Диаметр ствола и выбор ружья для подводной охоты
При проектировании нового пневматического ружья всегда встает вопрос выбора диаметра ствола. Как правило, диапазон применяемых стволов колеблется от 9 до 13 мм. Возникает законный вопрос: «Какой же диаметр «самый правильный»? Почему стволы такие разные?». Напрашивается и весьма ехидный вариант ответа: все дело лишь в имеющемся в данный момент у производителя типоразмере трубы.
Ни в коем разе не претендуя на истину в последней инстанции, рискну все же осветить этот вопрос. Который далеко не так прост, как кажется на первый взгляд. При этом, повторюсь, все нижеописанное отражает лишь мое собственное понимание вопроса.
В целом, изменение диаметра ствола в ружье влечет за собой весьма обширные изменения и всей остальной конструкции ружья. Потому целесообразно рассматривать зависимости различных свойств ружья от диаметра ствола.
Зависимость первая: соотношение объемов ствола и ресивера.
Изменение диаметра ствола влечет за собой изменение внутреннего объема ствола, а значит, и изменение отношения объемов ствола и ресивера. Как я уже описывал, соотношение объемов ствола и ресивера весьма заметно влияет на общую мощность выстрела ружья. Чем больше разница в объемах ствола и ресивера, тем мощнее получается ружье. Но с другой стороны, увеличивать эту разницу до бесконечности вряд ли стоит. Достаточно оптимальным является вариант, когда объем ресивера в 5-6 раз больше объема ствола. При дальнейшем росте разницы объемов прирост мощности выстрела уже мало заметен.
Зависимость вторая: прочность ружья.
Любое пневматическое ружьё конструктивно несёт в себе определенную опасность. Ведь оно, по сути, является баллоном со сжатым воздухом. Классический баллон того же акваланга выглядит вполне надежно (прочный, стальной, толстостенный, цельнолитой. ) чего не скажешь о ружье. Ведь в нашем ружье имеется несколько резьбовых соединений с резиновыми уплотнениями, выполненных в тонкостенных алюминиевых трубах. А если токарь еще и не очень аккуратно отнесся к своей работе, то резьбы могут быть выполнены как с биением, так и с неполным профилем резьбы. Все эти факторы могут очень сильно отразиться на надежности готового ружья. Его попросту, разорвет при закачке, или в процессе охоты. И дай Бог, чтобы дело обошлось без травм и увечий!
К чему я это все? А к тому, что выбор диаметра ствола влечет за собой и выбор рабочего давления воздуха внутри ресивера. Чем тоньше ствол, тем большим будет рабочее давление внутри ружья. Возьмем, к примеру, два ружья с разными диаметрами стволов. Первое — типичный «итальянский» пневмат со стволом 13 мм. А вторым пусть будет. да хоть бы и старый добрый гидропневмат РПС-3. Тот факт, что ружья разных систем, не должен нас пугать — мы интересуемся лишь давлением воздуха внутри них. У гидропневмата «поршнем» является сам гарпун, а он имеет диаметр 9 мм — его и будем вводить в расчеты.
Так как поршень «итальянца» в 2,1 раза (132 кв.мм против 63 кв.мм) больше по площади чем гарпун отечественного гидропневмата, то и давление внутри ресивера РПС-3 всегда будет больше в те же 2,1 раза. При одинаковом, понятное дело, усилии заряжания. Для примера — при усилии на гарпуне в 25 кг., внутри «итальянца» будет лишь 19 атмосфер, а внутри родного РПС-3 — все 40 атмосфер.
Думаю, вы уже поняли, к чему я веду — ружья, рассчитанные на более высокие внутренние давления, должны иметь и более прочную, надежную конструкцию. Равно как и более точное, качественное изготовление. При этом — и большую толщину стенок труб (ресивер, ствол). Да и само качество (прочность) материала тех же труб на ствол и ресивер тоже должно быть не худшим..
С другой стороны, ружья со стволами в 12-13 мм, вследствие меньшего рабочего давления, гораздо менее требовательны ко всему вышеуказанному. Можно использовать легкие, тонкостенные трубы из низкосортного материала, пластиковые заглушки, полученные методом дешевого литья. Что мы и наблюдаем в современных импортных пневматах — там кроме ствола и ресивера, все остальное — дешевая литая пластмасса!
