طبیعت تفنگ بادی فنری
طبیعت تفنگ بادی فنری
تفنگ بادی فنری
پروفسور مایک رایت
در بخش اول این مقاله، من تحقیقات درباره تفنگ بادی فنری را به حل یک پازل پیچیده که شما خیلی از شکل تکه‌ها مطمئن نیستید، تشبیه کردم. سپس سعی کردم توضیح بدهم که بخشی از تکه‌های جداگانه علم که تکه‌های پازل را تشکیل میدادند، دقیقا چه شکلی بودند. در این بخش دوم ما تلاش می‌کنیم چند قطعه را کنار هم بگذاریم و نگاه دقیق‌تری به مشکلات ریشه‌ای که حالا من و جیم تیلور مطمئن هستیم که در عمق عملکرد فنر قرار گرفته، بیندازیم.
اگر ما سفت و سخت به این تفکر که خروجی انرژی تفنگ بادی فنری تقریبا به طور کامل توسط فاصله ضربه پیستون بین انتشار ساچمه و پرش پیستون تعیین میشود، به دنبال آن این مطرح میشود که تنها راه فهمیدن فرآیندهای تبدیل انرژی در فنر کسب درک و فهم از هر یک از این پدیده‌ها است.
در بسیاری از مشکلات مهندسی، راه طبیعی بهم دوختن فرآیندهای فیزیکی جداگانه، مدل سازی ریاضی دامنه زمانی که یک تصویر کلی از سیستم تعاملی ارائه میکند، است. این یک رویکرد قدرتمند است که می‌تواند برای سیستم‌های خطی فوق‌العاده پیچیده بسیار جواب‌گو باشد، اما برای یک فنر معمولی خیلی کارا نیست چرا که آنها فرآیندهای بسیار غیرخطی هستند. رفتار هوا توسط معادلات ناو استوک که به طور کلی غیرقابل حل هستند، توصیف شده‌است. موسسه ریاضیات کلی می‌گوید،« اگرچه این معادلات در قرن نوزدهم نوشته شده‌اند، فهم ما از آنها حداقل باقی مانده‌است. چالش ما یافتن فرآیند جایگزینی نسبت به یک نظریه ریاضی است که رازهای پنهان‌شده در معادلات ناو-استوک را برملا کند. » موسسه برای اولین فردی که موفق به
حل مشکل بشود، یک جایزه یک میلیون دلاری درنظر گرفته‌است، برای همین من خیلی درباره اینکه در تلاش‌های خودم در مدل سازی دامنه زمانی به جاهای خاصی نرسیدم، احساس ناتوانی نمی‌کنم.
رویکرد دیگر تلاش برای فهم اینکه در طول شلیک چه اتفاقی برای اجزای مختلف انرژی همین‌طور پیستون و فرآیند ساچمه درطول محور حرکتشان رخ میدهد، می‌باشد. البته منبع همه انرژی فنر خود فنر ، مسیر اتصال بین دو محدوده حرکت مخرج انتقال است و متوسط معمول انتقال انرژی هوای متراکم شده در لوله تراکم و لوله تفنگ است. پس ما میدانیم باید در کجا جستجو کنیم. بیایید با نگاهی به فنر شروع کنیم.
