Перейти к содержанию

Оружейный опыт

Авторизация  
  • записей
    46
  • комментариев
    637
  • просмотров
    114 917

Авторы этого блога

Движение гарпуна в водной среде

Авторизация  
Владимир

23 415 просмотров

«Давайте не будем философствовать, а просто посчитаем…»
Рене Декарт

1. Вступление.

Целью данной работы является получение и анализ зависимостей скоростей, координат и кинетической энергии движения гарпуна выпущенного горизонтально в водной среде, а также изучение влияния изменения параметров гарпуна и линя на движение гарпуна. Сделанные выкладки предполагают быть доступными для большинства подводных охотников, которые смогут также воспользоваться и приложенным файлом (Exel) для проведения собственных расчетов.

Без учета сопротивления среды задача о теле, брошенном горизонтально или под углом к горизонту, проиллюстрирована во многих, даже школьных учебниках. Учет сопротивления воздуха при расчетах траектории полета снарядов хорошо исследован в баллистике [1]. Формулы, выражающие сопротивление воздушной и водной сред, хотя и похожи, но подходы воздушной баллистики для водной среды не приемлемы.

Гидродинамика – сложная и самодостаточная наука, которая дает возможность построить искомую модель. В литературе [2-4] приведены методы расчета сил, которые возникают при движении в жидкой среде, но исследование кинематических величин и построение траектории движения тел не проведено. Разумеется, что при создании огнестрельного оружия для подводных пловцов подобные расчеты проводились, но они не опубликованы в открытой печати. В [3] приведены методы расчета параметров подводного движения баллистических ракет, но из-за сложности и громоздкости их применение для нашей задачи затруднительно. Несколько упрошенное рассмотрение зависимостей скорости и координаты от времени движения приведено в [5], но полученные там зависимости не учитывают форму тела. Учитывая изложенное, перед работой не ставится задача выяснения абсолютной истины в особенностях подводного движения тел – мы попытаемся как можно полнее проанализировать движение гарпуна подводного ружья, пользуясь при этом математическим аппаратом, который будет понятен широкому кругу читателей. 

2. Объект исследования и его взаимодействие со средой.  

В качестве базового объекта исследования выберем гарпун длиною l= 76 см, диаметром d= 8 мм, передняя его часть имеет форму конуса. Также нам понадобятся плотность материала, из которого он изготовлен – pм= 7800 кг/м3 (сталь) и 4540 кг/м3 (титан); плотность воды – p =1000 кг/м3;
вязкость воды n = 10-3 Па·с уже будет учена в формуле силы сопротивления. К гарпуну привязан линь диаметром 2 мм. 

Заметим, что внутренняя баллистика выстрела, то есть особенности разгона и движение гарпуна до его выхода из ружья (отделения от ружья) в работе будут исследованы лишь частично.

Движение гарпуна можно рассматривать как два независимых: горизонтальное и вертикальное. Реальное движение будет суперпозицией двух указанных. 

В горизонтальном направлении на гарпун действует сила гидродинамического сопротивления, которая состоит из трех составляющих: силы лобового Fл и донного Fд сопротивлений, силы трения боковой поверхности Fпов (см. рис. 1). Первые две принято объединять в одну: 

где S* – площадь наибольшего поперечного сечения гарпуна, перпендикулярного к направлению движения; p – плотность води; v –скорость движения; Сх – коэффициент формы. С использованием формулы (1) можно с успехом рассчитывать силу сопротивления для объектов элементарной формы: шара, конуса, цилиндра. При этом коэффициент формы Сх равен: для шара – 0,47; для конуса 0,50; длинного цилиндра при продольном обтекании – 0,82, а при поперечном – 1,2. 

Сила трения боковой поверхности так же, как и первая, пропорциональна квадрату скорости: 

где S – площадь боковой поверхности, k – коэффициент пропорциональности. Эта составляющая силы, согласно критерию Рейнольдса станет пропорциональна первой степени скорости лишь при
движении со скоростью меньшей 1 см/с, обеспечив при этом почти мгновенную остановку.

Не скроем, мы проводили расчеты и в предположении, что сила поверхностного трения пропорциональна первой степени скорости на всем пути движения гарпуна, но полученные результаты не подтверждаются экспериментально. Кроме того, это противоречит критерию Рейнольдса для объектов таких размеров и используемых скоростей.

При вертикальном движении тела на него действует система сил (см. рис. 2). 

Поскольку плотность гарпуна больше плотности воды, то сила тяжести превышает силу Архимеда – начинается движение из состояния покоя ускорено вниз. При увеличении скорости увеличивается и сила сопротивления среды. Но наступает тот момент, когда сила тяжести уравновешивается суммой сил Архимеда и сопротивления среды, тогда гарпун начинает двигаться с постоянной скоростью. 

3. Математические модели. 

3.1. Горизонтальное движение гарпуна.

В работе [4], сила гидродинамического сопротивления представлена как сумма зависимостей (1) и (2) в удобном для расчетов виде: 

где Сх= 0,5 – коэффициент формы для конуса, l – длина гарпуна, d – диаметр, S* – площадь поперечного сечения, P – плотность воды, v – скорость движения объекта. 

Его решение и последующая математическая обработка дает нам зависимость горизонтальной скорости от времени:

Vo – начальная скорость, m – масса гарпуна, Сх= 0,5 – коэффициент формы для конуса, l – длина
гарпуна, d – диаметр, S* – площадь поперечного сечения, p – плотность воды. 

Уравнение (4) можно решить и относительно координаты, при этом получим зависимость скорости от координаты. Проинтегрировав выражение (5) получим зависимость координаты от времени. Как хорошо ни решаются эти уравнения, и какие красивые зависимости ни получаются, влияние линя в
них не учтено. 

Учет влияния линя на полет гарпуна требует более серьезного подхода, так как к силе сопротивления гарпуна добавится сопротивление линя. Если dЛ – диаметр линя, х – длина размотанной части линя, S’ – площадь поперечного сечения линя, то уравнение (4) примет вид: 

 

Решение этого уравнения дает нам зависимость горизонтальной скорости от координаты: 

vo – начальная скорость гарпуна, m – масса гарпуна, Сх= 0,5 – коэффициент формы для конуса, l – длина гарпуна, dГ – диаметр гарпуна, S* – площадь поперечного сечения гарпуна, dЛ – диаметр линя, х – длина размотанной части линя, S’ – площадь поперечного сечения линя, P – плотность воды. 

Координату от времени выразить в элементарных функциях не удается, но приведенный ниже интеграл вполне можно подсчитать и числовым методом, даже с помощью таблиц Exel (файл прилагается). 

где xn – граница интегрирования, которая изменяется от нуля до максимальной исследуемой дистанции 

Формулу (8) можно использовать для расчета времени подлета гарпуна к мишени, добавив время движения гарпуна в стволе, которое рассчитывается в следующих приближениях.

