【電磁砲】レールガンの仕組みを解説【自衛隊】
【書き起こし】【電磁砲】レールガンの仕組みを解説【自衛隊】
(00:01) [音楽] みなさんこんにちはメカのロマンを探求 する会今回のお題はこれ 超電磁砲の仕組み 防衛省が超電磁砲の兵器としての実用化に 向けて2022年度の予算案に65億円を 計上し本格的な開発が始まると報道された のご存知の方も多いと思います 防衛装備庁が2020年に作詞たレール ガンは写真のようなものになります レールガンは本体に電磁加速装置と名前が ついているように源氏気力によって正体を 飛ばそうという方です 現代の武器兵器として欠かせないのが 銃や大砲ですよね これらはほぼ100% 火薬の力を使って店を飛ばしていて700 年以上の長い歴史がある信頼と実績の武器 といえます これを覆すようなレールガンは一体どの ような仕組みなのでしょうか
(01:05) ということで今回は電磁砲主であるレール ガンについて調べてきましたのでご紹介し たいと思います一見複雑そうに見えて実は 中学校の理科で説明がつく面白い技術です 球は速くで飛ばすのが常識だった 21世紀のこの世界 ミサイル全盛期かと思いきや今でも銃や 大砲は大切です 開校を使ってトマを飛ばすというのは機嫌 がいつかわからないくらい古い技術で 1200年代には実戦で運用されていた ようです ワールさあ p 38問戦艦大和の主砲も 89式小銃も改悪で玉を飛ばすという システムは同じです 火薬で玉を飛ばすとは言っても一体どの ような仕組みなのでしょうか まずはここから軽くお話ししておきます 中の基本的な構造は片側が閉じているつの 中に玉と早くを詰めます そして何らかの方法で火薬に点火し 火薬が燃焼して生み出す熱でコーンの燃焼 ガスを作り出します
(02:09) なお火薬というのは燃料と酸化剤のどちら もが含まれているので外から酸素を供給し なくてもちゃんと燃えてくれますロケット が深紅の家を飛べるのと同じ理由ですね 機体は温度が高くなれば体積が増えようと するので魂の後ろの圧力が高まり 魂はガスによってつの外に押し出されます 電事法とは 従来の火薬による砲弾の発射とは全く別の 方法で玉を加速させる方法が現状です めちゃくちゃ雑入とフィギアモーターカー のような原理で砲弾を飛ばします 電磁砲にはレールガンとコイルガンという 2種類のタイプがあります これらはカット聞いただけでは同じものの ように感じてしまいますが実は構造が全く 異なります 今回はより実用化に近いレールガンについ てお話ししていきます 超電磁砲の仕組み レールガンは2本のレールにお尻の部分が 電興当初な構造した砲弾を橋渡しするよう な形で準備してこの2本のレールの間に
(03:15) 大きな電流を流し源氏気力で弾を飛ばし ます たったこれだけの構造で砲弾を飛ばせると いうのが驚きですよね 大がかりな電源こそ必要ですが本体の最小 構成パーツは2種類 3個のパーツだけです あまりに単純な構造すぎて逆に不思議なの ですが実は砲弾を飛ばす幻影自体も意外と シンプルで基本的な原理だけなら中学校で 習う理科の知識で十分説明が可能です [音楽] 中学校の理科の授業で導線に電流を流すと 磁界が発生する 次回を横切る導線に電流を流すと力が働く というのを教えてもらったかと思います レールガンはまさにこれを利用した方と なります 1本のまっすぐな動線を擁して画面右手前 から左を湖に向かって電流を流すと右ネジ の法則に従い青い線のような磁界が発生し ます 右手の親指をどう線に平行にしつつ 右手で優しく握ってあげた時他の4本の指
(04:22) が向いている方向にグルーくる磁界が発生 します この動線を a とします どうせ家も横に平行に銅線 b を配置し ます このように a による磁界が存在する 状態で b にも電流を流すとどうなるの でしょうか ただし連流の向きは逆にしておきます ここで出てくるのがフレミングの左手の 法則です 中指が電流の向きを人差し指が時速の向き 親指が力の向きでしたよね 3つの要素のうち2つの方法が決まれば3 つ目の方向が定まります 今回は電流の向きと磁界の向きがわかって いるので力の向きを求められます この平行な動線 a と b に流す電流 お互いに逆に向けた場合を考えます 絵はさっきと同じく時計回りの磁界を発生 させています この次回は円を描くのですが b と触れ ている部分だけを見れば画面左下の左手の 磁界の向きと一致しています
