Популярно о науке

Previous Entry Share Next Entry
Реактивный ранец из пулемета.
ahiin
"Можно ли сделать реактивный ранец, используя стреляющие вниз пулеметы?”
—Rob B


Я был несколько удивлен, обнаружив, что ответ утвердительный. Но чтобы сделать ранец по-настоящему хорошим, вам понадобится помощь русских.

Идея крайне проста: если вы стреляете вперед, то отдача толкает вас назад. Таким образом, если вы стреляете вниз, то отдача толкает вас вверх.

Первым вопросом, на который нужно ответить является следующий: “сможет ли  оружие поднять свой собственный вес?”. Если автомат весит 5 килограмм, производя во время стрельбы отдачу 4 килограмма, то он не сможет оторвать себя от земли, не говоря уже о человеке. В инженерном мире, отношения тяги летательного аппарата и его веса называется тяговооруженностью. Если она меньше 1, то взлететь не получится [по ракетному, без использования крыла]. Ракета Сатурн 5 имела тяговооружнность около 1,5.

Не смотря на то, что вырос на Юге, экспертом по ручному огнестрельному оружию я не являюсь, поэтому, я попросил помочь ответить на вопрос приятелей из Техаса. (Судя по количеству стволов, лежащих по всюду в их доме и готового к немедленному измерению и взвешиванию, Техас, очевидно, превратился в постпаокалиптическое поле битвы наподобие Бешеного Макса.)
a Saturn 0x005 and an AK-0x002F

Оказывается, тяговооруженность АК-47 примерно равна двум. Это означает, что если его поставить вертикально и как-либо примотать спусковой крючок (Пожалуйста, ПОЖАЛУЙСТА, не пробуйте проделать это у себя дома), то он будет взлетать все выше и выше во время стрельбы.

Это верно не всегда. Пулемет M60, например, наврядли сможет подняться в воздух.

Величина тяги, создаваемой ракетой (или стреляющим пулеметом), зависит от: 1) как велика масса отбрасываемого назад материала в единицу времени и 2) с какой скоростью он отбрасывается. Тяга равна произведению этих величин.

Если АК-47 выстреливает десять 8г пуль в секунду со скоростью 715 м/с, то тяга примерно равна 6 кг. Так как АК-47 весит даже в снаряженном состоянии менее 5 кг, он сможет лететь вверх с ускорением.

На практике, тяга оказывается примерно на 30% больше. Происходит это потому, что огнестрельное оружие не только выстреливает, но также выбрасывает горячие пороховые газы и куски не сгоревшего пороха. Величина этой дополнительной силы зависит от типа оружия и патрона.

Также, общая эффективность зависит от того, выбрасываются ли гильзы или их приходится тащить с собой. Я попросил своих техасских знакомых взвесить несколько гильз для моих вычислений. Некоторое время они, правда, не могли разыскать в доме весы. Желая помочь, я предложил, что, учитывая размеры их арсенала, им нужно просто найти кого-нибудь другого обладателя весов. (В идеале, кого-нибудь с меньшим запасом боеприпасов.)

Как все это скажется на нашем реактивном ранце?

Ну, AK-47 таки взлетит, но его тяги не хватит, чтобы поднять в воздух кого-либо тяжелее белки.

if you see this squirrel trying to get into your bird feeder you should probably just let it

Можно попробовать стрелять сразу из нескольких стволов. Если стрелять в землю из двух автоматов, то тяга удвоится. Если каждый ствол может поднять пару килограмм сверх своего веса, то два автомата поднимут уже четыре.

Ну тут уже понятно, куда я клоню:

you will not go to space today

Если взять достаточное количество автоматов, то вес пассажира становится несущественным. Он распределится по такому количеству стволов, что они даже не заметят груза. С увеличением числа стволов, та как большое количество автоматов ведут огонь одновременно, тяговооруженность летательного аппарата приближается к тягвооруженности одного ненагруженного автомата.

a graph whose axes are 'thrust-to-weight ratio' and 'number of AK-47s' (log scale)
[По оси х: число АК-47.
По оси y: тяговооруженность.
Штриховая линия: без нагрузки.
Сплошная: с 60-килограммовым наездником.]

Однако всплывает проблема: боеприпасы.

Емкость магазина AK-47 - 30 патронов. Выстреливая по 10 каждую секунду, мы получим жалкие 3 секунды ускорения. Ситуацию можно улучшить применением увеличенных магазинов, однако лишь до определенного предела.

Оказывается, грузить более 250 патронов бессмысленно. Причина фундаментальна и является центральной проблемой ракетостроения: топливо делает нас тяжелее.

