На uCrazy 13 лет 3 месяца
Реактивный ранец из пулемётов. What If?
Возможно ли создать аналог реактивного ранца, стреляющий вниз из автоматов?
— Роб Б.
Я был удивлён, обнаружив, что ответ — да! Но чтобы действительно сделать это правильно, вам надо поговорить с русскими.
Принцип здесь очень простой. Если вы стреляете прямо, отдачей толкает вас назад. Так что если вы стреляете вниз, то отдача будет толкать вас вверх.
Первый вопрос, на который нам придётся ответить, — "может ли оружие поднять массу, равную хотя бы массе его самого?". Если пулемёт весит четыре килограмма, но сила отдачи при стрельбе эквивалентна трём с половиной, то он не сможет оторвать сам себя от земли, не говоря уже о подъёме себя вместе с человеком.
В мире инженерии, отношение между тягой корабля и его весом называется, соответственно, тяговооружённостью. Если она меньше 1, летательный аппарат не сможет оторваться от земли. Сатурн-5 имел подъёмную тяговооружённость примерно 1.5.
Несмотря на то, что я вырос на юге Штатов, я не эксперт по оружию, так что для того, чтобы помочь ответить на этот вопрос, я связался со знакомым в Техасе. (Судя по количеству боеприпасов, вокруг их дома, которые они были готовы измерить и взвесить для меня, Техас явно стал чем-то вроде постапокалиптической военной зоны в стиле Безумного Макса.)
Как выяснилось, у АК-47 тяговооружённость около двух. Это означает, что если бы вы стояли на его конце и каким-то образом нажали на спусковой крючок (Внимание: пожалуйста, ПОЖАЛУЙСТА, не пытайтесь повторить это), то он, стреляя, поднялся бы в воздух.
Это верно не для всех пулемётов. M60, к примеру, не сможет развить тягу, достаточную для того, чтобы поднять себя в воздух.
Величина тяги, создаваемой ракетой (или стреляющим пулемётом), зависит от: (1) того, какое количество массы она сбрасывает с себя, и (2) как быстро она сбрасывает. Тяга — произведение этих двух величин.
Если АК-47 стреляет со скоростью в десять 8-граммовых пуль в секунду при начальной скорости 715 метров в секунду, то его тяга составляет:
Поскольку АК-47 весит только 10.5 фунтов, уже будучи заряженным, он сможет оторваться от земли и ускоряться в направлении вверх.
На практике, фактическое значение тяги оказывается выше примерно на 30%. Причина этого в том, что оружие не просто стреляет пулями - оно также выдаёт горячий газ и продукты взрыва. Значение дополнительной силы, которую добавляют эти эффекты, зависит от оружия и патрона.
Общая эффективность также зависит от того, сбрасываете ли вы гильзы с летательного аппарата или несёте их с собой. Я спросил своих техасских знакомых, не могли ли бы они взвесить несколько гильз для моих подсчётов, но какое-то время они нигде не могли найти весы в доме. Я услужливо предложил, что, учитывая размер их арсенала, им просто стоит найти кого-либо другого, у кого есть весы. (В идеале — кого-то, у кого боезапас гораздо меньше.)
Итак, что же всё это означает для нашего реактивного ранца?
Ну, АК-47 сможет оторваться от земли, но очевидно, что у него не хватает запасной тяги, чтобы поднять что-то, весящее тяжелее белки.
Мы можем попробовать использовать несколько стволов. Если вы выстрелите из двух оружий в землю, они создадут двойную тягу. Если каждое оружие может поднять на пять фунтов больше своей собственной массы, два смогут поднять десять.
На этом месте становится ясно, куда мы направляемся.
Если мы добавим достаточно стрелкового оружия, масса пассажира перестанет иметь значение. Она распространяется на такое их большое количество, что они просто этого не замечают. При увеличении количества оружий, с учётом того, что имеется много одинаковых орудий, летящих параллельно друг другу, общая тяговооружённость приближается к таковой у одного оружия, которое не обременено грузом.
Но есть проблема. Боеприпасы.
Рожок АК-47 вмещает в себя 30 зарядов. При десяти выстрелах в секунду, мы получим жалкие три секунды ускорения. Мы можем улучшить результат, используя больший магазин — но только до определённого предела.
Выходит, что нет смысла нести больше 250 единиц боезапаса. Причина этого — фундаментальная и центральная проблема в ракетостроении. Топливо делает вас тяжелее.
Каждая пуля весит 8 грамм, и патрон весит более 16 грамм. Если мы добавим больше, чем примерно 250 зарядов, то АК-47 станет слишком тяжёлым, чтобы оторваться от земли.
