Теоретический предел, либо его отсутствие, у пневматического оружия.
23-2-2016 01:02
ranga
Я совершенно не разбираюсь в пневматике, да и в оружии в целом.
Но все таки необходима информация: каковы идеальные условия для получения превосходства пневматики над огнестрелом? Естественно, повторюсь, теоретически  Т. е возможно все, так скажем. Больше интересует газ, а именно какими свойствами он должен обладать, что бы дать необходимую мощность орудию, при том условии, что мы имеем бесконечно прочный материал для изготовления резервуара и самого оружия. Спасибо огромное заранее |
|
23-2-2016 01:18
С-Б-А
Тогда у вас странный теоретический предел мозга, либо его отсутствие. |
|
23-2-2016 01:25
ADF
Вот так с порога всё вам расскажи? И вам, стесняюсь спросить, для чего эти знания, да еще и теоретические?
Вообще, тут не теория, тут давно практика есть. Но строго для тех, кто точно знает: зачем ему "мелкашка" на сжатом воздухе и как к таким показателям прийти. А людям со стороны совершенно не обязательно знать, как это делается, и вообще знать, что такое кое-где существует в нашем мире. Потому, что внезапный интерес часто истекает от нездоровых умыслов... PS: к слову. Воздушка, которая может показать подобные характеристики, в среднем в 2-3 раза дороже, чем малокалиберный огнестрел. И не продается в каждом подряд оружейном магазине. Неплохой сдерживающий фактор от случайных людей. |
|
23-2-2016 01:32
ADF
Если цель - поупражняться в физике, то приведу простые цифры:
в малокалиберном огнестреле - давление газов в стволе может достигать 1300 атмосфер (одна тысяча триста). Во "взрослом" нарезняке - давление газов в стволе можети достигать величин в 3 тысячи атмосфер и выше. В пневматике в самом бешаном случае - в стволе может иногда действовать давление в 300 атмосфер, на практике - редко выше 110-130. Т.е. на один порядок, в 10 раз, ниже, чем даже у младшего огнестрела - мелкашки. У стандартной развлекательной пневматики давления еще ниже, от 50 до 70 атмосфер, и это пиковое давление, которое действует на пулю лишь в начале ствола. По мере движения пули по стволу, давление быстро уменьшается. В огнестреле же, напротив, горение пороха продолжается на протяжении всего выстрела и давление газов, которое и без того очень велико, не стремится уменьшаться по мере движения пули, пока та окончательно из ствола не вылетит. В тонкости вдаваться не буду, но готов поручиться, что для вас, что бы вы там не замышляли, этой информации достаточно |
|
23-2-2016 01:34
VikluhaVaklay
Emax=n*R*T/(k-1)
где n - количество газа в молях, R - универсальная газовая постоянная T - абсолютная температура в кельвинах k - показатель адиабаты. Это максимум энергии сжатого некоторого объёма газа при практически бесконечной степени его расширения (ооочень длинный ствол). Но в реальности объем ствола сопоставим с объёмом накопительной камеры, поэтому Еmax умножают на коэффициент (1+{V1/V2}^[k-1]). Для современной ПНП пневматики этот коэффициент лежит в пределах 0,3... 0,45. Чем меньше расход, тем выше этот коэффициент. Также энергия газа тратится не только на кинетическую энергию пули, но и на кинетическую энергию самого себя. Поэтому, чтобы сделать пневматику похожей на огнестрел, придется развить давление и температуру огнестрела, иными словами - превратить пневматику в огнестрел. |
|
23-2-2016 01:53
TimeDivizion
никакой. плазма высокоэнергичней любого газа, поэтому лол.
|
|
23-2-2016 02:11
John JACK
Давление ерунда. Само по себе давление ничего не решает.
Теоретический предел скорость звука в использующемся газе. Скорость звука увеличивается с ростом давления и температуры. В горячих пороховых газах с давлением за тысячу атмосфер скорость звука больше двух километров в секунду. В холодном, но таки сжатом воздухе чуть больше 330 м/с. А самую большую скорость из возможных при разгоне снаряда газом выдаёт таки пневматика. Точнее легкогазовые пушки на сжатом и нагретом водороде. Газов легче водорода нет, жмите и нагревайте как получится. |
|
23-2-2016 02:21
AlexSnake
Высокое давление сзади снаряда и низкое (вакуум) спереди и достаточной длинны разгон, тогда и шарик пинк понга пробивает легко теннисную ракетку на скорости 1448 км/час youtube.com |
|
23-2-2016 08:56
Юрис
А как же момент страгивания.Скажем взять пулю от калашникова и мелкашки и попытаться отделить пулю от гильзы плоскогубцами.. От мелкашки хоть и свинцовая пуля спокойно руками даже отделяется,от калашника плоскогубцами не взять бесполезно....... Чур по почкам не бить)).
