从15米A4到烟盒（第三期）：水蛋的管内原理分析和理想管长的确定方法

峰海 · 发表于 2023-4-26 21:20:54

本帖最后由峰海于 2023-4-30 02:20 编辑

前言：首先表达一个观念，理想管长是一个非常个性化的指标，每个改造者改造的气密程度和偏好不同、实际使用的内管内径也存在公差，所以导致玩具的实际动态可用气量与气缸的标称容量是不同的，所以按照某个参数表来配置气缸和管长是不绝对可靠的。比如使用全气量气缸但是气密做的不好，实际等同于使用90%甚至80%气缸，所以就不能按全气量的数据去匹配管长，由于每个人的气密改造程度是否完美是无法直观评估的，所以只能通过最终实际的使用效果来逆向判断和选择理想管长，判断方法后文介绍。
本期内容过程分析比较多，不爱看文字的朋友可以直接拉到结尾部分看结论。
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一、水蛋内蛋道的基本原理以及为什么不能参照其他类型玩具
1、首先大致分析6妹和水蛋的管内状态的巨大差异
1）6妹使用硬质蛋，从静止开始逐渐加速，加速过程中蛋受气体包裹与内管壁之间存在微小间隙，蛋主要受到后方气体推力和前方风阻，所受内管摩擦阻力很小。因此，蛋会持续加速，到气量用尽时加速度达到峰值，然后加速度开始衰减，速度继续增大，直到加速度衰减到一定程度、前方风阻阻止蛋的速度继续增大时，初速达到最大化，此时管长为6妹的理想管长。
2）水蛋使用硬质蛋，从静止开始逐渐加速，加速过程中蛋会在压力下自身变形，与内管形成紧密接触，气密程度和摩擦阻力都显著大于6妹。蛋主要受到后方气体推力、前方风阻和内管摩擦阻力这三者的合力。因此，蛋在持续加速过程中，自身变形逐渐增大，与内管的摩擦阻力也随之增大，到气量用尽时加速度和摩擦阻力都达到峰值，然后在摩擦阻力的参与下，加速度（相比6妹）更迅速的开始衰减，速度继续增大，而由于后方气体压力减小，蛋本身的形变开始恢复，与内管间的间隙开始加大、与内管的摩擦阻力开始减小。当前方风阻和摩擦阻力的合力阻止蛋的速度继续增大时，初速达到最大化。

二、对比两种内蛋道的基本原理，我们可以初步得出几个结论：
1 水蛋和6妹的内蛋道特性和原理有显著差异，两者的相关数据和原理、改造方法都没有可直接相互借鉴的意义
2 水蛋的蛋、管间气密要好于6妹，所以单单从这个角度讲，某个气量所支撑的理想管长应该大于6妹的经验数据。
3 水蛋在管内受到的内管摩擦阻力显著大于6妹，对气量的损耗大于6妹，单单从这个角度讲，某个气量所支撑的理想管长应该小于6妹的经验数据。
4 由于2和3中的原因两者存在相互抵消，所以无法从直观上一概而论水和6妹的理想管长应该谁更长谁更短，水的理想管长受蛋的软硬可变形程度（决定蛋管之间接触压力即摩擦阻力大小）、蛋的湿度（决定蛋管间的摩擦阻力和粘滞阻力）、蛋管大小的公差（决定蛋管间的气密程度）等因素影响，使得水的理想管长成为一个高度个性化和具体化的指标。
5 在4的理解基础上，我们可以推断出，单方面的蛋的硬度提高，并不足以使水的内蛋道发生优化，甚至某些条件下还可能使内蛋道情况变恶劣，因此，硬度增加与蛋道变好，这两者之间没有必然的因果关系。具体的我们在后续的有关水蛋选择的一期里展开讨论。

三、选择水蛋理想管长的原理和方法
1、水蛋在管内的受力和状态的定性分析
如图所示，假定管足够长，水蛋在管内的变化情况基本分为四个阶段：

阶段一、水蛋从静止开始启动，加速度和速度不断增加，水蛋自身变形不断变大，和内管的摩擦阻力不断增加，前方风阻随着自身速度增加而增加，持续到气量用尽、拍头排到底为止。
阶段二、拍头拍到底后，水蛋后方的推力不再增加，水蛋的加速度开始衰减，在惯性作用下速度继续增加，水蛋自身变形开始恢复，与内管的接触和摩擦阻力开始变小，前方风阻继续增加。这个过程非常短暂，存在着一定争议，但对全局影响不大。
阶段三、这是一个微妙的阶段，此时蛋的惯性几乎用尽，理应速度开始明显下降，但是由于蛋自身变形恢复导致内管摩擦的减小，使蛋的降速趋势受到抑制，甚至可能使蛋保持大致相同的速度平飞一段时间。这个区间，就是我们寻找的“理想管长区”！！！
阶段四、蛋完成“理想管长区”以后，由于蛋自身变形恢复的程度进一步加大，速度开始下降，蛋与内管的接触大幅度降低，导致蛋在内管里呈失稳或偏轴趋势，这是我们选择管长时的“回避区”。

