1) Этот текст не несет практически никакой практической пользы. Если модераторы сочтут его "пустым" - удалите. Моей целью было поделиться с людьми, разделяющими мое увлечение, теми данными, что мне удалось добыть, заработать плюшку репутации и скрасить время, пока детали из Чили летят в Собянинск.
2) Этот текст будет в первую очередь интересен адептам газовых систем (неважно СО/Пропан/Воздух), а затем - АЕГщикам.
3) Я не физик, я радиофизик, поэтому на научную степень не претендую и в тесте могут быть как ошибки, так и глупости. Если у уважаемых читателей будет что добавить или поделиться мыслью - с удовольствием послушаю.
4) Хочу сделать несколько таких статей: физика разгона шара, физика полета шара, физика хопапа. Это пробный блинчик навесом.
Физика разгона шара.
Что бы заставить лететь страйкбольный шарик, нужно передать ему энергию. Прямых систем передачи энергии пока не изобрели, поэтому делается это по-старинке, за счет тела-посредника.
Телом-посредником в страйкбольных системах является газ: Атмосферный воздух, углекислота, пропанобутановые смеси и другие, редкие и экзотические, например фрион. Впринципе, заставить стрелять привода можно и на манной каше, если ее сжать, она тоже запасает энергию.
С посредником определились, теперь "где взять энергию?". Тут два вида: запасти ее и генерировать. Все привода ее генерируют, преобразуя заряд АКБ в воздух, все газовое оружие ее запасает.
Запасаемая энергия в страйкболе имеет только 2 вида: Сжатый газ и сжиженный газ. Можно сколько угодно плеваться в потолок и ломать копья, но физику не обманешь.
Плюсы сжиженного газа: Высокая удельная энергия, легко хранить
Минусы сжиженного газа: Сложное преобразование в газ, температурная нестабильность.
Плюсы сжатого газа: Без изменения агрегатного состояния, температурная стабильность.
Минусы сжатого газа: Низкая удельная энергия, тяжело хранить.
Но это лирика и теория, вопрос который волнует среднего страйкболиста: С какой скоростью вылетит шар? На сколько хватит газа? Как стабильно будет стрелять? Попробую ответить на эти вопросы.
Для их решения придется воспользоваться не школькой физикой и калькулятором, а сервером (8 X 19.656 GHz / Memory 24576 MB), двумя инженерами и использовать метод конечных элементов (FEM).
На решение этой задачи понадобилось 6 суток чистого времени серверу и около месяца людям.
Исходные данные:
1) Шар, пластиковый, вес 0,2 грамма, диаметр 5,96мм, шероховатость и трение качения тоже заданы.
2) Стволик, стальной, длинна 363мм, диаметр 6,08, полированный, шероховатость и трение качения заданы.
3) Клапан сложный формы, подача газа "снизу", давление 30 Атм. Геометрия и проходные сечения заданы.
Рабочее тело - воздух атмосферный.
Клапан открывается и воздух устремляется внутрь системы, начинает разгонять шар, и выталкивает его из ствола. Хопап учтен минимально.
В качестве физической системы взят один из вариантов "чилийского тюна" впрочем разницей с какой-нибудь WE будет не так много.
После решения задачи образовалось 230 гигабайт данных (Текстовые таблицы) и на их обработку ушло достаточно существенное время.
В результате эксперимента над моделью, родились следующие графики.
Этот график показывает зависимость скорости шара от времени. Из него следует несколько важных моментов. Можно узнать, за какое время с момента открытия клапана (срыва поршня АЕГа с зуба шестерни) происходит выстрел (момент покидания шаром стволика).
Это время, назовем его Т_выстр=0,004988 секунды. То есть шар покидает ствол за (округлено) = 5 мс.
Скорость развиваемая шаром на срезе ствола = равна 169,244 м/с.
Анализ графика позволяет убедится в том, что хопап все-таки влияет на динамику разгона. Между 0,7 и 1,5 мс виден некоторый "горб". Я считаю, что он обусловлен тем, что слегка подзадержавшись на резинке хопапа, и, проскочив ее, шар улетает вперед со слегка увеличенной скоростью. В этом выводе я не уверен, все-таки хопап был задан слишком небрежно.
