МР654К (Макаров)

Физика пневматического пистолета

Когда просматриваешь форумы и конференции по пневматике, то находишь там огромное количество мнений и утверждений, которые имеют прямое отношение к пневматическим пистолетам. И, что самое интересное, подавляющее большинство этих мнений и утверждений, мягко говоря, совершенно не соответствует реальной действительности. После общения с владельцами пневматического оружия и продавцами пневматики (не со всеми, правда) в очередной раз убеждаешься в том, насколько далеки от истины и одни, и другие. Общая картина массового самообмана выглядит просто занимательной. 

Вот типичный пример: в оружейном магазине продавцу задают вопрос, связанный с работой пневматического пистолета.

Покупатель: - При каждом следующем выстреле скорость шариков будет снижаться?

Продавец: - Да, конечно, ведь газа в баллончике становится меньше!

Подобное утверждение говорит о вопиющей некомпетентности продавца в данном вопросе. С этого и начнём.

Почему же скорость шариков не должна снижаться? Главной движущей силой в газобаллонном пневматическом пистолете является углекислый газ (его химическая формула - СО2). В газовом баллончике (независимо от фирмы-изготовителя) содержится углекислый газ в сжиженном состоянии. Жидкая фракция газа в полностью снаряженном баллончике занимает 80% объёма баллончика, 20% объёма занимает газообразная фракция углекислого газа. Именно эта газообразная фракция сжатого газа и используется при стрельбе.

При этом давление в баллончике напрямую зависит от температуры самого баллончика. То есть, можно сказать и так: давление в баллончике зависит от температуры окружающего воздуха. 

При расходовании порции сжатого газа происходит мгновенный переход газа из жидкой фракции в газообразную фракцию - и давление в баллончике восстанавливается само собой. И так будет до тех пор, пока в баллончике имеется в наличии жидкая фракция углекислого газа. Пока она есть в баллончике, давление газа внутри баллончика можно считать постоянным. Именно этот эффект автостабилизации давления и позволяет применять углекислый газ в пневматическом оружии (в том числе и спортивном). После израсходования жидкой фракции в баллончике ещё будет находиться 10 кубических сантиметров сжатого газа, это и есть тот остаток, который рекомендуется сбрасывать холостым отстрелом перед снятием баллончика, т.к. если просто открутить баллончик, то при быстром выходе газа манжеты уплотнений подвергнутся переохлаждению, и их, скорее всего, вскоре придётся заменить. Подобное приходиться делать, когда выявляется утечка газа из механизма клапана пневматического пистолета. 

Теперь определим, какой мы имеем боезапас. Один литр СО2 при атмосферном давлении весит 1,98 г. То есть из 8 грамм сжиженного газа можно получить 4 литра или 4000 кубических сантиметров газа при давлении в 1 атмосферу. 

Если заглянуть в учебник физики, то там можно найти упоминание о двух чудаках, которые лет этак 300 назад придумали один физический закон. Он так и называется в их честь - "закон Бойля-Мариотта". А сказано в нём следующее: - для данной массы газа при неизменной температуре произведение объёма на давление есть величина постоянная.

Вот и получается, что согласно закону Бойля-Мариотта, мы можем при комнатной температуре получить из нашего баллончика 66 кубических сантиметра газа при давлении в 60 атмосфер. От этого количества надо отнять 10 кубических сантиметров объёма баллончика (это те самые 10-20 конечных хлопков, о которых уже упоминалось). Из оставшихся 56 кубических сантиметров и складываются наши полноценные выстрелы, то есть те, которые выдает наш пистолет, пока в баллончике есть жидкая фракция газа. Пока давление в баллончике будет постоянным от выстрела к выстрелу. 

Теперь просто на пальцах определим, сколько же газа требуется на один выстрел. Здесь можно исходить из того, что дульное давление (то есть давление, когда пулька вылетает из ствола) должно составлять 20 - 40% от максимального давления. Зная длину ствола, рассчитываем его объём и получаем, что для ствола в 15 см объём порции будет примерно 1,5 кубических сантиметров. Наш боезапас в этом случае составит около 40 выстрелов.