(05:26) というか一致するように配置してあります 斜めにはなっていますがだいたい左から右 ですね 同じく電流の向きもそろえてあります となると b の同戦には左手の親指の 方向に力がかかります上向きですよね これはつまり a の導線から離れようと します 一方の a 自身も b の時間によって 力を受けるので同じく b から離れよう としますだからお互いが離れようとする力 が働いています プレ民具の左手の法則云々はともかく 平行な動線に逆向きの電流が流れると同船 にはお互いが離れる4に動かす力が働く これさえわかっていればもう超電磁砲の 仕組みの9割くらいは理解しているという ことになります これを踏まえて伝世はドーナツ形状にし ます こういう風な輪っか状態の動線に電気を 流すとどの点を見ても向かい合う先導しに は逆向きの電流が流れています だからさっきの平行な動線の話を応用すれ
(06:32) ば 全部の箇所に反発力が働くことがわかると 思います 前週にわたり外側に向かって反発力が働く ということはこの同線の輪っか全体が外側 に膨らもうとします もちろんマム海外からの影響も受けます 同線の円周上のどこからも円の中心を上 から下に貫く回転の子会が生まれますから それらが合わさって磁束密度の大きい次回 となって塩を上から下に貫き 外側をふわっと回って帰ってくるような 流れができます 次回の中の電線が受ける力ローレンツ力は 磁束密度のより高い上から主体の流れの 影響を強く受けます 輪っかの外盤は下から上の二階があります が密度が低いですよね だから内側流れが外側の影響に打ち勝ち ストバーに膨らむ力が働きます ところが同線は液体金属とか超弱い材質で ない限り引張荷重に耐えるためちぎれる
(07:36) ことありません ここで一部分だけ 連流が流れつつ動けるような構造であった 場合どうなるでしょうか 輪っか全体が膨らもうとしているのでその 可動部分の摩擦がその力に耐えきれない 場合外側に移動します れる元はこの原理を利用して弾を飛ばし ます レールガンは2本のレールにお尻の部分が 電気を通すような構造した砲弾を橋渡し するような形で準備してこの2本のレール の間に大きな電流を流し レンジ気力でたを飛ばすと言いました この砲弾のお尻の部分は林記者 アーマチュアと呼ばれますモーターの構造 で出てくる単語ですね レールが創る会時の二回とも相互作用に よって電気エネルギーを運動エネルギーに 変換する者をいいます 一部が可動部分となったドーナツ状の コイルをそのまま四角く変形させれば 超電磁砲の完成です う笑顔のれる電気しした小川のレールに よって形状は長方形であるものの霧的な
(08:43) 動線の輪っかができますよね この輪っかに強力な電流を流してあげれば このルート全体が外側に膨らむを落とし ます ところが上下のレールについては固定され ているため動くことができません 一方の電気氏はレールに接触しているだけ なので抑えるものがなく力が加わると どんどん外側画面右側に移動していきます 電機子には真向かいがいなくなりますが それでも長方形の中あを上から下に貫く 次回をつくりだしますし この内側の利息密度が高いことも変わり ません このようにレールガンはとてもシンプルな 構造していてループになっている金属に練 気を流すことによって砲弾を飛ばすことが できます この写真は防衛装備庁が試作したレールな んです幻騎士と呼ばれている部分に元気が 流れて力を発生させます その先に実際に飛んで行く正体が取り付い ています発射された後男子んが切り離され て目標まで飛んでいきます
(09:48) レールガンは通す売れるのか 2022年に防衛省がレールガンを本格的 に開発するというニュースが流れました 主な目的は中国とかロシアとか北朝鮮が 開発している極超音速ミサイルの迎撃を 目論んでいるようです 極超音速ミサイルは文字通り極超音速で 飛来します極超音速というのはマッハ5 つまり音の速度の5倍これ以上を指します なおマハゼロから0.8 or 音速 マッハ1からまあハグを超音速と言って ソクと安息が混ざっているような 状態を線遅く飛んでいます 敵の地上施設や艦船を狙う大がとも ミサイルには2種類あります 巡航ミサイルと弾道ミサイルです 巡航ミサイルは雑いえば爆弾を積んだ無人 飛行機で ジョー距離飛行するために強くとジェット エンジンを持っているというのが基本的な スタイルですね 飛行機なので切り離された弾頭が落下して
