Автор: Инженер Филиппо Англани

Источник: www.pescasub.it
Перевод: APOX.Ru

ЧАСТЬ 1.2 (продолжение части 1.1)

4. Конструктивные предложения

4.1 Конструктивные пределы двойного эластика

Следует отметить то, что не все ружья пригодны для установки на них двойных тяг. В видео "Рыбалка на Азорских островах" Карлос Осорио стреляет из Пикассо 110 из карбона с двойными тягами и стволом круглого сечения. Гарпун идет плавно и ровно (что свидетельствует об отсутствии перегрузки и упругой деформации), но обратите внимание на траекторию движения второй тяги:

Вектор этой силы не параллелен линии штока гарпуна, а расположен к нему под углом (угол определяется более низким расположением отверстия крепления второй тяги).

Сила F распадается, таким образом, на два компонента - действительно полезную Fo, совпадающую с линией прицела, и Fv, которая, будучи направленной к стволу, прижимает шток к направляющей ствола.

Так, при общей силе нагрузки F = 55 [кг], сила Fv будет равной:

Fv = 2,75 [кг]

Эта сила создает большее трение, но при наличии цельной направляющей она служит лучшему прилеганию к ней штока, что придает более мощную гидродинамику. Таким образом, она является стабилизирующей силой, которая оптимизирует траекторию выстрела, несмотря на несовпадение ее вектора с прицельной траекторией. Шток, не смотря на потерю 5 % энергии движения, приобретает лучшую траекторию и совершает меньшие колебания.

Как видно, ружье Осорио не имеет цельной направляющей для штока, в связи с чем производимая тягой сила Fv - причина бесполезного трения штока о ценный карбоновый ствол, и, кроме того, причина неконтролируемого подъема переднего конца штока:

Следствием этого становится неточный выстрел выше цели - это случилось бы и с ружьем с одной тягой. Осорио на видеосъемке неточно бьет по паре жертв - причина, думается, ясна.

Поэтому будь то двойная или одинарная тяга - всегда необходимо наличие цельной направляющей штока.

Для других типов ружей со стволами круглого сечения и без цельных направляющих вектор силы действия тяг должен совпадать с линией движения штока, и, следовательно, необходимо наличие направляющей головки.

Существует несколько стандартных решений для прижимания штока к оси ствола с целью предотвращения мгновенного подъема передней части штока гарпуна (более подробно это описано в статье маэстро Dapiran), однако принимая во внимание выше описанные причины, они зачастую не подходят для стволов с круглым сечением, что приводит к неточности стрельбы и ненужному трению, в то время как они эффективны на стволах другого профиля и/или цельной направляющей.

Самым приемлемым вариантом ружья оказывается, таким образом, решение с круглым сечением с одной или двумя тягами, выполненное из дерева, без надульника. В таком случае сгибающий момент равен нулю и ружье испытывает только напряжение заряжания (нормальное напряжение), поэтому при самых больших нагрузках ружье будет работать в допустимых пределах (например, при нагрузке заряжания 120 кг, с упругими тягами толщиной 20 мм, нагрузка на ствол составит лишь 17 % от максимально допустимой).

Кроме того, цельная направляющая штока решает проблему компонента силы F_V.

4.2    Гибкость штока

Явление нестабильности упругости хорошо известно в механике, поскольку оно имеет большое значение для определения механических свойств. 

В случае с нашими штоками необходимо ввести понятие гибкости как взаимосвязи между длиной и сечением. В классической механике тонкое тело длиной L, с нагрузкой с одного конца (см. рисунок) до определенного момента сопротивляется воздействующей на него силе, после чего приводится в резкое движение (пунктирная линия). Шток в момент выстрела, когда сила F толкает его в определенном направлении, находит противодействие силы сопротивления Fr , направленной противоположно движению, это сопротивление зависит от плотности воды и определяет нестабильную упругость штока, поэтому возникает колебание, особенно при небольшом сечении.

4.3    Жесткость

Таким образом, из вышеизложенного ясно, что даже шток влияет на потерю полезной энергии. Также небольшие упругие деформации, которые испытывают отдельные части ружья (надульник, приклад, ствол) поглощают полезную энергию. Одна из слабых точек арбалета - система соединений между этими деталями.