انرژی بالقوه فنر و پرش پیستون
همانطور که در مقالات پیشین توضیح دادم، انرژی ذخیره شده در فنر اصلی به سختی فنر، مقداری که آن جمع‌شده است (ضربه) و درجه میزان پیش بارگذاری تفنگ. وضعیت انرژی بالقوه جمع‌شده در فنر یا منتقل شده توسط آن در شکل شماره یک خلاصه شده‌اند. جعبه فرمول سیاه این شکل انرژی ذخیره شده اولیه در فنر، پیش از چکانده شدن ماشه را نشان میدهد. اگرچه پیش بارگذاری انرژی کلی ذخیره شده در فنر را افزایش میدهد، همه این انرژی به هوای متراکم به عنوان انرژی در دسترس منتقل نمی‌شود چرا که در انتهای فشار پیستون، انرژی پیش از بارگذاری همچنان در فنر ذخیره شده‌است. شکل شماره دو نشان میدهد که چگونه سختی موردنیاز برای مقدار داده شده انرژی کل یا انرژی در دسترس با میزان پیش بارگذاری متغیر است. برای مثال، اگر فنر تا بیست درصد کشیده‌شود، سختی موردنیاز فنر تنها هفتاد درصد مقدار موردنیاز برای یک فنر بدون پیش بارگذاری است. پس ما می‌توانیم سختی فنر پیش بارگذاری شده را مبادله کنیم و از یک فنر نرم‌تر با همان میزان انرژی خروجی استفاده کنیم؟ پاسخ این است که بله می‌توانیم، اما مزیت اصلی پیش بارگذاری بیشتر در روشی که آن کارآیی انتقال انرژی را بهبود میدهد نهفته است تا اینکه به سادگی در میزان انرژی بالقوه در فنر ذخیره شده‌باشد.
به شکل شماره سه که مقدار انرژی ذخیره شده توسط فنر اصلی در نقاط مختلف ضربه پیستون را نشان میدهد، نگاه کنید. نیمه پایینی شکل شماره سه یک مدل زوم کرده گراف بالایی است، که روی بخش آخر ضربه پیستون و هر دو بخش منحنی های درآمده از جعبه فرمول آبی در شکل یک تمرکز میکند . فهم آن آسان است فنر بیشتر پیش بارگذاری شده مقدار افزایش‌یافته‌ای از انرژی بالقوه نسبت به انتهای ضربه پیستون را ذخیره می‌کنند. اما چه چیزی که درباره انرژی ذخیره‌شده بسیار اهمیت دارد، حتما ما باید بر روی انرژی منتقل شده (جعبه قرمز رنگ شکل 1) تمرکز کنیم؟ درحقیقت این انرژی ذخیره شده است که کارآمدی ضربه پیستون را تعیین میکند.
برای مثال تصور کنید که یک پیستون مجهز به یک فنر از پیش بارگذاری نشده باشد که بوسیله فشار هوا در جلوی پیستون متوقف شده باشد، در 95% ضربه. (پیستون در حرکت رو به جلوی خود 95% پرش میکند.) سپس ما باید این سوال را مطرح کنیم که، « فنر از پیش بارگذاری شده کی می‌پرد؟» برای یک فنر با 30% پیش بارگذاری، همانطور که در شکل شماره 3 می‌توانیم ببینیم، فنر همچنان حدود 7% انرژی بالقوه اولیه خود را در ضربه 95% حفظ میکند هنگامی که فنر از پیش بارگذاری نشده عملا تمام انرژی خود را از دست داده‌است. پیش از آنکه اجزای پیستون بتوانند آرام بگیرند، این انرژی اضافی باید توسط هوای مقابل مهر پیستون جذب شود. به‌طور مداوم پیستون به اندازه لازم برای ایجاد این برخورد کش می‌یابد. به عبارت ساده، پیش بارگذاری فنر اصلی شروع پرش پیستون را به تاخیر می‌اندازد، و در نتیجه آن ضربه پیستون مفید اضافه میشود و انرژی خارج شده از ساچمه افزایش می‌یابد.
معیار بازگشت پیستون
حالا که به نقش انرژی حفظ‌شده فنر نگاهی انداخته‌ایم، بیایید به سمت این برویم که ببینیم انرژی منتقل شده توسط فنر در حقیقت چگونه استفاده میشود. در طول ضربه پیستون، هم پیستون و هم ساچمه در حال حرکت هستند و در نتیجه هر دو از انرژی جنبشی کل استفاده می‌کنند. شکل شماره 4 نشان میدهد که چگونه این انرژی بین پیستون و ساچمه در هر لحظه چرخه شلیک پخش میشود بدون در نظر گرفتن اصطکاک، ترکیب این انرژی‌های جنبشی به اضافه کار کلی که روی هوای متراکم انجام‌شده، باید با انرژی رها شده توسط فنر برابر باشد. انرژی منتشر شده از آن در جعبه آبی شکل 5 آمده‌است. در لحظه برگشت پیستون، پیستون ایستا است و شاخص پرش پیستون در نتیجه در جعبه قرمز رنگ شکل 5 آمده‌است. اگر این معادله حل شود، شرایط پرش پیستون در موقعیت ضربه، پیش بارگذاری و پیستون و سرعت ساچمه را ارائه میکند. شناسایی تمام شرایط درگیر به غیر از کاری که روی هوا انجام میشود، آسان است.