Таким образом, применение тонкого ствола в ружье, обязывает вас к более тщательному подбору материалов, расчету прочности, проработке конструкции.
Зависимость третья: плавучесть или маневренность?
Определитесь, какое качество будущего ружья вам важнее:
1 — длинное, преимущественно заднеручечное ружье (65см — 120см), используемое на дальних дистанциях, имеющее умеренно «толстый» ресивер (34 -36мм), при этом имеющее АБСОЛЮТНО нулевую плавучесть под водой. Естественно, с гарпуном! Чтобы держа ружье перед собой, не приходилось из за усталости кисти руки, класть его на грунт (траву), или держать не за рукоятку а за ресивер. И потом, при неожиданном появлении рыбы, истерически пытаться его перехватить, поднять, и прицелиться. Естественно, своим психозом пугая рыбу. Такое ружье можно положить рукояткой на раскрытую ладонь, и наблюдать как передняя часть ружья, вместе с гарпуном, висит горизонтально в воде, не собираясь ни тонуть, ни всплывать. Это — идеальная балансировка ружья для «засадной» охоты! Хоть на кефаль, хоть на сазана — толстолоба по чистой воде.
2 — короткое, преимущественно среднеручечное ружье с тонким (20-25мм) ресивером. Если же заднеручечное — то не слишком длинное. Не беда, что ружье с гарпуном имеет приличную отрицательную плавучесть. При малом диаметре ресивера иначе и невозможно! Такому ружью не очень подходит задняя ручка — слишком сильно будет уставать кисть руки. Зато, благодаря средней ручке и тонкому ресиверу (малая парусность. ) его можно моментально развернуть вслед вывернувшемуся из мутной воды сазаньему боку, и быстро, навскидку, выстрелить в угон! Одним словом, маневренность ружья тут превыше всего. Кстати, некоторые владельцы подобных ружей, в попытках заставить его поплыть навешивают на него всевозможные поплавки — пенопласт, неопреновый «чулок»,утеплитель от сантехники. При этом теряя основное свойство подобного оружия — высочайшую маневренность и, благодаря тонкому ресиверу — довольно удобную прицельность «навскидку». Получается ни то, ни сё.
Если вас прельщает первый тип подводного оружия, то ваши конструкторские изыскания скорее всего приведут вас к следующей схеме: дюралевый «несущий» ствол диаметром 12-13мм., тонкостенный (0,8-1мм, а то и тоньше!) дюралевый же ресивер диаметром около 32-35мм., тонкий (7 мм а то и тоньше) гарпун. При этом именно большой диаметр ствола, благодаря низкому давлению воздуха в ружье, даст возможность применить тонкостенный (лёгкий!) ресивер. Все эти меры и обеспечат нулевую плавучесть заряженного ружья.
Ну а если вам по нраву второй вариант ружья, то толстый ствол вам противопоказан! По той простой причине, что в паре с тонким (20-25мм) ресивером он даст очень уж невыгодное соотношение объемов! Перепад давления в начале и конце зарядки гарпуна будет уж очень большим! Что и «отгрызёт» порядочную часть КПД. Единственный ваш выбор при подобном жестком лимите диаметра ресивера — выбирать для него и ствол минимально возможного диаметра. Для классической схемы пневмата, я бы все же не советовал применять ствол тоньше 10 мм. при гарпуне 7-8 мм. (будет очень непросто осуществить демпфирование поршня). Если хочется уж совсем минимального диаметра ресивера — обратите свой взор на беспоршневые ружья. Ну или на гидропневматы. Благодаря малому диаметру поршня (тут сам гарпун является поршнем!) подобное ружье можно собрать и на совсем тонком ресивере.
Зависимость четвертая: надежность работы демпфера поршня.
