Расчет объема расширительной камеры в разных моделях.

Сайт переехал на WWW.IGUNS.RU

Пожалуйста, обновите Ваши закладки!
Автоматический переход через 10 секунд,
или нажмите здесь WWW.IGUNS.RU

ТЕМПОВАЯ СТРЕЛЬБА И ОБЪЁМ РАСШИРИТЕЛЬНОЙ КАМЕРЫ

В данной статье я попытаюсь оценить возможности темповой стрельбы из СО₂ оружия с точки зрения теории, естественно, оценка получается весьма грубая и скорее качественная, чем количественная.
Основные постулаты для расчетов:

В промежутках между выстрелами газ находится при равновесном давлении - т.е. давлении, которое устанавливается в состоянии динамического равновесия между жидкой и газообразной фазой вещества. Другими словами, когда количество испаряемой за еденицу времени жидкости сравнивается с количеством конденсирующейся за это же время насыщенного пара. Все происходит в замкнутом объёме.

Процесс расширения газа считаю адиабатическим процессом - т.е. процесс протекает без теплообмена с окружающей средой, при полной теплоизоляции.

Рассматриваются два основных типа моделей: с проточным дозатором и с изолированным дозатором. Для каждого типа рассматривается по три модели (в зависимости от объема расширительной системы, т.е. потенциального количества газообразной части СО₂.

МОДЕЛИ С ПРОТОЧНЫМ ДОЗАТОРОМ.

Итак, рассмотрим следующую модель: СО₂ баллон, затем расширительная камера (куда может испаряться СО₂), затем через большое отверстие соединяется с дозатором, который в свою очередь большим отверстием открывается в ствол. Такая модель позволит предположить, что в момент выстрела газ расширяется не только из дозатора, а из всей расширительной системы. После выстрела, в перерыве до следующего (возможно, 0.3 - 1.0 секунды, но все равно гораздо дольше времени выстрела) давление в дозаторе и расширительной камере будет выравниваться, стараясь выйти на равновесное. Также для простоты считаем, что за время темповой стрельбы заметного теплообмена между газом и прочими металлическими частями пистолета не происходит, т.е. все тепло перетекает только внутри СО₂, в его жидкой и газообразной форме.

МОДЕЛЬ 1. Маленькая расширительная камера.

Объем расширительной камеры составляет примерно 20% от объема баллона, а объем дозатора составляет примерно 6% от объема баллона.

Текст алгоритма расчета для данной модели из-за большого числа формул приведен не только в виде отдельной странички (~40 кБ), но и в формате MS Word (*.doc) и заархивирован архиватором WinZip (*.zip) (22 кБ).

Справочные данные, на которые есть ссылки в статье приведены в таблице формата MS Excel (*.xls) и заархивированы архиватором WinZip (*.zip) (130 кБ).

МОДЕЛЬ 2. Средняя расширительная камера.

Объем расширительной камеры составляет примерно 130% от объема баллона, а объем дозатора составляет примерно 6% от объема баллона.

Текст алгоритма расчета для данной модели из-за большого числа формул приведен не только в виде отдельной странички (~41 кБ), но и в формате MS Word (*.doc) и заархивирован архиватором WinZip (*.zip) (22 кБ).

МОДЕЛЬ 3. Большая расширительная камера.

Объем расширительной камеры составляет примерно 700% от объема баллона, а объем дозатора составляет примерно 6% от объема баллона.

Текст алгоритма расчета для данной модели из-за большого числа формул приведен не только в виде отдельной странички (~29 кБ), но и в формате MS Word (*.doc) и заархивирован архиватором WinZip (*.zip) (18 кБ).

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МОДЕЛЕЙ 1, 2 и 3.

Модель	Объем расширительной системы (от баллона до ствола), см³	Масса газа, уходящего за один выстрел, грамм	Давление в системе после выстрела (без испарения), атм.	Давление в системе после выстрела и после испарения газа, атм.	Температура газа после выстрела до испарения газа и теплообмена, °C	Температура газа после выстрела и после испарения газа и теплообмена, °C
1	1,5	0,15	40,72	55,26	-16,0	18,5
2	11,5	0,186	53,94	55,67	13,8	19,1
3	59,2	0,197	58,58	58,58	20,0	20,0

Таким образом, видно, что при темповой стрельбе (если считаем, что газ испариться и полностью восстановить давление не успеет между выстрелами) наиболее выгодными являются модели 2 и 3. При этом модель 2 будет себя куда лучше, чем модель 3 вести в плане повторяемости выстрелов через 5-10 выстрелов, когда в модели 3 начнет заметно падать давление. И ещё, не следует обольщаться малым расхождением по динамике падения температур между моделью 1 и 2. Ибо это только для первого выстрела разница будет в полградуса. Для второго наберется уже как минимум градус, а то и больше (теплота испарения повышается с падением температуры, да и масса газа остающегося в баллоне уменьшается) и так далее. Для десяти выстрелов расхождение уже будет как минимум на 5 градусов, а это уже разница в давлении на 5 - 7 атмосфер, что весьма существенно. И это для результатов ПОСЛЕ восстановления равновесного давления в системе. А если без восстановления давления (испарения жидкой части), то разница уже идет почти на три десятка градусов!

