Будет ли снаряд (стрела, пуля) с просверленными по длине отверстиями быстрее и иметь большую дальность?

Сопротивление будет выше, а отношение массы к сопротивлению ухудшится с обеих сторон дроби.

Сопротивление вызывается трением (и созданием подъемной силы, но я бы посчитал это незначительным, иначе мы бы говорили не о снарядах, а о планерах). Трение пропорционально динамическому давлению (плотность, умноженная на скорость в квадрате, разделенная на два) и площади поверхности. Просверливая отверстие, вы увеличиваете площадь поверхности! Теперь часть воздуха будет проходить через снаряд, а не только вокруг него. Если снаряд тонкий, отверстие будет маленьким по сравнению с его длиной, и трение будет настолько замедлять воздух, что поток через это похожее на трубу отверстие почти прекратится. Теперь в почти забитой трубе будет гораздо меньшая скорость потока и, следовательно, меньшее сопротивление трения.

Но все же лучше вообще избегать каких-либо отверстий.

Теперь Рик смоделировал угловой случай: очень тупой снаряд с массивной дырой, движущийся со скоростью, не совсем похожей на пулю, 1 м/с. Теперь в этом случае вы получаете приличный поток через центр, который помогает уменьшить базовое сопротивление. В стрелке вашего вопроса это не сработает, потому что потери на трение в длинном отверстии не допустят большого массового расхода, а базовое сопротивление сильно не изменится. Однако было доказано, что хвостовая часть снаряда намного эффективнее снижает сопротивление основания.

На самом деле, это, скорее всего, увеличит относительный эффект лобового сопротивления.

Рассмотрим равные силы сопротивления двух тел разной массы.

Ускорение, вызванное этой силой для массивного объекта, будет меньше , чем для менее массивного снаряда.

Часть, где это может быть сложно, заключается в том, чтобы учесть, что вы получаете большее ускорение на менее массивном объекте, когда запускаете его. Проблема в том, что сила сопротивления зависит от квадрата скорости. Даже с учетом дополнительного ускорения, которое вы даете меньшей массе, тот факт, что сила сопротивления больше и вызывает большее замедление, означает, что это вряд ли будет лучший снаряд.

Вы всегда можете посчитать сами, это не так уж сложно, если вы находите сопротивление только в какой-то момент.

Полые кольца могут быть использованы в качестве снарядов. Например, эта игрушка для собак .

Полезность исходит из допустимого увеличения стабильности. Снаряды обычно стабилизируются либо путем их вращения, либо с помощью плавников, либо с помощью того и другого. Плавники работают, добавляя сопротивление хвосту (они получают большой прирост за счет подъемной силы, но все равно добавляют сопротивление). Вращение не увеличивает сопротивление вперед, но вращательному движению поверхности сопротивляется некоторое сопротивление вращения, которое будет медленно уменьшать сопротивление. скорость вращения. Для легких снарядов это уменьшение вращения может быть фактором, ограничивающим дальность полета, поскольку, как только скорость вращения становится слишком низкой, снаряд становится нестабильным. Это иногда можно наблюдать у летающих дисков, когда начало полета плавное, но затем диск начинает раскачиваться.

Итак, в игру вступает выдолбление центра, потому что кольцо имеет большую инерцию вращения, чем его твердый аналог. Это позволяет снаряду дольше вращаться и, следовательно, дольше оставаться стабильным. Это одна из причин, по которой аэробиный летающий диск имеет большую дальность полета, чем обычный летающий диск.

С точки зрения сопротивления, с двумя объектами одинакового объема, оба созданы для уменьшения сопротивления, но через один из них проходит воздушный канал, объект без воздушного канала всегда будет иметь меньшее сопротивление (пока они оба стабильны). ) Это происходит из-за необходимого увеличения площади поверхности, что приводит к большему трению кожи .

Однако, если вы смотрите на два объекта с одинаковым внешним видом, то тот, у которого отверстие спереди назад, иногда будет иметь меньшее сопротивление. Например, я только что провел быструю симуляцию двух пулеобразных объектов, падающих в воздухе со скоростью 1 м/с:

Это твердый объект, сопротивление которого равно 0,925 мН.

Это твердый объект, сопротивление которого равно 0,846 мН.

Итак, на первый взгляд кажется, что дыра — хорошая идея. Однако дыра также удалила массу. Это означает, что одно и то же сопротивление вызовет более сильное замедление, поэтому снаряд фактически будет лететь медленнее и иметь меньшую дальность полета.

Кроме того, для длинных и узких геометрий (например, стрелки) отверстие фактически увеличивает сопротивление:

Здесь сплошной цилиндр длиной 60 см и диаметром 1 см имел сопротивление 0,127 мН. Внешняя поверхность полой версии имела сопротивление 0,101 мН, но внутреннее сопротивление увеличило общее сопротивление до 0,138 мН, что привело к чистому увеличению сопротивления.

В заключение, отверстие можно использовать для повышения устойчивости, но в большинстве сценариев оно уменьшит скорость и дальность полета снаряда, даже если ему удастся уменьшить сопротивление.

На рубеже 19/20 веков существовали свинцовые пули с отверстиями по всей длине, торпедные пули, и в середину этих снарядов вставлялся очень маленький латунный или медный стержень. Испытания показали значительное снижение аэродинамического сопротивления, так как область низкого давления у основания пули была значительно уменьшена за счет потока воздуха через середину в область основания.

В то время технологий было недостаточно для их точного изготовления, поэтому они так и не были запущены в серийное производство. Однако было доказано, что на дистанции 1000 ярдов они меньше падают и дрейфуют и сохраняют более высокие скорости по сравнению с их твердыми аналогами.