Моделирование Питерского модера.

перемещено из апгрейд и ремонт пневматики

---

Всем привет.
Думается мне, что многие увлеченные пневматикой занимались модеростроением. Через это наверное все проходят. Вот и у меня появилось желание что то дельное сделать.

По данной теме читалось много. Привлек меня Питерский модер. То что я Питерский, наверно просто совпадение)))
Началось все отсюда:
forum.kalibrgun.ru и edgun.ru

Miksa:
Саму идею дал Костя-HeadHunter, я воплощал и двигал, ну а Игорь-Igor V исправлял и "почти" токарил для тестовых образцов, а все мы Питерские, то пускай она и называется "Питерская"!

На чём уже обжигался и чего не надо:
дренажные отверстия в корпусе, если делать больше 1 мм, то тока хуже!
если отверстий в корпусе больше или они не повернуты, чтоб были перпендикулярны отверстиям в катушках - хуже.
отверстия в самих перегородках делал не два сквозных, а четыре, но меньшего диаметра - хуже.
переднию пробку плоской снутри, без хитрых выточек - хуже.
рёбра катушки обматывал сукном, лат. сеткой, ....... . - хуже.
интегрированную камеру забивал материалом изоляционным - хуже.
растояние от среза до первого конуса находилось методом тыка, если изменять в меньшую или большую сторону - хуже.
если корпус сделан из 1мм трубы, то лучше одеть в термичку - будет звук глуше.
(если дренажные отверстия от зенковать внутри трубы, то теоретически должно быть лучше - истечение воздуха должно быть лучше. Но как это сделать и проверить - наверное фантастика)
Читайте первый пост: - У кого расход больше 12-13, уже ни чего не поможет!!!
Модер делался именно для городского использования, под "городские" скорости!!! Если 290 тяжёлой - то нахрен вообще модер. **
Оптимально - 1.03 - 270-285.

Я решил сделать себе такой же, только чутка другой. Нравятся мне красивые вещи, поэтому я решил взять готового донора от Dianarws. Дороговасто, зато ровно и красиво. Резьбу резать на стволе не надо. На моей чизочекнутой дудке, при не затянутых винтах имеет ход(в смысле люфт) по передней пробке 0,8мм. Не сложной геометрией высчитал примерный зазор ствол/пробка(0,09мм). Где то на форуме читал, что чизовские дудки не идеально соостны. Вот я и подумал, что центрах токарного ствол отмаркерую и зазором модера в 0,09мм компенсирую соостность.

Собственно задача модера скрыть звук выстрела. Т.е. если смотреть на график, то требуется понизить амплитуду хлопка разжимающегося воздуха. В общем максимально долго удерживать воздух в СМ и плавно его выпускать в атмосферу. Так же постараться сместить весь звуковой процесс в НЧ(левая часть графика) область, ибо она плохо позиционируется человеческим ухом.

Захотелось мне посмотреть как работают потроха при выстреле и решился я сей процесс отмоделировать. Хотя честно говоря я в физике/механике чАйнечеГ. Что то смотрю как умные люди делают, а что то интуитивно догоняю. Так что сильно не пинать. Давно хотел научится моделировать физику, а тут еще интерес подстегивает. Купил книгу, не спеша недельку в свободное время повкуривал о чем она. Понял, что полностью отмоделировать все процессы сложновато будет. Да и в процессе моделирования столкнулся с аппаратными ограничениями. Мой комп слабоват оказался. Точнее чем точнее и детальнее анализ, тем выше требования к железу, причем за каждое еще чуть-чуть требуемые параметры ПК возводим в третью степень. Пришлось сильно упрощать процессы и модели. Решил моделировать холостой выстрел, да без закрытия клапана). Интересно ведь, как СМ захлебнется. Заодно и результаты просчетов будут рассчитаны на максимальные нагрузки. Вот тут и набралось немного интересного, чем я и собираюсь поделиться.

Расчет делался под папский калибр. На всех моделях вход справа, выход слева. На выходе 1 атмосфера, со входа 100. Шероховатость 0. Средняя погрешность вычислений примерно +-4%. Каждый тест повторялся 2-3 раза с усреднением результатов. Примерное время одного теста три часа(комп 3,3Гц(два ядра), 4Гб ОЗУ).
Если на картинке не видно логических завихрений потоков, это не означает что их нет или они не посчитаны. Просто софтина так странно отображает. В общем тут без претензий.

