Стрельба из картофельных пушек – идея, которая уже давно, как говорится, витает в воздухе. И прилетела она к нам, по разным источникам, то ли из-за океана, как и сама картошка, то ли из старушки Европы. Нет, Кулибиных на русской земле с отечественными бульбометами тоже хватает, однако формат «массового психоза» картофельная артиллерия получила на Западе.

«Potato cannon», «potato gun», «spud cannon», «spudzooka», «kartoffelkanone» – названий и разновидностей картофельных пушек и пистолетов существует большое множество в разных языках и странах. В своем самом распространенном варианте картофельная пушка представляет дульное орудие, которое приводится в действие сжатым воздухом либо за счет энергии от воспламенения смеси горючего газа с кислородом. В качестве снаряда чаще всего используется картофель, благодаря чему и появилось название. При этом с таким же успехом в стрельбе применяются яблоки, мандарины, теннисные мячики и другие предметы, которые можно засунуть в пушку.

Самое интересное в использовании картофельной пушки – это «wow-эффект» от самого выстрела, ради которого, собственно, все и затевается. При небольшой себестоимости в 1000-1500рублей получается пушка длиной около 1,5 метров, которая может стрелять на расстояние от 5 до 200 метров. Продвинутые экземпляры, если верить рассказам бывалых картофелестрелов, гораздо внушительнее по размерам и отправляют овощ еще дальше – на 300 метров. Впечатляет не только дальность полета, но и выстрел. Столь громкого хлопка от нескольких сантехнических приборов, скрепленных между собой, не ожидаешь никак. Впечатляет и баллистика: с точностью предугадать, в каком же направлении полетит картошка, довольно сложно.

Популярность во всем мире картофельные пушки завоевали благодаря простоте конструкции. Составляющие пушки можно приобрести, посетив ближайший сантехнический магазин. Многочисленные авторы видеоруководств в интернете рассказывают, как собрать «картофелестрел» или «картофельную базуку» буквально за полчаса, используя сливную трубу ПВХ, муфту, ревизию с крышкой, переходник со слива на стояк, заглушку, пьезоэлемент зажигалки, скотч, клей и несколько шурупов. Подобно конструктору, который может осилить и ребенок, через несколько минут собирается настоящая пушка с дулом, камерой сгорания и инициатором. Наполнив камеру газом, лаком для волос или освежителем для туалета, завинтив крышку и запихнув овощ импровизированным шомполом в дуло, с помощью пьезоэлемента в камеру сгорания стрелок подает иску – и следует выстрел. Да такой, что окружающим, лучше держаться на расстоянии – с близкого попадания в цель картошка разбивается всмятку.

Если в России стрельба из картофельных пушек в основном расценивается как баловство выходного дня и хулигантство, то в США уже давно существуют сообщества «потатогейнщиков». Любители пострелять съезжаются с разных концов страны на специальные полигоны и проводят соревнования, разыгрывая денежные призы. Победитель обычно выбирается по трем критериям – дальность полета картошки, время в воздухе и точность. При этом участники постоянно апргрейдят свои пушки. Воображению здесь нет предела. Конструкцию можно усложнить, добавив несколько стволов, сделать автоматическую подачу заряда, установить автодозировку газа, создать автоматический продув камеры сгорания с помощью вентилятора, да, в конце концов, усовершенствовать сами боеприпасы, придав им большую динамичность.

Способ приведения овоща в движение не обязательно происходит с воспламенением горючего. Выстрел может происходить как за счет сжатия воздуха (пневматические катапульты), так и с помощью взрыва бомбы из сухого льда или сжатия топливо-воздушной смеси (гибридный тип пушки). Ни один уважающий себя картофелестрел не обходится без аксессуаров: ремешков для ношения боекомлекта, ручек, футляров для картофелин и т.д. Во многом популярность картофельных стрельб у американцев подстегивает телеэкран. Сцены с использованием картофелеметов и устройств, стреляющих картошкой, встречаются в таких фильмах, как «Дрожь Земли 3», «Железный человек 3», в сериале «Доктор Хаус», мультфильме «Симпсоны» и так далее.

