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ロケット開発なのだっ! 

長らく更新しなかったことを深くお詫b\感謝!陳謝!十六夜!/申し上げます。
えーーはい。最近頭がアレなんで。
後輩から「先輩の頭はおかしい」と度々言われているのですが、元からなのでどうも。

近況報告です!
先日(といっても何ヶ月も前)あったこれらのイベントで自分個人の研究が以下の賞をいただきました。
長崎県研究発表大会(物理部門) 最優秀賞

九州科学研究発表大会(物理部門) 最優秀賞
とりあえず長崎県の代表として全国大会に行くことが決定しました!
というか一人だけで研究発表をしてたのが自分だけで、ぶっちゃけ寂しかった・・・
大会開催側も複数人数による発表を前提にしていたらしく、スライド送りと発表の場所が別々だったりと鬼畜設定。自分のためにわざわざ無線のスライド送り装置を貸してもらった。

IMG_3011.jpg

ちなみに★
このトロフィーを学校の朝礼で渡された時、最初の賞状を校長先生が渡し終え、次にトロフィーを渡して貰えると思いきや、、、何故かトロフィーを順番が次だったサッカー部に渡そうとした。
すると朝礼の司会の先生が割って入ってきて、「これ科学部のですよ!」と。

どうせ「科学部だからこんなトロフィーもらえるわけがない」とでも思ったのか?

本気を出した結果がこれだよ!

IMG_0823.jpg

研究用風車のほうは計測機器をすべてアナログ信号に切り替えるために一時的に撤去してます。以前までは以下のような観測方法だったのですが、
【風速・風車出力】アナログ信号→→(データロガーで記録)
【風向】     デジタル信号→→(マイコンを通してパソコンに記録)

このデジタル信号があるがために計測機器を置きっぱなしにできない!
さすがに外にパソコン置きっぱなしにするわけにも行かないし。
ということでこれまでロータリーエンコーダー(アブソリュート)で記録していた風向を、思い切って赤外線を下の画像の色が入った透明板(自作)に照射して、反対側でセンサーで赤外線を受け取る・・・というものに切り替えました。
circle_edited-1.jpg
本体はコチラ↓
IMG_2480.jpg
まあ、全部アナログ信号になったのでやっと観測機器を放置プレイできる!
受験生にやさしい!(それ以前に勉強しろ

ちなみにあたらしい風速計を作った!
あと、長崎大学で風洞実験してきた!
やっぱり大学の風洞はいいね・・落ち着く。
ちなみに自分の風洞のほうが最高風速が高い。(大学30m/s・自分の32m/s)どやっ!
ピトー管で正確に風速を計測しつつ風速計の出力をチェック。
ここで自分の風速計が狂っていることが発覚。買い替え決定!
なんと1.2m/sくらいずれてた。
IMG_0666.jpg

↓風車のかっこいい写真(働かない写真班撮影)
IMG_0812.jpg

風車のすぐ下においてる観測機器です。
発泡スチロールの箱の中にフロート構造で計器箱が入ってます。
未だに水が侵入したことがない(ドヤッ
IMG_0805.jpg

で、本題です。
今度の文化祭で科学部が
モデルロケット打ち上げ
空撮バルーン
実験コーナー

をすることになりました。予算もばっちり取得!

自分は地味にモデルロケット発射従事者ライセンス3級をもっているので、ロケットをやることになりました。

・・・ということでロケットの発射台を作ることになったのですが、ちょうどこの頃に北朝鮮のミサイル発射とPAC3部隊の展開の騒ぎがあり・・・・その・・インスパイヤされて・・

こうなった

IMG_1011.jpg

前から

IMG_2475.jpg

なんかPAC3っぽくない?
すごく珍しい発射方式である「ガントリータワーランチャー式」を採用。
スペックは以下のとおり

名前:PACマン3
装弾数:4
垂直射程:320m(C型エンジン使用時)80m(A型エンジン使用時)
連射速度:4発/s
重量:40kg

個人的には自動で発射方向・発射角度の調整ができるようにして、遠隔操作したかったけど、時間が足りず。
IMG_2469.jpg

このレールにそってロケットが高速で打ち出されるというわけです。
うーん・・・やっぱり管から発射されるロケットはいいな!ロマンだ!