|
|
23-2-2016 09:25
Непушист
Кратко говоря, все преимущества пневматики перед огнестрелом лежат только в плоскости практического применения. Т. е. когда огнестрел избыточен: слишком высокая мощность, слишком крупный калибр для данной конкретной цели, слишком дорогой боеприпас для данной задачи, причем все это при сохранении слишком громкого звука выстрела, и т. д. |
|
23-2-2016 14:43
VikluhaVaklay
С температурой зависимость явная, от давления зависимость крайне сложная и для наших давлений 300 бар практически не сказывается. Поскольку время выстрела занимает миллисекунды, а это явно динамическая система,то скорость звука не является ограничивающим фактором. Из-за огромной разницы давлений между объёмом ВД и НД возникает ударная волна, и скорость газа может достигать даже 3 Махов. |
|
23-2-2016 16:31
John JACK
А при чём тут вообще момент страгивания?
Автор спрашивает за теоретический предел ведь. Не при наших давлениях, а при неограниченных. Здесь надо смотреть не на духовушки из магазина, а уже на экспериментальные системы. Легкогазовые пушки я назвал.
Есть какие-то подтверждения этому? Или прецеденты ПЦП на воздухе, выдающей скорость пули пусть не в 1000 м/с (три маха) а хотя бы в 400? ППП могут кидать пули на сверхзвук. Но у них и сверхзвук всё равно жиденький, и воздух внутри весьма горячий. |
|
23-2-2016 17:00
Непушист
Это да. Не при ваших уж точно.. |
|
23-2-2016 20:09
VikluhaVaklay
А почему бы и нет? sniper.ru sniper.ru Да и в принципе, Максимальные скоростя в PCP! |
|
23-2-2016 23:27
ADF
Ярый п-ж! Ударная волна может и возникает, только к передаче энергии пуле она никакого отношения не имеет, а прыгает сама по себе в пределах замкнутого объема. Волна толкает серфингиста только потому, что тот не отражает волну обратно, а быстро набирает скорость, равную скорости волны. Задница пули - не серфингист. Волна давления в неё прилетает и тут-же отражается назад, прыгая по увеличивающемуся объему, пока совсем на нет не сойдет и пока давление во всем объеме газа не подчинится закону Паскаля. И происходит это исчезновение волн довольно быстро, так как добротность объема как резонатора - полное говно, в частности за счет наличия перепуска, который дросселирует газ. |
|
24-2-2016 01:09
VikluhaVaklay
После открытия клапана из-за значительного перепада давления возникает ударная волна, фронт которой движется со сверзвуковой скоростью. Вслед за этим фронтом на такой же скорости движется и масса воздуха с низким статическим давлением, но высоким динамическим. И при достижении волны юбки пульки эта масса воздуха также ударяется о неё с передачей своей энергии. Если посмотреть на процесс через CFX, то давление не перетекает плавно из накопителя к пульке ровным градиентом, оно сперва резко исчезает на выходе из накопителя, потом неожиданно появляется на выходе из перепуска в ствол и возле юбки, как раз где тормозится поток. И время, через которое у юбки возникает избыточное давление горааздо меньше, чем если бы фронт перепада давления двигался со скоростью звука. После достижения ударной волны и идущей за ней массой воздуха она (волна) уже ведёт себя как раз как волна в океане - передача массы волной не происходит, она отражается несколько раз и затухает. Дальше процесс происходит по классической модели адиабатного расширения. Потенциальная энергия неупорядоченного покоя перетекает в упорядоченное движения. И теория, что с помощью газа можно разогнать объект свыше скорости звука в этом газе в этих условиях, не расходится с практикой, где колпачками или чуть потяжелее ПНП винтовки плюют 340+ м/с. Оценку в виде пиздежа считаю неуместной, поскольку это не моё субъективное мнение, а научный и практический факт. |
|
24-2-2016 01:25
John JACK
В рекламе я вам тоже много чего напишу. 415 м/с ладно, этонемного больше взятой мной круглой цифири 400. Но это близко к скорости звука в воздухе при давлении около 250 атмосфер, вполне реальном для ПЦП. Трёх махов тут и близко нет, и ударная волна для объяснения не нужна.
