Инженер разогнал 4-граммовый снаряд до сверхзвуковой скорости с помощью требушета
Британский инженер Том Стэнтон построил необычный требушет, которому удалось разогнать небольшой снаряд до сверхзвуковой скорости. Масса снаряда составляла всего 4 грамма, однако во время испытания он достиг скорости около 1248 км/ч, превысив скорость звука.
Стэнтон известен своими инженерными экспериментами на YouTube, где его канал насчитывает более 1,5 миллиона подписчиков. Он создавал самые разные механические конструкции, включая самолёт с пневматическим приводом, велосипед с двигателем Стирлинга и механизмы, приводимые в движение маятником.
На этот раз инженер решил проверить, насколько далеко можно продвинуть конструкцию средневекового осадного оружия с помощью современных материалов и инструментов.
Требушет предназначался для метания тяжёлых камней, которые использовались для разрушения крепостных стен. Конструкция работает за счёт противовеса. Когда тяжёлый груз опускается вниз под действием силы тяжести, его энергия передаётся через рычаг и пращу лёгкому снаряду, который выбрасывается на большой скорости.
Ключевым ограничением такого механизма является сила тяжести. На поверхности Земли свободно падающее тело ускоряется примерно на 9,81 метра в секунду за каждую секунду падения. Поэтому увеличение массы противовеса само по себе не позволяет бесконечно увеличивать скорость снаряда. Чтобы добиться более высоких показателей, Стэнтону пришлось изменить конструкцию самого требушета.
Инженер использовал систему блоков с соотношением 3:1, которая позволила изменить взаимосвязь между движением противовеса и движением метательного рычага. Сам рычаг должен был одновременно выдерживать огромные нагрузки и оставаться достаточно лёгким. Для его изготовления Стэнтон выбрал углеродное волокно.
Детали конструкции инженер изготовил на самодельном станке с ЧПУ, который ранее собрал самостоятельно. Во время испытаний некоторые элементы конструкции оказались недостаточно прочными. После проведения нагрузочных тестов Стэнтон переработал конструкцию и усилил слабые компоненты.
Затем началась с постепенным увеличением массы противовеса. Инженер увеличивал её примерно на 10 килограммов за один этап.
При противовесе массой 10 килограммов снаряд достиг скорости около 634 км/ч. При противовесе массой 40 килограммов снаряд разогнался до 1152 км/ч, но до скорости звука ему не хватило около 82 км/ч.
Следующая попытка с противовесом массой 50 килограммов закончилась неудачей. Конструкция требушета не выдержала нагрузки и разрушилась. Поэтому Стэнтону пришлось вернуться к противовесу массой 40 килограммов и вместо дальнейшего увеличения нагрузки уменьшить массу самого снаряда до 4 граммов.
Это изменение позволило существенно повысить скорость метания. Во время финального испытания снаряд достиг скорости примерно 1248 км/ч.
Такая скорость оказалась примерно на 14 км/ч, выше скорости звука. Таким образом, небольшой снаряд впервые в эксперименте Стэнтона перешёл звуковой барьер.
Достижение подтвердил не только результат измерений. Во время полёта был слышен характерный резкий хлопок и последующее эхо, соответствующие звуковому удару, возникающему при сверхзвуковом движении объекта.
Эксперимент показал, что даже древний принцип работы требушета можно значительно усовершенствовать с помощью современных материалов, точного производства и изменения механической схемы. При этом конструкция наглядно демонстрирует фундаментальное ограничение подобных систем: по мере увеличения энергии и скорости резко возрастают нагрузки на все элементы механизма.
В результате инженеру удалось превратить средневековое осадное оружие в экспериментальную установку, способную разгонять небольшой снаряд быстрее скорости звука.