Пускай со стороны поршня (резиновых тяг) действует постоянная сила, то есть нужно найти среднее арифметическое между начальной и конечной силами. Для пневматического ружья изменение силы находится в пределах 5%, что вполне приемлемо для наших расчетов. Для арбалета такой подход менее приемлем, поскольку сила упругости тяг изменяется не по линейному
закону. Не будем учитывать силу сопротивления выгоняемой из канала ствола воды и трение поршня, поскольку это приведет к необходимости учета конструктивных особенностей ружья и сильно затруднит расчеты.

Указанные допущения позволяют с точностью до 15% определить время движения гарпуна в стволе, решая следующее уравнение: 

Его решение дает формулу: 

где

F – средняя сила, приложенная к гарпуну со стороны поршня, vo - скорость гарпуна при вылете из ствола (начальная скорость), m – масса гарпуна, Сх= 0,5 – коэффициент формы для конуса, l - длина гарпуна, dГ – диаметр гарпуна, S* – площадь поперечного сечения гарпуна, P – плотность воды. 

Кинетическая энергия рассчитывается по формуле

Учитывая то, что скорость горизонтального движения гарпуна на дистанции уверенного поражения намного превышает вертикальную, в формулу расчета кинетической энергии подставляем значение горизонтальной скорости. 

3.2. Вертикальное движение гарпуна. 

В вертикальном направлении на гарпун действует сила тяжести и противоположные к ней: сила Архимеда 

(P – плотность воды, g= 9,8м/с2 – ускорение свободного падения, V – объѐм тела) и сила сопротивления водной среды 

(см. рис. 2). Коэффициент формы Сх= 1,2, так как в этом случае обтекание происходит в перпендикулярном к оси цилиндра направлении и S, соответственно, – площадь осевого (продольного) сечения цилиндра, v – скорость движения гарпуна. 

Равнодействующая этих сил 

определяет положительное ускорение движения тела.  Воспользовавшись вторам законом Ньютона, запишем дифференциальное уравнение: 

Его решение и последующая математическая обработка дают нам искомые зависимости вертикальной скорости и координаты от времени. 

m – масса гарпуна, Сy= 1,2 – коэффициент формы для цилиндра при поперечном
обтекании, l – длина гарпуна, d – диаметр, S – площадь осевого (продольного) сечения, P – плотность воды, g= 9,8м/с2 – ускорение свободного падения. 

3.3. Траектория движения гарпуна. 

Учитывая сложность выражения горизонтальной координаты от времени, следует провести расчет интеграла (8), получив при этом зависимость t(x). Подсчет y(t) провести от полученного времени t(x), а для построения взять колонки x и y(t).

Как мы видим все расчеты можно произвести не прибегая к помощи языков программирования. 

4. Анализ полученных результатов. 

4.1. Общие замечания. 

И все-таки, какие физические величины следует поставить во главу угла при сравнении различных конструкций гарпунов? Прежде всего, следует постулировать, что все исследуемые гарпуны получают от ружья одинаковую энергию, то есть имеют одинаковую начальную кинетическую энергию.

Примем ее равной 108 Дж, что будет соответствовать начальной скорости 27 м/с стального гарпуна массой 300 г, длиной 76 см и диаметром 8 мм (базового объекта). Физической величиной, отвечающей за проникновение объекта в вязкую среду (рыбу), является кинетическая энергия. Но энергией в 108 Дж может обладать и лом, движущийся со скоростью десяток сантиметров в секунду. Результат его попадания в рыбу предсказуем – мы даже подранка не сделаем. Поэтому кроме энергии гарпуна следует учесть и скорость, с которой он будет подходить к объекту охоты. При выборе минимальной скорости мы опирались на наши экспериментальные данные полученные при охоте на кефаль. Практика показывает, что наш базовый объект при скорости менее 7 м/с, уже не способен нанести поражающего действия. Примем эту скорость и соответствующую ей кинетическую энергию 7,35 Дж за граничные значения, ниже которых, гарпун уже не способен поразить рыбу. Естественно, для других объектов охоты указанные величины будут другими, но желающие провести соответствующую коррекцию смогут сделать это и сами.

Так на сколько же велика сила сопротивления водной среды? Из рисунка 3 следует, что максимальная сила составляет 77 Н, или 7,86 кгс. Сила лобового сопротивления гарпуна невелика, и составляет 12% от полной силы сопротивления, действующей на гарпун. Также можем видеть, что линь вносит существенный вклад в силу сопротивления всей системы гарпун-линь. На расстоянии 2 м его доля – 25%. На этом графике и на многих последующих за начало отсчета принято острие гарпуна в момент окончания разгона. Поэтому тем, кто хочет знать полную дистанцию стрельбы, следует добавить к координате расстояние от ручки ружья до кончика гарпуна, вставленного в ружье без проведения зарядки.

Следующий график (см. рис. 4) говорит нам о том, что процесс полета гарпуна до падения скорости ниже критической величины занимает 110 миллисекунд. Добавив время движения гарпуна в стволе – 36 мс, получим 146 мс – общее время выстрела и полета, или 0,146 с. Недолго длится выстрел из идеального ружья! Почему идеального? Да потому, что мы не учитываем время срабатывания спускового механизма и достижения силой стандартного значения, а также трение поршня о ствол и сопротивление воды при выходе из канала ствола. Но как показывает практика, правильно сконструированное ружье нивелирует эти влияния. 

Интересна и зависимость вертикальной скорости, представленная на рисунке 5. Сопоставив графики 4 и 5, видим, что до времени 0,11 с – момента падения скорости ниже критической, График траектории полета гарпуна (см. рис. 6) можно использовать при расчете возвышения прицельной планки рожкового прицела и предварительной юстировки коллиматорного или лазерного прицелов.
Указанное стрелкой направление обеспечивает отклонение гарпуна от заданного менее чем 1,5 см на дистанции до 4-х метров, что говорит, о принципиальной возможности (а не целесообразности) применения любого рода подводных прицелов. вертикальная скорость так и не успевает набрать своего максимального значения 83,5 см/с. 

График траектории полета гарпуна (см. рис. 6) можно использовать при расчете возвышения прицельной планки рожкового прицела и предварительной юстировки коллиматорного или лазерного прицелов. Указанное стрелкой направление обеспечивает отклонение гарпуна от заданного менее чем 1,5 см на дистанции до 4-х метров, что говорит, о принципиальной возможности (а не целесообразности) применения любого рода подводных прицелов. 

Раз уж мы имеем дело с оружием то нелишним будет знать, на каком расстоянии оно опасно для человека, плывущего в воде. В литературе [6, 7] указано, что объект выстрела с удельной энергией 50 Дж/см2 выводит из строя человека, даже при попадании в грудную клетку, а при 15 Дж/см2 наносит лишь поверхностные раны. Выбранный нами в качестве стандартного гарпун должен иметь кинетическую энергию в 25,13 и 7,54 Дж соответственно (см. рис. 7). 

