多段式コイルガン

単段式コイルガンは、速度や効率に限界がありますです。そこで、コイルを複数並べて順番に加速するのが、多段式コイルガンです。
多段式コイルガンでは、理論上何段にもすることができ、制限速度も理論上は「光速の99.99999......99%」です。まあ、実現は無理です。
ちなみに、今回のコイルガンで1.8gの飛翔体を、光速の99.9999999999.....9%（ほぼ30万km/s）まで加速するには、効率2％として、最低でも76704545454546段必要です。入力エネルギーでは、最低でも4050TJ（4050000000000000J）です。ただ、光速に近づくほど質量が増すので、これよりも数が多くなる事は間違いありません。
ロケットの仕組みと似てる気がします。ロケットは、一段の巨大なものでなく、小さいものを四段ほどにしています。
と言う訳で、早速制作です。Raldのコイルガンプロジェクトも、そろそろ大詰めです。（多分終わらないでしょうけど……）
今回の目標は、アルミ缶両面貫通です。

多段式コイルガンの仕組み

多段式コイルガンは、コイルの手前に飛翔体が来た瞬間に、スイッチングさせる必要があります。そうでなければ加速できませんし、タイミングが悪いと逆に減速させてしまいます。と言う訳で、機械式のスイッチでは不可能です。
そこで、ふたつの方法があります。メジャーな方からどうぞ。

光センサー:アナログ方式

これは、どんな材質でもどんな長さでもどんな太さでも、きちんと検出してくれる方式です。
一般的には、赤外線やレーザーなどを使って飛翔体がないときは、これらを受光。弾が来たら光をさえぎるようにします。
この時、回路は、トランジスタと抵抗その他だけを利用したアナログ回路を用います。
ですが、赤外線は目に見えないので調整が大変だったり、光学部品が高かったり（レーザーは500円程度）、下手したら日光で誤作動します。
ちなみに、今回ボクが採用したのはこちらです。赤外線アナログ方式です。

光センサー:デジタル方式

これは、検出の回路を、マイコンなどのデジタルな回路に変えた物です。
比較的調整が簡単だと思われます。が、マイコン自体高いので、アナログ方式の方が楽でしょう。

制作

やっぱり、ただ理論を立てるだけじゃなくて、実際に作ってぶっ放します。もうお決まりのパターンですね。（何
今回は、赤外線センサー方式で組み立てたいと思います。

センサー部

・フォトトランジスタ　TPS601A
・赤外線ダイオード　TLN101
・NPNトランジスタ　2SC1815

・抵抗　1KΩ,51Ω
フォトトランジスタ、赤外線ダイオードは、高い部品です。ひとつ200円ほどです。今回は、これらを使ってセンサー部を作ります。センサー部は、多段式コイルガンの心臓部と言っても過言ではありません。（その割には、電流値とかがテキトーな気がしますが、気にしたら負けです）

回路図はこんな感じです。

いろいろ調査した結果、抵抗1が1KΩ、2が51Ωで動作することがわかりました。ここは、可変抵抗などを使ってもう少し調整した方がいいかもしれません。
それにしても、おそろしく単純な回路ですw 超アナログ回路ですが、それを気にするのは「禁則事項です♪」ので、気にしないように（笑）

コイル部

今回は、テーピングなどで固定すると上手く検出できないので、うすいポリカーボネートの板（元DVDとも言う）で作ります。
それで、こんな感じです。

検出回路、赤外線ダイオードの固定はストローを使い、こんな感じで設置します。

本当は遮光した方がいいかも知れませんが、一応検出します。
高輝度発光ダイオードと、光電セルを利用するときは、暗くした方がいいです。
今回も、トライアックはBTA41-600、高速ダイオードにはER504を使用します。

試射

はい、試射です。まずは、二段式としましょう。念のために言っておくと、光学検出部がひとつって意味です。

一段目は、まだできていないし、もう少し検討してから作りたいので、コイルガン戦車「怜奈」です。コンデンサバンクは、すべての段で怜奈と同じ52.8Jです。
というか、もう発射ぁ！

相手はアルミボトルです。見事貫通??ギリギリしてませんね。まあ、アルミ缶・アルミボトルを貫通するには1J（運動エネルギー）程あればいいはずなので、上出来でしょうw
入力エネルギーが総計105.6Jで、缶の様子を見ると運動エネルギーは1.5Jほど出てるので、効率1.4%です……
まあ、怜奈は約1%なので、効率がアップしたことにしておきませう。

ついでに、ダンボール箱に撃ってみたところ、怜奈なら刺さるだけの物が貫通いたしました。
適当に決めたセンサーの位置でしたが、この威力なら問題ないでしょう。

同じように、三段目も作ります。総エネルギーは158.4Jです。理論上、空き缶の両面を貫通します。
二段だけの時と変わったのは、赤外線ダイオードを一つの基盤にはんだ付けしたところです。

今回、検出側は、基盤を一つにまとめていません。もし不具合が発生した時に、交換できるようにしたためです。

射撃

やっぱり撃ちます。あきるまで撃ちまくります。
やっぱり、目標は空き缶です。

はい、見事に両面貫通です♪
内側から缶がめくれているので、間違いありません。
ちなみに、普段怜奈の射撃に使用している、発泡スチロールに撃ってみましたが、フツーに貫通しましたw

「使い捨てカメラで空き缶を貫通させる」………そんな夢がようやく叶いました。

次は、缶の底に撃ってみます。

ささってます。
なんか、妙に興奮して、頭がアヒャ（゜∀゜）ってます。

結果に関して

これはもう、個人的には満足な結果になりました。
コイルガンを作りはじめたころからの憧れだった、「アルミ缶貫通」が成し遂げられたからです。それに、光センサーを使うのも作るのも初めてで、上手く動作してくれたからです。
ただ、このコイルガンだけで満足するのではなく、もっと高性能なものを目指したいです。
他の方が作られているコイルガンは、もっと高威力です。アルミ缶貫通なんて当たり前です……

と言うか、この実験のために何本コーラーを飲んだことか……依存症になってるかもしれません……
さて、このコイルガン、何に使いましょうかねぇ……？　このサイトでコイルガンの活用と言えば、やっぱり……

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