Анатомия пневматического выстрела

Опишу сначала физические аспекты.

Имеем исправную и оптимально настроенную пружинно-поршневую винтовку с взведенной пружиной и поршнем на зацепе шептала.
Пулей в стволе заперт объем воздуха в цилиндре компрессора.
Температура всей байды и атмосферы 15 Цельсяев.

Поскольку цель нашего выстрела - получить наибольшую начальную скорость пули (НСП) на выходе из ствола, условимся, что говоря "енергия" подразумеваем НСП.
Любые потери енергии при выстреле означают потерю в НСП.

Выжимаем СК по всем правилам стрелковой науки. В какой-то момент он расцепляется с шепталом, которое, в свою очередь освобождает поршень.
Поехали.

• 1. Пружина начинает толкать поршень, разгоняя его.
  Потенциальная енергия, запасенная в пружине начинает с различными потерями превращаться в кинетическую енергию поршня.
  В конце хода поршень будет иметь скорость примерно 20 м/с.

  Потери: на преодоление трения и инерции покоя массы поршня со всей байдой на нем и внутри него, в т.ч и инерции покоя массы самой пружины, трение самой пружины и потери на нагрев сжимаемого поршнем воздуха. Вот почему так важна хорошая обработка торцов пружины - ето позволяет снизить потери на трение и облегчить условия работы пружины.

• 2. Поршень начинает сжимать первоначальный объем воздуха (ОВ). Внутри компрессора очень быстро, почти мгновенно, создается высокое давление и температура. Они сохраняются, пока пуля не покинет ствол.
  Если в компрессоре будет находиться горючее вещество - оно будет взрывообразно воспламенено. Такой микровзрыв вызывает прирост давления около 25-30%, но может повредить манжету поршня или пружину.
  Пока поршень проходит 9/10 пути к передней стенке компрессора с пулей не происходит ничего.
  Между поршнем и пулей образуется "воздушная подушка" (ВП) сжатого газа.

• 3. Сила давления преодолевает жесткость юбки и инерцию покоя массы пули, происходит страгивание пули и начинается ее движение по стволу.
  Давление страгивания пули варьируется от 3 до 15 атмосфер, в зависимости от мягкости пули и конструкции пулевого входа.
  Чем выше давление страгивания пули - тем больше енергии сможет получить пуля при разгоне по стволу, но тем больше будут потери енергии/скорости на трение пули в стволе.

• 4. Енергия сжатого ОВ начинает превращаться в кинетическую енергию пули разгоняя ее, опять же с потерями.
  
  
• 5. Давление продолжает расти, поскольку поршень все еще сжимает ВП и пока не достиг передней точки своего пути, а соотношение объема уже пройденных пулей нескольких сантиметров ствола и ОВ сжатого в компрессоре невелико.

• 6. Пуля прошла по стволу примерно 5 см, ОВ в компрессоре достигает максимума давления (МД). Кинетическая енергия поршня, опять же с потерями, превратилась в енергию сжатого ОВ. В етот момент давление в компрессоре достигает 120-200атмосфер.
  Расти давление уже не будет (оно даже понизится изза отскока поршня от ВП), но чем больше был первоначальный, несжатый ОВ, тем дольше МД будет действовать на пулю, разгоняя ее.

  Здесь приобретает особую роль и важность "дремавший" до сего момента перепуск.
  Обычно его диаметр меньше канала ствола. Так сделано с одной стороны, чтобы пулька не могла провалиться в компрессор, с другой стороны - перепуск является еще и регулировочной величиной. От диаметра перепуска зависит как быстро будет создано МД и через какое время запас давления иссякнет.
  Чем больше диаметр перепуска, тем позже будет достигнуто МД и тем быстрее оно будет стравлено в ствол. Значит разгон пули начнется позже и закончится раньше.
  Если диаметр перепуска сделать слишком маленьким, МД будет достигнуто раньше и продержится дольше, но разгон пули будет слабым и вялым.

  Винтовки с малым ходом поршня (менее 100мм) и небольшим объемом компрессора гораздо менее енергетически выгодны, с точки зрения разгона пули, чем винтовки с большим ходом поршня при одинаковом диаметре компрессора.
  Также "провальными" по енергетике и НСП будут винтовки с бОльшим диаметром поршня, а значит и большим объемом компрессора, но малым ходом поршня.