Таким образом, на расстоянии менее 1,7 м (не забываем добавить расстояние от рукояти до кончика гарпуна в момент окончания его разгона) гарпун с начальной кинетической энергией 108 Дж представляет смертельную опасность для человека, а после 2,67 м все еще может нанести
поверхностные раны.

Приятной неожиданностью для нас стало то, что расчетная граничная энергия гарпуна, ниже которой наносятся только поверхностные раны, оказалась приблизительно равной уровню, который получен нами экспериментальным путем – 7,54 Дж и 7,33 Дж, соответственно. 

4.2. Варьирование параметрами гарпуна. 

4.2.1 Изменение плотности материала гарпуна. 

Давайте сравним наш стандартный стальной гарпун с возможными альтернативными, тех же размеров и геометрической формы. Первым претендентом на альтернативу является титан. Благодаря невысокой плотности (4540 кг/м3) этот объект будет иметь массу 173 г и, согласно
закону сохранения энергии, начальную скорость 35,3 м/с. Близкие к нему параметры имеет чудо-продукт «нанотехнологий» – углепластиковый гарпун, которым ведущие фирмы-производители подводного оружия пытались заменить «морально устаревшие» стальные. Для увеличения средней плотности мы предлагаем рассмотреть, как вариант, стальной гарпун со свинцовым сердечником. Если в стандартном гарпуне диаметром 8 мм высверлить отверстие диаметром 6 мм, и залить его свинцом, то плотность такого объекта окажется равной 9750 кг/м3. Его масса вырастет до 372 г, а скорость уменьшится до 24,1 м/с. О механических свойствах такой
«инновации», а также о возможности замены свинца на слабо обогащенный уран, мы скромно умолчим.

На рисунке 8 показаны зависимости горизонтальной скорости этих образцов от координаты. 

Рассмотрим дистанцию до 1 м, понимая при этом, что расстояние до рукоятки ружья составит порядка 2,2 м. На срезе А скорость легкого гарпуна превысит принятую нами за стандарт на 11%, а утяжеленного – на 6% ниже стандартной. Если оценить дистанцию, на которой скорость станет ниже критической (показана уровнем Б), то увидим, что титановый гарпун проигрывает в убойной дистанции на целых 70 см, а со свинцовым сердечником выиграет у стального на 30 см.

Ситуация с кинетической энергией, показанная на рисунке 9, также говорит не в пользу легких гарпунов – убойная дистанция сокращается на метр и на всем протяжении полета титановый проигрывает стальному. 

А вот утяжеленный гарпун увеличивает убойную дистанцию на 50 см и показывает лучшие результаты по энергии на всем пути. Это «лучшие» составляет то 0 до 28%.

Если взять критическую дистанцию стрельбы для стандартного гарпуна (2,7 м), то гарпун со свинцовым сердечником в этой точке будет иметь на 70% большую кинетическую энергию, что является существенной прибавкой, которая позволит пробить более плотную, чем взятую нами за
основу кефаль, рыбу. 

Логичным будет предположить то, что гарпуны, имея различные массы, будут различаться по времени движения гарпуна в стволе и в полете. Суммарное время выстрела и полѐта представлено на рисунке 10. 

Да, действительно, легкий гарпун быстрее достигает цели. В процентном отношении это выглядит впечатляюще – 15% при координате 1 м (для определения истинной дистанции стрельбы, не забываем добавить расстояние от кончика выходящего из ствола гарпуна до рукоятки ружья). Но
абсолютная величина этого преимущества составляет всего 0,008 с . Если испуганная рыба начинает убегать перпендикулярно направлению выстрела со скоростью 5 м/с, то точка попадание гарпуна будет смещена на 4 см меньше чем у стального гарпуна. Каждому охотнику решать самому – существенно ли это для его условий охоты.

Графики траектории движения гарпунов, показанные ни рисунке 11, говорят о том, что на расстоянии уверенного поражения самого легкого гарпуна (А2), определяемого уровнем критической скорости, ни один гарпун не имеет преимущества. 

Да и в дельнейшем движении стального и начиненного свинцом гарпунов прослеживается та же тенденция.

Подводя итоги исследований связанных с изменением плотности материала гарпунов, можно констатировать, что ни во времени движения, ни в его траектории нет чемпионов. Титановый или углепластиковый гарпуны проигрывают в кинетической энергии, сокращая свою убойную дистанцию на 1 м, а гарпун со свинцовым сердечником увеличивает ее на 30-50 см, показываю лучшие результаты по энергии на всем протяжении полета.

Таким образом, применение легких материалов при изготовлении гарпуном нецелесообразно, ведь преимущество при этом достигается незначительное, использование возможно только на коротких дистанциях, а себестоимость таких гарпунов – высокая. Мы не открыли Америку установив, что начинив гарпун свинцовым сердечником будут получены лучшие результаты, но прежде чем преступать к изготовления такого снаряда, следует хорошо взвесить соотношение затрат и улучшения боевых качеств полученных гарпунов.

Изменение силы отдачи, при использовании различных по массе гарпунов, не должно происходить, поскольку согласно третьему закону Ньютона она зависит лишь от величины давления в ресивере или силы натяжения резиновых тяг. 

4.2.2. Изменение диаметра гарпуна.

Наиболее часто используемый в пневматических ружьях диаметр гарпуна – 8 мм. Но наряду с этим применяются гарпуны диаметром 7 и 9 мм. В арбалетах стараются применять гарпуны как можно меньшего диаметра, а его увеличение производят только из механических соображений – мощные тяги заставляют длинные гарпуны совершать немалые колебания. И все же мы рассмотрим влияние изменения диаметра гарпуна на его боевые характеристики, особо не вдаваясь в особенности конструкций ружей. 

Анализ скорости движения (см. рис. 12), показывает преимущество тонкого гарпуна на дистанции до 1,9 м (срез А), но, вместе с тем, он проигрывает в кинетической энергии на всем протяжении полета (см. рис. 13), уменьшая при этом убойную дистанцию на 20 см . Незначительное уменьшение
времени полета есть (см. рис. 14), но как показано в пункте 4.2.1 большего эффекта это не принесет. А вот толстый гарпун, показывая лучшие результаты по кинетической энергии, увеличивает дистанцию уверенного поражения на 20 см. Если взять критическую дистанцию стрельбы для стандартного гарпуна (2,7 м), то гарпун диаметром 9 мм в этой точке будет
иметь на 36% большую кинетическую энергию. 

Исследуя траектории движения, показанные на рисунке 15,констатируем их абсолютную идентичность, ведь отличие составляет считанные миллиметры. 

Таким образом, применение более толстого гарпуна можно с уверенностью рекомендовать для охоты на рыбу, пробивание которой требует больших затрат энергии, например на сазана. В то же время бесцельно уменьшать диаметр, на наш взгляд не целесообразно. В его уменьшении есть смысл лишь при охоте на мелкую рыбешку на небольшой дистанции, так как тонкий гарпун имеет меньшее сопротивление проникновения в ткани рыбы и, оставляя меньшую рану, снижает
вероятность разрыва добычи. 

