Хатсан страйкер едж и дульная энергия

[A_I]

Взял тут для внука (ну и для себя, - сказали, можно по мелким пернатым и, даже по утке попользовать ) турецкую пневматику Hatsan Striker Edge.
Так, - аппарат начального уровня, поставляется с двумя пружинами, послабее уже предустановлена, которую можно поменять на усиленную - это такой известный ход производителей, чтобы не нарушать закон в части разрешительных параметров использования.
Соответственно, заявленные характеристики - дульная энергия с обычной пружиной - до 7,5 Дж (можно без лицензии), с усиленной - до 22 Дж (нужна лицензия).
Это классическая однозарядная винтовка - переломка, где энергия для выстрела запасается при переламывании ствола.
Стало интересно измерить (а вернее, - хотя бы примерно оценить) эту самую запасаемую энергию с разными пружинами. Вобщем, зажал в тиски приклад и стал подвешивать блины от спортивной гири к бечевке, привязанной к концу ствола.
Результаты:
- на обычной пружине - начинает двигаться от 4-5 кг;
- на усиленной - 8-9 кг.
Далее, зная длину ствола (0,45 м) и, соответственно, длину дуги им описываемой (~ 1 м), вычисляю, что потенциальная энергия в случае обычной пружины никак не меньше 20 Дж, а на усиленной - 40 Дж.
Что-то неправильно делаю?...

-- 02.05.2020, 10:58 --

Сосновую доску 2,5 см с расстояния 8-10 м пулями 0,71 г пробивает навылет. Тут посложнее прикинуть.. Заявленная начальная скорость пули (правда, 0,51 г) - 305 м/с.
Как это перевести в Дж?...

[A_I]

По скорости и массе пули (300 м/с и 0,5 г) сам уже понял - около 15 Дж.
Добавлю - оцинкованное ведро на 5 м - навылет обе стенки (пуля 0,68 г с латунной вставкой)..

[amon]

A_I в сообщении #1459526 писал(а):

По скорости и массе пули (300 м/с и 0,5 г) сам уже понял - около 15 Дж.

Боюсь, что-то не то поняли. $E=\frac{mv^2}{2},\;5\times9=45$

[A_I]

amon в сообщении #1459551 писал(а):

Боюсь, что-то не то поняли. $E=\frac{mv^2}{2},\;5\times9=45$

Точно, квадрат забыл
Вот как раз и получается с усиленной пружиной те самые 40-45 Дж, что превышает разрешенные даже по лицензии 25 Дж (свыше - только для спортивных ружей по особым разрешениям и условиям...)

-- 02.05.2020, 14:17 --

Опять ошибка - 22,5 Дж. Но то - если пересчитать заявленные 300 и 0,5..

Прикольно, что если посчитать импульс в Дж (что, конечно, не верно) - выйдет ровно разрешенные 7,5 Может, турки так и считают?..

[Dmitriy40]

Нужно не только усилие начала движения, но и усилие конца, в нижней точке. С учётом разного угла приложения. По ним можно оценить жёсткость пружины, она вероятно разная у двух пружин.
А лучше сделайте баллистический маятник и замерьте сразу скорости пуль.

[A_I]

Dmitriy40 в сообщении #1459624 писал(а):

Нужно не только усилие начала движения, но и усилие конца, в нижней точке. С учётом разного угла приложения. По ним можно оценить жёсткость пружины, она вероятно разная у двух пружин.
А лучше сделайте баллистический маятник и замерьте сразу скорости пуль.

"Сдернутый" с места ствол уже находится в положении градусов на десять отличном от оси винтовки. Это как бы начальное положение перед переламыванием.
Я зажал винтовку под углом так, что ствол в начальном положении был примерно под 45 град. к горизонтали (и, соответственно, столько же к вертикали).
С обычной пружиной сдвиг (см на 5-10 не больше) произошел при весе 4 кг. С усиленной почти при тех же условиях - на 8 кг. Соответственно, горизонтальный угол стал меньше, а результирующая сила больше. Почему сдвиг не стал продолжаться дальше понятно - пружина начала сжиматься, и сила сжатия перекрыла результирующую силу.
Тогда я предположил, что для дальнейшего сгибания нужен будет вес бОльший уже примененного. Потому я и сделал вывод, что "не менее"...
По скорости пуль - с обычной пружиной винтовка с некоторыми пулями еле "плевалась". Тут все-таки очень много зависит от качества пуль, там же ещё нарезной ствол, а нарезки, как я понял "заточены" под скорости более 220-250 м/с. Ну, вобщем, слишком много чего начинает примешиваться при методе - "по конечному результату". А у меня получилось по методу "начальных данных"...

[Xey]

В дульную энергию переходит процентов 10 (или вообще 1) энергии пружины , остальное теряется в механике. Правильнее измерять ее по скорости пули.
Около пруда можно стрельнуть вертикально , и посчитать секунды до падения. По этому времени можно посчитать скорость. Тут надо учесть сопротивление воздуха.
Можно стрельнуть в неподвижный прицеп, и в прицеп , проезжающий мимо со скоростью 100 км/час. По смещению второй пробоины посчитаете скорость пули.

[A_I]

Xey в сообщении #1459754 писал(а):

В дульную энергию переходит процентов 10 (или вообще 1) энергии пружины , остальное теряется в механике. Правильнее измерять ее по скорости пули.
Около пруда можно стрельнуть вертикально , и посчитать секунды до падения. По этому времени можно посчитать скорость. Тут надо учесть сопротивление воздуха.
Можно стрельнуть в неподвижный прицеп, и в прицеп , проезжающий мимо со скоростью 100 км/час. По смещению второй пробоины посчитаете скорость пули.

