上旋的原理与改进思路和弹道优化个人浅析及探讨

SD水弹玩家 · 发表于 2020-3-29 07:30:08

1. 综述：下场无上旋，队友两行泪。再牛的发射器没有上旋都要被完虐。上旋对于水弹枪的作用不言而喻。本文主要根据自己经验简要分析了一下上旋的基本原理和一些上旋常见问题的原因及解决思路。其中简要说明上旋增程的原理，并着重分析自旋转的产生原理和下沉及偏旋产生的原理和解决思路。在下也是新入行不久，承蒙各位关照，以下内容均为原创，不周或不解之处还请各位海涵！
2. 上旋增程的基本原理不需赘述，萌新们可以看看，大佬们请直接跳过！

3. 水弹自旋转产生机理
看到这里，大家已经明白了，要想飞的更远就必须有足够的自旋转，相对空气运动时才能产生足够的压力差以抵消重力的影响。那么自旋转是如何产生的呢？
如下图图：上旋摩擦原理图
其原理就是水弹射出后，经过上旋，与向下倾斜的上旋摩擦片接触，产生摩擦力从而形成自旋转。自旋转的转速与摩擦力成正比。因此想要获得足够的自旋转，就要有足够的摩擦力。
众所周知，摩擦力F=μ*Fn，其中μ是摩擦系数，代表两个物体表面的粗糙程度。Fn是两接触物体间的相互压力。所以压力越大，粗糙程度越大，摩擦力越大，上旋效果越好。

4. 下沉的产生。
那么问题来了，由于水弹本身特性和打印上旋固有特点（水弹沥干，打印纹路），表面粗糙程度基本固定不变，即摩擦系数基本不变。那要提高摩擦力只能通过增加上旋与水弹之间的压力，也就是通过下压摩擦片获得更大的下倾斜角度，水弹在通过上旋时与上方下倾斜的摩擦片接触将产生更大的压力！最终得到足够的摩擦力来产生自旋转。但是副作用也很明显，那就是由于更大的下倾斜角度，水弹射出后将改变原来的直线前行的轨迹，水弹将沿着摩擦片向下的角度行进，即下沉！之后在上升和下降，也就是常说的S型弹道。

5. 上旋下沉的解决思路
了解了上旋下沉的问题所在，自然就有了解决的思路和办法。那就是尽可能的减少下倾斜的角度！但是那意味着降低水弹与摩擦片之间的压力，如果要获得同等的摩擦效果，必须提高摩擦系数，即水弹和上旋表面粗糙程度。水弹已经其他特别没办法了（已经有磨砂弹了，当然水弹沥干也是为了提高摩擦系数，这个大家都在采用就不再赘述），所以只有考虑增加上旋摩擦片的表面粗糙度，并且还不能伤害水宝宝，要不然碎蛋可就变成喷子了······
那如何增加上旋摩擦片的固有摩擦系数呢，当然只靠3D打印天然形成的纹路是不够的，其一是因为纹路很浅，其二是无论PLA还是ABS还是尼龙，打印表面其实都是光滑的，有纹路也是光光的灰反光的那种。所以要从结构上进行改变，于是我设计了带有加强摩擦线的上旋，即在上旋上壁（即摩擦壁或者叫摩擦片）增加20条深度0.4㎜的摩擦线，并进行内壁打磨，打磨会产生类似于磨砂的效果，相同下倾斜角度下可以获得更大的摩擦力，或者说相同的摩擦力下，其下倾斜角度更小，如此一来可以减少下沉！

6. 偏旋是如何产生的？
水弹在经过上旋摩擦时，我们期望水弹只形成沿前进方向的旋转，而不是左右偏旋。但是从微观上讲，摩擦力一定是不均匀的，水弹前行时一定会沿着摩擦力最小的地方前行，哪里光滑去哪里。偏旋就产生了，其直接后果就是散布很大！
偏旋的解决思路：第一，最大程度使得摩擦片表面各处摩擦系数相同，从而产生近似相等的摩擦力。第二，约束，圆弧形摩擦片效果会更好，再加光滑侧壁的约束，来防止偏旋。

7. 上旋会不会降初速？
小弟觉得不降初速的上旋都是骗人的，因为能量守恒定律！水弹射出后获得了一定动能，切无其他能量供应。经过上旋后，一小部分能量转化为自转，还有一小小部分摩擦成为热量，那就意味着动能一定是降低，只不过降低的多少罢了。所以上旋一定会轻微降低初速的！

8. 高初速为什么压不住？
水弹经过上旋，一部分动能转化为自转，这个比例基本固定（下倾斜角度不变，表面摩擦系数不变的情况下），那就意味着越高初速将获得更高速的自旋转，自然会产生更高的升力。我亲自试过自己设计的上旋，把锦明8（初速70-75）适用的11号（下倾角1.1度）上旋，装在捷鹰AWM（初速90+）上，地面平射时在20米+的位置竟能飞到二楼······然后换5号（下倾角0.5度）或者6号上旋就能获得比较理想的弹道。
解决办法：减少下倾斜角度，缩短摩擦片长度，降低摩擦片表面摩擦系数也就是更光滑点就能适用更高的初速。理论上没有压不住的初速！
9. 气流的优化设计
对于气量较大的发射器例如J12这种，必须考虑排气槽泄压，防止尾流扰动。我测试过相同下倾斜角度和摩擦系数和长度的上旋，却别只是有无排气槽，其效果确实有明显差别，目前还在邀请其他玩家参与测试中。详细情况后续有了更多数据后再更新。
结论，一：对于大气量的发射器，必须有排气槽。二：可以考虑优化排气槽设计，提高摩擦效率。

结语：很多大佬跟我说上旋=上玄，玄幻莫测，很难把控。当然也确实如此，即使这般优化那般设计，结果仍旧很难完美。但是刨根问底的研究态度还是要有的，万一这方法能优化弹道呢，哪怕只是一点点优化，也是值得的！所以以上经验分享给各位，在设计制作和优化上旋可以参考一二，如有更好的建议欢迎赐教。如果有不周或错误之处，还请指正！同时看在小弟苦心码字的态度上，请大家多多鼓励和支持！

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