背景

我每年参加一场巨大的水上气球大战。冲突发生在两所大学之间，所以你可以想象，至少对某些人而言，承诺是相当高的。为了给你一个想法，去年抛出了大约40000（即40e3）的水球，还有一些自制的战争机器，即弹射器，投石机，一些 arquebuses 在压缩空气等运行。安全当然是首要关注的问题，只有水/水气球被抛出。

实际问题

我想建造一个水枪，我会喜欢一些建议/想法。水炮是什么意思？我的意思是一台机器能够在大约20米处投入大量的水，从1升到3升 至少 ，形状像炮弹而不是溪流。

在空气中以某种速度射击后，水的“斑点”是否有可能保持其形状，至少在有限的范围内？ 我看到了两个挑战：在空中加速水和“保持在一起”。后者可以用塑料容器（例如气球）来实现，而第一部分可能更棘手。如果加速太多，气球往往会撕裂并爆炸，而将气球排出可能使第二次挑战变得不可能。

我正在考虑的设计可能有一个巨大的坦克连接到一个较小的坦克作为“射击室”。你填满射击室，然后关闭坦克和射击室之间的线，然后你打开另一条线，通过一个桶发出水。我的想法是使用压缩空气，但我主要担心的是水在空气中不会保持“球”形状。

约束

对我来说最好的解决方案是在水气球战斗的限制范围内工作。

• 约100欧元的材料成本。
• 推进系统不允许火灾，压缩空气很好，但不允许使用电动压缩机，因此效率是必须的。我们的火绳枪可以在大约2个大气压的距离大约50米处发射一个柠檬大小的气球。
• 安全绝对是首要关注的问题。完全没有理由可能会给运营商或对手带来风险。我们用我们的火绳枪试验了一个发射壳，因为与枪管的摩擦会破坏气球，并且外壳用许多多余的电线固定在枪管上，以确保不会发射它。

如果项目很酷，劳动力和时间是无限的。我们有一些非常高的手工技能和相当多的常见工具。

已经详细研究了这个精确的问题。正如Olin Lathrop所说，最大跌落尺寸。因此，水的“球”将倾向于分解成更小的液滴。最大的稳定液滴有多大？答案是它取决于水的表面张力，液滴的发射速度，阻力系数和大气密度。大多数这些你几乎无法控制，尽管你可以得到一个 表面张力适度增加（~6％） 通过使用接近冷冻的水（在这种情况下由于其他原因也可能是有利的）。只是不要使用实际冷冻水，因为虽然可以解决分解问题，但这将是非常危险的。

这是一个方程式，可以让您了解事物的变化（来自本书） A. Lefebvre的雾化和喷雾 ）：

$$ D_ \ text {max} = \ frac {8 \ sigma} {C_ \ text {D} \ rho_ \ text {a} U ^ 2} $$

其中$ D_ \ text {max} $是最大直径，$ \ sigma $是水的表面张力，$ C_ \ text {D} $是液滴的阻力系数，$ \ rho_ \ text {a} $是大气空气密度，$ U $是液滴发射的速度。

从这个等式中，您可以看到更高的表面张力更好，更快的发射会损害墨滴尺寸。插入一些似乎合理的数字，假设发射速度为10米/秒，我得到的最大液滴大小为厘米级。这些液滴不是很大，但可能适合您的应用。

在一个相关的点上，正如你在我所链接的书中看到的那样，不，“球”将不会保持其形状。这本书给出了一系列插图，以显示在分手之前可能出现的跌落（ 例如 ）。

水球的作用类似于具有极高（不可能）高表面张力的流体。气球本身的张力与表面张力非常相似。因此，我认为继续使用气球符合您的最佳利益。你可以避免弹出压缩空气炮 木鞋 。

你不需要任何能够很好地发射水气球的东西。由于“水气球事件”，我实际上在大学里被踢出宿舍。

事实证明，外科手术管是一个很棒的橡皮筋。它可以延伸到其剩余长度的约4倍，并且非常有效地释放储存的能量。我们在篮子的每一侧使用了大约2.5英尺的双管。这意味着当一直向后拉伸时，管子的每侧长10英尺。这是相当多的拉力。