Проблема находит решение в исполнении ружья в цельном, монолитном корпусе. Будь то карбон или дерево, новизна заключается в монолитной конструкции, единого корпуса, объединяющего рукоятку и переднюю часть ствола в одно целое, что позволяет предотвратить потерю энергии и повысить процент эффективности выстрела.

5. Глубина и температура

Давление и температура воды являются двумя физическими переменными, которые в какой-то степени могут влиять на поведение подводных ружей.

5.1 Давление

Очевидно, его влияние в большей степени сказывается на пневматике. Так, если взять ружье, приведенное в качестве примера в пункте 3.5, накачать его на поверхности до 44 [атм], и погрузить на 30 метров, где внешнее давление составляет 4 [атм], эти самые 4 [атм] мы потеряем, и, таким образом, выстрел будет произведен лишь при нагрузке 40 [атм] против 44 на поверхности.

Что касается арбалета, несмотря на то, что разные публикации могут содержать противоречивую информацию, резиновые тяги, будучи растянутыми на поверхности, при этом теряют способность к дальнейшему восприятию деформаций, и, таким образом, либо крайне мало, либо вообще не чувствительны к внешнему давлению, поэтому давление едва ли оказывает какое-либо влияние на арбалет.

5.2 Температура

Температура влияет на тяги при изменении давления. Согласно уравнению Бойля Мариотта, уже упомянутом в пункте 3.4, имеем

      p₁V₁ / T₁ = p₂ V₂ / T₂

Предположим, что мы накачали наше пневматическое ружье до 40 [атм] в июле при температуре 30 градусов, и поместили его в воду в феврале при температуре 10 градусов, тогда мы имеем:

p2 = p1 * T₂ / T₁ = 37.3 [атм]     (объем равен объему резервуара, то естьостается постоянным)

Таким образом, мы потеряли 3 атмосферы только из-за изменения температуры.

Арбалеты не испытывают каких-либо изменений свойств, за исключением того, что резина становится жестче, как и все тела при низкой температуре (наше - не исключение...).

6 Отдача и сохранение количества движения

Рассмотрим ружье, готовое к выстрелу. Имеем систему из двух тел - ружье и шток - в покое. Произведен выстрел, при этом шток с массой m₁ направляется вперед со скоростью v₁; одновременно ружье (массой m₂) движется в противоположном направлении со скоростью v₂; согласно закону сохранения количества движения:

m₁v₁ =m₂ v₂

Произошла отдача, которая поглощена системой рука-запястье-предплечье. Таким образом, через локоть энергия переходит в область лопатки, при этом данная область должна быть достаточно напряжена для окончательного гашения импульса.

Отношение скоростей равняется обратному отношению масс:

v₁ / v₂ = m₂ / m₁  

Так, например, имея хороший арбалет длиной 100 мм:

m₁ = масса штока 6 мм = 310 [г]

v₁ = начальная скорость = 35.51 [м / сек]

m₂= масса ружья в комплекте с тягами и надульником, но без катушки = 840 [г]

v₂= скорость отдачи ружья = 13.23 [м / сек]

если заменить шток на 6.5 мм, то 

m₁ = 363 [г], а следовательно и

v₁= 33,16 [м / сек]

имеем

v₂= 14,47 [м / сек]

то есть с более тяжелым штоком ружье дает большую отдачу.

Если же берем ружье в сборе с катушкой,

m₂ = масса ружья в комплекте с тягами, надульником и катушкой = 1045 [г]

В последнем случае мы имеем:

v₂= 11,61 [м / сек]

то есть чем тяжелее ружье, тем меньше отдача.

Рассмотрены лишь самые значительные факторы, в настоящее время в существующих материалах по наземной баллистике содержится гораздо больше информации об эффекте отдачи.

Отдача, если с ней неправильно управляться, приводит к неточности выстрела и наиболее явно выражена при стрельбе из легкого оружия тяжелыми штоками.

На замедленной съемке выстрела видно, как передняя часть ружья, а с ней и шток гарпуна получает при начале движение легкий толчок, вследствие чего выстрел производится ниже цели (если ружье выровнено в горизонтальной плоскости). Если при этом немного изменить изгиб запястья (вверх), направление выстрела может быть скорректировано таким образом, что гарпун попадет в цель.