(10:51) くるだけの弾道ミサイルと比較して命中 精度が高くさらに軌道変更するのも比較的 容易です おまけにアンカーというメリットがあり ます長期の戦争で大事なのはお金と工業力 なので安いというのは大きな長所ですんで も従来の巡航ミサイルはスピードが速く なくアン遅くが寄付んです 普通のジェットる画期と同じような構成 ですからね だから撃ち落とされる確率も高くなります この点弾道ミサイルは6制御であるものの マッハ号以上のスピードで落下してくる ため迎撃はされづらいと言えます ところが極超音速ミサイルは弾道ミサイル のようにスピードが速く巡航ミサイルの ように制御できるという特徴を持ってい ますだからこれを発射されると迎撃が 難しいんです なお極超音速ミサイルの中でも暖冬に エンジンを積まない滑空ミサイルがあって こちらは弾道ミサイルに比較的近いもの ですこれらを迎撃するために霊夢元を
(11:55) 使おうという計画が我が国で住んでいると いうことです これを踏まえてレールガンは従来の 見せ合えるや火薬を使う方に対してどの ようなアドバンテージがあるのかを見て いきます これは主に4つの点が挙げられます 砲弾の初速が速い 砲弾の初速を選べる 探知および撃墜されづらい 連射できる 砲弾の方向初速が速い レールガンは従来の回復を使うタイプより も高速で砲弾を打ち出せます 戦車砲が1800m パー s 程度で あるのに対して well 側に線 メーターパーツ水上の速度で飛ばすことが できます 弾の速度が速いということは目標に到達 するまでの時間が短くなるのはもちろん 砲弾が持つ運動エネルギーは速度の2乗に 比例するのでトマが早いということは射程 距離も長くなり使い勝手が向上しますまた 威力も強力になります 砲弾の初速を選べる
(12:58) 従来の弾薬は基本的に火薬と砲弾がセット になっていますだから打つ瞬間になって 覇者速度を調整することはできません ところがレールガンはモーターみたいな ものですから 与える電圧を変化させて電源を22時って あれば好きな速度で砲弾を飛ばすことが できます [音楽] 砲弾を加速する力は電流の2乗に比例し ますこれは電流を2倍にするとレールの 次回が2羽になってそれを受ける砲弾の二 回も2倍になるため 掛け算されて4番になりますただ例えば 同じ首相の超電磁砲で供給電流を2倍にし て砲弾に与えるね木を4倍にしようとした 場合単純にオームの法則をそのまま適用 すれば 電圧を倍にする必要があります 電圧を2倍にしてやっと電流が2倍になる ので結局電力は元の4倍必要っていうこと になりますね 単調および撃墜されづらい これはミサイルに比べて超電磁砲の砲弾が 小さいため
(14:02) 探知と撃墜がされづらくなります 連射できるレールガンは連射が得意だと 言われています なんで連射が可能なのかについては調べ きれなかったのですが推測してみます レールガンの連射が可能といわれるのは おそらく冷却だと思います超電磁砲も後に 得てくるように別の問題があるのですが 従来の火薬を使った方とは問題点が異なり ます 従来のか方は弾を撃つ事に方針が加熱さ れるため 方針自体の強度が低下します 高い圧力に耐えなければならないのでこれ では困りますよね だから冷却や休憩が必要です さらに熱い状態で砲弾を込めるとその熱で 火薬が暴発してしまいます レールガンは砲弾を加速させる仕組み自体 が違うのでこういう問題は起こりません ミサイル現役のためにはミサイルを迎撃 するには砲弾の所属が早いと連射できると いうのが重要ではないかと個人的には感じ
(15:07) ています特に初速についてはこれが優秀な だけで法としてのあらゆる性能が向上し ますよね 兵器としての実用化までにはどんな壁が あるのか 超電磁砲の開発が本格的に始まったのは いいのですが 実用化するにあたりどんな問題点があるの でしょうか 主には2点あって高温への対応と電源の 確保です レールガンは与えられたエネルギーの多く を熱に変換し またそのエネルギーは電力として供給さ れるのでコーンへの対応と電源の確保と いう問題が出てきます 高温への対応 レールガンはとても大きな熱を発生します 従来の迫撃砲や戦車砲も火薬を燃やすわけ ですから別が出るのは当たり前なのですが ベイルがにおいては別の意味で熱に厳しく なります 抵抗がゼロではない金属に電流が流れると 熱が発生しその発熱量は天龍の2乗に比例 します