پس، بیایید نگاهی ابتدایی به اینکه در طول ضربه پیستون چه اتفاقی برای هوا می‌افتد بیندازیم.
رفتار هوا
زمانی که ساچمه رها میشود، هوای جلوی پیستون در درگاه انتقال به جریان می‌افتد و ساچمه را در طول لوله حرکت میدهد. در ابتدا، سرعت جریان مافوق صوت است و براساس قانون جریان برنولی انرژی بالقوه در فضای متراکم به انرژی جنبشی در هوای در جریان و ساچمه در حال شتاب‌گیری تبدیل میشود.
این سیستم جریان ساده تا زمانی که مخرج انتقال در زمانی که سرعت جریان هوا به سرعت صدا برسد خفه‌کند، ادامه دارد و سرعت حقیقی صوت ( 1 ماخ) در درگاه انتقال از اندازه معمول 343 متر بر ثانیه در دمای 20 سانتی‌گراد بسیار متفاوت است چرا که هوا دمای بسیار بالاتری دارد. سرعت صوت در یک بخار ایده‌آل تنها ذره‌ای از دمای آن است و به فشار یا اندازه بستگی ندارد. برای هوا می می‌توانیم به سادگی سرعت صوت را به وسیله ضرب مجذور دمای هوا برحسب درجه کلوین در عدد بیست بدست بیاوریم. بنابراین، برای یک هوای متراکم در لوله با دمای 750 درجه سانتی گراد که دما به کلوین 1023 درجه میشود، سرعت صدا چیزی حدود
20*32=640 متر بر ثانیه خواهد بود. در نتیجه، سرعت جریان بسیار کمتر از این خواهد بود، چراکه درجه جریان به وسیله سرعت ساچمه محدود خواهدشد. در حالیکه ساچمه شتاب می‌گیرد، سرعت جریان هوا به 1 ماخ نزدیک میشود و درگاه انتقال فنر خفه میکند. زمانی که اختناق اتفاق می‌افتد فشار هوا، تراکم و دما به اندازه‌ای که مورد نیاز است تا ادامه روند جریان را در خروجی دهانه حفظ کند پایین می‌آیند. هنگامی که دما افت پیدا میکند، سرعت صدا نیز کم میشود، درنتیجه جریان صوت در درگاه انتقال حفظ میشود.
من سعی کردم تا این را در شکل 6 نمایش دهم که اثرات خفگی بر فشار، تراکم و دما را نشان میدهد. منحنی صاف قرمز نوع تغییر را نشان میدهد، در حالی ک هنقطه‌چین‌های سیاه رنگ نوع تخمین تقریبی را که من در محاسبات استفاده کردم، نشان میدهد. اینها در مسائل عملی به چه معنا هستند؟ مشخصا هرچه قطر دهانه انتقال بزرگتر باشد، تا زمانی که پیستون بپرد، هوا سریع‌تر خالی میشود که در آن نقطه فشار وارده از بین رفته و حتی ممکن است اثر منفی داشته باشد. هرچه سریع‌تر هوا از محفظه تراکم خارج شود، پیستون می‌تواند سریع‌تر رو به جلو جرکت کند تا انرژی ذخیره شده د هوا اینقدر کافی باشد که فشار ایستای کافی برای جلوگیری از حرکت روبه جلوی پیستون و فنر را بگیرد. مخلص کلام این است که هرچه هوا سریع‌تر خارج شود، نقطه پرش در چرخه پیستون عقب‌تر خواهد بود. اگر همه چیزهای دیگر برابر باشند، این باید به انرژی بیشتر برای رسیدن به تعبیر شود. شکل هفت نتایج آزمایشات انرژی دهانه لوله تفنگ را با قطرهای دهانه انتقال مختلف نشان میدهد.