• 7. Создав максимальную компрессию, поршень ударяется о ВП, начинается его замедление и отскок назад. В етот момент на поршень действует сила около тонны, а замедление поршня измеряется в сотнях g.
  Движение поршня назад очень невелико, но вызывает ощутимую декомпрессию сжатого ОВ, проще говоря - потерю давления и снижает енергию, запасенную в сжатом ОВ, а значит разгон пули ухудшается.
  Чем больше диаметр и площадь поршня - тем больше сила, отбрасывающая поршень при отскоке и тем пагубнее отскок сказывается на разгоне пули.

  Именно в момент торможения поршня о ВП и начала его отскока назад возникает передняя отдача, которой знаменита вся поршневая пневматика классической схемы.

  Если манжета поршня прогорела от воспламенеия смазки, то замедления поршня не произойдет и он с большой силой ударит в переднюю стенку компрессора. Ето может вызвать повреждение оптического прицела, установленного на оружии.

• 7.1. В етот момент пуля под действием давления, созданного поршнем, прошла по стволу около 7 см, однако приобрела 60% скорости и 40% дульной енергии.

• 8. От момента начала отскока поршня от ВП до того момента, как пуля покинет ствол проходит примерно 50 микросекунд.
  

По данным расчетов W.S.Woodward за 10 микросекунд пуля проходит примерно 25 мм ствола.
Отсюда выходит что оптимальная длина ствола of average airgun может равняться 125мм без существенной потери в НСП.
Что сомнительно.

Весь выстрел от начала движения поршня, до выхода пули из ствола занял всего 8 миллисекунд - ТЫСЯЧНЫХ долей секунды.
Вдумайтесь только в ету величину!

Автор флешки - W.S.Woodward, за котороую ему, конечно, большое спасибо.

Важное замечание: в МК и ПЦП системах картина выстрела ЗНАЧИТЕЛЬНО отличается от ППП, поскольку рост/спад давления при МК/ПЦП выстрела происходит АБСОЛЮТНО иначе.

Александро, спасибо за картинку. Жаль, здесь безобразный масштаб тайминга, отскок мне удалось увидеть с пятой попытки.

Какой-то дикий, сцуко-глюк. При попытке добавить вторую свф-ку, про подскок - показывает две одинаковые свф-ки и наипнулась кучка текста.
Видимо, нельзя добавлять файлы много спустя создания поста. Или просто глюк, сам по себе.

Нажимаем синие кружки и наблюдаем:
- первую фазу СК
- вторую фазу и страгивание поршня
- поршень на пол пути
- поршень у стенки цилиндра
- вылет пули и отскок поршня

Вот это не годится ли?.. КМК то же самое.

quote:

Originally posted by Nick Rimer:

В Етом случаЭ ствол с ещё нЭ вылетевшей пулЭй пойдЭт вниз, и, соответсвенно, туда же смЭстится ЭСТЭПЭ.

quote:

Originally posted by Ruslik:
Нет, за долю секунды до того пуля начнет двигаться. Когда давление на нее превысит усилие страгивания.
Может туплю, но почему вниз то?

По аналогии с отдачей, при которой ствол задирает вверх
Типа обратная отдача.

quote:

По данным расчетов W.S.Woodward за 10 миллисекунд пуля проходит примерно 25 мм ствола.
...
Я не виноват что не все научились различать десятые, сотые и тысячные доли секунды

Если считать по нормальному и принять скорость пули равной , например, 200 м/с, то пуля всего лишь за 1 миллисекунду проходит 20 сантиметров!

Эти расчеты базируются на арифметике начальных классов. Стоит ли после этого верить "W.S.Woodward", решайте сами.

b4now: Сама статья отличная, респект!

quote:

Originally posted by Alexandro:

Ты создал хорошую тему

По изложенным в "букваре" процессам, те кто незнаком с физикой вообще и физикой выстрела конкретно - а таких большинство, возразите? - по десятку вопросов в месяц написать успевают. А тут можно будет прочесть и, возможно, хоть чучуть туман рассеять.
Можно еще отправлять читать Кардью, "Airgun from trigger to target", есть переведенная Игнатом, у него на сайте:

http://www.iguns.ru/Files/AirgunFromTriggerToTarget.zip

Nick Rimer, нЭт, в момЭнт имЭнно удара поршня в пЭрЭднюю стЭнку компрЭссора, пуля уже будет хз где.
Но за прЭдЭлами ствола точно.
А вот когда поршЭнь ударяЭтся о воздушную подушку, давлЭниЭ которой под двЭсти атмосфЭр - пуля таки да, ЭщЭ в стволЭ.
Там под катом Эсть табличка, но оно вам нЭ надо.

