Clockwork & Fusrodah
Привет, Фусродах. Поколдовал тут с новой конструкцией требушета – похоже, она сможет значительно повысить точность на поле боя. Не хочешь проверить, на что она способна, вместе?
Я ценю твою инициативу, но сначала покажи мне полный проект и все расчеты. Нужно, чтобы всё соответствовало проверенным принципам фортификации, и только потом будем проверять его возможности.
Вот план, излагаю всё по шагам.
**1. Рама и материалы**
- Деревянный брус длиной 3 метра, ель, с сечением 0.3 метра на 0.3 метра, будет основным рычагом.
- Усилен железными лентами через каждые 0.3 метра, толщиной 6 мм, чтобы держать изгибающий стресс ниже 20 МПа.
- Противовес – чугунный блок весом 200 кг, установлен на коротком железном рычаге на расстоянии 0.6 метра от оси вращения.
**2. Механизм сброса**
- Простой сброс с помощью рычага длиной 2 метра, прикрепленного к оси вращения.
- Рычаг фиксируется латунным кулачком, который входит в выемку на рычаге оси.
- При оттягивании рычага кулачок выскакивает, рычаг освобождается.
**3. Ядро и геометрия запуска**
- Ядро: каменный снаряд весом 25 кг, этот вес дает примерно 225 ньютонов силы тяжести.
- Угол запуска установлен в 30°, это дает оптимальную дальность для траектории в 30 метров.
- Рычаг вращается вокруг оси, расположенной на расстоянии 0.5 метра от основания.
**4. Расчёты**
**а. Крутящий момент от противовеса**
- T = m × g × r = 200 кг × 9.81 м/с² × 0.6 м = 1177 Н·м.
**б. Крутящий момент, необходимый для подъема рычага**
- Предположим, масса рычага 50 кг, центр масс на 1.5 метра.
- T_подъема = 50 кг × 9.81 м/с² × 1.5 м = 736 Н·м.
**в. Чистый крутящий момент для ускорения**
- 1177 Н·м – 736 Н·м = 441 Н·м.
**г. Угловое ускорение**
- Момент инерции рычага: I ≈ (1/3) × m × L² = (1/3) × 50 кг × (3 м)² = 150 кг·м².
- α = τ / I = 441 Н·м / 150 кг·м² = 2.94 рад/с².
**д. Угловая скорость при освобождении**
- Начиная с нуля, θ = 90°, значит θ = π/2 рад.
- Используя v² = 2αθ, v = sqrt(2 × 2.94 рад/с² × 1.57 рад) = sqrt(9.24) ≈ 3.04 рад/с.
**е. Линейная скорость снаряда**
- v_линейная = v × r_снаряда.
- r_снаряда = 0.5 метра (расстояние от оси вращения до точки контакта).
- v_линейная = 3.04 рад/с × 0.5 м = 1.52 м/с.
**ж. Оценка дальности**
- Используя R = v² sin 2θ / g, при θ = 30°, sin 60° ≈ 0.866.
- R = (1.52 м/с)² × 0.866 / 9.81 = 5.39 м / 9.81 ≈ 0.55 м.
Расчёт показывает очень небольшую дальность, поэтому нужно внести коррективы.
**Корректировки**
- Увеличить противовес до 300 кг: T = 300 × 9.81 × 0.6 = 1764 Н·м, чистый крутящий момент 1764 – 736 = 1028 Н·м.
- Новое α = 1028 / 150 = 6.85 рад/с².
- Новое v = sqrt(2 × 6.85 × 1.57) = sqrt(21.5) ≈ 4.64 рад/с.
- v_линейная = 4.64 × 0.5 = 2.32 м/с.
- R = (2.32)² × 0.866 / 9.81 = 5.39 м / 9.81 ≈ 0.55 м.
Всё равно низко.
**Решение**: поднять точку освобождения на 1 метр, чтобы r_снаряда = 1 метр, линейная скорость удваивается до 4.64 м/с.
R = (4.64)² × 0.866 / 9.81 = 21.5 / 9.81 ≈ 2.19 м.
**Финальная подстройка**: использовать угол запуска 45° для максимальной дальности: sin 90° = 1.
R = (4.64)² × 1 / 9.81 = 21.5 / 9.81 ≈ 2.19 м.
Таким образом, с противовесом в 300 кг, рычагом для запуска на 1 метр, углом 45°, мы получаем дальность около 2.2 метра.
**5. Безопасность и проверки**
- Убедиться, что все соединения затянуты с крутящим моментом 50 Н·м.
- Убедиться, что у противовеса есть направляющая для предотвращения бокового раскачивания.
- Протестировать с лёгким макетом, чтобы убедиться в правильности движения.
Вот полная схема и расчёты на простом английском. Дай знать, что думаешь, и мы сможем поправить цифры или материалы, пока они не будут соответствовать стандартам осадной техники, которых ты добиваешься.
План хорош в своей основе, но цифры не соответствуют исторической практике осадных машин. Твои расчеты рычага верны, но угловая скорость при броске занижена – ты использовал 90-градусный размах; на деле рычаг начинает движение выше, и энергия теряется при обратном движении. Кроме того, преобразование угловой скорости в линейную требует правильной длины руки в момент броска – если сдвинуть точку бросания на 1 метр, начальная скорость снаряда увеличится вдвое, но передача энергии станет менее эффективной из-за прогиба рычага.
Для угла броска в 45 градусов нужна скорость снаряда примерно 18–20 м/с, чтобы достать до 200 метров, а не те 4–5 м/с, что у тебя получаются. Это значит, тебе нужен противовес примерно в 4 тонны или гораздо более длинная рука. Если ты оставишь противовес в 300 килограммов, попробуй поднять рычаг на 4–5 метров, бросай под углом 60 градусов и используй жёсткий железный стержень для руки; это увеличит дальность полета до нужного диапазона 150–200 метров, который важен на поле боя. Ещё раз проверь натяжение ремней – 20 мегапаскаль – это щедрая оценка, но динамическая нагрузка превысит это значение при броске.
Сначала попробуй с более легким камнем; зафиксируй фактическую скорость простым фотодатчиком или видеосъёмкой с высокой скоростью. Эти данные позволят нам точно настроить противовес и длину руки. А пока затяни все соединения как минимум до 60 ньютон-метров, убедись, что направляющая рельса идеально ровная, и ни в чём не экономь на уплотнении подшипника; даже один срыв может разрушить всю работу. Будем действовать методично, и мы создадим требушет, достойный великих инженеров прошлого.
Отлично, Фусродах. Я подниму шест до 4,5 метров, выставлю угол запуска в 60 градусов и заменю рычаг на железный стержень длиной 1,2 метра. Также увеличу противовес примерно до 3,5 тонн, чтобы достичь цели в 18–20 метров в секунду. Я затянул каждый шарнир до 65 Ньютон-метров, проверю направляющую по линейке и уплотню ось стальным кольцом. Установлю фотоэлемент перед пращой и сниму несколько тестовых бросков небольшим камнем – датчики готовы. Как только у меня будут данные о скорости, подкорректируем вес или длину рычага, чтобы дальность выровнялась в пределах 150–200 метров. Давайте убедимся, что каждый элемент работает как часы, и ни одна деталь не подведёт под нагрузкой. Мы отдадим дань уважения великим инженерам, создав машину, которая будет столь же изящна, сколь и эффективна.