Инженер-энтузиаст построил требушет, разогнавший снаряд до сверхзвуковой скорости
Машина использует только силу тяжести, но система блоков с передаточным числом 3:1 позволила превысить скорость звука
Скорость снаряда составила около 1249 км/ч при пороге примерно в 1235 км/ч
В ходе испытаний плечо раскручивалось до 2342 оборотов в минуту, а снаряд пролетел 1,94 метра за 5,6 миллисекунды
Обычно звуковой удар — это привилегия боевой авиации, ракетной техники и спускаемых аппаратов. Но при должном упорстве его можно получить и на обычном поле за городом. Аэрокосмический инженер и видеоблогер из Великобритании Том Стэнтон задокументировал попытку построить чисто механический требушет, способный отправить снаряд быстрее звука. Задача двойная: устройство должно не только разогнать снаряд примерно до 1235 км/ч, но и не развалиться под собственными нагрузками.
Конструкция потребовала рамы и плеча из углепластика. Источник изображения — popsci.com
«Разогнать снаряд до такой скорости с помощью чисто механической пусковой установки вроде требушета было моей мечтой несколько лет», — говорит Стэнтон в начале ролика.
Механизированные качели: как работает классический требушет
Исторические требушеты были громоздкими: деревянная балка нередко достигала 15 метров в длину. При этом устройство осадной машины оставалось предельно простым. По сути это механизированные качели: длинная балка резко идёт вперёд после освобождения подвешенного противовеса, а праща на конце балки выбрасывает снаряд — обычно тяжёлый камень — в сторону укреплений противника.
Вся энергия в такой схеме берётся из одного источника — из высоты подъёма груза. Никаких пружин, пороха или сжатого воздуха: только масса, помноженная на ускорение свободного падения. Именно эта честность конструкции и делает её привлекательной для энтузиастов, и она же ставит жёсткий потолок скорости.
Почему гравитация ограничивает скорость
Потенциал любого стандартного требушета упирается в саму гравитацию. Даже самые высокие машины в истории оставались достаточно близко к земле, чтобы противовес не мог разгоняться быстрее, чем 9,8 м/с². Всё, что выше этой планки, обычно достигается за счёт сторонних усилителей — эластичных жгутов, торсионов и прочих источников натяжения. Существуют, например, самодельные требушеты на резиновых тягах, которые давно перешагнули звуковой барьер, но «чистой» гравитационной машиной их уже не назовёшь.
Стэнтон принципиально остался при исходном условии: разогнать снаряд до сверхзвука, опираясь только на вес. Для этого понадобилась переработанная схема: прямое соединение противовеса с плечом убрали, а вместо него поставили тросовую передачу с полиспастом 3:1. Барабан сделали переменного диаметра — на старте большой радиус даёт мощный момент, а по мере сматывания троса радиус уменьшается и резко поднимает угловую скорость. Груз при этом поднимался на высоту до 1,9 метра, запасая заметно больше энергии, чем в ранних версиях.
Углепластик, самодельный фрезерный станок и десятки итераций
Ни один экспериментальный проект такого рода не обходится без длинной серии проб и ошибок. После первых переделок автор остановился на конструкции с гораздо более коротким плечом, которое выбрасывает пращу примерно вдвое длиннее стандартной. Такие пропорции позволили праще сделать несколько полных оборотов и добрать импульс, разматываясь с балки. Само плечо весом всего 116 граммов вырезали из углепластика на самодельном фрезерном станке с числовым программным управлением — деталь должна была быть одновременно лёгкой и предельно жёсткой.
Противовес наращивали ступенями по 10 кг, каждый раз замеряя результат:
- противовес 10 кг — снаряд разогнался примерно до 634 км/ч;
- противовес 40 кг — около 1152 км/ч, то есть примерно 82 км/ч не хватило до звукового барьера;
- противовес 50 кг — механизм не выдержал: замок спуска разрушился под нагрузкой.
После поломки Стэнтон вернулся к 40-килограммовому грузу, но облегчил снаряд до 4 граммов и ещё раз пересчитал профиль барабана. Отдельной проблемой стал спусковой механизм: окно срабатывания измеряется единицами миллисекунд, и промах по фазе означал испорченный запуск. Успех наступил на отметке 19:55 в ролике — характерный резкий хлопок пращи в момент выпуска.
Хлопок, который слышно с обеих сторон
«Я услышал эхо здесь и здесь», — говорит автор после тестового запуска, указывая по обе стороны от себя. Именно звуковой удар и его отражения стали слуховым подтверждением того, что снаряд перешёл через барьер.
Показательно и то, что конструкция уцелела: плечо раскрутилось до 2342 оборотов в минуту и осталось целым. Скоростная съёмка зафиксировала, что после выпуска снаряд прошёл 1,94 метра за 5,6 миллисекунды — это порядка 346 м/с. Итоговая скорость не просто дотянула до звукового барьера, а превысила его: около 1249 км/ч против примерно 1235 км/ч у скорости звука на уровне моря.
Запас над барьером получился минимальным — всего порядка 14 км/ч, — так что говорить о серьёзном инженерном прорыве не приходится. Но для машины, у которой нет ни двигателя, ни пружин, ни сжатого газа, а есть только падающий груз, система блоков и правильно подобранная геометрия, результат выглядит вполне убедительно.