Однако стоит помнить о том, что если в США, где гражданам страны разрешено свободное ношение оружия, картофельные пушки воспринимаются в качестве невинного хобби, то в России с идей открыть полигон по стрельбе картошкой или организацией серийной продажи картофельных пушек почти наверняка возникнут проблемы с законом. В качестве негативного примера можно привести опыт Германии, где помешательство картофельными пушками местными подростками несколько лет назад пришлось активно пресекать с помощью полиции. Картофельная канонада звучала на окраинах практически всех немецких городов. Вскоре новости запестрили сообщениями о первых жертвах. Так, подросток из Геттингена потерял часть уха, когда при нажатии на курок разнесло «патронник». В Баварии 55-летняя женщина, выгуливая на опушке леса собаку, получила серьезные повреждения: картофельный снаряд попал ей в бедро. Еще один мужчина едва не лишился глаза, другой стрелок получил ожог от взрыва лака для волос при заправке, третий получил переломы и так далее. В результате власти большинства земель решили от греха подальше приравнять картофельные пушки к огнестрельному оружию. Теперь в Германии создание и хранение «kartoffelkanone» преследуется полицией. Такой же запрет действует и в Австрии. Так что опасения народных умельцев относительно организации овощных стрельбищ можно понять. Пока что картофельные пушки в России официально можно заметить лишь в качестве экспонатов на редких научно-популярных фестивалях формата open-air.

Принцип действия

Работа картофельных пушек основана на тех же принципах что и в огнестрельном оружии , но с меньшим рабочим давлением. По способу приведения снаряда в движение все изделия можно разделить на четыре типа:

• С воспламенением топливо-воздушной смеси (пироэлектрические). Производительность ограничена энергией сгорания смеси.
• За счет энергии сжатого газа (обычно воздуха) с выпуском через клапан. Такие установки, как правило, называют пневматическими катапультами , и их мощность ограничивается давлением воздуха, получаемого за счёт компрессора , ручного насоса или сжатого газа в баллоне.
• За счет взрыва бомбы из сухого льда Их мощность ограничена использованными материалами и размерами сухого льда.
• Гибридного или комбинированного типа - с использованием энергии сжатой топливо-воздушной смеси. В этом случае мощность ограничена только механической прочностью используемых материалов.

Пироэлектрические системы

Картофельные пушки с воспламенением топливо-воздушной смеси являются наименее сложными конструкциями. Они состоят из четырёх компонентов:

• Топливная система
• Камера сгорания
• Система воспламенения

Для производства выстрела, оператор проталкивает шомполом снаряд (например картофель) в ствол, впрыскивает топливо в камеру сгорания (чаще всего, аэрозоли или пропан), и активирует систему воспламенения, в качестве которой чаще всего используется пьезоэлемент газовой зажигалки . Воспламенившаяся смесь создаёт горячие газы, которые, расширяясь, выталкивают снаряд из ствола. Дальность выстрела сильно различается и зависит от многих факторов (тип топлива, соотношение воздух/топливо, объем камеры сгорания) и в общем случае не превышает 100 до 200 метров, хотя известны факты стрельбы на расстояние до 500 метров .

Усовершенствованные системы могут содержать устройства для дозировки пропана для более точного соотношения газов в топливо-воздушной смеси, вентиляторы в камере сгорания для эффективного смешивания топлива с воздухом и ускорения удаления отработавших газов из камеры сгорания после стрельбы, несколько искровых разрядников , для сокращения времени горения, и высоковольтные источники зажигания (электрошокеры , вспышки фотоаппаратов).

Пироэлектрические системы, как правило, наименее мощные, чем их пневматические и гибридные аналоги.

Пневматические системы

Пневматические пушки немного сложнее из-за необходимости изготовления полностью герметичной системы. Сама пушка состоит из следующих компонентов:

• Заправочный клапан.
• Воздушный резервуар.
• Клапан сброса давления.
• Ствол.

В пневматической пушке, воздух подается в воздушный резервуар. После того, как в камере будет достигнуто необходимое давление, открывается клапан сброса давления и сжатый воздух выталкивает снаряд из ствола.

Впускной клапан, используется доступного типа, таких как клапан Шредера или Преста (использующиеся обычно в автомобильных или велосипедных шинах), или другого типа, позволяющие быстро соединять и разъединять воздушный резервуар с источником сжатого воздуха.