Они плюют воздухом с далеко не атмосферным давлением. |
|
24-2-2016 01:32
VikluhaVaklay
Откуда такой расчёт? |
|
24-2-2016 01:34
VikluhaVaklay
Поэтому далее я указал тему с этого форума с реальным случаями. |
|
24-2-2016 01:37
VikluhaVaklay
Я не объясняю такие скорости пульки ударной волной. Выше я написал уравнение работы газа при расширении. В этом уравнении нет исключений. И именно ударная волна и сверхзвуковое течение газа объясняется этим уравнением термодинамики. |
|
24-2-2016 01:54
VikluhaVaklay
У меня есть конкретный пример. Я испытал недавно поршневой УОС. В нём воздух для закрытия клапана должен преодолеть путь в 17 мм. За это время пуля со скоростью 220 м/с должна пролететь всего 6 мм. Если бы воздух с маленьким давлением на выходе из ствола двигался со скоростью звука, то клапан начал бы закрывать канал после пролёта пули. Но первый выстрел показал, что клапан закрылся уже наполовину ещё до встречи пульки. Пришлось выковыривать обоих. После симуляции в CFX видно, что воздух за пулькой даже с давлением ~40 бар на выходе из ствола разгоняется до 1100 м/с
|
|
24-2-2016 02:17
John JACK
Это не расчёт, это табличные данные. Факты, то есть. Посмотрите сами зависимость скорости звука от давления.
На выходе из ствола может. Там как раз работают ударные волны и всякие хохмочки вроде сопла Лаваля. Но мы-то говорим о скорости потока воздуха в трубе (которая is not an orifice), да ещё и при попытке давить с ненулевой силой на ненулевую массу пули. По ссылкам нашёл информацию о скорости пули (колпачка точнее) 450 м/с. Которой сам автор удивляется. Это единственный случай, который таки больше скорости звука в воздухе при реальных давлениях, и то ненамного. |
|
24-2-2016 07:51
EJZ
Патчем не пробовали через хрон стрелять?
|
|
24-2-2016 09:35
ADF
Дык вот именно: пуля плевала, что там за волна у неё за задницей попрыгала: итоговый результат такой, будто давление под задницей - постоянное (плавно падающее по мере расширения газа при движении пули по каналу) и в расчетах итоговой энергии никаких волн нет.
Практика-практикой, но не надо притягивать за уши ошибочные выводы о сути процессов! Легкие пули из воздушек вылетают быстро не потому, что ударная волна им в жёпь прилетела. Просто не надо забывать, что в сжатом воздухе - скорость звука выше, чем в не сжатом и пуля все еще не превышает предельную скорость расширения рабочего тела, которое пердолит её в зад.
|
|
24-2-2016 09:41
ADF
Редкость, когда ЖЖ сказал что-то умное и правильное.
Да с чего вы все берёте, что скорость звука превышена? В сжатом до рабочего давления - она может как раз такая и была. |
|
24-2-2016 09:44
ADF
Надо с осторожностью и пониманием относиться к симуляциям. Такая цифра скорости получается, если тупо взять энергию воздуха и по формуле mv^2/2, с учетом плотности воздуха, раситать его скорость, как если бы он всю свою энергию использовал на разгон самого себя. Эта цифра НЕ учитывает скорость звука в среде: т.е. может ли воздух, без применения сопел Лаваля и прочих специальных средств, до такой скорости себя растолкать. |
|
24-2-2016 11:28
VikluhaVaklay
Я и прошу ткнуть меня носом в эти табличные данные. Я же говорю, что для идеальных газов скорость звука от давления не зависит. Но поскольку газ у нас реальный, то зависимость есть, но она очень мала для давлений, на которых работает пневматика. Эта зависимость скорости звука от давления прослеживается в коэффициенте сжимаемости газа Z, по которому вычисляют отклонение свойств реального газа от идеального. Опытные результаты определения сжимаемости наглядно здесь: http://gоо.gl/5DN0Af
До ствола канал уже несколько раз меняет свою форму и площадь сечения. Тем более, повторюсь, выстрел нельзя рассматривать как продолжительный процесс, для которого в основном и описываются модели течения, а как динамический быстротечный.
Да что ж эту ударную волну привлекают к работе =) До страгивания пульки воздух уже движется со сверхзвуковой скоростью, пока не затормозится о пульку. А ударная волна - это как обязательное следствие огромной разницы давлений на фронте между ВД и НД. А по мере разгона пульки, если у газа есть ещё энергия хаотического движения между молекулами, то она дальше преобразуются в более упорядоченное направленное движение со сверхзвуковой скоростью.
Действительно, диаметр канала ствола 4,5 мм, перпендикулярного к стволу канала для закрытия УОС - 1 мм, а скорость движения по этому каналу уже ~800 м/с при давлении на вход канала ~50 бар. Что я могу лишнего притянуть?