مخرج انتقال تنفگ خاصی که برای این آزمایش استفاده شد با در ترکیب طولی حدود 30 میلی‌متر به طور غیرمعمولی طولانی بود. قطر خارجی با قرار دادن چند صدا خفه‌کن درست شده از بیرون آوردن پیچ های کوچک استاندارد ام5 از 5میلی‌متر تا 2 میلی‌متر تغییر کرد. از دید آزمایشی، مزیت این چینش خاص این است که اندازه تغییر دهانه زمانی که صدا خفه کن تغییر میکند، تغییر بسیار کمی میکند. این به معنای آن است که انرژی دهانه لوله تفنگ تنها تحت‌تاثیر تغییر در موقعیت پرش پیستون قرار می‌گیرد نه با تغییر اساسی در نقطه آزاد شدن ساچمه. همان طور که شکل هفت نشان میدهد، بین انرژی دهانه لوله تفنگ و قطر صداخفه‌کن یک همبستگی قوی وجود دارد، اگرچه شکل این طوری که من انتظار داشتم نیست. (کاهش انرژی دهانه لوله تنفگ بین قطر 3 میلی‌متر و 2میلی‌متر کمتر از مقدار مورد انتظار است اما این ممکن است به خاطر طرز رفتار موج‌های شوک در دهانه صدا خفه‌کن باشد، اما راستش را بخواهید، واقعا هنوز نمی‌دانم.)
نگاهی سرسری به شکل شماره 7 ممکن است ما را به این نتیجه برساند که هرچه قطر دهانه انتقال بیشتر باشد، بهتر است،؛
اما به طور کلی، قضیه این نیست چراکه باز شدن یک دهانه انتقال موازی روی همه طول آن همچنین میزان هوای قابل تراکم پیش از رها کردن ساچمه را نشان میدهد، برای همین نقطه انتشار ساچمه به تاخیر می‌افتد و فاصله بین انتشار ساچمه و پرش پیستون را کاهش میدهد. منطق به ما می‌گوید که با تشکر از این دو پدیده خنثی کننده، برای ترکیب داده‌شده پارامتر های طراحی تفنگ باید برای اندازه دهانه انتقال یک اندازه بهینه وجود داشته‌باشد. درحقیقت، کاردیو ها که در آزمایشات تفنگ های خود متوجه شدند که انرژی دهانه لوله تفنگ از هر طرف برای قطرهای مخرج انتقال به اندازه 1/8 اینچ (1 اینچ: 2.54 سانتی‌متر) کاهش می‌یابد در مقاله “تفنگ بادی از ماشه تا هدف” این را مشخصا به رسمیت شناختند برای تعیین اندازه ایده‌آل مخرج انتقال، موقعیت پیستون هم برای انتشار ساچمه و هم برای پرش پیستون باید به طور همزمان بهینه‌سازی شود. من در بخش آخر این مقاله در ماه آینده دراین مورد بحث خواهم کرد. در این بین، بیایید سعی کنیم و اصول زمان‌بندی و چیزی را که درباره توزیع انرژی میدانیم اجرا کنیم تا یکی از رموز دیرینه رفتار فنر را توضیح دهیم: ساچمه سبک در مقابل ساچمه سنگین و لوله تفنگ 0.177 دربرابر 0.22
اثر وزن و کالیبر ساچمه
هرچه محوطه قرار گرفته در معرض جریان هوا بزرگتر باشد، هوا سریع‌تر از محفظه تراکم خارج شده و نقطه پرش پیستون در ضربه پیستون بیشتر خواهد‌بود. هرچه پرش پیستون دیرتر باشد، انرژی بیشتری به ساچمه داده خواهدشد و مقدار انرژی ذخیره‌شده در سطح مطلوب هوای جلوی پیستون پایین‌تر است. این انرژی ذخیره‌شده در هوا است که در حرکت‌دادن پیستون به عقب و تفنگ رو به جلو تفنگ در موجی که همه ما از آن آگاه هستیم، دخیل است. مخرج انتقال از این جهت بسیار اهمیت دارد اما در انتها سرعت جریان هوا توسط سریع ساچمه در لوله، محدود میشود. درنتجیه، برای یک کالیبر معین و یک ساچمه سبک‌تر و در نتیجه سریع‌تر انرژی دهانه لوله تفنگ بالاتر و موج تفنگ کمتری از یک ساچمه سنگین‌تر تولید میکند. به همین دلیل است که شلیک تفنگ‌های فنری معمولا با ساچمه‌های سبک‌تر رضایت‌بخشی بیشتری دارند تا ساچمه‌های سنگین‌تر.