Клапан сброса давления часто является одним из различных коммерчески доступных типов, таких как шаровой кран , клапан опрыскивателя оросительной системы .

Пневматические картофельные пушки, как правило, более мощные, чем пироэлектрические. Типичная пироэлектрическая система создает, в среднем, давление в камере сгорания около 210 кПа, в пике 500-700 кПа, в то время как пневматическая пушка может работать при давлениях в районе 700 кПа. В последнее время стали все чаще использовать даже более высокое давление, иногда до 3,4 МПа и выше.

Диапазон стрельбы пневматической пушки более изменчив, чем пироэлектричекой, в связи с увеличением возможностей изменения компонентов. Средняя дальность выше из-за большей мощности. Максимальная дальность стрельбы некоторых образцов достигает более 1000 метров .

Системы на сухом льде

В современных системах используется взрывной метод запуска: в пластиковую бутылку с водой добавляют и небольшое количество сухого льда, быстро закрывают и опускают в ствол закрытый с одного конца. Затем вставляется снаряд. Вода ускоряет сублимацию сухого льда и давление газа в конечном итоге разрывает бутылку и запускает снаряд. Давление разрыва стандартной пластиковой бутылки 1,4 и 2,1 МПа на открытом воздухе, но после заключения в трубу может быть выше .

В связи с особенностями работы конструкции необходимо соблюдать дополнительные меры безопасности:

Другим способ использования сухого льда в картофельных пушках является использование возгонки для создания давления до выпускного клапана, размещённого между стволом и резервуаром с сухим льдом. Давление за клапаном может достигать свыше 5,5 МПа. Выстрел производится открытием клапана. Хотя этот метод является более управляемым и безопасным, чем использование взрывающейся пластиковой бутылки или разрывной мембраны (при условии использования соответствующих давлению трубопроводов и иных материалов), он ограничен тем, что выпускные клапана, такие как шаровые краны, имеют небольшой проходной диаметр. Кроме того, время их открытия намного больше чем время взрыва бутылки, следовательно на снаряд будет воздействовать меньший поток газа. Однако, это компенсируется тем, что такая конструкция может работать при давлении более чем вдвое превышающем давление взрыва типичной бутылки с сухим льдом .

Гибридные системы

Основными компонентами гибридных систем являются:

• Топливная система (пропан).
• Заправочный воздушный клапан.
• Один или несколько датчиков давления (манометры).
• Камера сгорания высокого давления.
• Открываемый давлением разрывной клапан (разрушаемая мембрана).
• Ствол.
• Система воспламенения топливо-воздушной смеси.

Гибридная система объединяет в себе пироэлектрические и пневматические системы. Она использует энергию воспламенения предварительно сжатой топливо-воздушной смеси, для получения большей мощности выстрела при том же объеме камеры сгорания.

Для производства выстрела оператор сначала устанавливает разрушаемую мембрану между стволом и камерой сгорания, затем закачивает необходимое количество топлива и воздуха. При поджигании топливо-воздушной смеси мембрана разрушается и снаряд выталкивается из ствола. Гибридные системы способны производить выстрел мощнее чем пироэлектрические или пневматические, поскольку возникающее, в момент выстрела, давление, выше, чем в пироэлектрической системе (для большинства видов топлива), а ударная волна движется быстрее, чем она может в пневматический, из-за более высокой температуры. Снаряды, выпущенные с помощью гибридной пушки способны преодолеть звуковой барьер .

Гибридные пушки, использующие топливно-воздушной смесь с давлением в два раза выше атмосферного, называются «использующие 2-х кратную смесь». Могут быть использованы смеси с более высоким давлением, и они будут производить выстрелы большей мощности. Но для более эффективного использования количество топлива и горючего газа должно быть точно измерено, поэтому необходимо использовать датчики давления воздуха и топлива.

Преодоление звукового барьера

Редко когда картофельная пушка обладает достаточной энергией для того, чтобы скорость снаряда смогла превысить скорость звука , хотя зафиксировано несколько таких случаев. Как правило, используются конструкции гибридного типа. Но некоторые варианты пневматической пушки тоже смогли добиться такого результата, либо с помощью газов низкой плотности, таких как гелий , либо за счёт сочетания высокого давления с быстрым клапаном .