Кивок вниз нЭ можЭт произойти, так как компЭнсируЭтся инЭрциЭй и рЭактивными силами, дЭйствующими на поршЭнь, а точка вращЭния систЭмы находится нижЭ уровня движЭния поршня, примЭрно в цЭнтрЭ задника приклада.
Гаубичный подскок апнутой, с утяжЭлЭнным поршнЭм, но нЭутяжЭлЭнной мурки - тому яркий примЭр.

Кивок вниз нЭпрЭмЭнно произошЭл бы, если бы второй конЭц пружины был упЭрт нЭ стрЭлку в плЭчо, а скажЭм в стЭну позади стрЭлка.

ПыС: и как ети тупые американцы обходятся без буквы Э...
Читают, придурки, свое Е как God на душу положит, по контексту.
И если бы только ее одну!

Давайте еще нащет Ё и Е поборемся.

Snajper, спасибо за ПЕРВУЮ конструктивную критику.
Темка писалась в состоянии сильнейших ментальных помех, исправил только самое очевидное, в цифры не вдумывался и не перепроверял особо. Еще будет дописываться и правиться.

------
Быть добру!

quote:

Originally posted by b4now:

Nick Rimer, нЭт, в момЭнт имЭнно удара поршня в пЭрЭднюю стЭнку компрЭссора, пуля уже будет хз где.
Но за прЭдЭлами ствола точно.

Поршень может вломиться в переднюю стенку цилиндра по ходу п.5 из описания, т.е. когда пуля ещё только начинает движение, просто потому, что давления не хватит на останов массивного поршня.
В итоге первый удар будет в начале движения пули по стволу, когда она ещё только-только от казённика уходить начала, а потом будет и второй удар, послабее, после отскока. Второй удар, вероятно, будет уже с большим "опозданием", пока поршень туда-сюда сбегает, пуля, вероятно, уйдёт из ствола.
А вот во время первого удара - не успеет уйти, практически 100%.
Даже если удара физически не будет (в смысле контакта поршня со стенкой), то всё равно гашение инерции поршня воздухом приведёт к такому же клевку, может, чуть более мягкому из-за амортизации вышеуказанным воздухом...

------
Жизнь хороша, если есть ППШ!

quote:

Originally posted by Sergo30:

Интересно другое, почему некоторые производители винтовок используют объем компрессора по максимуму, а некоторые оставляют нераскрытый потенциал?

То что тут, на сайте, повсеместно называют громким словом "апгрейд" - ето именно оптимизация, а уж никак не апгрейд.
Никому же не придет в голову называть автомобиль после чип- или иного тюнинга - перешедшим в разряд автомобилей более высокого уровня? Никаким тюнингом без замены узлов и агрегатов не превратить "шестерку" в иномарку.

Апгрейд в полном смысле слова - ето замена узлов и агрегатов на заведомо более высококачественные или другого, более высокого уровня прозводительности и стоимости, что в итоге значительно улучшает потребительские свойства объекта апгрейда.
Перествол на LW - апгрейд. Замена пружины на более мощную (в разумных пределах) и сопутствующие етому упражнения с перепуском/поршнем - оптимизация.

quote:

Originally posted by Sergo30:

Интересней вопрос, как лучше, чтоб компрессор давал всю возможную мощность или работал на 70 процентов?

Но в процессе будут подвижки - молоток пошёл вперёд - всё тело пошло назад (ежели в невесомости ). Вот она замкнутость в действии.

И тут то же самое.
Спуск надавили, поршень вперёд - винтовка задирает ствол вверх, ибо от её задника отталкивается поршень посредством пружины. Поршень дошёл до передней точки (с подушкой или без) - винтовка клюёт вперёд. Если отражается - клюёт ещё сильнее. Отскочил и дошёл до максимума отскока - опять кивок вверх ибо снова пружина давит и т.д.

А заметность или незаметность опять упирается в конкретные параметры: массу поршня, скорость, с которой он приходит вперёд, насколько его тормозит подушка, или он таки бьётся в стеку и т.д. и т.п.

Так что расколбас там идёт в процессе выстрела по-любому, что однозначно сказывается на точности любого ППП оружия и чего напрочь лишены компрессионные и РСР системы

------
Жизнь хороша, если есть ППШ!

quote:

поршень вперёд - винтовка задирает ствол вверх, ибо от её задника отталкивается поршень посредством пружины

/пишу и улыбаюсь, наш дисскут напоминает анекдот про двух евреев, которые спорили несмотря что оба были согласны что "ехать надо".

