Принципы работы пружинно - поршневого механизма пневматического оружияЧитая переписку на различных конференциях, постепенно приходишь к неутешительному выводу: многие из начинающих юзеров от пневматики с трудом представляют себе процессы происходящие в ней. Попыткой около-научно проанализировать эти процессы и призвана эта статья.  Для многих начинающих пользователей пневматики часто являются загадкой процессы, происходящие в ней. В данной статье попробуем подробно разобрать механизм работы пружинно-поршневой пневматики. Итак, для начала разберем процесс выстрела пружинно-поршневой винтовки.
После нажатия на курок начинает свое движение поршень, в результате чего воздух в цилиндре винтовки сжимается. В типовых условиях, после того как поршнем было создано граничное давление (давление которого достаточно для преодоления сил естественного трения) пуля начинает свое движение. Принципы работы пружинно - поршневого механизма пневматического оружияОбозначим, что под силами естественного трения подразумеваются сила собственного трения, а также сила сопротивления оказываемого нарезкой ствола и лобовым сопротивлением воздуха. В момент выстрела происходит некий спад давления, в результате добавления к объему цилиндра объема ствола за движущейся пулей. Данный спад давления подвергается корректировки, а именно, его можно значительно уменьшить. Для этого необходимо выбирать цилиндр таким образом, чтобы его объем был значительно больше чем у ствола. Далее, по мере продвижения поршня пуля начинает набирать скорость, в результате покидая ствол при определенном для данной системы давлении. В момент, когда пуля покидает ствол, происходит резкий спад давления, обусловленный отсутствием сопротивления движения поршня. Если винтовка спроектирована, верно, а также правильно подобранны пули к ней, именно в этот момент поршень достигает передней стенки цилиндра. В этот момент скорость пули максимальна. Разберем подробно процесс выстрела в пружинно-поршневой винтовке. Итак мы нажали на крючок, поршень начал свое движение, сжимая воздух в цилиндре (участок 1-2 на графике). Здесь мы должны остановится, и оговорить условия для которых делается анализ: Крутизна этого участка зависит от следующих составляющих:
В типовых условиях, пуля начинает движение, сразу после того, как поршень создал граничное давление, достаточное для преодоления сил естественного трения. Эти силы являются суммой собственно трения, сопротивления оказываемого нарезкой ствола, лобовым сопротивлением воздуха. На графике этому соответствует участок 2-3. В этот момент происходит некоторый спад давления - к объему цилиндра добавляется объем ствола за движущейся пулей. Этот спад давления можно значительно уменьшить - выбирая объем цилиндра значительно больше чем у ствола. В реальных условиях, правая часть этого участка может быть сильно нелинейной - сказывается сопротивление поршню сжатым воздухом. При определенных условиях, поршень может остановится, при не полностью расправленной пружине (например, пулю заклинило в стволе). Для борьбы с этой нелинейностью применяют увеличение массы поршня и соответственно увеличению момента импульса Р=m*V (2), где m - масса поршня с пружиной, V - скорость движения поршня. По мере продвижения поршня, пуля набирая скорость движется по стволу и в один прекрасный момент покидает его при вполне определенном для данной системы, давлении. На графике этому соответствует участок 3-4. В этот момент происходит резкий спад давления из-за отсутствия сопротивления движения поршня. Теперь ВНИМАНИЕ: при правильно спроектированной винтовке и правильно подобранном типе пули, в этот момент поршень должен достигнуть передней стенки цилиндра. КПД пружино-поршневой-пулевой системы в этот момент, максимальна, также как и максимальна скорость пули!!! Теперь о том, как увеличить скорость пули. О том, что необходимо всячески уменьшать непроизводительные потери при сжатии воздуха поршнем - это очевидно. Для этого применяют полировку цилиндра, подбирают материал прокладки, смазывают систему, уплотняют сопряжение ствола с цилиндром. Увеличение массы поршня, также приведет к увеличению скорости пули, как указывалось уже выше... Основной прирост скорости происходит при увеличении параметров пружины в соответствии с формулой (1). Этим и занимается Уважаемое