4.2.3. Изменение длины гарпуна. 

Наш стандартный гарпун имеет длину 76 см. Проведем сравнение его характеристиками гарпунов длиною 60 см и 95 см. Мы выбрали именно такие изменения длины, поскольку полученные изменения массы при этом будут соизмеримы с изменениями массы, рассмотренными в пункте 4.2.2 при варьировании диаметром гарпунов.

Проводя анализ графиков, представленных на рисунках 16 и 17, можно констатировать нецелесообразность уменьшения длины гарпуна. Это приводит к значительному уменьшению кинетической энергии, хотя потери в скорости на дальних дистанциях выглядят не так угрожающе. Увеличение длины на 19 см приводит к ощутимой прибавке в кинетической энергии, но здесь следует понимать и причину такого увеличения. В значительной мере эта прибавка связана с перенесением начала отсчета на 19 см вперед, хотя увеличение наблюдается и относительно несмещенного начала отсчета. 

Анализируя подлетное время видоизмененных по длине гарпунов, как и ранее, приходим к выводу, что его изменение не приведет к существенным различиям в результатах стрельбы (см. рис. 18). 

Траектория движения самого массивного гарпуна, представленная на рисунке 19, несколько ярче отличается от траекторий, полученных варьирований плотностью и диаметром, хотя проседание его на дистанции 2,7 м всего на 5 мм меньше чем стандартного.

Таким образом, удлинение гарпуна можно проводить с целью увеличения дистанции уверенного поражения. Эта необходимость может возникнуть при изменении условий охоты – выход из зарослей и коряг на открытую воду, или улучшение видимости. 

4.3. Анализ результатов, полученных при варьировании параметрами гарпунов и выбор наилучшего изменения. 

Как показывают исследования, проведенные в разделе 4.2, лучшие результаты дают гарпуны увеличенной массы. Поскольку заметных изменений во времени подлета не наблюдается, то этот график не будем показывать при обобщении результатов. Разумеется, что наилучшие результаты покажет гарпун, у которого увеличение массы будет проведено по трем параметрам: толщине, длине и плотности. При сохранении толщины стенок 1 мм, получаем диаметр свинцового сердечника – 7 мм, массу гарпуна – 595 г и среднюю плотность – 9852 кг/м3. Такой гарпун увеличивает убойную дистанцию до 4 м, считая от его кончика в момент окончания разгона. Но, как уже упоминалось, изготовление его требует достаточно серьѐзных затрат. Следующий за ним результат показывает утолщенный и удлинѐнный гарпун, увеличивая дистанцию уверенного поражения до 3,52 м, что на 82 см больше чем у стандартного (см. рис. 20). 

Но как показывают расчеты, почти такого же результата можно добиться, уменьшив диаметр линя с 2 мм до 0,4 мм. Если мы охотимся на сома, то такая замена не оправдана – никто не стреляет его с 4-5 метров, да и такой толщины линь будет обязательно порван. А вот в морской охоте на максимальной дистанции такой подход может быть очень полезен. Лобан или горбыль массой 1-2 кг не способны порвать современную леску диаметром 0,4 мм. Недостаток тонкой лески в том, что она легко режет мясо рыбы, оставляя подранка. Но этого можно избежать, пойдя на компромисс –
поставив после гарпуна участок 2-х миллиметрового линя длиною 30-50 см. 

Практически та же ситуация прослеживается и в кинетической энергии (см. рис. 21). Пускай энергия стандартного гарпуна, но с тонким линем и меньше, чем у тяжелого на всем протяжении убойной дистанции, но ее уровень все равно выше критического, а значит охота на кефаль – открыта! 

Еще неожиданнее выглядят траектории гарпунов-победителей (см. рис. 22). Незначительно проигрывая в убойной дальности, стандартный гарпун с тонким линем почти на 3 см меньше отклоняется от прямолинейной траектории, чем утяжеленный. Этот факт так же следует занести в счет побед тонкого линя.

Подводя итоги анализа результатов варьирования параметрамигарпуна, можно с уверенностью сказать следующее.

  1. Уменьшать массу гарпуна нецелесообразно ни за счет длины или диаметра гарпуна, ни за счет применения титана или улепластика.
  2. К наилучшим результатам по увеличению дальности поражения и кинетической энергии гарпуна приводит применение гарпуна со свинцовым сердечником; следом за этим идут результаты полученные при увеличении диаметра и длины цельностального гарпуна.
  3. Одновременное утолщение и удлинение гарпуна дают наилучшие результаты по увеличению убойной дистанции, с учетом себестоимости изготовления гарпуна.
  4. Уменьшением толщины линя можно достичь таких же результатов по скорости и кинетической энергии, а по траектории и превысить показатели гарпуна, видоизмененного удлинением и утолщением.

4.4. Два ружья с одинаковой энергией выстрела. 

В этом разделе мы проанализируем результаты выстрела двух ружей, передающих одинаковую кинетическую энергию гарпунам, естественно без учета эффектов подброса и волнообразных колебаний гарпунов.

Прообразом первого ружья послужило пневматическое с расположением рукоятки на 2/3 длины ствола. Диаметр гарпуна 8 мм, а его длина 76 см. При закачке 25 кг и коэффициенте полезного действия 75% гарпун получает энергию 108 Дж. Кончик гарпуна при окончания разгона отстоит от рукоятки на расстоянии 1,2 м.

Вторым ружьем выберем арбалет с длиной гарпуна 1,15 м и диаметром 6,25 мм, так как только арбалет можно зарядить столь тонким гарпуном такой длины. Фирма-производитель гарантирует получение гарпуном 108 Дж при использовании 18-ти миллиметровых тяг. Расстояние от кончика гарпуна до рукоятки при окончании разгона 1,8 м.

Поскольку гарпуны имеют приблизительно одинаковую массу (298 г и 275 г), то имея равные кинетические энергии, будут иметь и почти равные начальные скорости. 

График, приведенный на рисунке 23, показывает, что убойная дистанция арбалета больше на 34 см. Если же анализировать зависимость кинетической энергии от координаты (см. рис. 24), то дистанция уверенного поражения увеличивается на 28 см. Как видим, преимущество хоть и есть, но незначительное. Если же анализировать уровень энергии арбалета на критической дистанции пневмата (сечение Б), то прирост составит 50%, а это уже существенная прибавка для уверенного поражения цели. 

Анализ траекторий движения двух гарпунов показывает, что на критической для пневмата дистанции отклонение гарпуна от прямолинейной траектории на 3 см больше, нежели у арбалета (см. рис. 24). 

Таким образом, последние факты объясняют преимущество применения арбалета на открытой воде. Но здесь стоит еще раз заметить, что наши исследования предполагали рассмотрение идеальных ружей, которые не имеют подброса, гарпуны жестко фиксированы на всем протяжении
разгона, а флажки не нарушают осевую симметрию. В реальной ситуации отсутствие направляющей гарпуна на арбалете и верхнее расположение флажка увеличивает отклонение от прямолинейной траектории на 2-3 см, а подброс «недобросовестного» пневмата заставляет охотника целиться с занижением на коротких дистанциях стрельбы.