Возможность преодоления звукового барьера снарядом связана со скоростью движения молекул газа, выталкивающих его из ствола. Если в стволе снаряд двигается со скоростью звука или близкой к ней, то молекулы из которых состоит газ просто не могут двигаться с той же скоростью, чтобы обеспечить соответствующее ускорение. Проблема решается за счет увеличения скорости молекул, следующими способами:

• Использованием легких молекул, например гелия в пневматических системах.
• Нагреванием газов до высоких температур, таким образом давая им больше энергии.
• Использование стали в конструкции в сочетании с более высоким давлением, 5,5 МПа и выше, но это достаточно сложно. Хотя с помощью углекислого газа можно достичь таких давлений, но он не подходит из-за высокой плотности.

Самая высокая зафиксированная скорость составляет 933,3 м./с. (приблизительно в =2,7) 16,6-граммовыми пластиковыми пулями калибром 20 мм из гибридной пушки с использованием, предварительно сжатой до 20 МПа смеси воздуха и пропана .

Практическое применение

Хотя картофельные пушки создаются, в основном, как развлечение, существуют другие устройства, которые работают на аналогичных принципах во многих других областях.

Индустрия развлечений

• Рекламные пушки на спортивных мероприятиях: портативные пневматические пушки, работающие на сжиженном углекислом газе стали постоянным элементом больших спортивных игр в США, где они используются для заброски упакованных предметов с рекламой игр (таких как футболки) в аудиторию. Такие «воздушные пушки», как их часто называют, сделаны из более качественных материалов, чем в обычные пневматические картофельные, но они используют те же принципы работы.
• Пушки для спецэффектов: в кино и театральных постановках, пневматические пушки часто используются вместо огнестрельных, без использования снарядов. Они имеют различное управление, от простого шарового крана, до электронного дистанционного, в зависимости от конкретных требований.

Промышленность

В качестве оружия

Примечания

1. (May 2009) «Internal ballistics of a pneumatic potato cannon ». European Journal of Physics 30 (3): 453–457. DOI :10.1088/0143-0807/30/3/003 . Проверено 15 August 2011.
2. (July 2004) « ». American Journal of Physics 72 (7): 961–963. DOI :10.1119/1.1710063 . Проверено 15 August 2011.
3. (Spring 2005) «The Potato Cannon: Determination of Combustion Principles for Engineering Freshmen ». Chemical Engineering Education 39 (2): 156–159. Проверено 15 August 2011.
4. (November 2007) « ». The Physics Teacher 45 (8): 496–7. DOI :10.1119/1.2798362 . Проверено 15 August 2011.
5. Gurstelle, William.