Опять эта ударная волна ( Не ударная волна заставляет пулю страгиваться, а воздух за волной, который движется с такой же скоростью.
Выше, но при давлении даже 300 бар расстояние между молекулами не настолько мало, чтобы проявилось межмолеклярное взаимодействие. 500 бар - уже да, 1000 - точно да. См. про сжимаемость газа.
Прикол в том, что CAE использует те же классические модели, но при этом может рассматривать процессы при их малой продолжительности. К примеру, если взять резеруар ВД бесконечного объема, открыть клапан, то скорость движения воздуха по стволу будет не выше звуковой - ~340 м/с - никаких расхождений с практикой, если только газ в модели идеальный без поправок на реальность. А вот если посмотреть детально на первые миллисекунды, как воздух выходит из накопителя в ствол, а потом в атмосферу - скорость в несколько раз превышает скорость звука - и ровно до тех пор, пока процесс не стабилизируется.
Внутреннюю энергию газа можно посмотреть здесь https://gоо.gl/i5QFoa и нет ничего противоречивого, если вся его внутренняя энергия превратится из одного состояния (хаотическое движение) в другое (направлленное движение)
Для статического процесса необязательно сопло, можно на участке привести теплоту, дополнительную массу - скорость после этих участков также станет сверхзвуковой. А для динамического процесса вполне хватает значительного перепада давления. |
|
24-2-2016 13:07
Юрис
Вот на этом видео товарищ говорит что на гелии,скорость доводили до 650 м/c.Смотреть с 7:35 мин.
|
|
24-2-2016 13:08
Юрис
|
|
24-2-2016 15:05
ADF
Смотри, какая ерунда. Если газ разогнал себя до скорости звука - то в нем статичного давления уже почти нет, есть только скоростной напор. И если эта струя натыкается на плотный предмет, скорость которого ниже скорости струи - то газ, передав импульс, порождает вторичную (отраженную) волну, которая вынуждена двигаться назад, а не стоять за жопой пули, продолжая толкать. Т.е. чтобы растолкать пулю вперед со скоростью выше скорости звука - ей под задницу должен дуть непрерывный сверхзвуковой поток. И вот тут у меня сомнения, что таковой формируется внутри ПЦП или любого иного типа пневматики! Точнее - что при предельной скорости движения воздуха - это именно скорость потока, а не одного фронта. Можно допустить, что при выходе из перепуска в ствол проявляется какой-то эффект наподобие эффекта сопла Лаваля, но высокая скорость у пули образуется ближе к концу ствола, а не в момент старта. А дует ли воздух так же быстро ближе к выхлопу? Да и на практике. Реальные получаемые скорости пуль, если и превышают скорость звука в рабочем теле, то лишь на самый децл. Чтобы уйти вверх, за отметку в ~400м\с, применяют другие газы, вон про гелий уже написали.
|
|
24-2-2016 15:35
иваныч
Ну на водороде и 8км/с достигали правда поршень двигал пороховой заряд. Испытывали противометеоритную защиту.
|
|
24-2-2016 17:26
ADF
1. Типовая легкогазовая пушка, больше 50 лет в самых разных НИИ существуют и активно используются, в частности для исследований в области систем бронирования и способов эту броню про*ерачить;
|
|
24-2-2016 19:08
иваныч
Имелась в виду защита спутников надо было чем то её испытывать.
|
|
24-2-2016 21:21
ADF
Насколько я знаю, теория микрометеоритов до сих пор не нашла подтверждения. Либо их плотность в космосе слишком низка.