2. 选择何种管长作为理想管长
1）从改造的效率角度，我们一般把初速最大化作为理想管长的标志物和前提
2）从以上的分析中我们可以看出，水蛋的理想管长在理论上其实是一个区间，而不是一个点。根据具体情况，这个区间有大有小，不一定能被明显感知到。
3）“理想管长区”之所以通常被认为是一个点，通常是因为这个区间的距离可能比较短，另一个重要原因是波箱初速的波动如果偏大，波动会掩盖这个管长变化的区间里“初速大致稳定”的特征的，即使在初速波动±1左右的较好水平下，仍需要经过较大量的测试才容易察觉这个区间的存在。
4）从以上分析可以看出，在前述的“阶段三”这个“理想管长区”里，最近点处初速最大化，但水蛋自身形变幅度依然较大；最远点处初速同样最大化，但是水蛋自身形变的恢复程度比最近点处要大。因此：对于高射速改造，应选择理想管长区的最近点作为理想管长，适合高射速需要管长尽量短来避免倒吸的需求；而对于精度向的改造，应选择最远点作为理想管长，适应精度改造希望水蛋管内变形尽量小的需求。
5）精度理想管长的选择原理在于：水蛋在管内首次达到初速最大时，是自身形变比较激烈的状态下，这种不可控的不稳定状态下，蛋撞击上旋的状态会出现不均一，从而使蛋道发生不均一，而在初速最大化的最晚点时，蛋的自身变形相对小，撞击上旋的姿态和最终的蛋道也会相对更均一。
6）举一反三：在不介意一定幅度的初速衰减的情况下，我们还可以进一步加长内管，以适量的初速衰减换取水蛋出管时更小幅度的自身形变。但是要注意，不能过度加长到出现水蛋自身失稳的程度（即进入上述的第四阶段）。
7）再进一步，加长内管的同时采取措施限制初速衰减和水蛋失稳，可以更大程度上减小水蛋出管时的形变幅度带来更均匀的上旋摩擦效果，这是内管改造的一个思路，在后续的内管改造一期中再详细讨论。

3.选择理想管长的基本逻辑
1）首先寻找内管首次出现初速最大化的长度
2）在这个长度基础上，仔细的、小幅度的增长内管，直到初速开始明显降低时为止，此时的长度就是最适合精度改造的理想管长。
3）对于不想太麻烦的朋友，可以直接在初速最大化的管长基础上，将内管进一步适当延长进行尝试（我的经验值是视气量大小延长3-5厘米，仅供参考）
4）提供我自己用的部分理想管长数据，仅用以演示两种理想管长的差异。实验量有限，未必准确，数据仅适用于我个人改造习惯，重要的话说三遍：请勿参照！请勿参照！请勿参照！

4.理想管长在精度改造中的意义
理想管长是一把双刃剑：一方面，理想管长可以使水蛋出管时的自身形变得到一定缓解，从而改善与上旋的摩擦和蛋道稳定性；另一方面，由于采用理想管长时水蛋出管前处于气量和惯性用尽、速度即将衰减的临界点上，如果波箱出气不够稳定，就容易出现初速波动的情况（主要是初速提前衰减）。但是，实验显示，前一方面的正面效应在一定范围内可以压倒后一方面的负面效应，因而蛋道总体上还是呈现出得到改善。

这就能解答一个有些朋友疑问的问题：为什么有的发射器初速波动很小，但是蛋道不好；而有的发射器初速波动并太稳，但是蛋道不错。如果排除蛋的品质因素，原因就是因为前者采用的管长可能短于理想管长，气量有足够余量且水蛋未进入速度衰减区，所以不会出现掉初速，自然显得波动小。但此时水蛋处于自身形变较大的状态下，自然蛋道也不会太好；而后者则反之，因为接近理想管长，所以尽管初速有点波动，但是水蛋出管时自身形变小，与上旋摩擦稳，蛋道自然就好。

到这里，我们就已经完成了发射器端的基本的改造，可以组装起来做一个“期中考试”了。在使用均匀度较好的蛋、不装上旋的前提下，
15米距离上75以内的初速（本文只涉及75以内的较安全初速，不涉及、不讨论更高初速）不太能支持全程平飞15米，大致应该能抛落在两三个烟盒的范围内

在初速能支持全程平飞的10米距离，单发打瓶盖应该能大概率，连发应该能轻松、稳定的绝大部分散步在烟盒范围以内。

检查方法：具体距离和散步有所不同很正常，主要是蛋道的状态要比较平稳，开始下落的点尽量集中在一起为好，不要有上下左右的明显过度偏离。如有问题，倒退回之前的改造环节上进行重复检查。
1）有蛋提前下坠或高抛起再下落的，一般是初速不稳，或者蛋的输供推上存在问题导致伤蛋造成的
2）蛋道过早的在中段开始左右偏离，或偏离幅度较大，或末端时突然呈弧线左右散开的，一般是气量和管长搭配上存在问题，或者内管稳定有明显问题，或者是蛋偏大。

到此为止，一支发射器的基础性的精度改造就完成了，可见，在改造扎实到位、蛋的品质不太差的前提下，散步控制在15米A4应该是绰绰有余的，这就是为什么第一期里提到把“15米A4”作为精度改造的起跑线。所以，请勿迷信或者误解“精度里蛋占百分之多少多少”这样的观念——经过合格改造的发射器，15米内使用市面上没有恶评的主流水蛋经过大致控时的泡发，即使不筛蛋、不加上旋，控制在15米A4以内也应该是大概率事件。如果差距明显，除了考虑换蛋测试以外，建议多从发射器本身改造上寻求解决办法，才是根本之道。
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终于结束了基础性的琐碎的内容，从下期开始我们将涉及有趣一些的蛋、上旋和内管的进阶性内容，我们下期再见！

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