Из того же "закона Бойля-Мариотта" следует, что при 0 градусов по Цельсию и давлении в баллончике 30 атмосфер выстрелов у нас будет вдвое больше, так как газа мы получим уже не 66 кубических сантиметров , а 132 кубических сантиметра, но, соответственно, и мощность каждого выстрела будет вдвое меньше… Поэтому менять в холодное время баллончики после отстрела двух клипов, чтобы поддержать силу боя, так же само глупо, как если заправить полный бак автомобиля на 600 км, через 200 км слить оставшийся бензин на землю и опять залить полный бак. 

Итак, вы установили баллончик в пистолет. Что же происходит в момент выстрела? И почему при быстрой стрельбе скорость пулек все-таки падает? А все дело в том, что на переход порции газа из жидкой фазы в газообразную фракцию требуется энергия. И, как следствие, температура в баллончике при этом несколько падает. То есть, соответственно, и давление новой порции газа будет меньше, чем предыдущей. И так с каждым выстрелом. Чтобы избежать снижения скорости пулек, достаточно просто увеличить интервалы между выстрелами настолько, чтобы баллончик успевал восстанавливать свою температуру до температуры окружающего воздуха.

То есть мощность от выстрела к выстрелу падает вовсе не потому, что газ не успевает перейти из одного состояния в другое, как считают некоторые авторы, и большой дозатор пистолета не является спасением от этого эффекта. А по большому счету, никакие эти дозаторы и не большие, их объём равен объёму оптимальной для данного изделия порции газа. Но это уже совсем другая история.

Теперь перейдем к такому животрепещущему вопросу, какая в конечном итоге получается скорость пульки, от чего она зависит. Тут надо уяснить, что при выстреле газ выполняет работу по разгону пульки в канале ствола. Заглянув во всё тот же учебник физики, можно увидеть, что величина этой работы, а значит, и скорость пульки, зависят от трёх составляющих.

Во-первых, это давление газа, которое, как уже известно, в нашем случае зависит от температуры воздуха.

Во-вторых, это объём порции газа, величина которой зависит от времени открытия клапана-отсечки, которое, в свою очередь, зависит от соотношения жёсткости боевой и клапанной пружин.

И в-третьих, это длина ствола, то есть тот путь, на протяжении которого газ совершает работу по разгону пульки.

Отсюда получаем, что при одинаковой температуре и оптимальной для каждого ствола порции газа, переиначивая Наполеона, можно сказать, что победа будет на стороне более длинных стволов. Кто мне не верит, может посмотреть на характеристики пневматических винтовок.

А теперь для любителей поспорить на тему, какой пистолет лучше. Сравнивать можно пистолеты только с одинаковой длиной ствола. "МР654К" всегда будет уступать "Скифу", а он, в свою очередь, будет уступать "МР651", и все будут проигрывать "Кросману" со стволом 20 см по точности и мощности. Конечно, при условии, что сравниваемые образцы исправны и оптимизированы.

Возвращаясь к вышесказанному, замечу, что оптимальная порция газа - это та, при которой достигается достаточно высокая скорость пульки при приемлемом расходе газа. Есть ещё максимальная порция, при которой достигается максимально возможная для данного конкретного ствола скорость.

Для примера: если при оптимальной порции вы имеете скорость пульки 110 м/с, и газа хватает на 40-45 выстрелов, то при максимальной порции скорость пульки будет 116-117 м/с, но газа хватит уже на 25-28 выстрелов, причём дальнейшее форсирование практически ничего не даст, кроме сотрясания воздуха. А вот если при оптимальной порции просто поставить более длинный ствол, например, 20 см вместо 15 см, то можно получить прибавку к скорости на 15-20 м/с, т.е. значительно больше, чем при любом форсировании.

Для любителей считать: чтобы увеличить скорость пульки в два раза (энергию, соответственно, в 4 раза), надо или поднять давление в 4 раза, или увеличить длину ствола в 4 раза. Во втором случае, естественно, требуется увеличить порцию газа и оптимизировать её.

Assassin