Также интересно будет добавить, что установленная на надульнике ограничительная дужка во время выстрела способствует небольшому подъему передней части штока, поэтому у ружей с традиционным надульником выстрел почти всегда идет ниже прицельного уровня (в этом можно убедиться при покадровом просмотре видео записи). Такое явление не наблюдается при использовании ружей с тягами круглого сечения, так как в этом случае шток плотно прижимается к направляющей.

В этой связи, маэстро Dapiran выполняет гораздо более подробное исследование.

Возвращаясь к вопросу отдачи пневматики (например, Cyrano 110) имеем:

m₁= масса штока 7 мм = 395 [г]

v₁ = начальная скорость = 40.13 [м / сек]

m₂ = масса ружья без катушки = 1100 [г]

v₂= скорость отдачи ружья = 14.04 [м / сек]

в случае Cressi SL 100 скорость отдачи v₂ = 16.98 [м / сек].

Этот недостаток может быть нивелирован за счет увеличения массы ружья, ведь, как известно, чем тяжелее ружье, тем меньше отдача.

Наконец, необходимо напомнить, что приведенные выше выкладки полезны лишь для общего понимания проблемы, ведь на самом деле масса m₁ - не что иное, как сумма масс ружья и подводного охотника, так что отдача, рассчитанная выше, действительно только для оружия, самостоятельно перемещаемого в пространстве. Для большего приближения к реальности сделаем расчет исходя из того, что вес нашего подводного охотника составит 85 кг:

v₂ = скорость отдачи винтовка = 0,21 [м / сек]       (SL 100)     

v₂ = скорость отскока винтовка = 0,18 [м / сек]      (Cyrano 110)

Наконец, попробуйте испытать эффект отдачи в различных ситуациях, чтобы понять всю важность явления:

     охотясь на рыбу, находящуюся в замкнутом пространстве, ваша рука согнута в локте - при этом шток, выходя из ствола на определенной скорости, выходит не до конца, при этом линь не разматывается и большую часть накопленной энергии поглотите вы;

     при выстреле с вытянутой рукой жестким штоком линь при разматывании будет остановлен очень резко;

     если, наконец, вы попытаетесь выстрелить, прислонив ружье к большому валуну (масса m₂ очень большая), шток может порвать линь...

6.1    Прицеливание

К прицеливанию относятся все движения, выполненные рукой, и все перемещения ружья при наведении на цель.

При этом можно выделить несколько факторов:

Плотность жидкости, которая, в свою очередь, определяет сопротивление движения;

Форма и размер ружья (длина, боковая поверхность, форма сечения ружья, всевозможные элементы, такие как тяги, катушка);

Плавучесть и, таким образом, плотность ружья (при положительной плавучести наведение на цель лучше, но на глубине эффект пропадает);

Равновесие массы и, таким образом, балансировка оружия в воде.

Ведя охоту на мелководье и на укрывающуюся в логове рыбы, самым важным фактором и залогом точного выстрела, таким образом, является хорошее наведение на цель, что обеспечивается такими характеристиками ружья, как легкость и сбалансированность.

На глубине, при охоте на большие расстояния и большую рыбу, на первое место выходят другие факторы, такие как большая масса, высокая мощность, наличие катушки, более тяжелые штоки...

11.1 Примечания по использованию файла Excel Fucili.xls

Этот файл представляет собой книгу в формате Excel, в которой содержится много листов, по одному для каждого типа винтовки. Каждый лист содержит основную информацию, исходные расчетные данные, которые я обычно использую: штоки, тяги, наконечники, катушки, стволы, и так далее ... (область ячеек B17; H34). Вы можете включить в эту область листа данные, соответствующие другим ружьям.

Далее следует область (ячейки B34; H40), где необходимо задать конфигурацию ружья, параметры которого вы хотите рассчитать, беря данные из области выше и вставляя новые, для разработки всевозможных решений.

В конце отображены результаты в области энергетики (ячейки B43, H53) и баллистики (ячейки B55; H 61).

NB: При моделировании поведения ружья SuperPeppe3 у меня не было данных о его массе, длине тяг и их массе, но все же, приведенные параметры близки к реальным.

ПРИМЕЧАНИЕ: некоторые коэффициенты в формулах для расчета баллистики получены экспериментально, и результаты должны быть подтверждены испытаниями в бассейне. В связи с этим возможно потребуется некоторая корректировка и/или обновление.

Продолжение: см. "часть два "

Автор: Инженер Филиппо Англани
Источник: www.pescasub.it
Перевод: APOX.Ru