------
Жизнь хороша, если есть ППШ!

quote:

Originally posted by b4now:

Согласен.
Почему тогда винтовка не стартует вертикально вверх, сразу после расцепления поршня с шепталом?
А сумма импульсов - постоянна? Или таки растет?

Сумма импульсов постоянна и равна нулю

Но при выстреле из ппп нужно вспоминать и про момент импульса.
Да, да, про точки опоры, плечи...

Потом как заметил уважаемый sas11 у нас нету коня в вакууме.
То есть в невесомости. Сила тяжести сцукоесть.
Поэтому важно где ЦТ, где точки опоры, важен момент инерции винтовки в разных плоскостях и пр.

Прицел, его масса, его ЦТ, высота его установки опять же не фигня и влияет на все что я уже перечислил.

Сумма всего этого ОЧЕНЬ сказывается на том в каком месте стп и куда и насколько она уползает (если уползает) в зависимости от положения тушки стрелка перед выстрелом.

И в том случае когда сам размер кучи не имеет значения поскольку группа будет только из одного выстрела (ФТ, ХФТ, охота) все вышеназванное влияет ТАК, что про кучность и стабильный размер групп можно просто забыть.
На первый план выползает вопрос минимального смещения стп при максимальной разнице в изготовке от выстрела к выстрелу.

Поэтому я и считаю теоритические оценки просто развлечением ничего общего с реальностью не имеющим
Учесть влияние целого комплекса факторов слишком сложно.
Нужно просто пробовать.

quote:

Если взять ствол, цилиндрпоршень и круглый задник+кинуться весом УСМ-то откуда возникает кивание???Разве ,что, от криво сжатой пружины?!...

quote:

Обоснуй!

quote:

Originally posted by Kline_Kinder:

Потому что РАЗГОН поршня (кивок, очень заметное напр у Иж-53) происходит ДОЛЬШЕ чем его ТОРМОЖЕНИЕ (удар о подушку). Не забывай что разгон на большей дистанции, почти весь ход поршня) а удар о "подушку" -погашение этой скорости на очень маленькой дистанции.

quote:

Неубедительно!
А ижписяттри вверх кидает и только!Но я стрелял с таким спуском-что килать его могло куда угодноЮно килало вверх.

quote:

ГП противоположность витухи, т.к. начальный импульс у неё высокий, потом падает, а на витухи он наоборот, относительно плавно возрастает.

А по сцылке http://www.arld1.com - так никто и не сходил.
А там есть и про подскок-вращение винтовки при выстреле. Туповато, правда.
Но лучше чем ничего, плюс будет что обсудить.

quote:

Другой вопрос, по работе ГП. Она ИМХО противоположность витухи, т.к. начальный импульс у неё высокий, потом падает, а на витухи он наоборот, относительно плавно возрастает. Как тут определить "кивание" винтовки? И какая из пружин лучше?

quote:

А если речь идет о малораспостраненной ГП низкого давления?
Как у Тоебена или просто с толстым штоком? Что поменяется?

Еслиб гп низкого давления было лучше то не мучался бы народ закачивая по 100 атмасфер в пружину.

quote:

posted 20-11-2008 01:02

Перечитал три раза. Снова мало что понял.
Сила полного поджатия гп меньше чем у витой - согласен.
Следовательно и кинетическая энергия будет меньше на момент страгивания - э-э-э, а какая разница?
Страгивания - какого? Поршня или пули? Если пули - то перегрузка будет меньше, но и НСП будет как у горохострела.

quote:

Зато и отскок поршня будет меньше, так как сила противодействия гп(воздуздушная подушка)станет равной силе гп позже чем у витой.

Совсем непонятно.
Отскок зависит не от "раньше или позже" усилие ВП станет равно усилию ГП+инерция поршня, а токмо от максимального давления в компрессоре и его (противо-)воздействию на поршень и ГП.
По такой логике - чем больше усилие пружины в конце хода поршня - тем меньше отскок.
Но ведь и воздух она сожмет сильнее. И ВП "пробьет" как пуля какашку.

quote:

Originally posted by tehav:

Отскок зависит на прямую.

То, что давление ГП на поршень в разжатом состоянии в разы больше чем у витой - согласен. Тем, кто хоть раз держал в руках ГП - ето ясно без вопросов. НО вот только в лоб поршеньку в конце рабочего хода давит сила под тонночку, так что набейте в ГП хоть пицот атмосфер - чем жутчее/быстрее сожмем воздух в компрессоре - тем жутчее получим противодавление на поршень.
Иначе как просто было бы расправиться с отскоком...

quote:

Originally posted by Petrucha:

Отскок от типа и характеристики пружины практически не зависит.