بسط طبیعی این مبحث این سوال است که «چرا تفنگ‌های بادی فنری در کالیبرهای بزرگتر کارآیی بیشتر و پایداری کمتری در ایجاد جریان دارند؟» دلیل آوردن برای این در اصل یکی است. سطح مقطع یک لوله تفنگ 0.22، 54% از سطخ مقطع یک لوله تفنگ 0.177 بزرگتر است. بنابر این اگرچه سرعت ساچمه0.22 حدود یک سوم کمتر از سرعت ساچمه 0.177 خواهد بود، کالیبر بزرگتر درجه جریان هوایی حدود 15 تا 20% بالاتر خواهد داشت که موجب نقطه پرش عقب‌تری برای پیستون و افزایش همزمان کارآیی به همراه کاهش موج تفنگ خواهد شد.
“اصل زمان بندی ” به نظر هم در توضیح اینکه تفنگ‌های بادی فنری واقعا چگونه کار می‌کنند و هم در حل بعضی از رموز دیرینه این جز بسیار گول‌زننده ساده تفنگ‌های بادی بسیار موثر است. در بخش بعدی این مقاله ما کمی بیشتر در عملکرد مخرج انتقال و اینکه چه اتفاقی در طول مسیر هوا در تفنگ می‌افتاد، سرک می‌کشیم. در این بین جیم به شدت درگیر کندوکاو موضوعات مشابه بوده‌است و شما میتوانید در همین شماره ببینید که چه‌چیزی پیدا کرده‌است. یافته‌های مستقل ما دقیقا با هم برابر می‌شوندو هر دوی ما یک چیز در ذهن داریم: قوانین پایه زمان‌بندی!
معمای دهانه انتقال
زمانی که پای عبوردادن هوا از سوراخ‌های کوچک در میان باشد، پروفسور مایک رایت یک لحظه پیروزی دارد.
در بخش دوم این مقاله که در نسخه آگوست منتشر شد،
این بخش جمع‌بندی خواهد بود و زمانی که دو ماه پیش آن را می‌نوشتم به راستی قصد من آن بود. اگرچه قرار بر این نیست که آن‌طور باشد .
حداقل یک بخش چهارم و شاید یک بخش پنجم هم در ادامه باشد. چطور؟
خب در هفته‌های مابین آنکه من بخش آگوست را می‌نوشتم، به لطف یک پای گچ‌گرفته بعد از تصادف موتورسیکلت، وقتی بیشتر از آنچه برنامه ریزی کرده‌بودم در خانه داشتم. درنتیجه، من وقت برای شرح و بسط مقاله‌ای را که سال گذشته درباره ترمودینامیک و تفنگ‌های پی‌سی‌پی نوشته‌بودم به یک کتاب چند فصلی داشتم.