• Если вашему местному хозяйственному магазину не доставили точные детали, не волнуйтесь. Вы, вероятно, сможете использовать многократные части (например, редукторы, муфты и т. д.), чтобы достигнуть того, что делают перечисленные части.
• Дулозарядное огнестрельное оружие использует "упаковочный материал" - участки ткани, чтобы обернуть снаряды и сформировать хорошую печать с баррелем. То же самое понятие может быть применено к картофельному оружию, если другие используются боеприпасы, которые нельзя разрезать. Возможности бесконечны.
• Попробуйте новые боеприпасы! Картофель многочислен, но если вы живете около грецкого ореха...
• После резки труб, снимите заусенцы наждачной бумагой или файлом.
• Есть много инструкций в интернете, просто зайдите Google "Картофельные инструкции по орудию". Есть много применений к этому орудию, поэтому весело проведите время и экспериментируйте, но будьте в безопасности и умны!
• Винт вставляется в ствол, где он соединяется с камерой сгорания, и будет препятствовать патронам, из за этого он протаранит слишком далеко, и попадет в камеру.
• Объем камеры сгорания пропорционален силе выстрела, длинная камера производит неэффективную волну сжатия, делайте камеру сгорания маленькой и толстый.
• Если вы никогда не работали с ПВХ, купите лом ПВХ и несколько дешевых соединителей, так чтобы вы могли практиковать соединение, прежде чем строить свой гранатомет. Поверните каждый клеевой шов на четверть оборота, будто вы толкаете его вместе.
• Слишком много движущего газа так же плохо, как если бы его было мало. Если будет перемещено слишком много кислорода, то воспламенение не произойдет. Методом проб и ошибок вы будете учиться использовать оптимальное количество топлива в вашем отдельном дизайне.
• Терминология труб часто запутывающая. Вот несколько используемых сокращений: FIPT - Внутренняя резьба; MIP - Наружная резьба; ГНЕЗДО - гнездо промаха; ПРОМАХ - непереплетенная труба, используйте клей, для защиты сустава; ЗАТЫЧКА - мужчина надевает втулку и т.д.; Перебор - вне диаметра; ID - в диаметре (измерения трубы ПВХ обычно измеряется в ID, таким образом, Перебор будет больше, чем 2 дюйма).
• Если что-то должно быть плотно закрыто, используйте клейкую ленту. Она начинается как лента, но после того, как вы использовали пушку лента превращается в очень липкий клея, который держит вещи закрытыми.
• Мир сантехники может быть запутанным и неорганизованным, так что не бойтесь попросить у сотрудников магазина помощи.
• Первоначальное зажигание в камере сгорания должно быть близко к центру камеры для формирования эффективной волны сжатия и передачи энергии взрыва.
• Чтобы получить максимальный поток через клапан, читайте направления клапана. Это часто связано с поворотом ручки или манжета на клапане.
• Следуйте инструкциям на клее, и клейте обильно как на трубе и розетке. Не используйте клей или клеящий раствор на резьбе; оберните в пару слоев тефлоновой уплотнительной лентой.
• Чем длиннее ствол, тем больше сила сгорания ускорит снаряд. Слишком короткий барреля будет отнимать мощность. Однако, если ствол слишком длинный, расширяющиеся газы начинают терять давление и трение снаряда в стволе начинает замедлять его. Найдите оптимальную длину для вашей собственной конфигурации, методом проб и ошибок.
• Клей Кристи, рекомендуемый ниже, является сильным клеем с одним шагом, но требует, чтобы вы работали быстро. Тщательно распланируйте и будьте готовы к соединению, как только вы примените клей.

Принцип работы

Работа картофельных пушек основана на тех же принципах что и в огнестрельном оружии (снаряд приводит в движение смесь газов, находящихся под большим давлением), но с меньшим рабочим давлением. По способу приведения снаряда в движение все изделия можно разделить на четыре типа:

• С воспламенением топливо-воздушной смеси (пироэлектрические). Производительность ограничена энергией сгорания смеси.
• За счет энергии сжатого газа (обычно воздуха) с выпуском через клапан. Такие установки, как правило, называют пневматическими катапультами, и их мощность ограничивается давлением воздуха, получаемого за счёт компрессора, ручного насоса или сжатого газа в баллоне (принцип работы такой пушки подробно описан в нашей ).
• За счет взрыва бомбы из сухого льда Их мощность ограничена использованными материалами и размерами сухого льда.
• Гибридного или комбинированного типа — с использованием энергии сжатой топливо-воздушной смеси. В этом случае мощность ограничена только механической прочностью используемых материалов.

​В этот раз мы займёмся сборкой пироэлектрической пушки. Принцип работы такой пушки достаточно прост: в камере сгорания пушки происходит воспламенение топливной смеси. Полученный в результате газ выталкивает снаряд.

Наша пушка будет состоять из трёх компонентов:

• Камера сгорания
• Система воспламенения
• Ствол

Для производства выстрела, необходимо протолкнуть шомполом снаряд (например картофель) в ствол, впрыснуть топливо в камеру сгорания (чаще всего, аэрозоли или пропан), и активировать систему воспламенения, в качестве которой чаще всего используется пьезоэлемент газовой зажигалки. Воспламенившаяся смесь создаёт горячие газы, которые, расширяясь, выталкивают снаряд из ствола.