Размеры катушек 15мм. От среза ствола до первой катухи 15мм.

Сверху вниз:
1 Выпуклое скругление - хуже
2 Оригинальная форма перегородок без камер - хуже
3 Оригинальная схема 5 катушек - лучше
4 Оригинальные катухи с измененным углом перегородок - хуже

Сверху вниз:
1 Пустой - хуже - третий по прорыву газов
2 Схема Dianarws - хуже - Самый быстрый прорыв газов, но камеры все таки разгружаются.
3 Оригинальный Питерский - лучше - Самый медленный прорыв газа
4 Питерский с разной длинной катух - хуже - второй по прорыву газов

Сверху вниз:
1 Питерская схема с радиусными перегородками - микро хуже, чуть быстрее прорыв газа.
2 Оригинальный Питерский - лучше
3 Схема с шайбами - хуже

Сверху вниз:
1 Оригинальный Питерский 5 катушек - хуже
2 Оригинальный Питерский 6 катушек - лучше

Тут я немного засомневался. Как удалось подобрать так идеально геометрию катушек? Шаг влево, шаг вправо, только ухудшается результат. Но не все так просто оказалось и не все так в идеал подобрано.
Тест на длину катушек.
Сверху вниз:
1 Катушки по 20мм - Работа первой камеры лучше
2 Катушки по 17,5мм - Работа второй камеры лучше
3 Катушки по 15мм(оригинальный размер) - Эталон так сказать
4 Катушки по 12,5мм - Все хуже.

Путем комбинаций и подбора размеров получил следующею картину.
Сверху вниз:
1 Катухи 18/17/16/15/15 - Время прорыва в 1,555 раза длительнее, при этом последняя камера работает с минимальным напрягом, эффект выдоха должен быть минимальным.
2 Все по 17,5мм - Время прорыва в 1,044 раза длительнее.
3 Стандартная питерская схема(эталон, 15мм) - время прорыва принято за единицу.
4 Тоже что и в первом варианте, без доп перегородки - Время прорыва в 1,4 раза длительнее.

Теперь я решил погонять пачку катушек по трубе модера. Ограничительный бортик в пробке условно убрал конусной шарошкой и теперь ствол можно пропихнуть в глубь модера. Щель ствол/пробка как раз по площади заменит отверстия в трубе по кругу задней(интегрированной) камеры. Расстояние от среза до первой катушки везде 15мм. Справа указан вынос ствола от внутренней стенки пробки. На каждой картинке за единицу времени брал минимальный результат, т.е. для каждой картинки он свой.

Свел все в график

Не знаю что за точку я нашел(удачное столкновение воздушных потоков , но задержка на прорыв выросла еще в полтора раза. Размер выпуска ствола решил оставить 16,5мм. Становится очевидным, то что в этом конструктиве модера играют большую роль малейшие детали.

Меня все продолжал мучить вопрос с радиусной формой перегородок. Посмотрел.
Сверху вниз:
1 R15 - Задержка выросла
2 R20 - Лучший результат по времени и разгрузке последней камеры.
3 R25 - Почти без изменения.
4 Эталон

Как оказалось скругленный конус лучше ломаного. Но не все так просто.

Чтобы найти оптимальный радиус скругления конусной поверхности, пришлось разобраться с секретом геометрии центральной кромки.
Сверху вниз:
1 - 30 градусов - хороший и весьма интересный результат
2 - 60 градусов - худший результат
3 - 45 градусов с увеличением длины по сечению - хороший результат.
4 - Эталон - 45 градусов.
Как оказалось секрет есть и он не прост. Угол и площадь кромки сильно связаны. Тут скорее всего поток попавший на эту кромку отражается в поток прошедший большим радиусом, тем самым создавая потерю скорости воздушного потока.

Помудрил с углами, и площадями конусных кромок.

Остановился на угле в 40 градусов
Вернулся к радиусным перегородкам.
Оптимальный радиус скругления R22.

Выбрал себе оптимальную длину конуса(14,7мм).

К сожалению из за аппаратных ограничений внятно посмотреть что твориться за отверстиями в катушках не удалось. Большие погрешности в вычислениях.
Посмотрел на втулку в передней пробке

Подобрал длину.

Тестонул на разницу в сила/эффективность выхлопа. Крестиками пометил где уже все хорошо. В нижнем варианте надо доп катушку с удлинением трубы.