(16:10) これをジュール熱といって電気毛布とか 炊飯器とか日常生活のありとあらゆる場面 で活用されている現象です 超電磁砲においてはこの発熱はしてほしく ありませんが超伝導状態でない限り電気 抵抗があるのでどうしてもリアルや砲弾 からも熱が出ますそれも金属が蒸発する レベルの熱なんです この熱によってどんな良くないことが 起こるのかというと耐久性の低下と初速の って成果です 物質は大きいエネルギーが与えられると どんどん柔らかくなります カチカチの答えから流動性のある役ちゃん になりさらに分子が暴れもあるキターに なりますよね 超電磁砲のレールに大きな熱が加わると レールは硬さがなくなるどころか一部が 蒸発してしまいます こうやって超電磁砲のレールはどんどん エロージョンが住んでいきます エロージョンというのは物理的な作用に よる浸食ですね リーダー単語にコロージョンがありますが こちらは科学的な作用が原因でいわゆる二
(17:15) 色です 別による問題は声だけではありません レールが来たになったとしてもまだレール を構成している原子は原子として残ってい て原子核の周りにちゃんと電子が元割つい ています この状態からさらに温度を上げるとどう なるでしょうか あまりに加熱されると今度は原子核の まわりにいた電子が分離してしまいます この状態をプラズマといます 要は機体が電離している状態ですね 答え液体気体の3体に次ぐ第4の状態です 答えの金属は充電しがあるために電子の 流れである電流が流れますがプラズマの中 はあたかも金属の内部のように自由電子が 飛び回っているので期待のようであり ながら 便利を流します 超電磁砲においてはこのプラズマが弾速の 工場の所外をします レールがの内部はレールから砲弾に電流を 流し またレールに戻ってくるようなループを
(18:18) 形成して源氏力によって砲弾を飛ばす 仕組みです ここに電気を流すプラズマが現れると本来 なら電気所通ってくれるはずの電流が プラズマをバイパスとして使ってしまい 電気しねえられるはずの電流が目減りし ます これが電気しの加速を阻害し ダンソクの上昇が鈍ってしまいます 与えられた電流の2乗に比例して放談会 加速するエネルギーが加わるはずなのに プラズマの発生によって制限がかかります さらに弾測定かに多い家をかけるのが 速度表皮効果です これは電気しが移動するとレールや砲弾を 流れる電流が摺動部分の表面近くによって くる現象です 本来であれば当選トンエールレアリア電気 市の内部を均一に電流が流れるのがベスト です ところがレールガンは摺動部分革の表面 近傍に電流が偏ってしまい それによってその表面のみが以上に加熱さ れてしまうという現象が起こります
(19:23) レールガンはレールを滑るように電機子が 移動していきます この時レールと電気の摺動部分が移動する につれて レールには新規に電流が流れる部分が開拓 されていきます 源流が流れ始めるということは新たに磁界 が発生します 次回が新たに発生するつまり変化すると いうことはそれを妨げようとする電流が 発生します こういうに急に磁石の n 極を近づける とコイルに近い部分が n 極になって 反発ショートするのと原理は同じです この電流によってレールい流れる電流は 電気種付近で表面に向かって追いやられて いきます なぜこうなるのかについては well 元 の資料からは理由を確認できなかったの ですが一般的な現象から推測するにこの ようにあります 次回の変化を妨げる電流なのですが電流な ので一方通行ではダメでぐるぐる回るよう な流れになります これを渦電流と言います 仏電流は同線の家がは確かに突入してきた
(20:30) 電流に抵抗して逆向きに流れようとします が回転しているため外側ではなんとやって きた電流を助けますだから電流は同線の 表面により多く流れ 内側はあまり通りません こういう現象を表皮効果と言います これでは本来なら十分な動線の断面積が あったとしても電気し皮の表面に集中して 電流が流れてしまい 実質的に細くなってしまったかのように 振る舞います レールガンはレールに大電流が流れるん でしたよね ただへ再熱が発生しやすいのに技術的な 電気の通り道が細くなるとますます熱が 発生しやすくなりますだからレールや電機 子が気化したりプラズマ化するのを助長し ます この速度表皮効果は元気種の移動速度が 速くなればなるほど強く表れるという厄介 な現象です レールガンは本来であればものすごい高速 で砲弾を飛ばせるはずなのに源流が流れる ことによるジュール熱によってエールや
