Главная » Статьи » Эксперименты » Прочие

Стрела для "Электрического лука"

Обычно гауссостроители при создании своих конструкций стараются улучшить такие параметры койлгана, как КПД ускорения, начальную скорость пули, энергоемкость конденсаторов и т.д. Все это важно, однако если мы хотим получить на выходе изделие хотя бы для развлекательной стрельбы на какую-либо приемлемую дистанцию, то необходимо задуматься о дизайне метаемого тела (снаряда), который должен удовлетворять определенным требованиям. Попробуем их перечислить.

 

1) Стабилизация полета.

Снаряд должен приходить в мишень передним (поражающим) концом, а не боком или задом. Это главное требование, без выполнения которого всё остальное уже неважно. К сожалению, обрезки обычных гвоздей, которые так любят использовать гауссеры, летят прямо не далее пары метров (в зависимости от начальной скорости). Таким образом, эти простые снаряды следует со вздохом сожаления отложить на полку истории и извлекать их оттуда только для экспериментов с настольными стендами (здесь "гвоздевые" снаряды, конечно, вне конкуренции).  

В этом плане особенно доставляют гауссеры-перфекционисты, которые любят напилить тех же гвоздей или болтов, отполировать их до зеркального блеска и гордо продемонстрировать на фото. Зачем, если такой снаряд все равно полетит, крутясь как палка??

  

2) Механическая прочность.

Поскольку снаряд испытывает большие нагрузки (особенно в момент  резкой остановки при попадании в цель), он должен обладать достаточной живучестью. По этой причине при повышении начальной скорости снаряда мне пришлось отказаться от стрелы, которая была разработана в рамках проекта ЕМ-2 (об этом я расскажу ниже чуть подробнее).

 

3) Сохранение высокого КПД ускорения .

Это требование распадается на два:

- масса всех неферромагнитных частей снаряда, не участвующих в ускорении, должна быть минимальной (это понятно, т.к. такая паразитная масса только тормозит сердечник)

- ферромагнитная часть снаряда должна максимально заполнять пространство внутри катушки и наиболее плотно прилегать к ее стенкам, дабы не давать энергии магнитного поля бесполезно рассеиваться в воздухе

Оба этих момента не дают применить в койлганах стандартные стрелы и дротики, в изобилии продающиеся в лучных и арбалетных магазинах. Их наконечники почти всегда  сделан из стали, однако масса их древка (чаще всего, алюминиевого) слишком велика, а оперение не дает стрелять такими стрелами из койлгана. Кроме того, наконечники имеют неблагоприятную, с точки зрения катушечного ускорителя, конфигурацию.

Последний пункт также "убивает" возможность использования в койлганах шарообразного снаряда, который идеально соответствовал бы всем остальным нашим требованиям. Увы ...

 

4) Простота изготовления и доступность расходных материалов.

По этому критерию не проходят часто предлагаемые самодельные схемы с гироскопической стабилизацией снаряда методом предварительной раскрутки перед выстрелом. Вероятно, можно самостоятельно изготовить приспособление, придающее сердечнику вращение с требуемой частотой несколько сотен оборотов в секунду, но на мой взгляд, слишком уж это сложно.        

Можно еще предложить конструкцию снаряда с какими-нибудь подпружиненными крылышками, раскрывающимися после выстрела, как вот здесь, но нужно быть тульским левшой, чтобы уместить ее в миниатюрных габаритах пули для койлгана, а трудоемкость создания такого снаряда, вероятно, сравнится с изготовлением самого гаусса. Опять вздыхаем о гвоздях...  

 

 

Простым (и, вероятно, единственным) выходом из сложившейся ситуации является прикрепление легкого и прочного немагнитного "древка" к ферромагнитному сердечнику с максимально приближенной к цилиндру формой (сделанному, например, из того же гвоздя). Или, проще говоря, изготовление снаряда в виде неоперенной стрелы.

Понятно, что для длина "древка" должна быть минимальна (для сохранения приемлемого КПД ускорения койлгана и снижения габаритов устройства).  То есть, главной задачей является определение наименьшей длины стабилизатора, обеспечивающей стабильный полет нашей стрелы. Для ее решения пришлось пошарить по интернету и найти публикации по лучной тематике (например, вот эту). Из них выяснилось, что существует обязательное условие стабильного полета, и заключается оно в следующем: расстояние от носика стрелы до т. наз. "центра аэродинамического давления" должно быть, как минимум, в 2 раза больше, чем расстояние от носика до центра масс. Формулировка немного "мудреная", поэтому, не вдаваясь в детали, можно сразу уточнить, что для неоперенной стрелы, имеющей равные диаметры хвостовика и наконечника, этот самый центр аэродинамического давления находится точно посередине стрелы. Если обозначить длину наконечника как L1, длину древка - L2, и координату центра масс относительно заднего торца наконечника как L3, то получим следующую формулу: (L1+L2)/2 > 2(L1+L3)

Она проиллюстрирована на рисунке ниже

Рис. 1. Условия стабилизации стрелы.