|
|
25-2-2016 16:55
docalex
Насчет теории микрометеоритов не знаю, а иллюминация в виде широко наблюдаемых падающих звезд пока осталась. И случаи попадания оных в ИСЗ достаточно известны. Испытывать надо защиту или разрабатывать "самозалечивающиеся" оболочки. Далее, наверное, кто-то с мной согласится. Насчет остальных теоретических умозаключений хочется сказать: Забудьте в ПСП обо всех ударных волнах. На процесс разгона пульки они никакого влияния не оказывают. Потому что не могут. Простое соображение: плотность вещества в потоке воздуха (даже сжатого 300 бар) очень мала по сравнению с плотностью свинцовой пульки. Даже если в тонком (10 длин своб. пробега частиц) фронте уд. волны есть уплотнение в 10 раз, пулька этого не заметит. Обмен кинетич. энергией ударным способом (газ-пуля) невозможен. Ускорение пули - по классической газодинамике. И можно получить скорости, превышающие среднюю тепловую скорость молекул газа (которая сама по себе выше, чем скорость звука). За счет "быстрой фракции" частиц в размытом Максвелловском распределении по скоростям. Естественно потеряв большое количество энергии в последующем хвосте потока газа. Ну раз в 1,2 -1,3 поднимите скорость относительно тепловой. Далее, сами не захотите. Всякие течения с большими Махами - это ведь актуально для реактивных систем, ускоряющих собственно газ в свободное пространство, не совершая побочной работы над объектами. |
|
25-2-2016 17:38
docalex
Уважаемый ADF,
Нисколько не сомневаясь в Вашей эрудиции хочу сказать, что давление в стандартном мелком огнестреле действительно, как Вы и сказали достигает 1300 бар. Однако этот максимум соответствует координате пульки в 15-17 см от казенника. И очень быстро падает при дальнейшем движении пули. Судите сами в винтовке 320 м/с, в пистолете Марголина 280. Навскидку по энергии 1,3-1.35 разница, а в длинах стволов - 3. Для пороховых газов адиабата нехорошая работает. Ну и никто бы не стал делать рядовые патроны, в которых длительность горения сравнима с временем разгона пули. Ну это так, а мы расход в ПСП можем и прибавить чуть. |
|
25-2-2016 17:40
ADF
ИМХО тут не защиту надо расчитывать, а вероятность попадания Самозатягивающаяся оболочка на случай попадания летящего с космической скоростью тела в спутник - это все равно, что подорожник к фаршу прикладывать
В остальном - отличный и явно хорошо обоснованный с научной точки зрения ответ! Даже достоин того, чтобы сохранить.
|
|
25-2-2016 20:46
docalex
И что? Если я правильно рассчитаю, оно же направление не изменит .
Спасибо! Я слегка потрясен. Такое редко здесь приходится слышать. |
|
25-2-2016 22:41
ADF
Вероятность попадания напрямую влияет на экономическую це лесо образность вешать на спутник броню и подорожник. Тут уж никак нельзя забывать, что каждый Кг веса спутника стоит что-то около 25 килобаксов денег для вывода на орбиту. |
|
26-2-2016 00:54
VikluhaVaklay
Я хоть и начал упоминать ударные волны, но ни разу не сказал, что они разгоняют пульку. Зачем об этом говорит каждый?
Актуально, но не характерно только для этой области. Если объём газа не движется, то направления молекул хаотичны и равновероятны. Как только открывается дополнительная степень свободы, одна из трёх компонентов скорости каждой молекулы (по направлению течения) увеличивается, а две другие - уменьшаются. Для расширения без работы это видно по увеличению динамического давления и уменьшению статического, внутренняя энергия при этом не изменится. Если газ, расширяясь, совершает работу, то всё будет в точности также, но с уменьшением его внутренней энергии. Так вот, я начал с хаотического движения молекул во всех направлениях, а после начала расширения я подчёркиваю на сонаправленное их движение. Разница в том, что при хаотическом движении каждая молекула имеет кинетическую энергию относительно каждой, и в среднем эти энергии равны (не беру в учёт максвеловское распределение для упрощения), а при идеально сонаправленном движении они относительной потенциальной энергией не обладают, поскольку все движутся в одинаковом направленнии с одинаковым вектором. Возможно, я выразился непонятно, но другими словами не могу описать преобразование потенциальной энергии взаимодействия молекул между собой в их совместное однонаправленное движение. Так вот, геометрия сопла как раз и позволяет упорядочить движение молекул в одном направлении, преобразовав их энергию внутреннего хаотичного движения в ускоренное однонаправленное. А по винтовочной части первое сопло находится уже сразу после клапана, второе - после досылателя. тем более, огромные скачки давлений также способствуют однонаправленности течения. Насчёт максвеловских быстрых фракций. После первых сантиметров расширения воздух из накопителя расширяется в несколько раз. А при адиабатическом расширении уже в два раза относительно первоначального объёма рабочего тела температура опустится на 25 %, а это ~-50 C для первоначальной комнатной температуры. Тепловая скорость молекул тоже упадёт на 25 %. И при уменьшении температуры доля быстрой фракции в общем объёме молекул снижается, также как снижается и верхния планка скорости этой быстрой фракции. А пуля ещё полпути по стволу не прошла. На выходе из ствола воздух расширился уже в три-четыре раза (если брать выстрелы с диким перерасходом для получения высоких скоростей). Температура и скорость упала уже до -100 С на 40 %. И если молекулы продолжат двигаться хаотично, компонента осевой скорости молекулы уже многим меньше скорости пульки, а быстрые фракции вяло плетутся за юбкой. Я думаю, наш спор поможет разрешить только компьютерное молекулярное моделирование расширения, то самое, где шарики упруго ударяются и куда-то улетают. |
|
|