Stebuklingas ginklas. Nauji raketiniai varikliai (2)
Prašome nebandyti to atlikti namuose!
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
KLAUSIMAS: Ar pavyktų sukurti raketinę kuprinę, panaudojus žemyn vamzdžiu nukreiptą automatą?–Rob B.
Atsakymas: Šiek tiek nustebau sužinojęs, kad šią idėją galima realizuoti! Tik norint viską atlikti teisingai, teks tartis su rusais.
Veikimo principas čia gan paprastas. Jei šaunate į priekį, atatranka stumia jus atgal. Taigi, šaudant žemyn, atatranka turėtų mestelėti viršun.
Visų pirma, teks išsiaišklinti, ar automatas iš principo galėtų pakelti savo svorį? Jeigu jis sveria, tarkime, 4 kilogramus, o jo atatrankos jėga – vos 3 kg, automatas nuo žemės niekaip neatsiplėš, nekalbant jau apie žmogaus pakėlimą.
Inžinerijoje tai vadinama traukos ir svorio santykiu. Jeigu jis mažesnis už vienetą, aparatas į orą pakilti negalės. Raketos-nešėjos „Saturn-5“ svorio ir traukos santykis buvo maždaug 1,5.
Nors užaugau JAV pietuose, nesu geras šaunamųjų ginklų ekspertas, todėl norėdamas atsakyti į Robo klausimą, susisiekiau su savo bičiuliais iš Teksaso. Sprendžiant iš po visus namus išsimėčiusio amunicijos kiekio, ši valstija jau virto „Mad Max“ tipo postapokaliptine karo veiksmų zona.
Pastaba:PRAŠAU, nebandykite to atlikti namie!
Paaiškėjo, AK-47 traukos ir svorio santykis yra maždaug 2. Tai reiškia, kad pastačius jį vamzdžiu žemyn ir kažkaip užfiksavus nuspaustą nuleistuką, automatas, paleisdamas seriją, turėtų pakilti į orą.
Tas pasakytina ne apie visus automatinius ginklus. Pavyzdžiui, amerikietiškam kulkosvaidžiui M-60 atsiplėšti nuo žemės atatrankos veikiausiai nepakaktų.
Raketinio variklio (arba šaudančio kalašnikovo) traukos jėga, visų pirma, priklauso nuo išsviedžiamos masės, o taip pat, kokiu greičiu ta masė išsviedžiama. Trauka – šių dviejų dydžių sandauga.
Jei АК-47 per vieną sekundę iššauna dešimt kulkų, sveriančių po 8 gramus, o kiekvienos kulkos pradinis greitis – 715 m/s, tai susidarys tokia trauka:
\[ 10\frac{kulk.}{s.}×8\frac{g}{kulk.}×715\frac{m.}{s.}=57,2N≈6kgf \]
Kadangi užtaisytas АК-47 sveria tik 4,8 kg, tai, iš principo, jis turėtų atsiplėšti ir greitėdamas pakilti nuo žemės.
Tiesą sakant, trauka bus netgi maždaug 30 % didesnė – iš automato lekia ne tik kulkos, bet ir karštos dujos, bei parako degimo produktai. Konkretus traukos padidėjimas priklauso nuo konkretaus ginklo ir šovinio. Bendras efektyvumas dar priklauso nuo to, ar šovinio gilzės pašalinamos, ar lieka šautuve. Paprašiau bičiulių iš Teksaso skaičiavimams pasverti keletą gilzių. Jie pranešė, kad nerado svarstyklių, ir tada pasufleravau jiems, kad turint jų arsenalą, tereikia surasti ką nors, kas svarstykles turi ir, idealiu atveju, kieno amunicijos atsargos mažesnės.
Žodžiu, АК-47 pakilti galėtų, tačiau jam traukos nepakaktų į orą pakelti ką nors sunkesnio už voverę.
Galima pabandyti panaudoti keletą automatų iš karto. Jei žemyn šaudys du ginklai, trauka bus dvigubai didesnė. Jei kiekvienas automatas, be savo masės, dar gali pakelti 2,5 kg, tai du automatai pakeltų 5 kg.
Jau aišku, kurlink viskas krypsta:
Sujungus pakankamai daug žemyn nukreiptų „kalašnikovų“, keleivio svoris praktiškai nebebus svarbus: jis pasiskirstys visiems šautuvams ir kiekvienam teks tik menka šio svorio dalis. Kadangi įrenginys iš esmės bus ryšulys lygiagrečiai sujungtų automatų, kuo daugiau jų bus, tuo labiau mūsų aparato traukos ir svorio santykis artės prie atskiro atomato traukos ir svorio santykio:
Tačiau yra problema: šovinių atsargos.