Ну вот я и получил такой вот Питерский модер.
Из компьютерного анализа видно что даже удачное решение в бестолковом исполнении(без настроек) может работать далеко не на все свои 100%. Также удалось выявить различные зависимости, явные и не очень, позволяющие существенно выжать КПД из данного конструктива.
Ничего бы не было, без весьма удачной базы(эскизы Миксы) для моделирования. Уважуха авторам, однозначно!!!

Считаю что кольца:
Существенно снизят резонанс;
Лучше сцентруют катушки;
За счет колец, пробки будут всегда поджаты и вероятность самопроизвольного раскручивания снизится;
Катушки не будут проворачиваться.

+
Может кому то будет интересно. Кстати СМ(ы) при разных температурах работают по разному. Отсюда необходимость что бы в СМ поток газа полностью контролировался конструктивом СМ. Если у кого то модер всегда работает одинаково, то КПД данного модера далеко от максимального.

Немного из нета:
В отличие от жидкостей, вязкость газов увеличивается с увеличением температуры (у жидкостей она уменьшается при увеличении температуры).
Формула Сазерленда может быть использована для определения вязкости идеального газа в зависимости от температуры:

где:
μ = динамическая вязкость в (Па.с) при заданной температуре T,
μ0 = контрольная вязкость в (Па.с) при некоторой контрольной температуре T0,
T = заданная температура в Кельвинах,
T0 = контрольная температура в Кельвинах,
C = постоянная Сазерленда для того газа, вязкость которого требуется определить.

Эту формулу можно применять для температур в диапазоне 0 < T < 555 K и при давлениях менее 3,45 МПа с ошибкой менее 10%, обусловленной зависимостью вязкости от давления.
Постоянная Сазерленда и контрольные вязкости газов при различных температурах:
Газ C[K] T0[K] μ0[мкПа с]
Воздух 120 291.15 18.27
Углекислый газ 240 293.15 14.8

Тут можно посчитать вязкость газа
twtmas.mpei.ac.ru

==

Все что изложено выше, это только верхушка айсберга.
На данный момент разработаны две модели модеров.
Компакт 95мм и полно размерный(Питерский второго поколения), примерно 150мм.
==
Немного мыслей о проходных отверстиях. Какими же их делать?
На картинки видно что спереди создается воздушная подушка. И этот сжатый воздух обтекает пулю. При не соосности перегородки и малом диаметре проходного отверстия этот поток отразится от ближайшего края отверстия перегородки и ударит в юбку. Отсюда все вытекающие.. . Задевания пули об перегородку вообще не рассматриваем.
По прикидкам отверстие должно быть на 10-20% больше диаметра пули.
Чем меньше, тем лучше. Главное не промахнуться мимо золотой серединки. Также важна толщина перегородки. Чем тоньше стенка в районе проходного отверстия, тем лучше. Тоже самое касается передней пробки. Самое оптимальное при достаточно толстой передней пробке, сделать ее рупором. То есть внутри 20% + диаметр пули и расширение рупором наружу под углом в 10 градусов от центральной оси.

При моих тестах с передней пробкой получилось:
Как раз не нужно максимально стараться уменьшить отверстие. Опять же нужно найти золотую середину. Тут больше завязка на расход. При малом отверстии звук выше и интенсивнее. При слишком большом опять же интенсивность хлопка возрастает, хотя спектр остается ниже чем у малого отверстия.
Рупор заставляет поток расширится, причем весьма значительно. Это дает более тихий и низко частотный звук. Также при рупоре канал перехода оказывает минимальное воздействие на пулю.
==
Миник.(V3)

По просьбе одного форумчанина(handmake) сделал тест по его эскизу. СМ там был длиною 80мм и немного отличался от приведенного ниже.
Немного помучился и получилась интересная штуковина.
При тестах у меня увеличилась длинна СМ до 95мм и произошел еще ряд изменений.
При выстреле поток ограничивается трубкой(рубашка). Это для того чтобы поток сконцентрированным слоем проскользил по первому конусу.
Внешняя рубашка имеет косые щели по кругу(в данном конструктиве отверстия дали худший результат)(Проверенно в железе). Тут хитрость в том что воздушный поток продавливаясь через них, упирается в стенку внешней трубы. Под давлением, он расходится по направлению пропилов.

ЗАМЕТКА: моделирование показало что при малейшем посыле на возможность завихряться, поток под большим давлением будет это делать.