مخصوصا می‌خواستم که همچنین به دریچه‌ها و تنظیم‌کننده‌ها نیز نگاهی بیندازیم و در طول آن چندین نکته مهم درباره گذر هوا از درون روزنه‌های تنگ دریافت شد. این منجر به یک لحظه پیروزی کوتاه ، مخصوصا نسبت به رفتار هوا در دهانه انتقال و مهم‌تر از آن تاثیر آن بر انتقال انرژی به ساچمه شد.اگر این نظریه اثبات شود، ممکن است توضیحی برای اینکه چرا تفنگ‌های پی‌سی‌پی در مقایسه با مورد ایده‌آل انبساط مشتقات گاز، به طور بسیار نسبی ناکارآمد است فراهم شود، بخشی از این به خاطر فیزیک است و بخشی دیگر مهندسی. من از یک متخصص ترمودینامیک (که خودم نیستم!) درخواست کرده‌ام که بخش فیزیکی را بررسی کند و قصد دارم که آن را ماه آینده در یک مقاله درباره پی‌سی‌پی ها بگنجانم، که در ادامه آن به تفنگ‌های بادی فنری برخواهم گشت.
در بخش دوم، ما به اثر قطرهای مختلف دهانه انتقال بین لوله تراکم و لوله تفنگ نگاهی انداختیم و نتیجه گرفتیم که باید دهانه انتقال یک اندازه بهینه داشته باشد تا حداکثر انرژی انتقال از هوا به ساچمه را تولید کند. این موضوع منجر به این سوال شد که
چه ترکیبی از پارامترهای دهانه انتقال ماکسیمم فاصله ضربه بین انتشار ساچمه و پرش پیستون را فراهم می‌کنند؟یک
چیز که باید در نظر گرفته‌شود، همانطور که ماه گذشته گفتم، به سرعت مشخص میشود: « باز شدن یک دهانه انتقال موازی روی تمام طول آن همچنین مقدار هوای قابل تراکم پیش از انتشار ساچمه را افزایش میدهد، درنتیجه انتشار ساچمه به تاخیر می‌افتد و فاصله بین انتشار ساچمه و پرش پیستون را کم میکند. منطق به ما می‌گوید که به لطف این دو پدیده باید برای یک ترکیب مشخص از پارامتر های طراحی تفنگ یک اندازه دهانه انتقال بهینه وجود داشته‌باشد. “
در حالیکه این درست است که افزایش اندازه دهانه انتقال نقطه انتشار ساچمه را به تاخیر می‌اندازد، به طول کلی این تاخیر، اگرچه ناچیز، اما برای توضیح تفاوت عمده بین تفنگ‌ها با طراحی دهانه درست نادرست ناکافی است. کسر یک تفاوت یک میلی‌متری در ضربه پیستون در نقطه انتشار ساچمه قابل توجه است، برای مثال، در تفنگ‌هایی که دهانه انتقال بسیار بزرگی دارند یا زمانی که ساچمه‌های بسیار کیپ داخل لوله را شلیک می‌کنند اما این تمام داستان نیست.
به دنبال آن، همچنین نیاز است که ما به انتهای دیگر ضربه پیستون نگاه کنیم و ببینیم در محدوده پرش پیستون چه اتفاقی می‌افتد.
زمانی که یک ساچمه از انتهای تفنگ رها میشود، رانده شده بوسیله هوای در جریان شروع به حرکت در طول لوله تفنگ میکند. درجه‌ای که هوا در آن می‌تواند در طول دهانه انتقال به جریان در بیاید، توسط سرعت ساچمه که در سیستم جریان هوا نقش سرپوش متحرک را ایفا میکند، محدود میشود. همانطور که ساچمه در طول لوله تفنگ حرکت میکند، میزان هوا در سیستم افزایش می‌یابدو دما و فشار افت می‌کنند. توجه به افت فشار آسان است. شاید فهمیدن افت دما کمی نامحسوس‌تر باشد، اما این افت دمای هوا در طول حرکت در طول لوله تفنگ است که کلید فهمیدن اتفاقی که می‌افتد را در دست دارد. در نتیجه انتشار انرژی اولیه هوای در حال افزایش، ساچمه انرژی جنبشی خود را به دست میاورد که بستگی به دمای آن دارد.