Сборка прототипа картофельной пушки

Для того, чтобы свести к минимуму риски работы с пушкой, мы начнём с малого: соберём миниатюрный образец картофельной пушки, который будет стрелять виноградом (:

Начнём со сборки камеры сгорания и дульной части нашей пушки (системой воспламенения топливной смеси займёмся позже). Для этого нам понадобятся:

• Фитинг, муфта, 2 заглушки для ПВХ труб диаметром 50 миллиметров;
• Полипропиленовая труба, длиной 50-70 см, и диаметром 16-20 миллиметров;
• Герметик или "жидкие гвозди";
• Строительный нож;

​

Начнём со сборки камеры сгорания. Для этого нам нужно установить заглушку в фитинг для ПВХ труб:

Не забываем надёжно герметизировать конструкцию. Для этого наносим слой герметика на все скрепляемые детали.

Камера сгорания готова! Пришло время для сборки дула нашей пушки. Для надёжности соединения дула с камерой сгорания, был найден изображенный ниже переходник, подходящий под диаметр полипропиленовой трубы.

Используя строительный нож или сверло большого диаметра, вырезаем во второй заглушке отверстие для установки дула нашей пушки. Полипропиленовую трубу склеиваем с нашим переходником. Полученную конструкцию, при помощи герметика или жидких гвоздей, соединяем с заглушкой:

После высыхания полученной конструкции, можно соединить дуло с камерой сгорания нашей пушки: наносим герметик, устанавливаем в свободный конец муфты.

Пришло время заняться системой поджига топливной смеси. Для этих целей можно использовать и обычный пьезоэлемент с выведенными внутрь корпуса пушки контактами. Но в ходе испытаний прототипа пушки, такая система часто давала сбои, поэтому было решено использовать уже проверенную систему: автомобильную свечу зажигания в паре со старой (вместо магнето можно использовать всё тот же пьезоэлемент от зажигалки).

Для установки свечи мы должны просверлить в нашей пушке отверстие одинакового с резьбой свечи диаметра.

Далее следует установить свечу в отверстие. Места соединения традиционно промазываем герметиком. Для увеличения надёжности соединения можно установить гайку чуть большего диаметра с внутренней стороны свечи, предварительно смазав резьбу свечи герметиком.

Для соединения с магнето можно использовать старый свечной провод, либо обычные высоковольтные провода (для избежания пробоя диэлектрика в ненужных местах).

Осталось лишь дополнительно укрепить конструкцию саморезами (вкручивать их необходимо в местах соединения элементов нашей пушки). И... наша пушка готова!

Во избежание риска при работе с данной пушкой следует производить её запуск с безопасного расстояния (10-15 метров). В связи с этим рекомендуется использовать длинные соединительные провода. Внимание! Ни в коем случае не производите стрельбу с рук!

Испытания

Убедитесь, что дети, родственники, домашние животные и соседи находятся на безопасном расстоянии от пушки!

Порядок действий при работе с пушкой:

1. Распылите небольшое количество лака для волос или другой спирто- или ацетоносодержащей смеси в камеру сгорания пушки;
2. Плотно закройте крышку камеры сгорания;
3. Поместите в ствол пушки снаряд (для мини-модели идеально подошёл незрелый виноград);
4. Надёжно установите пушку; Ни в коем случае не направляйте дуло пушки на людей или животных!
5. Отойдите на безопасное расстояние;
6. Подайте искру в камеру сгорания (проверните ротор магнето, либо подайте искру с пьезоэлемента);

Количество топливной смеси необходимо подбирать опытным путём. При недостатке или переизбытке смеси пушка просто не сработает. В этом случае необходимо открыть крышку камеры сгорания, хорошенько продуть её (до полного выветривания топливной смеси) и повторить пункты 1-6, при этом необходимо уменьшить либо увеличить количество впрыскиваемой смеси.

И в качестве бонуса видео испытаний "старшей сестры" нашейминиатюрной картофельной пушки, сборку которой мы только что рассмотрели. Данная пушка уже стреляет не виноградом, а настоящим картофелем, чем полностью оправдывает свое название.

Картофельные снаряды устремляются ввысь на расстояние ~100 метров (как три девятиэтажки!) и приземляются обратно только спустя 10 секунд.

​ P.S.: В настоящее время полным ходом идут испытания на дальность стрельбы и убойную силу наших конструкций. Так что ждите новые видео отчеты испытаний картофельных пушек от команды "Наука детям"...