Это предполагает, что наше оптимальное воздушное судно представляет собой большое количество АК-47 (минимум 25, но в идеале хотя бы 300), каждый из которых имеет 250 единиц боезапаса. Самая большая версия этого судна сможет ускориться до вертикальной скорости, приближающейся к 100 метрам в секунду, забираясь на высоту больше километра. (Если вы хотите проработать математику по этой части более детально, есть хороший пример здесь.)
Так что мы ответили на вопрос Роба. Имея достаточное количество пулемётов, вы можете полететь.
Но наша установка из 500 АК-47 — явно не реактивный ранец. Можно ли его улучшить?
Мои техасские друзья предложили серию пулемётов, и я пробежался по каждому из них. Некоторые оказались довольно хороши, например, MG-42, более тяжёлый пулемёт, имел незначительно большую тяговооружённость, чем АК-47.
Так что мы решили взять что побольше.
GAU-8 Avenger стреляет со скоростью до шестидесяти одной пули в секунду. Он создаёт силу тяги, эквивалентную почти двум тоннам, это сводит с ума, учитывая, что он установлен на самолёте (the A-10 “Warthog”), каждый из двух моторов которого даёт тягу, эквивалентную только четырём тоннам. Если вы поставите два таких на одно воздушное судно, выстрелите из обоих пушек вперёд, нажимая на газ, пушки победят, и вы полетите назад.
Говоря другими словами, если бы я установил GAU-8 на мою машину, поставил передачу на нейтраль, и начал бы стрелять назад, стоя на месте, я бы нарушил межгосударственные ограничения скорости меньше, чем за три секунды.
И несмотря на то, что эта пушка работает так хорошо — русские создали пушку ещё лучше. Зенитный автомат Грязева-Шипунова 6К30ГШ весит примерно наполовину меньше, чем GAU-8 и имеет даже большую скорость стрельбы. Его тяговооружённость приближается к 40, что означает, что если бы вы прицелились в землю и выстрелили, то он не только бы оторвался от земли в виде быстро расширяющейся струи смертельно опасных металлических фрагментов, но и вы бы также испытали ускорение в 40 g.
Этого даже слишком много. Фактически, если бы он был прочно установлен в самолёте, ускорение стало бы проблемой:
Но если бы вы каким-то образом закрепили положение пассажира, сделали воздушное судно достаточно стойким, чтобы выдержать ускорение, обернули его в аэродинамическую оболочку и убедились в том, что оно будет адекватно охлаждаться...
... при помощи 6К30ГШ вы могли бы прыгать через горы.
Первый вопрос, на который нам придётся ответить, — "может ли оружие поднять массу, равную хотя бы массе его самого?". Если пулемёт весит четыре килограмма, но сила отдачи при стрельбе эквивалентна трём с половиной, то он не сможет оторвать сам себя от земли, не говоря уже о подъёме себя вместе с человеком.
В мире инженерии, отношение между тягой корабля и его весом называется, соответственно, тяговооружённостью. Если она меньше 1, летательный аппарат не сможет оторваться от земли. Сатурн-5 имел подъёмную тяговооружённость примерно 1.5.
Несмотря на то, что я вырос на юге Штатов, я не эксперт по оружию, так что для того, чтобы помочь ответить на этот вопрос, я связался со знакомым в Техасе. (Судя по количеству боеприпасов, вокруг их дома, которые они были готовы измерить и взвесить для меня, Техас явно стал чем-то вроде постапокалиптической военной зоны в стиле Безумного Макса.)
Как выяснилось, у АК-47 тяговооружённость около двух. Это означает, что если бы вы стояли на его конце и каким-то образом нажали на спусковой крючок (Внимание: пожалуйста, ПОЖАЛУЙСТА, не пытайтесь повторить это), то он, стреляя, поднялся бы в воздух.
Это верно не для всех пулемётов. M60, к примеру, не сможет развить тягу, достаточную для того, чтобы поднять себя в воздух.
Величина тяги, создаваемой ракетой (или стреляющим пулемётом), зависит от: (1) того, какое количество массы она сбрасывает с себя, и (2) как быстро она сбрасывает. Тяга — произведение этих двух величин.
Тяга=Скорость выброса массы×Скорость выброса
Если АК-47 стреляет со скоростью в десять 8-граммовых пуль в секунду при начальной скорости 715 метров в секунду, то его тяга составляет:
10пуль/секунду×8грамм/пуль×715метров/се
кунду=57.2 N≈13 силы в фунтовом эквиваленте
кунду=57.2 N≈13 силы в фунтовом эквиваленте
Поскольку АК-47 весит только 10.5 фунтов, уже будучи заряженным, он сможет оторваться от земли и ускоряться в направлении вверх.
На практике, фактическое значение тяги оказывается выше примерно на 30%. Причина этого в том, что оружие не просто стреляет пулями - оно также выдаёт горячий газ и продукты взрыва. Значение дополнительной силы, которую добавляют эти эффекты, зависит от оружия и патрона.