АК-47 dėtuvėje telpa 30 šovinių. Per sekundę iššaunant po 10, jų užteks varganoms 3 sekundėms greitėjimo.
Laiką galima prailginti, panaudojant didesnę dėtuvę, tačiau tik iki tam tikros ribos: į dėtuvę dėti daugiau nei 250 šovinių nėra prasmės. Čia išryškėja klasikinė raketų kūrimo problema – kuras didina svorį.
Kiekviena kulka sveria 8 gramus, o šovinys (tai yra, kulka su gilze ir ir parako užtaisu) sveria daugiau nei 16 gramų. Jei dėtuvėje bus daugiau nei 250 šovinių, „kalašnikovas“ bus pernelyg sunkus ir negalės pakilti.
Taigi, mūsų įrenginys turėtų būti iš daug АК-47 (mažiausiai 25-ių, bet idealiu atveju reikėtų bent 300), ir kiekvieno dėtuvėje turėtų būti po 250 šovinių. Galingiausi aparato variantai galėtų į viršų kilti iki 100 m/s greičiu ir pakiltų į gero puskilometrio aukštį.
Štai ir atsakėme Robui: taip, turint pakankamai automatų, pakilti galima.
Tačiau „kalašnikovų“ ryšulys – aiškiai ne pats tobuliausias reaktyvinio aparato variantas. Gal galima sugalvoti ką įdomesnio?
Mano draugai iš Teksaso pateikė platų įvairiausių automatų ir kulkosvaidžių spektrą, ir aš paskaičiavau kiekvieno iš jų galimybes. Kai kurie pasirodė visai neblogai. Pavyzdžiui, kulkosvaidis MG-42 (jis sunkėlesnis už АК-47), gali pasigirti truputį geresniu traukos ir svorio santykiu, nei „kalašnikovas“.
Tačiau paskui nusprendėme užsimoti plačiau. Aviacijos patranka GAU-8 Avenger per sekundę iššauna po 60 užtaisų, sveriančių po 1 svarą. Šios patrankos atatranka atitinka beveik 5 tonas, ir tai tiesiog neįtikėtina, atsimenant, kad jos montuojamos А-10Thunderbolt atakos lėktuvuose, kurio du varikliai sukuria vos 4 tonų trauką. Lėktuve sumontavus dvi tokias patrankas ir vienu metu iš jų šaudant į priekį, o variklius įjungus visa galia, patrankos nugalėtų, ir jūs skristumėte atbuli. O jei GAU-8 sumontuočiau ant mano mašinos, įjungčiau laisvą pavarą ir pradėčiau šaudyti atgal, per mažiau nei tris sekundes pažeisčiau visus greičio apribojimus.
Tačiau kad ir kaip gerai tokia patranka tiktų raketiniam aparatui, rusai sukūrė įrenginį, kuris veiktų dar geriau. Zenitinė automatinė patranka Gryazev-Shipunov GSh-6-30 maždaug dvigubai lengvesnė už GAU-8, o greitašauda dar didesnė. Šio įrenginio traukos ir svorio santykis artėja prie 40, tad, jei atsisėdę ant jos, nukreipsite žemyn ir iššausite, ji ne tik pakils mirtinų skeveldrų debesyje, tačiau dar ir patirsite 40g pagreitį.
To jau per daug. Tiesą sakant, net patikimai lėktuve pritvirtintos patrankos atatranka kelia problemų.
Atatranka… vis dar gadino lėktuvą. Greitašauda buvo sumažinta iki 4000 šūvių per minutę, tačiau tai ne itin gelbėjo. Tūpimo žibintai po šūvio beveik visada suduždavo… Daugiau nei 30 šūvių serijos praktiškai visada sukeldavo perkaitimą…
Greg Goebel, airvectors.
Tačiau kaip nors pasodinus ant patrankos keleivį, sutvirtinus visą konstrukciją, kad atlaikytų atatranką, sutalpinus patranką į aerodinamišką aptaką ir įsitikinus, kad visa tai kaip reikiant aušinama… …būtų galima šokinėti per kalnus!
Randall Munroe – programuotojas ir inžinierius, anksčiau kūręs robotus NASA, o dabar piešiantis ir rašantis internetinį komiksą xkcd – vieną iš geriausių pavyzdžių, kaip galima suprantamai ir lengvai kalbėti apie sudėtingas mokslo ir inžinerijos problemas. Svetainės lankytojai autoriui pateikia klausimų, į kuriuos jis kuo rimčiausiai bando atsakyti – na, savaime suprantama, su derama ironijos doze. Iš šio svetainės skyriaus ir išaugo knyga What If?: Serious Scientific Answers to Absurd Hypothetical Questions.