对于篮子，我们使用当地杂货店最大的塑料漏斗。在每个手术管柱的宽部分的相对侧上切割孔。漏斗形成一个很好的形状，用于固定水气球，小端的孔让空气进入，这样气球可以从气球中排出而不会被吸气卡住。

这种简单便宜的设备运行良好。我们正在拍摄大约1磅的水球，这个气球的速度和你应该得到的速度一样快。我们可以很容易地拍摄到我们拍摄的4层楼的宿舍翼。我们让两个人把手术管的松散末端放在混凝土墙上，第三个人在地下。发射角度非常接近最佳状态，我想我们可以拍摄约75米，甚至更多。

另一次我们从山上宿舍的阳台拍摄，距离街道约20米。即使发射角度只是适度上升，我们也可以射入建筑物后面的院子里，沿着街道往下走一点，总水平距离约为100米。

如果两个人在平地上保持两端，你将无法达到最大距离的发射角度，但你可能实际上并不想为此进行优化。你总是可以制造一些钻机来固定管子的末端，并允许整个机构旋转以进行瞄准等。这取决于你想要的花哨程度。三个人非常便宜，移动，容易设置，并且可以轻松地进行消防和运行。

你通过编辑完全改变了这个问题，所以现在我给出了一个不同的答案。我会保留原始答案，因为它所说的仍然有效，尽管不再相关。

不，你不能解雇水的“球”。液体在空气中移动不会那样。任何超过掉落尺寸的球都会破碎，并且掉落的质量太小，因此它们的空气阻力可以射出你想要的距离。

水球通过其表面张力保持在一起。在失重的环境中，您可以将水球放在一起。然而，当球在空中移动时，这不再起作用。随着球的尺寸增加，其上的气压力也增加，但表面张力保持不变。然后还有球的速度。随着球的尺寸变大，终端速度也变大，球上的空气力随着速度的平方而变化。

所有这些意味着液体在空气中移动的球体尺寸固有地受限。这就是“堕落”。雨滴只能达到一定的大小是有原因的。云中最大尺寸的雨滴会随着在下降过程中撞击其他微滴云而增长。如果它变得太大，由于它的大小，它上面的空气力会变大。与此同时，速度上升，空军以该速度的平方上升。所有这些因素一起限制空气中1atm的水至大约50μl。

选项

可能会做一些类似于你想要的事情。这实际上取决于你所寻找的范围以及你对它是一个“球”的关注程度。

消防水带

如果消防水带可以射出一股水流，那么您所需要的只是一条非常短的水流。它可能不像你想要的那样“球”，但它会在场上取水。要获得范围，您可能需要将其更多地视为流而不是短脉冲。

层流喷泉

要将紧凑的“水包”保持在一起，您需要一个特殊的喷嘴和水系统。在喷泉中使用类似于此的东西。看起来这个短语是 跳跃的喷气式飞机 要么 层流喷泉 。这些是喷泉，保持其形状，并有一个非常突然的开始和结束。

这些类型的喷泉有两个控制因素：

1. 急剧启动和停止机制。
2. 层流流水。

开始和停止

带有孔的旋转盘可能会产生重复的开/关模式。这可以通过无绳电钻或类似的东西提供动力。可以调整间隔孔的速率。

层流水

保持流水层流将是最大的问题。层流由...定义 雷诺数 低于2100.对于水管流动的情况： $$ R_e =（2.475×10 ^ 6）* v * D＆lt; 2100 \\ 其中：\\ v =速度（m / s）\\ D =直径（m）$$

流动为层流的要求将限制离开管的水的速度。这将直接影响水射击的范围。最终可能没有你想要的范围那么多。

查看一些DIY层流喷泉教程，了解这些流的各种创建方式。我通过网络搜索找到的一对夫妇， 层流喷泉 为了数学和 层流项目论坛 其他想法。

水压力

您似乎对如何创建水压有限制。你提到压缩空气是一种选择，因此用水压力罐向前推进似乎是最合理的方式。