从15米A4到烟盒（第五期）: 泄压内管的优化改造

峰海 · 发表于 2023-4-28 19:50:20

本帖最后由峰海于 2023-4-28 22:16 编辑

从第三期关于水蛋的内蛋道原理分析中我们可知，水蛋对于内管的质量并没有非常严苛的要求，对内壁精细度、直度的要求都不像其他类似玩具那么高。所以，对内管的优化改造，不是针对内管品质，而是针对结构的优化。

本期内容要从“水蛋出管时有没有尾流”这个老生常谈的争议话题开始，先看两个小实验。
在已经测定为有效管长（非打孔段的长度）为理想管长的内管的头部的一整圈上均匀的打上小孔，将内管靠近一排撕得细碎的尼龙绳纤维，前将内管口伸到尼龙绳前方，确保管口出气不会干扰到尼龙绳，然后装蛋biubiu，观察尼龙绳的动态。

再将管口移动到尼龙绳后方继续biubiu，确保水蛋不会碰到尼龙绳，然后观察管口右前方尼龙绳的动态。

两个小实验都说明，在水蛋出管时，后方存在有“多余”的气体：当遇到泄压孔时，就横向溢出；同时会跟随着水蛋从管口呈喇叭状向前溢出。有人认为实验2中管口前方的尼龙绳被吹动是水蛋经过时扰动气流造成，这是过度想象。一方面扰动形成的涡流不可能有这么大幅度，另外一方面扰动涡流会与水蛋运动方向相反，所以应该会把绳子吹向后方而不是吹向前方，所以可以确认，吹动尼龙绳的，是与水蛋一同从内管喷出的“多余”气体。

那么这个“多余”气体怎么来的呢？有且只有非此即彼的两种可能性：
可能性一：水蛋出管时，拍头还没有拍到底，水蛋背后的气压等于外界大气压，所以拍头此时还在继续向气缸排气，遇到孔洞时，就把多余气体“推出”了孔洞。
可能性二：水蛋出管时，拍头已经拍到底。拍头和水蛋之间被封闭的一段气体处于轻度压缩状态，气体一旦遇到孔洞就开始减压恢复到常压，同时体积膨胀，从孔洞中“喷射”出来了。

根据水蛋的内蛋道原理，在二选一中我选择相信可能性二。于是，我们就在此基础上得到了内管优化的原理——末端泄压。

第三期中论证过，在适合于精度的理想管长基础上，进一步延长内管，可以通过损耗初速来换取水蛋出管前更大幅度的恢复自身形变。但是，这种延长存在局限：这种“以初速换形变”的方式效率低下，需要增加较长的额外内管才能获得较多的形变恢复。所以我们可以通过在内管的延伸段上打孔，来用较短的额外内管来获得尽可能大的形变恢复。具体方法如下：
1、在理想管长的基础上，额外延长出一段“泄压段”。经过大量测试显示，“泄压段”的长度以5-7厘米为宜，此时初速的损失大约为1-3，考虑到波箱出气的自然波动，这个初速损失的影响非常小。如果泄压段小于5厘米，泄压效果将不明显，如果大于7厘米，初速损失将迅速增大，且蛋道也会同时变差。
2、找一根内径9.5的圆管，用画图工具画出一个等于圆管外径的圆，尽可能准确的在圆周上标出四等分或八等分点。然后以图为参照，尽可能准确的将圆管的外周上切出四等分或八等分的小口。这样这个圆管就可以帮助我们后续在内管打孔时作为标尺。

3、将开口圆管套在内管上，用锐器或定位冲子根据圆管的开口位置在内管上定出打孔位。对于使用普通内管的，只需要尽力确保每圈的打孔位对齐即可。对于使用刀片内管的就麻烦一些，同时还另外需要确保孔位与刀片的开口一致对正，确保泄压气流对水蛋的负压吸附作用尽量对称抵消、不至于影响水蛋姿态。

4、用台钳把内管适度加夹紧防止内管转动，然后用1.5毫米钻头在内管上打孔。我的打孔间隔是泄压段长5厘米，每个圆周上8孔，每排圆周相距约5毫米，共8排。

5、注意事项：
1）由于泄压孔对水蛋存在负压吸附的作用，可能会将水蛋压向开孔。所以开孔的面积一定不能太大，否则水蛋可能会一定幅度上“挤”向泄压口，引起水蛋额外的变形、变向甚至划伤。因此，受个人改造的工具限制，不推荐使用开槽的方式，以免开槽过宽。实验也证明，粗糙且无法控制宽度较小的开槽方式效果并不理想。

2）开泄压孔的首要原则是“对称”。因为负压吸附作用，必须使各个开孔的吸附作用大致对称、相互抵消，才能使水蛋的姿态不受负面影响。实验显示，沿圆周开孔、多排密集分布的形式，是相对最有效的对称方法，在不影响内管结构强度的前提下，孔开得越密集越可以抵消各方向上的打孔误差。所以圆周上的开孔建议8个才能比较有效的抵消手工开孔位置的无差，4孔容易引起泄压不对称而使水蛋偏向的情况（类似开孔泄压上旋的原理），而且4孔的泄压速度也不足。
3）开孔内部一定要清理干净。可以使用一个薄壁的小直径金属管伸进内管去通过推、刮的方式清理开孔的内侧。水蛋对内管的平整度要求主要在于不能有突出物，存在一些内凹的浅划痕没有实际影响，可以放心用小金属管去刮推。实在觉得不踏实的话，可以用通条卷住1000号砂纸伸进内管轻轻打磨平整。

4）在摸索阶段，可以根据实际情况，适当预留额外的泄压长度或者打出更长距离的孔，在试射时可以根据效果，通过胶布遮挡泄压孔来调节泄压的幅度最优化。由于开孔直径很小，胶布遮挡不会对蛋道有任何影响。讲究的朋友可以自己做一个内外径合适的滑套套在泄压段上，成为可调节泄压内管。
5）理论上说，水蛋进入泄压段以后，越向前去参与泄压的孔会越多，泄压幅度会越大。为了让泄压幅度尽量平缓一致，泄压孔的圈数在排布上应该越接近管口时越稀疏。同理，如果开的是泄压槽，开口形状应该是一个接近管口这一端较窄、另一侧较宽的等腰梯形为好，而不是一个狭长的矩形。
6）最后，对于玩具外形限制了内管长度的情况来说，泄压段和理想管长段可以进行一定重合来缩短最终的内管总长度。即，有效内管长度每缩短1厘米，泄压段可以跟随缩短0.5厘米，总体效果会稍有折扣，但依然有一定效果。有效内管长度缩短的总幅度不建议高于5厘米，否则会破坏理想管长的基础效果。
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到此为止，涉及精度的几个主要因素基本都涉及了，本系列的主体也就结束了。原本计划有一个水蛋选择的话题，但是考虑到商业影响比较敏感，而且也确难做到面面俱到，所以暂不发了。后续可能还会就一些小话题增加一些小花絮，如果能翻出足够的资料来，可能还会探讨一期关于高射速下精度优化的话题，不太确定。

祝各位百发百中！

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