Также следует сказать, что указанные преимущества арбалета достигаются не за счет меньшего сопротивления водной среды движению гарпуна. По скоростным и энергетическим характеристикам в системе отсчета связанной с острием в момент окончания разгона длинный и тонкий гарпун проигрывает на всей дистанции полета толстому и короткому.

Преимущество же достигается счет того, что острие в момент окончания разгона выдвинуто на 60 см дальше, чем у пневмата. 

Кроме того, имея б’ольшую площадь осевого сечения гарпун арбалета падает (движется в вертикальном направлении) медленнее, чем гарпун пневмата (см. рис. 25). Напомним, что построенные математические модели не учитывают эффекты стабилизации гарпуна как за счет собственной длины, поэтому в реальных условиях будет возникать и стабилизирующий момент,
который у данного арбалетного гарпуна выше на 20%.

Не агитируя «за Советскую власть», то есть, не перечисляя преимуществ и недостатков каждого типа ружей, скажем: «Хотите далеко стрелять – приобретите длинное ружье!». Расчеты показывают: насколько бы не было перекачано или не обвешано дополнительной резиной короткое ружье, оно проиграет длинному. Ведь удлиняя всю конструкцию, мы получаем еще и дополнительный ход поршня или резиновых тяг, а значит и увеличение начальной кинетической энергии. 

5. Заключение. 

В данной работе мы постарались рассмотреть особенности полета гарпунов, выпущенных из подводного ружья. Варьируя плотностью материала, диаметром и длиной были определены наиболее выгодные изменения, которые следует вносить в конструкцию гарпуна для получения наилучших результатов стрельбы.

По большему счету, работа не открывает каких либо сногсшибательных фактов – большинство приведенных теоретических результатов уже получены охотниками экспериментальным путем. Но имея представленные математические выкладки и расчетную программу (прилагаемый файл Exel ), можно провести количественные (а не просто качественные) расчеты и, возможно, избежать ненужных ошибок при приобретении или модернизации оружия.

В прилагаемом файле формата Exel рассчитываются зависимости исследуемых величин по заданным параметрам гарпуна и ружья. Истинным аргументом является координата х, а все остальные величины – это функции. Но так как колонка времени взаимосвязана с координатой, то справедливыми будут и зависимости скорости, энергии, силы и т.д. от времени. Также справедливой будет и зависимость y(x) – траектория движения гарпуна. Колонку G «t(x)+t выхода», в которой рассчитано суммарное время с момента начала действия на гарпун силы и до достижения гарпуном определенной дистанции лучше всего использовать только для построения графика подлетного времени tподлета(x). Следует учесть, что в расчетах за начало отсчета принято положение острия гарпуна в момент окончания разгона, поэтому для вычисления реальной дистанции следует добавить расстояние до рукоятки ружья. При желании можно обойтись без задания КПД, силы зарядки и хода поршня ружья, введя значение начальной скорости или кинетической энергии в соответствующие ячейки.

Все ячейки не защищены от изменений с той целью, чтобы любой желающий мог видеть заложенные принципы расчета и формулы. В таблицах есть несколько скрытых колонок, которые подсчитывают интегральные суммы.

Рекомендации.

Настоятельно не рекомендуем проводить расчеты с помощью калькулятора, так это может нанести существенный вред Вашему здоровью. Строить графики в Exel, на наш взгляд, не нужно, так как анализировать их будет достаточно хлопотно. Для этой цели мы использовали программу Origin; можно также применить специализированные программы типа Mapl, Mathcad и др. 

Литература.

1. Блинов А.Д. Курс артиллерии. Внешняя баллистика метрология в артиллерии. Полная подготовка данных для стрельбы.. –М.: Воениздат, 1948. – 288 с.
2. Белевич М.Ю. Гидромеханика. Основы классической теории. Учебное пособие - Санкт-Петербург: РГГМУ, 2006.- 213 с.
3. Дехтярь В.Г., Петров В.И. Гидродинамика баллистических ракет подводных лодок: монография –Миасс: ФГУП «РГЦ КБ им. какд. В.П. Макеева», 2004. 256с.: ил.
4. Корпачев В.П. Теоретические основы водного транспорта леса. Изд. "Академия Естествознания", 2009.
5. Зельдович Я.Б., Яглом И.М. Высшая математика для начинающих физиков и техников. - М.: Наука, 1982. – 510 с.
6. Коробейников А.В., Митюков Н.В. Баллистики старел по данным археологии: введение в проблемную область. –Ижевск: Изд-во НОУ КИТ, 2007, –140 с.
7. Озерецковский Л., Гребнев Д., Головко К., Альтов Д. // Травматический диагноз. Калашников. Оружие, Боеприпасы, снаряжение, №8, 2009, с.68. 

Сергей Коваленко (kovalsky)
канд. физ.-мат. наук 

Авторизация  


33 Комментария


Рекомендуемые комментарии



Автор поработал наславу !... В связи с прочитанным, возник вопрос - каковы оптимальные соотношения диаметров и длин гарпунов разных диаметров в плане сохранения энергии по дистанции? Где-то "проскакивала" цифра 100(что сомнительно), и для разных диаметров оно может быть разным... Не делали ли вы таких подсчётов?

С уважением, Александр

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий

Задачу оптимизации, т.е. поиск оптимального решения для соотношения L/d я не проводил. Но думаю, что особой нужды в этом нет. Как бы ни хотелось, но мы ограничены в выборе размеров гарпуна: очень тонкий сложно зарядить, слишком толстый влечет за собой изменение диаметра ствола ружья. Чрезмерное удлинение гарпуна будет мешать при охоте в зарослях, а чрезмер укорачивание приведет к уокорачавинию ствола. В работе показано, что и утолщение и удлинение приводитт к меньшей потере кинетической энергии в процесе движения гарпуна. Поэтому я думаю привязываться к отношению L/d не нужно. Но  нужно иметь ввиду, что согласно закону сохранения импульса, некрупную рыбу предпочтительнее бить тонким гарпуном, так как и заклепки клепают молотком незначительной массы. А наращивая кинетическую энергию за счет толщины, мы ухудшаем пробивную способность гарпуна. До каких величин проводить эти изменения, я думаю, что решать каждому конструктору нужно самостоятельно с учетом условий и объектов охоты. Подчеркну, что програма дает ответ: "Как будет двигаться гарпун заданных размеров и плотности, получивший начальную энергию Wо".

С уважением, Сергей (kovalsky)

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий

Замечание юридического характера -- подводные ружья не относятся ни к оружию, ни к КСОИ. А нанести человеку травмы несовместимые с жизнью можно и булыжником -- но от этого никто не записывает булыжники в оружие.