Поток закручиваясь расходится по внутренней стенке внешней трубы. Для возврата ему надо отлипнуть, а тут не все так просто и быстро.

Собственно тут съелся приличный объем от выхлопа.

Далее поток проходит по классическим катушкам. Единственное их отличие в том что отверстия просверлены со смещением. При прямых отверстиях поток упираясь в стенку, создает так сказать пробку. А при косых отверстиях соскальзывает по стенке, создавая тот же циклон. Отсюда большее поглощение и удержание объема от потока.(Проверено в железе)

В последнее секции стандартная катушка практически не работает. Использование пустого объема дает по тестам 5-10% КПД.

Конструктив собран с небольшими изменения, но по отзывам работал хорошо. Нынешний хозяин модера не отписался, посему остается верить.

эскизик

чертежик(часть размеров подогнана при моделировании, рекомендую их соблюдать)

рекомендую четыре рубашки для теста(подбор под свой расход)

Недостатком геометрии классических катушек являются: малое поглощение/удержание потока, эффект волны.

ПРИМЕЧАНИЕ: При моделировании у классических катушек был обнаружен эффект волны. Обычно в первой-второй катушке создавалась воздушная подушка. Подушка прокалывалась потоком под давлением. Но это отверстие было меньше проходного. Поток беспрепятственно пролетал 2-3 катушки и там картина повторялась.
Для регулировки катушки необходимо играться всеми размерами. От ствола к передней пробке СМ, длинна катушек должна НЕЗНАЧИТЕЛЬНО уменьшаться. По крайне мере так было по тестам.
==
V4.6.8 Питерский двухкамерный.

Расчетные данные самые удачные из всего что я смог получить.
Из особенностей: катушки новой геометрии с значительно большей поглощающей способностью, не требуют настройки геометрии и балансировки длинны для уменьшения эффекта волны.

.177

Время пролета первых частиц до выхода из СМ 66 милисек.
Время пролета существенного(на слух) объема частиц 78 милисек.
Время до захлебывания СМ 329 милисек.
Внутренняя длина СМ 147 мм
Длинна от среза ствола до передней пробки СМ 137 мм

.22

==
V6-lite

Недостаток в том, что нужно гасить резонанс от ударной волны о первую катушку.

Упрощенный вариант СМ с новой катушкой. Пару хитрых шпулек-катушек оставлю для V4.6.8. Эскиз под папский калибр.
Заточка на поглощение большого выхлопа. Время на прорыв не сильно отличается от классического Питерского модера. Поэтому у кого расход маленький и СМ имеет обычные катушки, заморачиваться этим конструктивом не стоит.

Недостаток в том, что нужно гасить резонанс от ударной волны.

Комп что то в последнее время сильно лагает. Видимо винду пора переустановить. Делать мне это очень не хочется и еще лень. В общем комп отказался считать цыферки и моделька получилась как есть.

==
V7

Посетила меня одна мысля, как можно очень технологично сделать модер. Набросал по быстрому эскизик.

Вкратце:
Материал латунь. Длинна получилась 147мм. Трубы стандартные 19х1 и 14х1(с одной стороны вальцуется на конус), можно и в больший размер уйти.
Перегородки прессуются из листовой латуни через оправки в токарнике, там же и обрезка.
При сборке нужные места промазываются паяльной пастой(флюс с припоем в жидком виде), затягиваем на оправку и прогреваем.
Получаем монолитную конструкцию.

Как вариант можно спаивать только переднею пробку с потрохами, а внешнею трубу завальцовывать. Будет возможность насверлить отверстий и также защита от огнестрела.


==
СМ Циклон по Питерской схеме для 3D принтера v1.0
cloud.mail.ru

На первых витках идет накачка. Далее точка в которой СМ пытается захлебнуться, но не выходит и далее происходит стабилизация, практически полностью поток контролируется. Причем геометрия подобрана так, что и во внешней камере и во внутренней стабилизация потока начинаются примерно одинаково, по середине. Обратите внимание что силы потока во второй половине СМ направлены перпендикулярно относительно направления выстрела )).

Из всех регулировок возможно еще стоит побаловаться переменным шагом витков спирали...

PSS Извиняюсь за размер загружаемой страницы. Зато без рекламы и глюков.

Hamond:
желающих моделировать приглашаю в тему forum/117/1951739
там нет реальных моделей но есть большие возможности моделирования

Тема к сожалению в архиве guns.аllziр.оrg