понедельник, 16 февраля 2015 г.

Перевод треда по отношению объемов цилиндра и стволика


Данное обсуждение с сайта airsoftmechanics.com (оригинал обсуждения: http://forums.airsoftmechanics.com/index.php?topic=1883.0) обсуждает практические наработки в плане подбора этого самого идеального соотношения объемов и некоторые практические моменты этого дела.

Пара слов о самой проблеме.


Речь идет не о том, какой длины или диаметра цилиндр нужно ставить, а о балансировке РАБОЧЕГО объема цилиндра и объема установленного стволика. Зачем это нужно?


При выстреле происходит следующие фазы (в идеальном случае):
1) происходит взвод поршня, при этом через отверстия в его голове и через стволик в цилиндр «набирается» воздух, в процессе этого происходит также подача нового шара в стволи;
2) срыв поршня с секторной шестерни и движение его вперёд под действием пружины, при этом поток воздуха устремляется через нозз в стволик и толкает шар;
3) шар движется по стволу под действием разницы давлений позади и впереди шара. Обратите внимание, что шар не только разгоняется воздухом из цилиндра, он еще и сам толкает воздух из ствола, вызывая его сжатие и, как следствие, зону повышенного давления на выходе из ствола, да еще и с завихрениями от всяких пламягасов, неровных срезов стволика и т. п.
4) шар достигает выхода из ствола и покидает его, в идеале одновременно с ударом головы поршня о голову цилиндра.

В этой схеме возможны еще 2 варианта событий: шар может покинуть ствол задолго до или задолго после окончания движения поршня.

В первом случае мы получаем неконтролируемый поток воздуха из ствола вслед шару, который может его сбивать с траектории (из-за пламягаса, неидеальности ствола, завихрений и т. п.).

Во втором случае получается, что в конце движения шара по стволу давление за шаром будет ниже, чем давление перед шаром, то есть шар начнет тормозиться. Ну и опять же при выходе шара из ствола будет поток воздуха внутрь стволика, завихрения и всё по новой.

Подбор идеального соотношения зависит от многих факторов: рабочего объема цилиндра, объема стволика, веса шара, жесткости и начального напряжения пружины, но в целом подчиняется общим для пневматики правилам, выстраданным за многие десятилетия (если уже не столетия) построения пневматического оружия.

Собственно сам тред.



Итак, у меня конкретный вопрос, но похоже такие вопросы возникают часто, так что неплохо бы получить и общий ответ.

Конкретный вопрос: купил жене внутренний стволик 590мм для её кастомной M15A4 марксманки. Сможет ли нормальный (стоковый CA) цилиндр обеспечить достаточный объем воздуха для этого стволика?

Общий вопрос: какова взаимосвязь типа цилиндра и длины стволика? К примеру, мой ремонтник посоветовал мне купить системовский бор-ап кит от АК-46 для моего 509мм стволика, так как тогда было бы достаточно достаточно воздуха, а отверстие в задней части разогналобы выхлоп. Есть ли где-нибудь табличка, показывающая типа не-бор-ап цилиндр М16 хорош для стволиков XXX-YYYмм, а бор-ап цилиндр М16 для …. и так далее?


Цилиндры типа 0 в целом идут до 550мм ствола. Бор-ап тип 0 — до 590мм.

Помните, бор-ап добавляет примерно 1мм диаметра к цилиндру, так что это не слишком-то много воздуха.

Применение типа 0 без бор-апа для 590мм стволика скорее всего приведет с книжению точности. Без тщательной настройки вы в любом случае не получите какого-то значимого улучшения от длины стволика, так что вероятно стоит остановиться на длине 509мм.


Полагаю, я могу и сам определить по формуле объема, то есть длина цилиндра Х (пи * радиус^2) должно быть больше длина стволика * (пи * 3.025^2), но я не знаю размеры для диаметра цилиднра, диаметра цилиндра для бор-ап и рабочей длины цилиднра.

Даже зная «формулу» для расчёта эффективного соотношения объемов цилиндра и стволика, следующей переменной будет жесткость пружины (скоростной рейтинг) и вес поршня, и наконец (или в первую очередь) вес шара. Насколько быстро данная пружина будет толкать поршень данного веса будет влиять на длительность сжатия воздуха. Использование более тяжелых шаров требует большего количества энергии в течение дольшего времени и наоборот для легких шаров.

Простенький пример:

Моя М4 имеет полный цилиндр, прометеевский поршень, пружину SP140 и укороченный на 4 зуба ход со стволиком PDI 6.05 187мм. Имеет следующий хронометраж:

.20г - 121 м/с или 1.4Дж
.25г - 109 м/с или 1.5Дж
.30г - 103 м/с или 1.6Дж
.40г - 92 м/с или 1.6Дж

Если я меняю пружину на SP150, показатели скорости падают... примерно на 6-9 м/с. Это значит во-первых, что мой AEG эффективнее на шарах 0.3, чем на 0.2 или 0.4, во-вторых что длина стволика практически близка к идеальной для пружины SP140 и шаров 0.3 грамма. Подозреваю, что SP150 будет работать лучше для чуть более длинного стволика, к примеру 247мм. Опять же, придётся повозиться со связкой объем цилиндра » объем стволика » вес шара » жесткость пружины.