Статья безусловно интересная, только вот погрешность вычислений в 15% делает её больше теоретической, так сказать для общего понимания процесса выстрела и к сожалению ограничивает возможности практического применения.

Вопрос -- о работах Евтушенко что-нибудь слышали?

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий

Респект автору за столь большие изыскания  и вложенный труд ,но...ёлы-палы,неужели всё так сложно?Без ЭТОГО нельзя обойтись?

Хотя ,если автор получает удовольствие от математических изысканий,то...

А я просто наслаждаюсь ПО..,и без всяких "умствований",эти "уствования" и так уже достали..А тут графики,формулы...Ы-ы-ы-зубы заболели...

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий

Сергей,статья глубоко познавательная и ВЫ в этих формулах плаваете как рыба в воде....Хочу обратиться к Вам как к специалисту с  конкретным вопросом с которым обращался  К vlaniku......и получил исчерпывающие  туманные ссылки  на законы физики , таблицы и тд. Подозреваю что он просто ушел от конкретного ответа тк .он развенчивал миф о превосходстве пневматики над арбалетами при одинаковых размерах оружия. Вопрос звучит так: какой из двух гарпунов выпущеных из пневмата (заряженного с усилием 25 кг ) и  арбалета ( заряженного с усилием  70 кг) обладающих одинаковой массой  и гидродинамическими свойствами ,будет  обладать большей  скоростью на выходе из оружия , те. обладать большей кинетической  энергией, большей дальностью поражения, блдьшей пробивной способностью, а в итоге и точностью попадания??????

(при одинаковых размерах ствола) Надеюсь  ответить на этот  теоретический  вопрос Вам не составит труда. затруднит. С наступающим Новым Годом

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий

evghunt
Посчитаем энергии, которые запасут гарпуны. Не будем учитывать потери (гидро, в резине и т.п.), нелинейность усилия при растяжении резины, КПД и пр.
Пневмо: 0,6м х 25кГ = 15кГм
Резина: 0,4м х 70кГ/2 = 14кГм
70 разделил на 2, потому что в начале разгона сила полная, а в конце разгона равна нулю - средняя около 35кГ.
Начальная скорость гарпуна у пневмата будет выше.

Если учесть потери, то (imho) "резинке" станет ещё хуже..

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий

Пока уважаемый автор статьи отсутствует, можно продолжить...
При подсчёте я исходил из вашей изначальной постановки вопроса (цитата): "... какой из двух гарпунов... обладающих одинаковой массой и гидродинамическими свойствами, будет обладать большей скоростью на выходе из оружия, т.е. обладать большей кинетической энергией..."
Если не учитывать потери, то кинетическая энергия гарпуна (грубо говоря) будет равна потенциальной энергии, запасённой при заряжании, что я и посчитал...
Фразой (цитата): "Разница в 1/ 15 кГм на результаты выстрела существенно не повлияют , а взяв во внимание наличие на гарпуне пневматик тормоза в виде бегунка для привязки линя зту разницу вообще можно во внимание не брать" вы произвольно меняете постановку вопроса, и на него так просто уже не ответить... Надо рассматривать конкретные исполнения...
С мыслями, типа этой (цитата): "...К телу которое уже находится в движении для увеличения скорости надо прилагать меньшее усилие чем к стартующему с 0...", лучше с ВН не спорить... Да, и вообще, не спорить... 

Прошу без обид...

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий

Механик, последовать вашему совету не смогу,  ,без обид, тк практика  опровергает теоретические  выкладки о данном положении вещей те. при разнице в усилии зарядки в 2.8 раза   в пользу арбалета , при КПД  резины в ДВА раза  ( не факт , качество резины с  времен  Евтушенко шагнуло далеко вперед , а  КПД резины  0,37 -  взято  именно оттуда)  меньшим чем у пневмата ,кинетическая энергия гарпуна арбалета  составляет  51 дж  (больше чем в два раза меньше чем у пневматик  ) которых явно недостаточно даже чтобы выплюнуть  8мм гарпун из арбалета.... Явное несоответствие  ваших теоретических  раскладов и практики. А вы пробовали стрелять из арбалета с двумя - тремя  16 мм тяг которые развивают в сумме  такое же  усилие  в 70 кг ?  они далеко не плюются.... Производитель  MARLIN REVOLUTION при усилии зарядки 62 кг  гарантирует 5метров ПРЯМОЛИНЕЙНОГО  полета гарпуна. На своих арбалетах могу гарантировать усилие зарядки свыше 100 кг  при одной  паре тяг, .Как при таком раскладе будут выглядеть пневматы с 25 кг закачкой ? При одинаковых размерах оружия и гарпунов (даже без скидок на "тормоза" )?????

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий

evghunt

Ничего личного - чистая школьная физика, а субъективные ощущения "к делу не пришьёшь..."

Ваше заявление "...практика опровергает теоретические выкладки.." (imho) основывается на эмоциях и это дорога к вечному двигателю.

Могу предположить, что вы не совсем понимаете сколько "дури" в пневмате с рабочим ходом 0,6 м и усилием заряжания 25 кГ...

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий

Пока я отсутствовал, разобрались и без меня.

Поддерживаю расчеты Механика, а от себя добавлю. Я неслучайно выбрал два рядовых ружья с одинаковой энергией и рассматривал внешнюю баллистику. В работе показано, что преимущество за арбалетом, но… оно достигнуто за счет его габаритов: кончик гарпуна в момент окончания разгона находиться на 60см дальше.

Честно говоря, я не являюсь «пневмо» или «арбалето» аллергиком и считаю, что сравнивать эти два типа ружей вообще не стоит – о вкусах не спорят. Одно лишь хочу заметить (имхо) если использовать арбалет, то длиною ствола более 75см.

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий

За юридические неточности пусть простит меня "закон". Но идя на охоту даже с булыжником, неплохо бы поинтересоваться его радиусом поражения.

Погрешность 15% относится только к формуле определения подлетного времени. Но любые расчеты - это всего лишь наши старания описать реальную картину. А на сколько они "грешат" может дать ответ только "реальная картина" - идеально поставленный эксперимент.

С работой Евтушенко в журнале "Спортсмен-подводник" № 89, 1991 год "КПД ружей..." я уже ознакомился, убедившись еще раз, что расчет КПД - это отдельная серьезная работа до которой я еще не дошел. Где-то (может быть на Апоксе) я читал перепечатанную из "Спотрсмена-подводника" статью, в которой был описан процес выстрела (внутренняя и внешняя баллистики) с помощью одного дифуравнения. Понятно, что его удалось решить только числовым методом, не получив аналитического выражения искомых величин. Я решил пойти по более легкому пути, не используя понятия "присоединенной массы", хотя не скрою, что хочу провести и такие расчеты с использованием числовых методов решения.