(21:36) 電機子が効かやプラズマ化してしまい 左側に限界がきます さらに速度表皮効果がこの問題を増幅する という課題があります ところが朗報もあります 陸上装備研究書ではレールガンの研究を 進めており平和に年度には口径40mm の 試作品が完成 弾丸速度秒速2000メートルを超える 射撃を実現しています 中略レールガンは大きな電流を流すことで その分高い弾丸速度で射撃できますが一方 でレールにエロージョンと呼ばれる摩耗が 大きく発生してしまいます過去の超電磁砲 研究ではこのエロージョンが方針の寿命に 影響を与える要因となっていましたが現在 はエロージョンをおおよそ克服し装備品へ の展望が開けてきました との記述がありますのでエロージョンに ついては大丈夫そうですし方向初速につい ては2000メーターパーツ以上確保 できるということで良しとしているのかな
(22:41) といった印象です 大電力をどう入手するのか レールガンは大電力をしかも瞬間的に消費 するので電池発電機単体では賄いきれませ んだから電気を電気のまま蓄える キャパシタを利用します キャパシタは宮駅な充放電が可能な部品と いうだけで自ら電気を生み出すことができ ないため 何かしらの方法で充電する必要がありその ために発電設備を別に配備しなければなり ません それがどの程度であるのか分身ラインの 記事から引用します現在地上実験において は数台の大型車にコンデンサを搭載して 展開しなければならずこの小型化が課題 ですまた大発電量も必要としており将来的 に超電磁砲を搭載すると言われている図6 ボルト級ミサイル駆逐艦は最大80 mw 近い発電能力がありますがそれでも最大2 問の装備が限度といわれていますそれだけ の電力を発射の際にいったんコンデンサ
(23:47) バンクバッテリーのようなものにため一気 に射出するのですがこのコンテンツあ バンクも巨大なものにならざるを得ません 80 mw デニムということは1問 あたり40 mw 必要とします この中のずノールと級ミサイル駆逐艦は 複数の発電機を積んでいますが mt 30というターボシャフトエンジン で動かす発電機がメインです この発電機は1台35メガワットの電力を 乱しますこれに団にプラスして5型の ターボシャフトエンジンも積んでいて 合わせて80 mw ということらしい です 実はこの mt 30というエンジン ロールスロイスのトレント800の兄弟な んです トレント800はボーイング7dm 7dm 7に搭載されているエンジンなので 超電磁砲運用するためにいかに大きな動力 が必要かがわかります 小さな発電機でも時間をかけてキャパシタ を充電すれば発射すること自体は可能だと 思いますが
(24:51) 今度は時間がかかりすぎて連写できなく なります キャパシタの塊である今連鎖バンクは大 防衛装備庁の試作超電磁砲の場合このよう なものになります サイズは20フィートコンテナ3台なので 大層な設備になってしまいますね しかもこれは発電機能を持っていないと 思われるのでベッド発電機かコンセントが 必要です しかも光景が小さめのしさっきでこの規模 なので実際に運用するレベルでの電力供給 となると相当巨大なものとなりそうです このようにまだまだ問題点があり試作段階 ではありますがレールガンは実用化に向け て着々と開発が進んでいるようです 据え置き型なら電源の問題は何とかなり そうな気もします 嬉しいことに日本という国は大変持ててい て周辺国は日本の土地に興味がある国 ばかりのようなので ミサイル迎撃システムの拡充は必須と言え ますよね ということで今回もご視聴ありがとう
(25:54) ございました このチャンネルでは今後につながる動画の ネタも募集しています 何かリクエストがあればコメント欄にお 願いしますそれではバイバイ
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