Обратите внимание, что разница в скорости между 0.2 и 0.25 составляет 12 м/с, тогда как разница между 0.25 и 0.3 уже 6 м/с, а между 0.3 и 0.4 — 11 м/с, но шары 0.4 г не дают прироста энергии, тогда как 0.3 будут быстре при той же энергии, так что в этом конкретном AEG надо быть идиотом, чтобы не использовать исключительно 0.3г шары.

В общем, чтобы подвести итог, «формула» для общего определения какие цилиндр/стволик/пружина оптимальны для шаров конкретного веса есть... но я её не знаю. Из того, что я прочитал на этом форуме, объем цилиндра должен превышать объем стволика примерно в 1.5 раза и при увеличении рейтинга (жесткости) пружины это соотношение должно также увеличиваться. Так как объем цилиндра величина постоянная, единственное что вы можете сделать для уменьшения соотношения — уменьшать длину стволика, вот почему более длинные стволики с тяжелыми шарами не обязательно работают лучше, чем более короткие.


(ОТВЕТ НА ПРЕДЫДУЩЕЕ)

Вообще, по цифрам я вижу повышение энергии на .3 джоуля, где оно останавливается. По мне это означает, что при более легких шарах шар покидает ствол до того как пружина отдаст всю энергию, тогда как более тяжелые шары медленнее, дольше остаются в стволике, так что они получают всю энергию.

В случае вашего цилиндра, если уж вы захотите использовать более легкие шары, придётся либо удлинять стволик, либо поставить цилиндр с портом (боковым отверстием) или просверлить отверстия в цилиндре самостоятельно. Более длинный стволик даст шару больше времени внутри стволика чтобы добрать энергию, а портированный цилиндр даст поршню разогнаться до начала сжатия, тем самым позволив более полно использовать сжатие пружины в вашей системе. Главное, вам не нужен цилиндр типа 0 (без портов) в случае столь короткого стволика, особенно если ход поршня сокращен. Для стволиков короче 200мм вероятно стоит использовать цилиндр типа 4, а то и увеличить порт в данном цилиндре. И уж определенно не нужно иметь цилиндр целым за крайним положением взеденного цилиндра, потому что он все равно не используется.

Краткая иллюстрация:

--------------|
=====| == <- Поршень с укороченным ходом не взводится до начала цилиндра
--------------|
^ ^------^
| Рабочий объем цилиндра
Этот объем не используется

Пожно просверлить порт цилиндра за его позицией максимального взвода без влияния на производительность, так как он вообще не используется. Продолжив порт за эту точку (вперёд, к голове цилиндра) мы сначала получаем прирост скорости, так как пружина разгоняется перед сжатием, добавляя м/с, а потом скорость будет снижаться, так как рабочего объема не будет хватать нашему стволику.

Оптимальное соотношение — объем стволика должен быть 40-50% объема цилиндра.


Список цилиндров. У разных производителей он разный но по списку разберётесь.

Guarder Cylinder ( GE-03-01 ) G3 / M16A2 / AK
Guarder Cylinder ( GE-03-02 ) M4A1 / SR16
Guarder Cylinder ( GE-03-03 ) MP5A Series and SD Series
Guarder Cylinder ( GE-03-04 ) MP5K / PDW

Systema N-B Cylinder Type-0 ( ZS-04-16 ) M16A1 / VN / A2 / G3 / SG550 / AUG
Systema N-B Cylinder Type-1 ( ZS-04-17 ) AK47 / XM177 / SG551
Systema N-B Cylinder Type-2 ( ZS-04-18 ) MP5A4 / A5 / SD5 / SD6 / MC51
Systema N-B Cylinder Type-3 ( ZS-04-19 ) PDW
Systema N-B Cylinder Type-4 ( ZS-04-20 ) MP5K

KM TN Coated Inner Taper Cylinder for Long AEGs ( AEGS10 ) 400mm - 590mm
KM TN Coated Inner Taper Cylinder for Middle AEGs ( AEGS09 ) 200mm - 400mm
KM TN Coated Inner Taper Cylinder for Shorty AEGs ( AEGS08 ) <200mm

Prometheus Stainless Hard Cylinder ( A ) 451 - 550mm
Prometheus Stainless Hard Cylinder ( B ) 401 - 450mm
Prometheus Stainless Hard Cylinder ( C ) 301 - 400mm
Prometheus Stainless Hard Cylinder ( D ) 251 - 300mm
Prometheus Stainless Hard Cylinder ( E ) 201 - 250mm
Prometheus Stainless Hard Cylinder ( F ) 110 - 200mm

TM Full - AK47 / AK47S / M16A1 / M16A2 / M16VN / Sig550 / G3A3 / G3A4 / G3-SG1 / Steyr AUG
TM 1/3 - G36C / P90 / P90 TR / M1A1 Thompson / Sig551 / Sig552 / M4A1 / M4A1 RIS / M4 S-System / SR16 / XM133 / CAR15 / M733 Commando
TM 3/5 - MC51 / G3 SAS / AK Beita Spetsnaz / MP5A4 / MP5A5 / MP5 RAS / MP5SD5 / MP5SD6 / MP5-J
TM 1/2 - MP5K / PDW


Похоже, что некоторые компании устанавливают бОльшие цилиндры в свои привода, чем ожидалось бы.
У меня есть TM Thompson (300mm стволик), в нем стоит тип 0 (полный) цилиндр.