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий

Я использую сокращение ИМХО в случае, когда имею мнение, которое не собираюсь подвергать сомнению. А сравнивать в равных условиях арбалет с пневматом все равно, что сравнивать тигра с гепардом - они охотятся в разных условиях (имхо :))

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий

VLANIK,ваше хамство не имеет предела, и оно похоже неискоренимо , впрочем это ваши проблемы...Ваши познания в теоретической физике велики ,но не безграничны. Могу сказать,  что ваш упор  в дискусиях на "пердячий пар" имеет под собой основу ,которая ограничивает приложение большего усилия зарядки   в ваших конструкциях, а все характеристики оружия зависят именно от этого.  5 килограмовая  зарядка ваших ружей при  любых технических  ухищрениях в ваших конструкциях  выдаст "на гора"  результат который можно достичь просто бросив гарпун рукой...Поэтому от" пердячего пара" никуда не деться в конструкциях оружия, и чем его больше, тем качественее характеристики оружия.  Возможно  мои познания теоретической физики не так глубоки  как ваши , но мне их хватило чтобы сделать арбалет  с силовыми характеристиками  рядом с которым ваши 25 кг усилия зарядки  со всеми улучшениями  конструкции все таки останутся 25 килограммами.....это пограничная черта по увеличению усилия зарядки в пневматиках. На самой оптимальной однотяговой комплектации арбалета  тоже есть пограничная черта переступить которую за последнее время мало кому удавалось.У вас не хватает мозгов чтобы даже представить подобное усилие  в 70-100 кг на однотяговом арбалете , но зато хватает ума  хамить, чтобы скрыть эту нехватку мозгов и шельмовать законами физики- это у вас получается ХОРОШО именно в тот момент когда вы оказываетесь в тупике . В вопросе работы растянутых резин вы тормознулись в девяностых годах, за двадцать лет качество резин шагнуло  далеко вперед. Даже при скудном выборе резины при союзе , Евтушенко  отметил разницу в КПД резинок заводских и самодельных больше чем в два раза.А нынешнее разнообразие КАЧЕСТВЕННЫХ резин заставляет сомневаться в  их КПД = 37% , и вообще вопрос поставлен не.ВАМ.Можете изливать свою желчь сидя перед зеркалом........

Механик,  а сколько дури  запасается в гарпуне арбалета  при усилии зарядки в 70 кг, а не 70/ 2 кг  как в ваших расчетах  0,4 * 70/2=14, зачем усреднять усилие при растяжении резины закладывая потенциальную энергию гарпуна ? Понятно нелинейность сокращения  и КПД  резины  надо учитывать при  выстреле те при .сокращении резины , а "великий и страшный" Vlanik ,начинает расчеты кинетической энергии гарпуна арбалета с заниженных  ВАМИ в двое 14 кГм ,получая нужные, благоприятные  показатели для пневматик.

kovalsky, вопрос был адресован Вам , не касаясь вкусов ответте ,что скажет теоретическая физика  о движении двух  одинаковых 400 гр.гарпунов ,выпущеных из оружия  разного типа  с разными возможностями усилия зарядки : 25 кг пневматика и 70кг арбалет .при длине разгона гарпуна 600мм у пневматики и 400 мм у арбалета ? Задача чисто теоретическая, без привязки к конкретному оружию....Ответте как физик ,без  учета  комментариев всех "специалистов"

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий

Отвечаю evghunt только за себя. 

Imho, то, что считал я, никакая физика не подвергнет сомнениям. Специально не включал в подсчёты КПД систем (о чём честно писАл), т.к. знаю, что их величины спорны... 

70/2 потому что в пределах упругости, с некоторыми допущениями, можно считать график зависимости силы от растяжения линейным, а площадь прямоугольного треугольника (фигура под графиком) равна произведению сторон делённому на два. Так, какие претензии конкретно к моим расчётам? Если вам что-то в них не понятно, тогда извиняйте - объяснял, как мог...

P.S. Некоторым... Imho, ИМХО - от английского In My Humble Opinion (по-русски, примерно, как «по моему скромному мнению» ) - это выражение своего мнения без навязывания его кому-либо, а, совсем, не сомнение в своём мнении....

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий

Я подготовил ответ, но он является отголоском ответа Механика, поэтому озвучивать не буду.

P.S. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%9C%D0%A5%D0%9E . Там несколько значений, я выбрал самое последнее, хоть и фольклерное. Поэтому, прошу извинить, если завел в заблуждение.  аббревиатура

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий

Пускай у ружей одинаковый КПД=0,75, хотя это более чем сомнительно, у пневмата должен быть выше. Но спорить о значениях КПД не буду, так как рассчитать КПД арбалета невозможно - одному Богу известны особенности сокращения резины. Итак, гарпун 400г, длина 102см, диаметр 8мм. Среднее усилие зарядки пневмата 250Н (25,5кГс), рабочий ход поршня – 80см (не в обиду Вланику, но пусть эта величина будет чуть меньше – поганенький пневмат). Полученная энергия – 150Дж.

 Максимальное усилие зарядки арбалета – 700Н, среднее – 350Н. На бушевском ружье, со стволом 75см и 18-ти миллиметровыми тягами рабочий ход 42см (штатная длина гарпуна 115см, хотя 102см свободно поместится). Полученная энергия – 110Дж.

Не буду гадать о расстоянии от ручки до конца гарпуна в момент окончания разгона, примем их одинаковыми.

График скорости…

http://radikal.ru/F/s40.radikal.ru/i090/1301/8f/0690bd61899b.jpg.html

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий

Поэтому я и говорю, что лучше не стоит сравнивать арбалет с пневматом одинаковых размеров, так как преимущество арбалета именно в длинне (хотя и звучит странновато), а в энергоемкости он проиграет.

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий

Vlanik, назовите хоть одного производителя арбалетов который заявляет что КПД  его  резины =0,37....

Это данные 20 летней давности расчитанные на совковых дубовых резинах ,сейчас резины горазда более энергоемкие.Как вы утверждаете поражающая дальность стрельбы арбалета , это три длины гарпуна... Возьмем 75 ку с 18 мм резинами усилие зарядки которой  максимум 30  кг при 250% растяжении.Длина гарпуна 115см х 3 = 3,45  см поражающая дальность стрельбы заложенная производителем....при 30кг усилия .а не при 70кг ..Арифметика поддается восприятию... А вот пневматику с таким усилием вам зарядить даже при желании не удасться.