当日は精密な風速観測・上空風速観測(空撮バルーンに風速計をつけて)による精密な弾道予想が可能!もとから風関係の研究をしているのでこういうことには強いです。

ちなみにこれが↓失敗作。

IMG_3078w.jpg
ロケットの幅に合わせてレールを調節できるようにした結果、レールがぐらぐらに。
結局、一番ノーマルな24mmに合わせて固定しました。

ロケット自体の飛行テストの様子↓
名称未設定 1
発射管が15cmだったので、このあとロケットの羽根の寸法を小さいものに変更。
本番で使う5基(予備1基)は三倍速になるように真っ赤に塗る予定。
IMG_2866.jpg
ちなみに問題の発射場所がこれ↑
傾斜30°のけっこうきつい斜面。しかもロケットを落とせる範囲が斜面だけ。
(40m×100mくらい)
発射場所も科学部お得意の土木技術で完全に水平な発射台を設置。
場所が狭い・精密な発射が必要・・・なのに4発以上発射してほしいとの要望が・・
そういう厳しい環境で正確に発射を行うためにこの発射台は誕生しました。
本番に期待しよう!






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新風車、車上試験へ! 

「風向変化によるエネルギー損失」のデータを取る計測方法の開発にあたって、大学から風車を借りました。
借りたといっても「壊れてもいい(ただし使う君が困るよ)」「切ったりして大改造しても構わない」とか太っ腹すぎる・・・。「借りた」と言えるのか?
そして我が研究室にやってきた一基の風車・・・
その名も
サウスウェストウィンドパワー社 AIR 40!!
IMG_0358のコピー
最初に見たときは本気で鼻血でるかと思った。
この写真にいつってる土台は自作の風車2台のうち、一番手を抜いた自作風車「六枚羽根風車(笑)」のために作ったものです。寸法が同じなのでぴったり!

スペックはこんな感じです。
定格出力 160W
耐久風速 44m/s
カットイン風速 2.7m/s
平均風速5.4m/sで一月38kwh

IMG_0398.jpg


まあ、定格出力が低いですが、性能的には日本のゼファー社など、多くのメーカーが出している小型風車と同じ、形状もほとんど同じなので、この風車でデータを取ればほとんどの風車に通用する平均的なデータがとれることでしょう。
自作の風車はいいですが、やはり多く使われているタイプの市販風車を使わないと本物の学会では通用しないので。

IMG_0330.jpg
☆大分解☆

IMG_0395.jpg

ブレードの取り付け方法は結構旧式。最近は一個のボルトで留めれるタイプが多いですね。

自作風車で一番苦労した「垂直回転部分」の配線にはきちんとブラシが付いてる!予想通り!
それにしても本物の風車は参考になる・・
落雷対策のアースもあるし。
ゼファー社のものと違ってこれは全てアルミ製です。タフさが半端ない。私のようなアマチュア風車制作者の方で、構造等について詳しく知りたい方は教えてください。写真を大量にうpするので。

そして風車のデータ・風速計のデータを得るための裏ワザ
車上実験実施!

IMG_035w4_edited-1.jpg

裏ワザと言うと語弊があるかもしれませんが、とりあえず風洞なしで手っ取り早く、比較的正確に出力を測る方法です。長崎大学の風洞装置にギリギリ入りきれなかったので結局車上実験をすることに。
北海道のアマチュア風車制作者の方が車の横に小型風車を付けて実験されているのを見かけましたが、今回は堂々と屋根の上につけました。
ちなみに、車両制限令第3条3項によると、特定の場所以外では車両の高さ制限は3.8mらしいです。自分の風車を設置した時は3.4mだったので大丈夫だと思います。
風車・風速計の固定には細心の注意を払いました。

IMG_0342.jpg

ちょうど諫早の干拓地付近にいい感じの直線道路があったのでここで実験。
データの読み取りは直接せず、風速計と風車のデータを自動読み取りにして(データロガー)帰宅後に解析をしました。なので車で一定速さで長時間走ったり、段階的に速度をあげたり下げたり、加速したりいろいろしました。
道行く人がみんな二度見していたのは気にしない。