G&P M4 сына (363mm стволик) шла цилиндром типа 0 с коническим вырезом на 1/4". По сути, объем у него практически как у типа 0.

Как-то я возился над кастомной TM G36KV. G36 элементарно разбирается, так что я подумал а какого чёрта и проверил цилиндр.

Там стоял стволик Madbull 6.03 x 363mm, пружина Madbull M120 и кастомный поршень из латуни весом в 12 грамм, отстрел показал на шарах 0.25г TM:

Базовый TM цилиндр тип 1 — 114 м/с
Цилиндр Guarder тип 0 — 120 м/с

Полный цилиндр давал на 6 м/с большую скорость, чем тип 1. Интересное дело.


На моей KWA M4 CQB стоит полный цилиндр, пружина SP150, тонкий стволик 303mm PDI 6.05мм.

Стреляет 121 м/с шарами 0.3г. Только что поменял цилиндр на «М4» портированный цилиндр того же производителя (Prometheus) и хрон показал примерно 117 м/с шарами 0.3г. Конечно, 5 м/с не очень много и могут считаться погрешностью, но это были стабильно 121 и 117 м/с соответственно.

Вот теперь я окончательно запутался. :P


Чем выше рейтинг пружины и/или тяжелее шары, тем больший объем цилиндра нужен всей системе. :D
Учтите еще вес поршня в сборе и становится понятно, сколько у нас способов влиять на систему.


(ОТВЕТ НА ПРЕДЫДУЩЕЕ)

То есть можно предположить, что если планируется использования тяжелых (то есть 0.30/0.36/0.40) шаров и мощной (то есть M150+) пружины, применение "соответствующего" (имеется в виду список с рекомендациями производителей 4 постами выше) цилиндра со стволиком 363mm может быть менее эффективным, чем применение полного цилиндра с тем же 363мм стволиком?

Также я теоретически полагаю, что «соответствующие» цилиндры, продающиеся на рынке, разработаны быть эффективными с легкими (0.2/0.25г) шарами. Это может объяснить, почему моя KWA M4 CQB со стволом 303mm 6.05 PDI и полным цилиндром обладает большей эффективностью с более тяжелыми шарами, чем использование «соответствующего» цилиндра для данной длины стволика.


Объем цилиндра = радиус * радиус * пи * длина
Объем стволика = (диаметр стволика /2)^2 *пи * длина
Отношение объемов = объем ствола / объем цилиндра

Отношение объема ствола к объему цилиндра даст вам искомое отношение. Это отношение можно использовать по разному. Во-первых можно определить насколько эффективна работа поршневой группы, узнав сколько энергии теряется при выстреле. Во-вторых, можно ускорить работу системы удалив один или два зуба поршня (получить большую скорострельность без потери мощности). В-третьих можно сократить размер пружины, компенсировав длину проставкмми (например, поставить обрезанную пружину M170 в MP5k). RiotSC главный спец в этой области. Ну и наконец можно поставить цилиндр нужного размера.

Я занимаюсь построением пневматических пушек высокого давления. Там используется старое доброе отношение объем (расширительной?) камеры к объему ствола.
I build high pressure pneumatic air cannons. So there is the age old chamber vs barrel ratio.

Некоторые выдержки из «spudfiles» по поводу отношений Камера:Ствол.

«оптимальный» в любом случае термин двойственный. Больший объем всегда соответствует большей мощности, пока он не достигнет точки, где возрастание громкости и затрат на сжатие не стоят увеличения дульной энергии. Также, чем большее давление применяется, тем меньший объем камеры вы сможете использовать с тем же трудом.

Отношение Камера: ствол 4:1. Давление при выходе снаряда упало на 20%. Давление (и как следствие сила) при движении снаряда снизится от полного до 80% от изначального.

Отношение Камера: ствол 2:1. Давление при выходе снаряда упало на 33%. Давление (и как следствие сила) при движении снаряда снизится от полного до 67% от изначального.

Отношение Камера: ствол 1:1. Давление при выходе снаряда упало на 50%. Давление (и как следствие сила) при движении снаряда снизится от полного до 50% от изначального.

Отношение Камера: ствол 100:1. Давление при выходе снаряда не изменилось. Давление (и как следствие сила) при движении снаряда не изменяется. При большом отношении мы передаем максимум энергии снаряду.

При малом отношении камера: ствол мы передаем максимум энергии с минимальными затратами. Под затратами понимается стоимость накачки камеры, стоимость самой камеры, эргономику, эстетику и т. п.