В классическом пневморужье всегда существует проблема демпфирования поршня. В конце своего рабочего хода он разгоняется до весьма высоких скоростей. Примерно до 30 метров в секунду. Если позволить ему жестко ударяться в переднюю заглушку ружья, он скорее всего разрушится. А если он достаточно тяжелый, то разрушит и то место, по которому будет бить. Наиболее разумным способом уменьшения силы удара надо признать попытки уменьшить саму массу поршня. И тут, понятное дело, вне конкуренции капролоновые поршни. Причем, даже цельнокапролоновые!
Капролоновый поршень — это хорошо, но полностью проблему демпфирования так решить нельзя. (Хоть это утверждение и спорно — примеры долгой работы «бездемпферных» ружей с цельнокапролоновым поршнем есть). Все равно требуется дополнительная схема смягчения удара. На сегодняшний день есть 2 основных способа демпфирования: ударный, через демпферную втулку, и гидродемпферный. Встречается и их сочетание.
Независимо от системы демпфирования, она требует разницы в диаметрах гарпуна и поршня. Именно в эту разницу диаметров и «втискивается» демпфер поршня. Причем, надо заметить, что для гарпуна с утолщенным хвостовиком ( читай — гарпуна с задней привязкой) эта разница должна быть еще больше.
И тут мы сталкиваемся с проблемой: если площадь контакта поршня с демпфером ( разница диаметров D1 и D2) слишком мала, материал поршня (капролон) начинает разрушаться. Происходит это не сразу, но постепенно передняя часть поршня все больше и больше «обкусывается» втулкой демпфера. Одним словом, поршень превращается в расходный материал, требующий частой замены. Согласитесь, вряд ли этот путь можно признать верным. Заметно лучше работает в этих условиях титановый поршень, но у него свои недостатки — сильно царапает ствол, очень агрессивен в плане коррозии, да и шума от него очень много. Кроме того, в итоге и титановый поршень частенько ловит «клин». Так что более правильным является все же наличие достаточной «контактной» площади при встрече поршня с демпфером.
В случае использования гидродемпфера проблемы остаются те же. Слишком малая разница диаметров ствола и гарпуна влечет за собой необходимость использования очень малого «демпфирующего» объема воды. А слишком малый объем воды ставит очень жесткие требования к точности зазоров для выхода воды. При несоблюдении зазоров у нас будет иметь место или жесткий гидроудар, грозящий разрывом капролонового поршня (отрывается его носик), или слишком слабое демпфирование, и как следствие все тот же жесткий удар, но уже вполне «материальный» — поршнем по передней заглушке. Причем, я тут не столько о точности изготовления деталей на фазе изготовления ружья, сколько о почти неизбежном отклонении диаметра и формы поршня со временем. Износ, микроразбухание капролона от масла и прочие причины могут полностью изменить работу такого гидродемпфера со временем. С другой стороны, при достаточно больших «рабочих» зазорах вышеуказанные явления никак не отразятся на работе ружья. А «большие», а вернее достаточные зазоры, как вы понимаете, возможны лишь при достаточной же разнице диаметров гарпуна и ствола.
Если говорить о всем этом чисто практически, то я бы дал такие рекомендации:
а) для ствола в 10 мм: достаточная надежность получается при 7мм гарпуне, в случае наличия утолщенного хвостовика (задняя привязка). А вариант с 8мм гарпуном возможен, увы, лишь при передней привязке (читай — гарпун без утолщенного хвостовика).
б) полноценная беспроблемная работа «заднепривязного» 8 мм гарпуна возможна в стволе от 11 мм. При стволе 12 мм такое ружье будет отличаться «неубиваемой» работой и долговечностью демпферных систем.
Зависимость пятая: объем «паразитной» воды, выбрасываемый при выстреле :
Я намеренно этот пункт поставил на пятое место :). Обычно все споры по выбору диаметра ствола крутятся именно вокруг этого пункта. Я же не считаю его самым главным. Попробую объяснить свою точку зрения.
Но сначала — немного теории. Просто, чтобы несведущий читатель понял о чем тут идет речь.
В пневматическом ружье «традиционной» схемы ствол всегда имеет больший диаметр, чем гарпун. Запас диаметра ствола нужен конструктивно для «пропуска» через переднюю заглушку утолщенного хвостовика гарпуна и для нормальной работы демпфера поршня. И то и другое требует «дополнительного» диаметра ствола.