最高出力の風速13m/s(台風レベルの風速)に近づくとさすがに「キィィィィィィィン」と甲高い風切り音が。普通は強風時に風車の回転を止めるための短絡回路があるのですが、今回は実験なのではずしました。
あと、抵抗をかけると風切り音はしませんでした。
つまり通常使用では騒音はほぼ出ないってことです。

IMG_0318.jpg

↑去年殉職した風速計1号

前回の研究発表(長崎県研究発表会。自分は最優秀賞受賞。九州大会・全国大会出場権ゲット)の運搬途中に戦死したロビンソン風速計も新しいものに改良。
前はロータリーエンコーダーのデータをPICに読み込んでパソコンに出力していましたが、面倒なのでソーラーモーターに直接つないで出力をとりました。風車も風速計も出力が安定せずに、グラフがヒマラヤ山脈みたいになってしまうので、緩やかにするために適度にキャパシタを回路に追加。

実験データは後日公開!

風車かわいいいいよおおおお!
一緒にお風呂入りたい(防水なので可能)
一緒に寝たい(可能)


夏とかにプールで風車を背中にしょって泳いでる青年を見かけても通報しないでください。それは自分です。

誰か早く風車抱き枕つくれよ!

というか九州大会までデータ解析おわるのか?
ゆっくりした結果がこれだよ!

[edit]

流体数値計算の動画なのですよ! 

この前の東京大学の学会で使用した流体数値計算の内部流動のデータを動画にしたものです。
圧力分布です。

面白いでしょ?

みなさんの引きつった笑顔が目に浮かびます。


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後ろの方にカルマン渦がはっきり見えますね。
ちなみに空気は左側から流れ来ています。
厳密に言うと、風車を回しているのではなく、風車を固定して、まわりを回しています。
まあ、おんなじことDA★
上の方で翼の上側の圧力が下がっているのがわかるとおもいます。これが揚力です。
これが若干、ナナメ前に働くことによって回転力を得ています。
この構造で垂直軸風車で効率NO1とか想像付きませんね。

でも起動性の悪さは理解できるかと。

テーマ: 制作日記

ジャンル: 趣味・実用

[edit]

流体シュミレーションなのですよ! 

しばらく更新していなかったことお詫び申し上げます。
体育祭&研究発表直前で疲労困憊のらってんです。

「俺・・・体育祭終わったら結婚するんだ」みたいな状態。
死亡フラグたちまくり。脂肪フラグとか言わない

このまえの台風12号が日本を横断している間は

「うおおお風車が勢い良くまわっているぞおおおお!データ記録だ!」

ということで夜中関係なしで2時間おきに設定をいじりながらデータの収集をしました。
長崎では風速が最大で10m/sくらいで、さらに台風の移動速度が遅かったので4日間ほどたっぷりとデータがとれました。

しかし和歌山と奈良、三重は大変でしたね・・・
死者100人以上って大変どころのさわぎじゃないですね
亡くなった方のご冥福をお祈りします。

今回収集したデータは
①プロペラ型風車の発電量
②ジャイロミル型風車の発電量
③風向(角度)
④風速(無指向)
⑤各風車の回転数

です。解析してみたところ、非常に興味深い結果が・・・
詳しくは後日ということで。(野比太的後回し)

今日は野外実測の事前に行った流体シュミレーションの画像等を紹介しようかと。今回はあくまでも「画像」です。シュミレーションで求めたトルク変化率のグラフ等は後日。
ANSYS社 ANSYS-CFX 13.0を使用(ソフト)。
まずはプロペラ型風車のモデル。
model7.jpg

実際に制作して実測に使用した風車と同じ大きさ、同じ形です。
ねじれ角度は本物同様、20°

ジオメトリの一環でこれのまわりに以下のようなものを作ります。
model11.jpg

プレ作業で計算の条件をつけるので、その準備みたいなものです。
A面から風が入ってきてB面から出ていく・・・とかとか
プロペラのほうは風向きが変わった時のエネルギー損失を調べるために風向きを変えられるようにしてます。
計算条件は

風速V=6m/s
周速比φ=2
計算格子数 約365万点
回転数n=Vφ/2πR ≒270[rpm]

