فهم أنظمة الإطلاق الميكانيكية V5

الطريقة الأكثر شيوعًا لإطلاق الأشياء باستخدام روبوت V5 هي تدوير عجلة بسرعات عالية ثم إدخال الجسم في العجلة. يشرح هذا المستند الفيزياء ذات الصلة بنظام الدوران، وما يحدث عند إطلاق جسم ما، وكيف يمكنك ضبط النظام لإطلاق الكائنات بشكل أفضل.

الفيزياء وراء الكائنات الغزل

يتم تعريف الطاقة الدورانية، وهي قياس الطاقة الموجودة في جسم يدور، بالمعادلة:

E = 1/2 Iw

• I يرمز إلى القصور الذاتي الدوراني (يُسمى أيضًا "لحظة القصور الذاتي" أو "MOI")، وهو قياس لمدى صعوبة تدوير الجسم.
• ث هي السرعة التي يدور بها الجسم.

هذا يعني أنه يمكننا تغيير متغيرين — إما القصور الذاتي الدوراني لنظامنا (I) أو السرعة التي يدور بها (ث) — لتغيير طاقة الدوران في نظام الإطلاق الخاص بنا.

فلماذا نهتم بالطاقة الدورانية في قاذفتنا؟ ينص قانون حفظ الطاقة على أن الطاقة لا تفنى ولا تفنى، بل تنتقل. وهذا يعني أن نظام الإطلاق سينقل بعضًا من طاقته الدورانية إلى الجسم الذي نطلقه، وهذه الطاقة هي التي تجعل الجسم ينطلق عبر الهواء!

يمتلك الجسم الذي يتحرك في اتجاه ما طاقة خطية محددة بالمعادلة:

ه_خطي =1/2 م

• م يمثل كتلة الجسم
• v هي سرعة الجسم

وهذا يعني أن الجسم الذي يتم إطلاقه بسرعة معينة لديه كمية محددة من الطاقة. هذه القيمة ثابتة عند سرعة معينة، لكن الطاقة الموجودة في جهاز الإطلاق الخاص بنا ليست كذلك. ستكون الطاقة الموجودة في جهاز الإطلاق بعد الإطلاق مباشرة أقل مما كانت عليه قبل الإطلاق بسبب نقل الطاقة إلى الجسم الذي تم إطلاقه. من خلال تغيير الطاقة في نظام الإطلاق الخاص بنا قبل الإطلاق، يمكننا تغيير نسبة الطاقة المنقولة إلى الجسم المطلق، وبذلك نؤثر على مدى نجاح أداة الإطلاق في إطلاق الجسم ومدى استعداده لإطلاق الجسم التالي.

ما هي دولاب الموازنة؟

كما ذكرنا أعلاه، إحدى الطرق التي يمكننا من خلالها تغيير الطاقة الدورانية لقاذفنا هي تغيير القصور الذاتي الدوراني للنظام. من المهم معرفة شيئين: أولاً، كل جسم له قيمة معينة للقصور الذاتي الدوراني حول محور الدوران، وثانيًا، القصور الذاتي الدوراني لجميع أجزاء النظام يضاف معًا لتكوين القصور الذاتي الدوراني للنظام. يُعرف الكائن المستخدم لزيادة القصور الذاتي الدوراني لنظام ما باسم دولاب الموازنة، وهناك وزن جديد لعجلة الموازنة VEX V5 للقيام بذلك بالضبط في النظام البيئي V5.

تأثير دولاب الموازنة على أداء النظام

أهم شيء يجب فهمه هو كيف تؤثر لحظات القصور الذاتي المختلفة في النظام على أدائه.

إذا قمنا بزيادة عزم القصور الذاتي، فإن الطاقة الدورانية ستزداد (كما هو موضح في المعادلة الأولى أعلاه). مع وجود المزيد من الطاقة في النظام عند سرعة معينة، سيستغرق الأمر وقتًا أطول للحصول على الطاقة في النظام، وبالتالي سيزيد وقت الدوران. مع المزيد من MOI، سينخفض ​​عدد الدورات في الدقيقة بعد الإطلاق وسيتم إطلاق الكائن بشكل عام بشكل أكبر. مع انخفاض عزم القصور الذاتي، نحصل على جميع التأثيرات المعاكسة: ستنخفض طاقة الدوران وزمن الدوران، وسيزداد انخفاض عدد الدورات في الدقيقة، وستنخفض كل من الطاقة المنقولة إلى الجسم والمدى الذي سيذهب إليه الجسم.

كيفية استخدام وزن دولاب الموازنة V5

كما هو الحال مع كل ما يتم تصنيعه، تتمتع جميع الأجزاء بالتسامح في تصميمها بسبب الأخطاء الصغيرة التي لا يمكن تجنبها في عملية التصنيع. لا يشكل وزن دولاب الموازنة V5 استثناءً لهذه القاعدة، وهناك احتمال لوجود قدر صغير من عدم التماثل في دولاب الموازنة مما يؤدي إلى الاهتزاز. يمكن أن يؤدي الاهتزاز في الروبوت الخاص بك إلى فك البراغي، أو جعل جهاز الإطلاق غير دقيق، أو حتى إتلاف مكونات الروبوت. هناك طريقتان لمكافحة هذا. أولاً، في حالة استخدام أكثر من دولاب الموازنة، يمكن تدوير الحذافات بالنسبة لبعضها البعض بحيث تلغي التوازن غير المتماثل لبعضها البعض. ثانيًا، إذا تم استخدام دولاب الموازنة واحد فقط، فيمكن وضع مسمار في فتحة تثبيت غير مستخدمة لمواجهة التوازن غير المتماثل. في كلتا الحالتين، يُنصح باستخدام عملية التجربة والخطأ لمعرفة التكوين الأفضل.