Раз у нас имеется пустое пространство между гарпуном и стенкой ствола, то очевидно, что в заряженном ружье туда заходит вода. Ну заходит и заходит, нам то что? А то, что этот объем воды при выстреле выстреливается вместе с гарпуном. И на это тратится определенная энергия. Получается что вместо ружья у нас в руках еще и бесполезная «брызгалка» отбирающая часть мощности у гарпуна. Естественно, возникает желание уменьшить количество этой «лишней» воды в стволе, а то и вовсе от неё избавиться. Уменьшение диаметра ствола — вполне понятное решение в этом смысле.
Но, вернемся к нашим баранам, в смысле к классическому пневмату. Попробуем разобраться, насколько велики потери на выбрасывание из ствола слоя воды между гарпуном и стенками ствола. Условимся, что потери мощности делятся на 2 типа: баллистические (разгон воды при выстреле) и гидравлические (обусловленные вязкостью воды, силами трения об ствол и гарпун, потери на изменение направления движения струи и т.д. и т.п.). Первый тип потерь легко поддается подсчету. Примем для простоты длину хода поршня равной длине гарпуна, зададимся рядом диаметров стволов и гарпунов, вспомним удельный вес воды и нержавейки. и получим ряд значений потерь мощности на разгон воды. А также не забудем, что вода, в отличие от гарпуна, вещь не жесткая, и, уже вылетевшая из сливных отверстий, она в разгоне больше не участвует. Поэтому в конце «рабочего» хода поршня присоединенная масса воды стремится к нулю. В то же время масса гарпуна постоянна.
Вот например, результаты для нержавеющего гарпуна диаметром 7 мм. при разных стволах:
13 мм ствол — 12 процентов потерь
12 мм ствол—10 процентов потерь
11 мм ствол- 7,5 процентов
10 мм ствол- 5,5 процентов
9 мм ствол- 3,5 процентов.
В реальной жизни длина гарпуна всегда заметно больше длины хода поршня. Гарпун ведь обычно торчит из ружья сантиметров так на 15. А раз так, значит высота «столба» выталкиваемой воды тоже будет меньше на 15 см. К чему это ведет? Да к тому, что значения потерь можно смело уменьшать на четверть. (для ружья 600 мм.). И получится у нас теперь такой вариант:
13 мм ствол — 9 процентов потерь
12 мм ствол— 7,5 процентов потерь
11 мм ствол- 5,5 процентов
10 мм ствол- 4 процента
9 мм ствол- 2,5 процента
И вот теперь можно глядя на эти цифры почесать затылок и крепко задуматься: «А стоят ли 3-4% мощности перехода на тонкие стволы?» Тем более, что тонкий (9-10 мм) ствол изрядно уменьшает надежность ружья в целом. Повышая к тому же требования к качеству материалов и точности изготовления деталей (особенно при гидродемпфировании поршня). Я вовсе не отговариваю, нет! Я лишь обращаю ваше внимание на то, что речь идет о 3 — 4 процентах!! Вы сможете прочувствовать разницу в работе двух ружей с 75% и 79% кпд? очень сомневаюсь.
Справедливости ради замечу, что и сам видел немало ружей со стволами 12-13 мм, имеющих откровенно слабый бой. Но причина там была вовсе не в диаметре ствола, а все в тех же банальных «сливных» отверстиях, площадь и количество которых были катастрофически недостаточны! Ибо эта проблема способна отнять у ружья и все 50% мощности. Зато и лечится она просто — сверло, дрель и 5 минут работы!
На этом окончим рассуждения о баллистических потерях из за выброса воды из ствола. Впереди самое интересное — гидравлические потери. Причем настолько интересное, что я решил вынести это дело в отдельный подзаголовок:
Зависимость шестая : эти загадочные силы вязкости и прочая гидродинамика.
