Форсы и движущиеся объекты
Одним из наиболее популярных приемов, которыми балуют нас фейерверки и пиротехнические шоу, являются так называемые форсы. С общей информацией по их устройству мы и хотим познакомить вас в этом материале, который основан на классических трудах по развлекательной пиротехнике XIX века.
Форсами (Treibsatze) называются - как уже ясно - искристые составы, выбрасывающие огонь с такой силой, что, вследствие отпора, встречаемого частью в наружном воздухе, частью внутри патрона, получается реактивное давление, способное служить двигателем. Это движение проявляется при каждом выстреле из пистолета, ружья или пули и в таком случае называется "отдачей". Принцип отдачи - следующий: сильно раскалённые газы производят внутри патрона соответствующее давление во все стороны; с трёх сторон - у стенок и на глухом конце - встречается преграда; с четвёртой - у шейки - есть выход. Боковое давление уравновешивается во всех точках благодаря цилиндрической форме патрона: если бы напору на глухой конец (дно) был противопоставлен такой же напор у шейки, то, предполагая, что патрон выдержит внутреннее давление и не лопнет, движения не произошло бы никакого: сила напора была бы парализована во всех направлениях. Но т.к. глухому концу противопоставлен открытый, то с одной стороны получается перевес, вызывающий движение в том направлении, где лежит дно. Вдобавок же воздух, сгущаемый сильной струёй газов, вырывающихся из шейки, представляет новый динамический момент: струя газов упирается в слой сгущенного воздуха и получает таким образом отпор в том же направлении, куда давление на дно увлекает объект. На основании этого принципа уже Ньютон собирался устроить двигатель, а несколько лет тому назад действительно был выстроен пароход, движение которого производилось "отдуванием" пара в воде. К вопросу о динамическом действии газов мы, впрочем, ещё вернёмся в разделе о ракетах; теперь требовалось только предварительно выяснить принцип реактивного давления.
Самым элементарным примером применения отдачи служат шутихи (peterolles, Frosche), изготовление которых донельзя просто: тонкую гильзу неплотно наполняют порохом, костяным ножом складывают в куски не более 3 см длины, посередине туго перехватывают стеклядью, с помощью которой каждый перехват сдавливается до 1/3 калибра (можно и теснее - до 1/9), а запальный конец снабжается стопином и подмазкой. Шутихи можно изготовить и иначе: полосу писчей бумаги загибают в 3-4 узенькие (в 1 см) продольные складки; между первыми двумя складками помещают две нитки стопина; всю полосу, сильно надавливая, несколько раз приглаживают костяным ножом; загибают её на вершковые куски, весь объект сразу перехватывают посередине суровской ниткой (небеленые серые нитки) или тоненькой бечёвкой, крепко затягивают и в заключение подмазывают торчащий из запального конца кусок стопина.
Если поджечь шутиху, то сначала вспыхнет с треском первое отделение; потом, перебираясь по шейке, огонь взорвёт второе отделение, потом третье, четвёртое и т.д. до конца. Каждый взрыв и хлопок сопровождается прыжком - вследствие чего немцы и назвали этот объект "лягушкой".
С более правильным влиянием реакционного движения мы уже встретились в швермерах: их зигзаги на воздухе вызываются напором газов. Движение это можно изменить, превратив линейную или ломаную траекторию в двойную, наподобие пути земного шара: швермер можно заставить летать по воздуху и в то же время кружиться. Такие швермеры называются жаворонками (Kreiselschwarmer). Достигается это тем, что патрон снабжают двумя головками, с каждого конца по одной, и в каждую головку вставляют запал в виде стопина с подмазкой; концы обоих стопинов сходятся посередине вместе, так что жаворонок загорается с обоих концов сразу. Но если пламя будет выходить с обоих концов, как из обыкновенной трубки, то при правильной набивке вращения не получится: с обеих сторон образуется равное давление, в противоположном направлении, так что реакция парализуется. Если же огонь выпустить с противоположных боков, тогда оба огня будут действовать в одном и том же направлении и, взаимно усиливая друга друга, проявят действие, сходное с принципом вращения Архимедова винта (например, у пароходов).