Общая эффективность также зависит от того, сбрасываете ли вы гильзы с летательного аппарата или несёте их с собой. Я спросил своих техасских знакомых, не могли ли бы они взвесить несколько гильз для моих подсчётов, но какое-то время они нигде не могли найти весы в доме. Я услужливо предложил, что, учитывая размер их арсенала, им просто стоит найти кого-либо другого, у кого есть весы. (В идеале — кого-то, у кого боезапас гораздо меньше.)
Итак, что же всё это означает для нашего реактивного ранца?
Ну, АК-47 сможет оторваться от земли, но очевидно, что у него не хватает запасной тяги, чтобы поднять что-то, весящее тяжелее белки.
Мы можем попробовать использовать несколько стволов. Если вы выстрелите из двух оружий в землю, они создадут двойную тягу. Если каждое оружие может поднять на пять фунтов больше своей собственной массы, два смогут поднять десять.
На этом месте становится ясно, куда мы направляемся.
Если мы добавим достаточно стрелкового оружия, масса пассажира перестанет иметь значение. Она распространяется на такое их большое количество, что они просто этого не замечают. При увеличении количества оружий, с учётом того, что имеется много одинаковых орудий, летящих параллельно друг другу, общая тяговооружённость приближается к таковой у одного оружия, которое не обременено грузом.
Но есть проблема. Боеприпасы.
Рожок АК-47 вмещает в себя 30 зарядов. При десяти выстрелах в секунду, мы получим жалкие три секунды ускорения. Мы можем улучшить результат, используя больший магазин — но только до определённого предела.
Выходит, что нет смысла нести больше 250 единиц боезапаса. Причина этого — фундаментальная и центральная проблема в ракетостроении. Топливо делает вас тяжелее.
Каждая пуля весит 8 грамм, и патрон весит более 16 грамм. Если мы добавим больше, чем примерно 250 зарядов, то АК-47 станет слишком тяжёлым, чтобы оторваться от земли.
Это предполагает, что наше оптимальное воздушное судно представляет собой большое количество АК-47 (минимум 25, но в идеале хотя бы 300), каждый из которых имеет 250 единиц боезапаса. Самая большая версия этого судна сможет ускориться до вертикальной скорости, приближающейся к 100 метрам в секунду, забираясь на высоту больше километра. (Если вы хотите проработать математику по этой части более детально, есть хороший пример здесь.)
Так что мы ответили на вопрос Роба. Имея достаточное количество пулемётов, вы можете полететь.
Но наша установка из 500 АК-47 — явно не реактивный ранец. Можно ли его улучшить?
Мои техасские друзья предложили серию пулемётов, и я пробежался по каждому из них. Некоторые оказались довольно хороши, например, MG-42, более тяжёлый пулемёт, имел незначительно большую тяговооружённость, чем АК-47.
Так что мы решили взять что побольше.
GAU-8 Avenger стреляет со скоростью до шестидесяти одной пули в секунду. Он создаёт силу тяги, эквивалентную почти двум тоннам, это сводит с ума, учитывая, что он установлен на самолёте (the A-10 “Warthog”), каждый из двух моторов которого даёт тягу, эквивалентную только четырём тоннам. Если вы поставите два таких на одно воздушное судно, выстрелите из обоих пушек вперёд, нажимая на газ, пушки победят, и вы полетите назад.
Говоря другими словами, если бы я установил GAU-8 на мою машину, поставил передачу на нейтраль, и начал бы стрелять назад, стоя на месте, я бы нарушил межгосударственные ограничения скорости меньше, чем за три секунды.
И несмотря на то, что эта пушка работает так хорошо — русские создали пушку ещё лучше. Зенитный автомат Грязева-Шипунова 6К30ГШ весит примерно наполовину меньше, чем GAU-8 и имеет даже большую скорость стрельбы. Его тяговооружённость приближается к 40, что означает, что если бы вы прицелились в землю и выстрелили, то он не только бы оторвался от земли в виде быстро расширяющейся струи смертельно опасных металлических фрагментов, но и вы бы также испытали ускорение в 40 g.
Этого даже слишком много. Фактически, если бы он был прочно установлен в самолёте, ускорение стало бы проблемой:
[Т]яга... всё ещё имела бы тенденцию к тому, чтобы причинять ущерб самолёту . Скорость стрельбы была уменьшена до 4 000 зарядов в минуту, но это особо не помогло. Посадочные огни почти всегда ломались после выстрелов... Стрельба очередью из более, чем 30 зарядов вызывала проблемы из-за перегрева.
Но если бы вы каким-то образом закрепили положение пассажира, сделали воздушное судно достаточно стойким, чтобы выдержать ускорение, обернули его в аэродинамическую оболочку и убедились в том, что оно будет адекватно охлаждаться...
... при помощи 6К30ГШ вы могли бы прыгать через горы.
Комментарии1