сообщество апгрейдеров. Рассмотрим, что происходит при этом: параметры комбинации ствол-пуля, при определенных условиях, оговоренных ниже, не изменяются, поэтому, можно считать давление, при котором пуля начинает движение - CONST. При изменении параметров пружино-поршневой системы (увеличении жесткости пружины, увеличении массы поршня) отрезок 1-2 на графике, резко увеличивает свою крутизну, спрямляется нелинейный участок 2-3. Время нарастания давления до порогового, при котором начинается движение пули, уменьшается, уменьшается и время нарастания давления в стволе. В результате пуля вылетает из ствола с большей скоростью, что мы и добиваемся. Вроде ничего страшного не произошло и даже наоборот. Страшное произойдет, когда мы изменим параметры ствол-пуля. Например смажем ствол или применим вместо фирменной пули, полукустарную, хотя бы и той же массы. Случай при котором пуля с бОльшим трудом передвигается по стволу, разбирать не будем. Уменьшится энергия пули: и все! Хуже, если пуля свободно движется в стволе. Такое происходит из-за отсутствия обтюрирущих поясков, юбки и в частности у дроби. В этом случае ее движение начнется при значительно меньшем пороговом давлении и ствол она покинет также при меньшем давлении. НО ПОРШЕНЬ ЕЩЕ ДВИЖЕТСЯ И ДАВЛЕНИЕ МОГЛО БЫ ЕЩЕ РАСТИ !!! Увы пули уже нет и поршень благополучно шмякается об стенку цилиндра. Заметьте-ДАРОМ !!! 
На рисунках вверху - аудиограмма удара поршня об стенку цилиндра, внизу - аудиограмма удара пули о мишень, установленную вплотную к стволу. Первая аудиограмма снята для пистолета ИЖ-53 и пули "Диабло". Второй рисунок показывает аналогичные замеры при использовании в качестве пули дробины. При этом происходит соударение витков пружины друг об друга и рано или поздно произойдет ее разрушение. Причем, чем мощнее установим мы пружину, тем раньше (закон сохранения импульса). Бешенная отдача нам тоже гарантированна. Поэтому, прежде чем приступать к апгрейду, необходимо произвести сначала измерения для Вашего экземпляра винтовки и того типа пуль которые Вы будете применять в дальнейшем. Целью измерений является выяснение степени сбалансированности системы в комплексе для исключения случая, когда пуля покидает ствол раньше, чем поршень закончит свою работу. После любого апгрейда, тоже настоятельно рекомендуется провести аналогичную серию. Только в этом случае, можно предполагать долгую, безотказную работу проапгрейженной винтовки. Есть предположение, что наши славные производители не сильно утруждают себя такими измерениями, также как и соблюдением соответвующей технологии изготовлении и сборки. В результате мы имеем винтовки, с натугой пробивающие банку из под пива с пяти метров, а после апгрейда с удивлением вытаскиваем обломки новой пружины. Не так давно, мне приходила в голову идея, которая как мне представляется вполне работоспособна:
Берем винтовку, с казенной части ствола рассверливаем D6-8Х6-8 и вставляем в это место на клею кусок резиновой трубки соответствующего диаметра и длины. Внутренний диаметр около 4 мм (подбирается...) Материал, впрочем, тоже. Теперь, поршень движется, давление растет. При определенном давлении, пуля срывается с тормозов (трубки резиновой) и начинает разгон. Был проделан следующий опыт - между пулей и стволом вставляется полоска скотча клеем к пуле. Небольшой хвостик скотча торчал из казенника, чтобы при закрывании ствола и выстреле, зажатая полоска оставалась на месте. Подбирая размеры полоски, я добивался порой значительного приращения скорости, до 25%! Опыт проводился с пистолетом ИЖ-53. Думаю, можно подобрать оптимальные параметры ствол-пуля для конкретной пружино-поршневой системы. Меняя тип вставки, можно безболезненно изменять тип пули. Однако, подчеркиваю, необходимо сначала произвести соответствующие измерения. Кстати, об измерениях: хорошие результаты показала следующая методика: на правый канал SОUND BLASTERa прицеплен микрофон (пьезоизлучатель) который закреплен непосредственно рядом с оружием, аналогично, но для левого канала, закрепляется на мишени. Необходимо подобрать такой уровень записи, чтобы не мешали затухающие колебания от выстрела. Идеальной программой для этого является GOLD WAVE V N.nn. При правильно подобранном уровне записи, хорошо видны звуки при срабатывании составных частей оружия. |