У Вас никогда не было дома проигрывателя грампластинок? Именно виниловых дисков а не лазерных? Если был, то вы знаете, как важно было плавно опустить иглу на вращающуюся пластинку. Помните там был такой рычажок? При его резком опускании, держатель иглы не падал резко на диск, а плавненько так, секунд за 5, опускал нежную иглу на диск. А знаете как устроен механизм этого «плавноопускателя»? До смешного просто: штырь, поступательно двигающийся во втулке, вот и вся механика. Основной секрет там в наличии вязкой смазки и крайне малом зазоре в паре «штырь- втулка». Природа сил вязкости такова, что именно при малых зазорах трение возрастает многократно. Если этот узел выполнить с большими, чем надо, зазорами, игла не будет плавно опускаться на грампластинку. Она будет просто падать.
Причем тут ружьё, спросите вы? Еще как причем! Присмотритесь повнимательней к картинке: ведь это же оно, родимое! Гарпун внутри ствола, и между ними слой воды! Вода имеет вполне определенную вязкость (сильно увеличивающуюся с падением температуры, кстати), зазор, заполненный водой, имеет вполне определенные размеры.
Увы, я не работник советского ЦАГИ или американской NACA и потому не смогу перед вами вывалить ворох продувочных данных по замерам сил вязкости в условиях тонкой щели. Повторюсь, увы! Но существует мнение, укладывающееся в стандартный курс гидродинамики, что при наличии слишком малого зазора между гарпуном и стволом, и наличии высокой скорости потока жидкости в зазоре (а у нас — под 30 метров в секунду) — потери на вязкостное трение становятся неоправданно велики! Велики настолько, что более выгодным становится применение больших зазоров (несмотря на дополнительную массу воды в них). А значит, в нашем случае — переход на больший диаметр ствола.
Более того, одна известная фирма (Mares, кажись) запатентовала допустимые соотношения диаметров стволов и гарпунов. За пределами допусков потери неоптимальны.
Косвенно, вышеизложенное подтверждается и моим личным субъективным опытом: при переходе со стволов 10мм. на 12мм. разница в силе боя оказалась как то не особо заметна, при прочих равных условиях. Осознав это, я стал лично себе делать ружья со стволом 12 миллиметров. Просто потому, что ружьё получается легче (плавучее) и конструктивно надежнее.
1 — Вопрос расчета потерь мощности требует серьезных экспериментальных уточнений и проработок. Физика выстрела ружья в водной среде почти неизвестна и состоит практически из одних «белых пятен». Доверять же можно, на сегодня, лишь практическим сравнительным экспериментам. Но для этого нужны одинаковые условия испытаний, достаточное количество измерительной аппаратуры, и весьма большое количество ружей, спроектированных и собранных ТОЛЬКО для этого эксперимента. Ведь они должны быть абсолютно подобны, кроме одного единственного параметра, который и будет изучаться. Если же пытаться теоретизировать на эту тему, то очень легко ошибиться. Кому нужна многоэтажность дифференциальных уравнений и формул, если в них не заложены ВСЕ физические силы, действующие в ружье? А их, этих сил, похоже, немало, причем — и малоизвестных, и не известных вовсе.
Работы разных уважаемых мною людей, опубликованные в разных источниках почти не имеют под собой экспериментов — исследований. И в этом их главная проблема. Там присутствует порой весьма серьезная математика, но одной ее недостаточно без большой базы экспериментальных данных и понимания всех тонкостей процесса. Просчитываются некие «идеальные» процессы, далекие от жизни.
Что же нам остается? На сегодняшний день, увы, лишь субъективные оценки того или иного ружья, полученные из практики «общения» с ним. Причем, мнение людей, имеющих одно-единственное ружье нам почти бесполезны. Им попросту, не с чем сравнивать. К тому же, как говаривал еще Остап Вишня, есть лишь два типа ружей: твои и «бревна». Где вы видели объективного охотника или рыбака? Если же вы решились довериться мне — то все выше написанное — это моё субъективное мнение. Некоторый налет «объективности» ему придает тот факт, что я успел сделать и испытать весьма много разных схем ружей, при одинаковом к ним отношении.
2 — А вот что касается надежности работы будущего ружья — тут все просто. Достаточный запас диаметра ствола вполне обеспечит долгий срок работы ружья. Но при этом не забудьте насверлить побольше отверстий для выхода воды в передней заглушке.