Анатомия пневматического выстрела.
Автор: b4now
Тема чисто умозрительная и сугубо теоретическая, интересна сама физическая модель и механические аспекты, влияющие на ее реализацию.
Даже скорее изложение на тему: Процессы, происходящие при выстреле пневматики и факторы на них влияющие.
Итак, приступим помолясь.
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.
1 микросекунда = 1/10 000 секунды.
1 миллисекунда = 1/1000 секунды.
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.
http://www.arld1.com/images/swfs/piston … namics.swf
Автор флешки - W.S.Woodward, за котороую ему, конечно, большое спасибо.
(в хорошем понимании смысла этого слова 
)