計算した結果のベクトル図はこんな感じ
これは風が正面から当たっているとき。

6_bladed_0deg_v.jpg

次にこれは風が正面から45°の方向で吹いているとき。
横に流れている感じが伝わるかな・・・
わからない?ハハッ(甲高い声で)
6_bladed_45deg_001.jpg

まあ、画像で解析する研究ではないので・・あくまでも数値目当て
お次は圧力分布図。最初は正面風。
「キレイダナー(;∀;)」

6_bladed_0deg_p.jpg

で、45°のほう。実際は0~45°まで5°刻みで計算をしてます。
うーん・・乱れてるねぇ・・・(←解説になってない)
6_bladed_45deg_p.jpg

次にジャイロミル型いってみよー

ジャイロミル型風車では一番人気のNACA6521翼です。日本ではひねくれた研究者がもっと細い翼を使っているのを見かけますが、海外ではこれが定番です。
ネットで座標データを入手して、手動で一点一点丁寧に数値を打ち込んでモデルを作成・・・。
究極にめんどい
800px-NACA_6521_svgのコピー

そしてできたのがこれ。
model5.jpg

もうゴールしてもいいよね・・・(ダメです)
計算条件はプロペラ型とはちょっと違ってこんな感じ

風速V=6m/s
周速比φ=2
計算格子数 約275万点
回転数n=Vφ/2πR ≒455[rpm]

model2.jpg

これが周りのかこい。薄いのは気にしない。
分厚くしたら計算が一週間くらいかかってしまう!
おきまりのベクトル図はこちら。面倒なので圧力分布と一緒に表示。
(注:色基準がさっきのプロペラ型とは違う)

NACA6521_10deg_6_2_h_min_v.jpg

カルマン渦キタ━━━━━━(゚∀゚)━━━━━━ !!!!!
かわいいよカルマン・・・・カルマンェ・・
揚力が発生しまくってるのは一目瞭然。
相変わらず解説なってねえ・・・

IMG_0dsd990.jpg

ちなみにこれが風車セット。真ん中のが風速・風向計。
土台は木で自作。鉄管は親戚の一級建築士の自宅にあったものを頂きました。
学校屋上です。台風中のデータ記録は学校の許可が下りなかったので家でやりました。
これは学校に先日設置した時の写真。
映っている人物はわたくし、らってんでございます。

この場を借りて風車土台や記録機材の運搬を手伝ってくれた同級生のエロゲ廃人にお礼を申し上げます。本当に暇だということがよくわかりました。



テーマ: 制作日記

ジャンル: 趣味・実用

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風車が2台完成!うひょひょー 

もう高校生にとっては夏休みも終わってしまった。
始まる補習。
回収される課題。
宿題の提出をあきらめた生徒の楽しそうな笑い声。
響く教師の怒号。

まあ、将来の夢は年中夏休みとか言う可哀そうなお友達もいますが。
話を戻して、この夏休みは風車をひたすら制作する毎日で、かなり有意義だった気がします。
「私の辞書には宿題という文字はない」

これが前回までは木と金属がむき出しだったジャイロミル型風車の翼骨組。
ものすごい時間をかけて白く塗装。
一瞬、「いや・・・青と白の縞模様もいいか・・」とか考えた。アニメ定番パンツじゃあるまいし

IMG_0183.jpg

三本あるステンレス製のパイプの真ん中の短いやつだけが固定されておらず、がんばればまわります。
これで取り付け角を調整します。
まったく同じ翼型・同じ大きさのモデルで行った流体数値計算では10°が一番トルクが出たので、今は10°の予定。

IMG_0187.jpg

↑そしてプラ板を表面に張り付けた状態。
実は当初、予定していた0.3mm鉄板貼り付け作戦も実行したが、羽根が重くなりすぎるのと、下の写真からわかるように、きれいに張り付けられないんです。
どうしてもヨレヨレになるというか・・・
この作業に一週間かけたが、結局鉄板は張り付けられず。

最終的にはプラ板に。100円ショップでプラ板(0.73mm)を大人買いしたときは店員が困惑していました。
相当な量のプラ板を使用。鉄板よりうんと軽いので羽根自体がけっこう軽くできました。