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий

VLANIK.  со своими понятиями сиди в песочнице сам и осваивай реальное положение вещей....  Даже с заниженным  КПД  современных резин = 0,37 , элементарные расчеты опровергают  ваши утверждения о тотальном превосходстве пневматики.Без подтасовок возмем реальные  ружья с длиной ствола = 500мм.,

длина разгона гарпуна   у пневмата составит 450мм ( не самый паршивый пневмат), усилие зарядки 25 кг.  Запасенная энергия гапрпуна  при зарядке  будет  0,45 м х 25 кГ = 11,3 кГм

длина разгона гарпуна арбалета при современных качествах резин ( процент растяжения превосходит 500 % )  составит 350 мм

21мм резина при растяжении на 350%  выдает  70 кг . Запасенная энергия гарпуна арбалета будет 0,35м х 70 кГ = 24.5 кГм

Визуально заметно что  запасенная энергия гарпуна пневмата =11,3 кГм  в два раза меньше   запасенной энергии гарпуна арбалета = 24,5кГм

Опираясь даже на ваши  морально устаревшие КПД резины =0,37 ( надеюсь у вас не хватит наглости утверждать что воздух стал плотнее  и КПД пневматик увеличилось ) после выстрела энергия гарпуна арбалета    БОЛЬШЕ , как и все вытекающие из этого следствия для характеристик  оружия ....при одинаковых гарпунах.   НЕ МОЖЕТ  арбалет ( при превосходство в усилии зарядки в 2,8  РАЗА большее, при разнице КПД  всего в ДВА раза меньше чем у пневмата ).  придавать меньше кинетической энергии гарпуну......При таком раскладе .не может пневмат быть  эффективнее арбалета  при стрельбе...

kovalsky, как специалист, скажите в чем я не прав?

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий

to evghunt

Пишу без лишних эмоций... Разделить на "два" все же придется

http://fizika.in/mehanika/zakoni-soxraneniya/149-potencialnaya-energiya-uprugo-deformirovannogo-tela.html

http://www.edu.yar.ru/projects/socnav/prep/phis001/dyn/dyn10.html
Использовать две пары тяг и получить 70кг Вам никто не мешает. Возьмите экселевый файл и подсчитывая сами  убедитесь, что увеличение длины гарпуна и рабочего хода (вцелом - увеличение длины ружья) даст лучшие результаты, чем увеличение усилия зарядки. Напоминаю: в таблицу вводится среднее усилие зарядки!

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий

Еще добавлю: "Ребята, давайте жить дружно". Если есть аллергия на какой-либо тип ружей, то от аллергена проще отойти,  нежели пинать его ногами. Я получаю удовольствие, использую оба типа ружей, так как плюсы и минусы есть везже.

Зарядить 30кГс в 700мм пневмат дело не сложное, особенно, если это клапанник. Но стоит ли это делать? Ружье все равно останется "семисоткой". Еще раз: "Хотите далеко стрелять - используйте длинное ружье любой конструкции." А перегружать резиной или перекачивать - дело неблагодарное.

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий

kovalsky, если Вы все таки напишете мне ответ ,то попробуйте дать оценку с точки зрения теории рациональность  использования при подводной охоте гарпуна следующей конструкции которым я пользуюсь.    Гарпун общей длиной 750мм массой 240 гр.Изготовлен из титановой трубки диаметром 8мм  Наконечник и хвостовик с зацепом под резину  длиной по 100мм сделаны из нержавейки  и посажены герметично в трубку.Внутри трубки находится 6мм стальной сердечник длиной 400мм который свободно там перемещается.Внутри трубки на хвостовике установлен магнит который удерживает стальной сердечник в заднем положении ( при наклоне стрелы наконечником вверх сердечник перемещается вниз и фиксируется магнитом) после зарядки арбалета с усилием 70 кг. и выстрела , гарпун  сталкивается с целью.  Корпус встречая сопротивление  замедляет движение и сердечник по инерции продолжает движение 150мм до встречи с наконечником. Вопрос: у какого гарпуна больше пробивная способность у цельного или полого?

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий

Отвечаю как физик, но без расписывания формул. Увеличение рабочего хода даже при неизменной силе приведет к увеличению кинетической энергии гарпуна. Как ведет себя удлиненный гарпун (без увеличения рабочего хода) – читайте статью. Одновременное увеличение рабочего хода и длины гарпуна (по сути – увеличение длины ружья) Вы можете просчитать самостоятельно, используя приведенный файл, не меняя КПД.

                  По второй части Вашего вопроса. Естественно, если нет более длинного ружья, то для увеличения дистанции поражения приходиться изловчаться. Я ставил на свой арбалет (Бушка75) укороченные 18-мм тяги, получая при этом увеличение убойной дистанции. Да, разброс увеличился, но если указанного действия не проводить, то цель была бы просто не досягаема. Штатными 16-мм тягами иногда на излете удавалось попасть в рыбу, но погрешности учета занижения (кривизны траектории) становились больше увеличенного разброса. Но самое противное последствие модернизации – неудобство. Не знаю 50 или 60 кг получилось в зарядке, для моих мышц эта сила особого препятствия не представляла, но через 1,5 часа охоты начинали болеть локтевые суставы. За все нужно платить. Пользуясь термином Вланика, – это цена за п..чий пар:) Использование двух пар тяг облегчит зарядку, но еще более увеличит разброс. Если размер рыбы позволяет попадать, то почему бы и нет? Да, удельная энергия пневмата (енергия/длину) выше, но если его нет под рукой, то кто запрещает использовать арбалет. Даже Вланик иногда охотится с «неправильными» ружьями.

                  Подводя итоги, скажу, что есть множество способов изловчится в решении задачи, но к экзотическим целесообразно прибегать только в случае невозможности решения задачи стандартным методом, или когда стандартные методы не дают желаемого результата.

                  Этот же вывод  напрашивается и к Вашему предложению использовать полый, почти титановый гарпун. Уменьшение плотности материала, как показано в статье, приведет к более быстрой потере кинетической энергии и скорости. А перемещение сердечника заведомо даст проигрышный результат. Объясняю. Торможение в водной среде сильное, грубый подсчет дает значение ускорения 30 м/с2 . Это значит, что на сердечник массой 88г будет действовать сила 2,64Н (264г), а магнит должен обеспечивать удержание (эту силу при такой малой площади соприкосновения с магнитов еще нужно достичь!). При отрыве от магнита должна быть выполнена работа на отсоединение, а энергия, потраченная на отрыв, будет безвозвратно потеряна. Имейте ввиду, при попадании в рыбу, удар сердечника в переднюю часть гарпуна не будет (как в теории) абсолютно упругим, и часть кинетической энергии перейдет в джоулеву теплоту. Не забываете на все это расходуется кинетическая энергия гарпуна! Но все же, самые значительные потери будут из за применения материала с малой средней плотностью. Возможно, этот гарпун сможет конкурировать со стальным на дистанциях до 1м. Но я бы вам посоветовал, коль Вы смогли (или хотите) изготовить столь изящную трубку, сделать ее стальной и полностью залить свинцом. Предлагаемое же Вами больше походит на поиск «вечного двигателя».

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий

Гость
Добавить комментарий...

×   Вставлено с форматированием.   Вставить как обычный текст

  Разрешено использовать не более 75 эмодзи.

×   Ваша ссылка была автоматически встроена.   Отображать как обычную ссылку

×   Ваш предыдущий контент был восстановлен.   Очистить редактор

×   Вы не можете вставлять изображения напрямую. Загружайте или вставляйте изображения по ссылке.

Загрузка...


×
×
  • Создать...