Примечание 1. Модели с проточным дозатором нельзя сравнивать по параметрам охлаждения с моделями с изолированным дозатором, ибо хотя дозатор у них одинаковый, но объемы растрачиваемого газа совсем разные. Модели с проточным дозатором имеет смысл сравнивать только между собой. Зато модель с проточным дозатором по моему мнению ближе к реальным условиям.

МОДЕЛИ С ИЗОЛИРОВАННЫМ ДОЗАТОРОМ.

МОДЕЛЬ 4. Маленькая расширительная камера.

МОДЕЛЬ 5. Средняя расширительная камера.

Текст алгоритма расчета для данной модели из-за большого числа формул приведен не только в виде отдельной странички (~33 кБ), но и в формате MS Word (*.doc) и заархивирован архиватором WinZip (*.zip) (18 кБ).

МОДЕЛЬ 6. Большая расширительная камера.

Текст алгоритма расчета для данной модели из-за большого числа формул приведен не только в виде отдельной странички (~25 кБ), но и в формате MS Word (*.doc) и заархивирован архиватором WinZip (*.zip) (17 кБ).

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МОДЕЛЕЙ 4, 5 и 6.

Модель	Объем расширительной системы (от баллона до ствола), см³	Масса газа, уходящего за один выстрел, грамм	Давление в системе после выстрела (без испарения), атм.	Давление в системе после выстрела и после испарения газа, атм.	Температура газа после выстрела до испарения газа и теплообмена, °C	Температура газа после выстрела и после испарения газа и теплообмена, °C
4	1,5	0,06	49,07	55,7	6,4	19,7
5	11,5	0,06	57,25	57,25	18	21
6	59,2	0,06	59,4	57-58	20,9	21-21.5

Таким образом, видно, что при темповой стрельбе (если считаем, что газ испариться и полностью восстановить давление не успеет между выстрелами) наиболее выгодными являются модели5 и 6. При этом модель 5 будет себя куда лучше, чем модель 6 вести в плане повторяемости выстрелов через 5-10 выстрелов, когда в модели 6 начнет заметно падать давление. И ещё, не следует обольщаться малым расхождением по динамике падения температур между моделью 4 и 5. Ибо теплота испарения повышается с падением температуры, да и масса газа остающегося в баллоне уменьшается, так что разница температур (и соответственно давлений) между двумя этими моделями будет только расти на последующих выстрелах. Для десяти выстрелов расхождение уже будет как минимум на 5 градусов, а это уже разница в давлении на 5 - 7 атмосфер, что весьма существенно. И это для результатов ПОСЛЕ восстановления равновесного давления в системе. А если без восстановления давления (испарения жидкой части), то разница уже идетна 12 градусов на первом выстреле и на десятки градусов дальше!

    Примечание 2. Модели с изолированным дозатором нельзя сравнивать по параметрам охлаждения с моделями с проточным дозатором, ибо хотя дозатор у них одинаковый, но объемы растрачиваемого газа совсем разные. Модели с изолированным дозатором имеет смысл сравнивать только между собой. Зато модель с проточным дозатором по моему мнению ближе к реальным условиям.

    Примечание 3. Модели 3 и 6 вообщем-то почти идентичны и различаются только объемами затрачиваемого на выстрел газа. В них уже нет существенной разницы изолирован дозатор или нет, поскольку уже весь газ находится в газообразной фазе.

    Примечание 4. И вообще, как показала практика, которая является самым веским аргументом, те же ижевские конструктора при реализации первого (и пока единственного) серийного пистолета-пулемета "Дрозд" (МР-661) выбрали модель 2, т.е. проточный дозатор и довольно большая расширительная камера. Хотя с другой стороны, их пример не очень показателен, поскольку они были вынуждены подстраиваться под уже производимые конструкции с целью унификации деталей.

    Примечание 5. Поскольку расчет для большинства моделей производился путем копирования предыдущего расчета и его последующей модификации, то в тексте вполне вероятны как ошибки расчета, так и просто какие-то остатки от предыдущих расчетов, некорректные ссылки и т.п. Поэтому просьба: при обнаружении сообщать, постараюсь исправить\переделать.

Игнат Рогожкин