IMG_0111.jpg

話変わって、同時進行中のプロペラ型風車。構造が簡単すぎて、4日くらいで
プロペラ型風車1号とりあえず完成!
完成したので早速家の横に足場用鉄管を設置、風車を外に出そうとしたら・・・

出せない・・・

感動的な計画性のなさ
結局、尾翼をはずして苦労して鉄管の先に装着。
ちなみに風車の垂直方向の回転には大型キャスターを使用。それを鉄管の規格土台に取り付けました。

IMG_0218.jpg

外観も悪くはないかな・・・
ごつごつしてるのが気になりますが。もっと流線的なものがつくりたかったです。
設置当日はときどき急に風が吹いてまた止まる不安定な風。
それでもさすがは6枚羽。3m/sくらいで元気よく回っていました。

ちなみに風車の羽はひねり角20°、羽根の根元は75mm、先端は30mm、羽根の長さは400mm、風車ロータ直径は1070mm。この微妙な直径はジャイロミル型風車と受風面積を合わせるため。
あくまで研究用ですから。

IMG_0850.jpg

このグラフは設置当日の発電量。あまり連続的に回っていないのがわかります。
羽根自体がものすごく軽い(木製)なので、風が止まると瞬時に回転が止まる。
まあ、今日は仕方がないですね。風が安定してなかったですし。

buro_edited-1.jpg

これがハブダイナモ電源部。風車のブレードの方に発電機がついています。
羽根のひねりには細い鉄板を使用。万力と巨大なレンチでぴったり20°に曲げました。

IMG_0243.jpg

ブレードがついてない状態の風車本体。発電機がブレード側にあるのでほとんどもぬけの殻。
学校屋上に設置する都合上、見た感じを風車っぽくする必要があったので頑張りました。
実はこの丸いのは塩化ビニールパイプ。

IMG_0244.jpg

そしてプロペラ型についで
ジャイロミル型風車完成!!!!!!
実はほとんど完成していたんですが、中心構造と羽根の接続があまりに気の遠くなるような単純作業だったので避けていました。刀語のアニメを全話見ながら取り付けました。
集中できねえ!
取り付けが完了したころには全話見終わっていました。

IMG_0869.jpg

羽根をささえきれるか心配だったんですが、なんか大丈夫そうでした。
さすがに本体が重いので4m/sくらいないと回り始めませんが、いったん回り始めると風がやんでも1分くらいは回っていました。
やっぱりジャイロミル型風車のほうがかっこいいなーーー萌えーー
実はジャイロミル型風車の擬人化絵を描いてるんですよ。もちろん女の子!
今度色を塗ったら載せます。
ジャイロミルェ・・・

IMG_0871.jpg

下の写真が発電量のデータロガー。
ずいぶん苦労して回路を製作。自分は電子関係嫌い!頭がおかしくなりそう
父さんが電子系でよかった・・・ずいぶん助けてもらいました。
データは1秒に4回記録。

IMG_0876.jpg

そしてこれが大学に頼んで作ってもらった回路&センサ。
パソに回転数と方向を記録します。
センサはロータリーエンコーダーと金属探知式回転数センサの2種類×2セット
ロータリーエンコーダー2台で風速(無指向)と風向を記録し、回転数センサで風車の回転数を記録します。
わざわざプログラミングやらしてくださった大学の方々に感謝。
でも1秒間に100回のデータ記録って・・・・

IMG_0885.jpg

今週中には学校屋上に設置したいです。設置したら報告します。

話変わって、刀語の否定姫がかわいすぎる件について。
しかも主人公のとがめが死んだあとに七花の旅についていくなんて・・・
うらやましすぎるぞ!しかもなんで髪を切るんだ!惚れてまうやろーーー
(筆者はショートヘア愛者)

Before
5375368992_bcb6d242da.jpg

After
ktls10.jpg

しかもずっとこれまでとがめに「七花!」って呼ばれたのに
否定姫が「七花くーん」とか言うともうやばい。
七花の体だったら夜も大変そうだな・・あやうく否定姫に浮気するところだった。
あぶないあぶない嫁にしかられる(二次元の世界の話ですが)

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