المحمل أو البطانة: أيهما تحتاج؟

مع تقديم محمل الكرة عالي القوة ، أصبح لدى مستخدمي VEX الآن إمكانية الوصول إلى طريقتين مختلفتين لدعم الأنظمة الدورانية في الروبوتات الخاصة بهم. الجزء المعروف باسم "المحمل المسطح" يُعرف فعليًا في الصناعة باسم البطانة لأنه لا يحتوي على أجزاء متحركة. تعمل كل من المحامل والبطانات عن طريق تقليل الاحتكاك بين العمود الدوار والدعم الثابت. إن البطانات - "المحمل المسطح" أو "محمل العمود عالي القوة" في VEX (المشار إليها في هذه الوثيقة باسم البطانات) - تعمل على توفير سطح دائري أملس يمكن للعمود أن يتلامس معه. من ناحية أخرى، تحتوي المحامل على العديد من الكرات الصغيرة التي تتدحرج عندما يدور العمود. على الرغم من تقليل الاحتكاك، إلا أن المحامل أو البطانات لا تقضي عليه تمامًا. نظرًا لبنيتها المختلفة وبعض العوامل الأخرى، فإن المحامل والبطانات لها نقاط قوة ونقاط ضعف وحالات استخدام مختلفة.

	نقاط القوة	نقاط الضعف
تحمل	انخفاض الاحتكاك نسبة إلى البطانة قادرة على تحمل المزيد من الحمل أكثر قوة يمكن أن تفعل أشياء لا تستطيع البطانة القيام بها أداء جيد بسرعات عالية	أغلى أثقل أصعب للتركيب
جلبة	سهل الاستخدام أقل غلاء ولاعة جيد لمعظم التطبيقات	أضعف ليست جيدة بسرعات عالية

إذا كنا ننظر إلى آلية الدوران في سياق طاقتها، كما فعلنا سابقًا في هذا الدليل، فإن المحامل أو البطانات "تسرب" باستمرار الطاقة بعيدًا عن النظام على شكل حرارة من خلال الاحتكاك. لكن المعدل الذي يفعلون به ذلك يختلف. تفقد البطانات الطاقة من النظام بشكل أسرع من المحامل الكروية، ويكون التأثير كبيرًا.

حققت المحامل سرعة قصوى مستقرة أعلى بكثير وتسارعت بشكل أسرع من البطانات. في سياق الطاقة، هذا يعني أن النظام المزود بالمحامل كان قادرًا على الاحتفاظ بمزيد من الطاقة في النظام وإطلاق جسمه لمسافة أبعد وأسرع من النظام المزود بالبطانات. وكان الفرق في الكفاءة حوالي 8%، مع اختلاف قدره 300 دورة في الدقيقة عند خرج علبة التروس.

هناك بعض الأشياء المهمة التي يمكننا رؤيتها في هذا الرسم البياني:

• تم تقليل انخفاض عدد الدورات في الدقيقة - وهو الفرق بين عدد الدورات في الدقيقة المستهدف (600) وأبطأ عدد دورات في الدقيقة بعد اللقطة مباشرة - بشكل ملحوظ في الاختبار باستخدام وحدافتين. كان للاختبارات التي تحتوي على 0 دولاب الموازنة انخفاض ~ 150 دورة في الدقيقة بينما كان الاختبار باستخدام 2 دولاب الموازنة انخفاضًا ~ 75 دورة في الدقيقة.
• تم تقليل وقت الاسترداد - الوقت الذي يستغرقه القاذف للعودة إلى عدد الدورات في الدقيقة المستهدف (600) - بشكل ملحوظ في الاختبار باستخدام وحدافتين. وهذا أمر منطقي حيث يتم نقل نسبة أقل من إجمالي الطاقة إلى القرص المطلق، كما تمت مناقشته سابقًا في المقالة.
• تم تقليل وقت الإطلاق الإجمالي بنسبة 40% تقريبًا لكل طلقة وبشكل عام للاختبار باستخدام وحدافتين.

الاستنتاجات

• من الأسهل التفكير في قاذفات الصواريخ من حيث طاقتها الدورانية وعمليات الإطلاق باعتبارها نقلًا لتلك الطاقة الدورانية إلى الجسم المطلق.
• تسمح لك دولاب الموازنة بزيادة الطاقة الدورانية في القاذف الخاص بك، مما يسمح لك بإطلاق الأشياء لمسافة أبعد. يفتح وزن دولاب الموازنة V5 الجديد خيارات الحذافات في VRC ونظام V5 البيئي.
• قد يلزم ربط أوزان دولاب الموازنة V5 بطريقة تتناسب مع بعضها البعض لتقليل التوازن غير المتماثل الناتج أثناء عملية التصنيع.
• "تسرب" المحامل والبطانات الطاقة من القاذف عبر الحرارة الناتجة عن الاحتكاك. إن استخدام المحامل الجديدة عالية القوة فوق المحامل المسطحة التقليدية (البطانات) يمكن أن يسمح لك بتحقيق سرعة قصوى أعلى في القاذف الخاص بك وتقليل السحب الحالي المستمر لمحركات القاذف الخاصة بك. يؤدي هذا إلى زيادة الطاقة في نظام الإطلاق الخاص بك مع الحفاظ على برودة محركاتك.