Ввиду вышесказанного устройство жаворонков и набивка их производится следующим образом. Основание патрона наглухо затягивают проволокой, после чего забивают небольшой тампон глины; поверх глины следует засыпка состава, поверх состава накладывают второй тампон глины и, наконец, затягивают и верхний конец наглухо, тоже с помощью проволоки. Теперь у самой головки прокалывают или буравят первую затравку, снабжают её стопином и покрывают подмазкой; вторая затравка должна помещаться у другого конца, на соответствующем месте, но на диаметрально противоположной точке; вторую затравку так же точно снабжают запалом и, подтянув оба стопина к середине патрона, скручивают и связывают их вместе.
Жаворонки заряжаются теми же составами, как и остальные швермеры (хотя сгорают, конечно, гораздо скорее), и точно так же допускают несколько вариантов. Так, например, набить жаворонок можно двумя или четырьмя слоями составов различного колера, включая и двойные огни: шлаг можно поместить в середине или набить несколько последовательных шлагов на равных расстояниях и в равном же количестве и т.д.
Вихрем (tourbillon) называется сложный жаворонок, состоящий из четырех патронов, приделанных к кубику, так что вся фигура образует крест. К низу кубика приклеен довольно длинный (7 калибров) конусообразный шип, стужащий для установки вихря во время спуска (лучше всего - в горлышки бутылки). Кубик делается из прочной папки и содержит шлаг; сторона его равняется 1 1/3 калибра патронов.
Патроны выбирают недлинные - около 9 калибров; с одного конца затягивают их наглухо, с другого набивают до 1/2 калибра от края, вставляют пробку, заклеивают полосками бумаги и прикрепляют к кубику. Для более прочной приделки патронов к кубику можно пользоваться коротенькими нишами, которые приклеиваются к кубику столярным клеем и вставляются в патроны вместо пробки.
У самого края головки, сбоку, пробивают у каждого патрона по круглой дырке, по 1/3 калибра в диаметре; все четыре дырки должны находиться на одной и той же стороне, т.е. все слева или все справа и на соответствующем месте, т.е. в общей плоскости. Теперь следует просверлить в каждом патроне ещё по два отверстия, но не сбоку, а снизу, рядом друг с другом и несколько ближе к кубику, чем боковая дырка. Все отверстия снабжаются стопинами и покрываются густой подмазкой. Все нижние приводы соединяются вместе и заклеиваются нитрованной бумагой; затем соединяются все боковые приводы, а также заклеиваются рубашхой, но не совсем: для спуска должен торчать свободный хвост стопина.
Для спуска устанавливают жаворонок стержнем в бутылку и поджигают запал. Загораются крайние боковые запальники, и жаворонок начинает вертеться на месте; когда огонь дойдёт до нижней коммуникации, огонь выйдет из восьми нижних дырок и приподнимет жаворонок на воздухе. Тут он будет следовать двум силам: нижний, подъемный огонь обусловливает взлёт, а боковой - вращение.
Сообщение со шлагом делается от самого конца патронов; в состав шлага могут входить и кугеля или мелочь.
Лучший состав для жаворонков - медленный нормальный (№II) или следующий алмазно-искристый: селитры - 16, серы - 8, толчёного чугуна - 10, пороховой пыли - 16. Если жаворонки, не успев догореть, перестанут подниматься, то необходимо активировать состав примесью №I; если же при спуске патрон не выдерживает напора и лопается, то надо ослабить состав.
Если тот же снаряд, но без подъёмных (нижних) отверстий поставить на шест, снабжённый на конце металлическим стаканчиком, а нижний стержень укоротить так, чтобы он свободно вращался в стаканчике, но входил бы в него весь - тогда вместо жаворонка получится горизонтальное колесо со шлагом. Если же стержень вставить в ложе, приделанное сбоку шеста, так что снаряд будет висеть перпендикулярно, то получится отвесное колесо. Такие колёса можно выделывать и из одной гильзы с двумя головками и запалами: заготавливают ее как простой жаворонок и, пробив дырку в середине, перпендикулярно к оси пропускают длинный круглый гвоздь (шпильку), конец которого кивают в брусок или шест; а чтобы объект не хлябал во время вращения, между ним и бруском помещают обыкновенную катушку от ниток. Состав - как для жаворонка. Подобные элементарные колёса, называемые вертушками (tortillement, Umlaufer), обыкновенно изготовляются малого калибра, не свыше 2 1/2 состава в диаметре при 14 калибрах длины.
В вертушках и жаворонках содержится элементарный принцип вращения всех горизонтальных и вертикальных движущихся фигур, о которых будет упомянуто впоследствии.
Кстати, упомянем, что для форсов, требующих плотной набивки, употребляется особого рода набойный прибор, не допускающий ни растекания состава, ни поломки патронов.