Набор скорости шаром является практически линейным.
График зависимости положения шара в стволе от времени. Практически классический график равноускоренного движения. Его практическая ценность в том, что однажды высчитанный для определенной газовой системы, по нему с высокой точностью можно определить, где шар в любой момент времени. Если кому-то понадобиться решить такую задачу. По сути это может быть важно для высчитывания силы возвратной пружины запирающего клапана ,что позволит не изменив мощность выстрела, сэкономить рабочее тело-газ, попросту закрыв вовремя клапан.
Этот график имеет большую практическую ценность. Это зависимость скорости шара в м/с от его положения в стволе (метры). По графику легко определить, как изменится скорость выхлопа шара, при замене ствола на более длинный или более короткий. Так же очевиден момент, что каждый лишний сантиметр стволика приносит все меньше и меньше заветных м/с. Для газовых систем по этой кривой можно находить оптимальные соотношения "расход газа - мощность".
Самый интересный гарфик. Расход воздуха в системе Proteus (чилийский тюн).
На графике показано количество килограммов воздуха, проходящего через сечение нозла в каждый момент времени выстрела. Матанализ первого курса МАИ утверждает, что площадь под этим графиком в пределах (0: T_выстр) и будет массовым расходом рабочего тела на 1 выстрел.
После интимных отношений с маткадом и нехитрой математики получается.
1,03E-04 кг воздуха на выстрел, при условии идеально клапана (мгновенно открылся - мгновенно закрылся). То есть 0,103 грамма воздуха. По формуле плотности воздуха находится обьем воздуха на выстрел = 84,25 кубических см3 несжатого воздуха. (ДАЙТЕ ПОЖАЛУЙСТА размеры цилиндра от АЕа, для сравнения объемов, под рукой нету =()
А теперь посчитаем количество выстрелов, теоретическое.
1) Пейнтбольный баллон 1,1 литра = 1,1 дм3 = 1,1*10^3 см3 = 1100 см3. Заправленный на 4500PSI (300 Атм) = 330 000 "кубиков". Отнимаем обьем связанный с минимальным остаточным давлением в колбе для стабильного выстрела: 1,1 литра * 30 Атм = 1100*30 = 33 000 кубиков.
В остатке имеем: 330 000 - 33 000 = 297 000 кубиков, делим на расход выстрела = 3 525 выстрелов (170 тюном) при идеальных условиях с одного баллона.
Так как с недавнего времени система proteus вполне себе уверенно фигачит на СО, давайте посчитаем , что нам светит на углекислоте. Тут серьезным параметром начинает является температура. Но при использовании понижающего редуктора, она будет влиять только на количество выстрелов, но никак не на стабильность выхлопа.
В результате испарения 1 кг жидкой углекислоты при нормальных условиях образуется около 506 л газа. Баллон в 20 унций (1 унция = 28,4 г) = 570 грамм = или 288,5 литров газа.
В процессе расчета.
_________________
Развитие процесса прохода воздуха через систему. Цветовым градиентом указанны давления на стенках системы.
На текущий момент идет рендеринг высококачественных видеороликов полного процесса выстрела. Это очень длительный процесс. Сами ролики будут выложены позже (3+ дней).
Сейчас я хочу поделиться только частью ролика, начального этапа... по сути там видно как идет процесс формирования колебательной волны (ударной по сути). Видно, что воздух ведет себя как "желе".
Темно синий цвет - зоны разряжения, голубой - атмосферное давление, в сторону красного - повышение давления. Рекомендую обратить внимание на полость нозла. Там упругие волны весело сталкиваются =)
http://www.youtube.com/watch?v=y-3e6baGY4w
В хорошем качестве http://zalil.ru/30119315
Очень буду рад любым отзывам и вопросам, если таковые возникнут.
Ссылки по теме. "Чилийский тюн" http://airsoftgun.ru/phpBB/viewtopic.ph ... highlight=
