レールガンの入れ子構造とする
各レールガンは薄く作り発射方向に電流を流す縦電流と、推進方向と直交する方向に電流を流す横電流の2種類を切り替えることが出来る
各レールガンをRi(iは実数とする)とする。
Ri+1が横電流でＲｉが縦電流をながすなどのように、発射シーケンス中に電流の向きを切り替えて各レールガンを加速していく
各レールガンにはコンデンサを内蔵し抵抗で下がった電流を補充する？（これは抵抗になるかも）
コンデンサから流れる電流は、レールガン入れ子構造の内から外へと、逆に外から内とどちら向きに電流が流れても加速に非常に効率よく寄与するはず？

追記

-普通に上が開いた断面がＣの字型もしくはH字型のレールガンの入れ子構造としても良いかもしれない、一番奥のレールガンだけが弾を発射し、Ｃの字の底には横電流がながれ側面には縦電流が流れるとする。図準備中

追記2

初期案どおり単純にレールガンの多段ロケットとしても良いかもしれない？ 1段目レールガンを加速させている間、2段目以降一段目に固定されており回路に電力を蓄えている。一段目の加速が限界に近づくと同時に、2段目だけをパージし2段目を1段目の上で加速、1段目との反作用で加速する。 1段目にはブレーキがかかり、2段目は加速してジュール熱を回避できる。３，４，５と必要なだけ行い、同じプロセスでN段加速を行う、N＞＝1とする。

追記3

初期案改善案、単純にレールガンの同時加速？最初から全段パージで加速を行う。同じプロセスでN段加速を行う、N＞＝1とする。

レールガンＩｎレールガンアイディア２

茶缶のような形をした、筒状レールガン表面に４５度角度で螺旋階段のようにコイルをはわす。これをサイズを変えてレールガンを大量に作り、レールガンの入れ子構造にする。外から数えて奇数版目の筒には逆回転でコイルを這わせたレールガンを、偶数には回転方向そのままの電流を流す。そして各筒の側面には円形コンデンサを用いて側面壁とし、各コンデンサからコイルに一気に電流を流せば超加速のレールガンが作れる？問題は螺旋の角度、他の角度のほうがよさそう？例えば、筒の螺旋は全部同じ向きに巻いたほうが良いだろうか？

案２

1　筒の側面コンデンサ、これが発射方向と垂直に電流が流れるとき、この垂直方向の電流をどうやって効率の良い推進に変換するかだよな。
2　筒と筒の隙間をコンデンサに見立て、これを推進に使う方法が無いものだろうか、特に筒間での電力の受け渡しが出来れば効率ＵＰが期待できる？
3　どの筒も発射方向へ前進するか後退するか回転するかの3択を組み合わせたものを要求されるけど。効率のいい前進後退回転の組み合わせって何だろう？
4　コンデンサの電流を開放する順番をよく考えれば効率が上がるはず。
5　内側の弾になる部分と筒同士が融解して最終的に大質量として発射できる可能性がある
6 コイルを45度で這わせると、コイルを流れる電子のスピンは筒の上と下両方に影響を及ぼし加速を生み出してしまう、これを解決するに筒の下か上かどちらかが非対称に加熱することで推進の力積が打ち消しあわなくなる、はず？
7　案2　砲身と玉の両方に斜めの溝を掘りそこにコイルを這わせる。溝を斜めに掘って加速にかかわる以外の磁力がさえぎられるように砲身を作る？

案3

レールガンやコイルガンの砲身と弾を別々に回転させる案。発射方向と、推進力の発生する弾各部で発生する加速にかかわるベクトルとの成す角があまり大きくならないようにしてから、砲身と弾を回転させると回転運動も多少は加速に寄与するはず？問題は投入したエネルギーをどう配分して弾を加速するかということになる。

最後に

投入したエネルギーが、電流になってほかに影響を与える相互作用を起こすか、運動エネルギーになるか、熱として失われるかまでの、エントロピーとエネルギーが上から下へ流れるフローを改良できるかが問題。このような考察が原理的に言って無意味なのかも問題となる。エネルギーの流れが熱に落ちてしまう部分と運動が打ち消しあう部分と電気の抵抗になって失われる部分を回避できるフローを作り出したいわけだ僕は。