Думаю, все же "КПД" побольше чем 10% (тем более 1). Я думал процентов 80-90 должно быть - там и "механики"-то практически нет как таковой - пружина и поршень из основного силового и все. Но, видимо, действительно оценочно получается поменьше - на уровне 50%.
По скорости - тут интересна начальная скорость пули (в момент отрыва от ствола). При росте расстояния - сильно начинает влиять сопротивление воздуха, что в случае с каждой конкретной формой пули (а их - десятки) - величина неопределенная..

[A_I]

Нашел на ютубе отстрел с разными пружинами, в том числе, с газовыми. Кстати, об "эффекте дизеля" - видимо, плохо расконсервировал ствол от смазки, думал что показалось - при первых двух-трех выстрелах будто пламя вырывалось.. Оказалось, что не показалось. Хорошо отстрел был на слабой пружине... У парня на видео прибор используется специальный, который, как я понял, меряет скорость (не прямо "у ствола", но - в метре - двух), а дальше - пересчет от скорости и массы пули?..
https://youtu.be/l-4fa2ZlJ2c

[Dmitriy40]

КПД заметно меньше 100%:
- газ прорывается между пулей и стволом;
- газ прорывается между поршнем и цилиндром;
- трение пули о ствол;
- нагрев газа при сжатии;
- механический удар поршня о торец цилиндра;
- вылет пули при большом остаточном давлении в стволе;
- ну и в звук ударов и скрежета пружины что-то уходит.

Приборы же такие (видео не смотрел, но они все похожи по принципу) имеют погрешность порядка процента (т.е. 1-2 м/с) и потому падение скорости пули на первых метрах за срезом ствола роли не играет, оно меньше и погрешности прибора и других случайных факторов (например трения пули в канале ствола, оно совсем не настолько стабильно). И да, приборы измеряют скорость, чтобы правильно показать энергию в них надо указать массу пули.

[A_I]

Dmitriy40 в сообщении #1459882 писал(а):

КПД заметно меньше 100%:
- газ прорывается между пулей и стволом;
- газ прорывается между поршнем и цилиндром;
- трение пули о ствол;
- нагрев газа при сжатии;
- механический удар поршня о торец цилиндра;
- вылет пули при большом остаточном давлении в стволе;
- ну и в звук ударов и скрежета пружины что-то уходит.

Приборы же такие (видео не смотрел, но они все похожи по принципу) имеют погрешность порядка процента (т.е. 1-2 м/с) и потому падение скорости пули на первых метрах за срезом ствола роли не играет, оно меньше и погрешности прибора и других случайных факторов (например трения пули в канале ствола, оно совсем не настолько стабильно). И да, приборы измеряют скорость, чтобы правильно показать энергию в них надо указать массу пули.

В общем-то, согласен. При условии, что 40-60 % это тоже "заметно меньше 100%" .
Однако с нагревом газа при сжатии есть вопросы. Ну, нагрелся газ при сжатии, соответственно, как бы в "температуре" также "запас" энергию. Но при выстреле-то отдал её!..

[Dmitriy40]

A_I в сообщении #1459906 писал(а):

Но при выстреле-то отдал её!

Неа, не успел, он и не расширяется обратно до атмосферного давления пока пуля ещё в стволе, и часть тепла успевает отдать винтовке — это всё невосстановимые потери энергии (для пули).
Впрочем да, согласен, для пневматики потери на нагрев исчезающе малы.

Для информации: при дульной энергии 7.5Дж и скорости 172м/с пулей 0.5г с пружиной силой 40кг (400Н) остаточное давление на дульном срезе (в момент вылета пули) 6атм, максимальное давление 18атм, выстрел 12мс, КПД 37%. С пружиной в 100кг (1000Н) остаточное давление 5.6атм, скорость 290м/с, энергия 21Дж, выстрел 8мс, КПД 42%. Расчёт программой Spring Airgun 1.0.4 Рогожина Игната. У ней же в помощи есть и теория расчёта, небезинтересно почитать.

Xey
Так что о 10% и тем более 1% КПД это сказки.

[A_I]

Dmitriy40 в сообщении #1459912 писал(а):

Для информации: при дульной энергии 7.5Дж и скорости 172м/с пулей 0.5г с пружиной силой 40кг (400Н) остаточное давление на дульном срезе (в момент вылета пули) 6атм, максимальное давление 18атм, выстрел 12мс, КПД 37%. С пружиной в 100кг (1000Н) остаточное давление 5.6атм, скорость 290м/с, энергия 21Дж, выстрел 8мс, КПД 42%.

Вот, все-таки не меньше чем у парового двигателя!
(Хотя я изначально, чисто исходя из "бытовой логики", полагал раза в два побольше..)

[Dmitriy40]

На самом деле раза в полтора ниже, порядка 30%, я не учитывал трения, диаметр перепуска (между цилиндром и стволом), "мёртвые" объёмы, да и цифры подставлены не совсем реальные. Можете сами скачать программу, подставить реальные цифры и посмотреть что будет.

[A_I]

Dmitriy40 в сообщении #1459930 писал(а):

подставить реальные цифры и посмотреть что будет.

Скачал, посмотрел. Там много неопределенки по силе трения.
Вообще, - не ясно, насколько справедливо КПД вычислять "приплетая" пулю. То есть, понятно, что какой-то практический смысл КПД, конечно, в представлении возможного конечного урона от применения оружия. Но, пули все разные, понятно, что надо искать наиболее оптимальные варианты, допустим, с максимальной условной величиной "масса пули - скорость", однако чисто "академически" я бы указывал энергию вообще без пули - энергию газа при холостом выстреле, чтобы меньше зависеть от доп. да ещё и "сильно нелинейных" параметров..