Каждая пуля весит 8 грамм, а патрон целиком - более 16. Если взять больше 250 патронов, АК-47 окажется слишком тяжелым для взлета.

Отсюда, наше летательное средство будет включать большое количество AK-47s (как минимум 25, но желательно не менее 300), снаряженных 250 патронами каждый. Самые большие версии устройства смогут достигать вертикальной скорости 100 м/с и подниматься на высоту до половины километра. (если есть желание разобраться в математике процесса поглубже, здесь есть хороший пример [по ссылке лежит мегатекст, но, увы, на английском])

Так что, ответ на вопрос Роба дан: используя достаточное количество стволов, вполне можно взлететь.

Однако, устройство 500xAK-47 - это не слишком практичный реактивный ранец. Нельзя ли сделать его получше?

Мои техасские друзья предложили для рассмотрения ряд автоматов и я продела расчеты для каждого. Некоторые продемонстрировали неплохие результаты. Пулемет MG-42, показал несколько более высокую тяговооруженность, по сравнению с AK-47.

Затем мы пошли по большому.

GAU-8 Avenger выпускает до 60 однофунтовых (425г) снарядов в секунду, выдавая почти пятитонную отдачу. Это выглядит тем более диким, что такая пушка монтируется на самолет (A-10 “Warthog”), два двигателя которого обладают тягой лишь 4 тонны каждый.  Если поставить на него две такие пушки и открыть огонь вперед, одновременно запустив двигатели, то пушки победят и самолет начнет ехать назад с ускорением.

Иными словами, если я смонтирую GAU-8 на моей машине, остановлю машину, поставлю ее на нейтраль и начну стрелять назад, то превышу разрешенную на федеральных трассах скорость менее чем через три секунды.

actually, what i'm confused about is 'how'.
[- Вы знаете, почему я вас остановил?
- Нет.]
Как бы ни была хорош ракетный двигатель из этой пушки, русские добились большего. авиационная пушка ГШ-6-30  Грязева-Шипунов весит в два раза меньше, чем GAU-8 и имеет при этом даже больший темп стрельбы. Ее тяговооруженность приближается к 40, а это означает, что если ее направить вниз и начать стрелять, то она не только быстро взлетит в облаке смертельного металла, но при этом вы испытаете перегрузку в 40 g.

Это намного больше, чем нужно. На самом деле, даже при надежной фиксации на летательном аппарате, отрицательное ускорение представляло проблему:


Отдача … по прежнему наносит повреждения самолету. Темп огня был снижен до 4000 выстрелов в минуту, но это мало помогло.  Посадочные огни практически разбиты после стрельбы…
Очередь длиннее 30 приводила к перегреву…


Но если как-либо защитить пилота, сделать летательный аппарат достаточно прочным, что бы он пережил ускорение, сделать обтекаемый корпус и обеспечить адекватное охлаждение....

a pilot leaves an area very quickly by shooting it a lot and then flies over a mountain.

… то с ГШ-6-30 можно прыгать через горы.

Источник.


  • 1
прочёл с интересом спасибо.
Насколько я помню, одним из наиболее вероятных двигателей для межпланетных перелётов как раз и базируется на том что из НЛО будут выбрасываться небольшие ядерные заряды с определенной частотой, которые и будут приводить его в движение.
впрочем, в космосе - вакуум и это как говорят в Одессе две большие разницы ((:

В одном из предыдущих выпусков "Что если?" про такой ядерный двигатель было подробно.

буду посмотреть

ГШ вполне пойдет... тока нужно учитывать при расчетах, что ГШ блок стволов в отличие от ГАУ раскручивается пороховыми газами и вначале стрельбы у него темп стрельбы меньше, постепено (но довольно быстро) доходя до максимального. Заодно старт будет мягче.

собственно, минимальным конструкционным расчетом будет то, сколько боеприпасов будет необходимо для вывода тонны груза на первую космическую)))

Интересно и ссылка на открытые лекции MIT полезна.
Спасибо!

Интересно, а что будет, если стрелять холостыми? Вес "топлива" снизится в два раза.

отдача при стрельбе холостыми многократно слабее.

Энергия газов такая же, если навеска пороха одинаковая. ))

Химическая энергия заряда такая же, совершенно верно.

Пользователь quasar_doubutsu сослался на вашу запись в записи «Белочка!» в контексте: [...] но ли сделать реактивный ранец, используя стреляющие вниз пулеметы?” Перевод лежит здесь [...]

Поздравляем! Ваш пост был отобран нашими корреспондентами и опубликован в сегодняшнем выпуске ljournalist'а.

Какая прелесть)))

Прыгать через горы таки лучше с GAU-8, потому что она работает в разы дольше ГШ ;)

  • 1
?

Log in

No account? Create an account