Во время работы над проектом ЕМ-2 я соорудил такую стрелу из стандартного наконечника и пластиковой трубки для коктейля, и она неплохо себя показала при стрельбе с небольшими начальными скоростями (20-30 м/с) по мишеням из мягких материалов (картон, пенопласт  и т.д.).

Рис. 2. Стрела койлгана ЕМ-2.

Однако попытка применить такой снаряд в многоступенчатой системе с повышенной начальной скоростью столкнулась сразу с несколькими затруднениями. Во-первых, выяснилось, что тонкий пластик, из которого изготовлены соломинки, прозрачен для ИК-лучей, причем независимо от окраски. Для ЕМ-2 с его бездатчиковой схемой это не представляло никакой проблемы, но оптические сенсоры ЕМ-3 начинали барахлить. Во-вторых, оказалось, что соломинки не выдерживают поперечного изгиба – при этом (хоть они и восстанавливают первоначальную форму) на них появляются микротрещины. Эти микротрещины (из легко увидеть невооруженным глазом) имеют острые края и повреждают внутреннюю поверхность прозрачной трубки, в которой движется снаряд, в результате чего она постепенно мутнеет и, опять-таки, мешает нормальной работе оптодатчиков. А ведь даже стабилизированный снаряд в результате неудачного выстрела (например, по касательной к мишени) может начать кувыркаться в полете, стукаясь обо всё вокруг всеми своими частями.

Наконец, летящий с большой скоростью снаряд глубоко входит даже в достаточно плотные материалы (например, используемые для стандартных лучных мишеней) – об обычном пенопласте, который так любят использовать гауссостроители в своих экспериментах, я даже и не говорю. После этого стрелу надо как-то вытаскивать из мишени, причем прикладывая значительные усилия ( у лучников для этого даже есть специальные приспособления - "стрелоизвлекатели"), и вот здесь соломинка для коктейля в качестве древка совсем не годится.

Кстати, такие же проблемы имеют место и с другими конструкциями стабилизаторов, хвостик которых лишён жесткости, например, такими:

Рис. 3. Некоторые примеры оперенных снарядов от других авторов (фото с http://www.foar.ru/topic.php?forum=29&topic=5&p=2).

 

Получается, что стабилизатор должен все-таки представлять собой довольно прочное и при этом легкое изделие. Пришлось еще немного поэкспериментировать, в результате я остановился на вот таких полипропиленовых трубках, используемых в авиамоделизме. Несмотря на тонкие стенки, они достаточно прочные, и имеют ряд стандартных диаметров, что позволяет подобрать стабилизатор под практически любой калибр гаусса. Еще одно достоинства полипропилена – он неплохо клеится к металлу (есть специальные клеи, но я использовал обычную эпоксидную смолу).

 

Что касается сердечника, то для придания ему нужной формы пришлось-таки обратиться к токарю (надо сказать, это был единственный момент в конструировании ЕМ-3, когда это оказалось необходимо, во всех остальных случаях я обошелся доступным ручным инструментом). В качестве заготовки был, по традиции, использован обычный гвоздь диаметром 6 мм. Вот что получилось в результате:

Рис. 4. Наконечник стрелы.

Как видно, задней части сердечника придана специальная «грибообразная» форма, к которой полипропиленовая трубка нужной длины приклеивается эпоксидной смолой (перед этим на ее внутреннюю сторону кончиком ножа или каким-либо другим острым предметом нанести мелкие царапины, чтобы улучшить адгезию клея).  Вот что получается в результате:

Рис. 5. Готовые стрелы для ЕМ-3.

 

Массогабаритные характеристики стрелы получились следующие. Наконечник:  длина - 22, 5 мм, масса - 2,85 г. "Древко": длина - 134 мм, масса- 2,30 г.  Диаметр того и другого - 5,5 мм.

Как видно, «паразитная» масса стабилизатора получилась сравнительно небольшая, а форма сердечника сохраняет подобие цилиндра, что позволяет получить неплохой КПД. При этом также выполнятся приведенные выше соотношения для масс и длин сердечника и "древка" , что обеспечивает хорошую стабилизацию стрелы в полете.

Это хорошо видно на замедленной съемке :

 

Всего мной пока изготовлено 4 таких стрелы, на момент написания статьи каждая выдержала уже более десятка выстрелов. Так что вполне могу рекомендовать такую стрелу для использования в койлганах.

 

 

 

Успехов в гауссостроении, Ваш Eugen.

 

 

 

 

Категория: Прочие | Добавил: Eugen (10.06.2015)
Просмотров: 266 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]