در اثر آن سیستم انرژی جنبشی مولکول‌های هوا (که به عنوان دما ثبت میشوند) را به انرژی جنبشی ساچمه تغییر میدهد یا اگر
شما دوست دارید بگویید، جابجایی انرژی جنبشی مولکولی در ساچمه!2 بدون این تغییر دما هیچ انتقال انرژی قابل صورت گرفتن نیست و هرنوع از شرح عملکرد تفنگ (که بسیار زیاد هستند) که بر اساس فرضیات ایزوترمال (دمای مداوم) صورت می‌گیرند، بی‌ارزش هستند.
شکل شماره یک گرادیان قابل توجه دما را که در یک تفنگ معمولی پیش می‌آید، نشان میدهد و آن به هیچ عنوان ثابت نیست!
حالا به سراغ دهانه انتقال می‌رویم. همان طور که در بخش دوم توضیح دادم، انتقال از سرعت مافوق صوت به
جریان صوتی در یک دهانه انتقال خفه‌کرده، توسط افت دمای بسیار سریع هوا و افت انرژی درونی همزمان با آن صورت می‌پذیرد.(شکل شماره 2) بدون در نظر گرفتن زیان ها، این کاهش در انرژی درونی می‌بایست توسط افزایش انرژی جنبشی هوا و ساچمه که با یک سرعت در لوله تفنگ حرکت می‌کنند متعادل شود. آیا این به ما نشانه‌ای میدهد که پدیده خفه‌کردن ممکن است در حقیقت درجه انتقال انرژی از هوا به ساچمه را، با وجود محدود کردن سرعت جریان هوا در دهانه انتقال، افزایش بدهد؟
خب، برای راهنمایی به شکل شماره 3 نگاه کنید. در بخش دوم برخی آزمایشات روی تفنگ هوایی که خروجی انرژی دهانه لوله تفنگ را در ازای قرار دادن قطرهای مختلف برای دهانه انتقال، اندازه گرفتم. نتیجه لوله تفنگ 0.22 (5.5 میلی‌متری) که من در آن آزمایشات استفاده کردم به همراه نتابج به دست آمده از آزمایشاتی مشابه برای همان اسلحه با لوله تفنگ 0.177 (4.5 میلی‌متری) ارائه شده‌اند. تفاوت‌ها بلافاصله مشخص میشوند، لوله تفنگ 4.5 میلی‌متری با یک دهانه انتقال 4.5 میلی‌متری حداکثر خروجی را داشت (احتمال اندازه بهینه 3.75 میلی‌متر است) درحالیکه لوله تفنگ 5.5 میلی‌متری در حداکثر 5 میلی‌متر بهترین نتیجه را داشت. کاهش انرژی دهانه لوله تفنگ برای لوله تفنگ با کالیبر کوچک‌تر با دهانه‌های بزرگتر، با افت حدود یک سوم از اندازه بهینه بسیار قابل توجه است. چرا؟
اصول زمان‌بندی و منطق ساده ما را به این نتیجه می‌رسانند که هرچه دهانه انتقال و در اثر آن جریان هوای درون دهانه سریع‌تر باشد، شروع پرش پیستون دیرتر و انرژی منتقل شده به لوله تفنگ بیشتر خواهد بود. با در نظر گرفتن اینکه سرعت جریان در طول دهانه کاملا سرعت جریان صوت است، این دقیقا درست است. زمانی که هم سرعت ساچمه و هم هوا به میزان بحرانی می‌رسند، دهانه انتقال خفه میکند و یک شاخص جدید وارد بازی میشود. این تا حدی مشخص است که برای دهانه های انتقال بزرگتر، خفه‌کردن در فاز صعودی ساچمه رخ خواهد داد. برای بهم اینکه این چه اثری دارد، نیاز است که ما کمی به مسائل فیزیکی که من سعی می‌کنم در ماه آینده بیان کنم، نگاه کنیم، اما در این بین اگر قطر دهانه انتقال زیادی بزرگ باشد و جریان را خفه نکند، سرعت نهایی ساچمه همراه با انرژی دهانه لوله تفنگ پایین می‌آید.
قطر درست دهانه انتقال می‌بایست انقدر بزرگ باشد که اجازه حرکت میزان کافی جریان را برای تثبیت موقعیت پرش پیستون تا جایی که ممکن باشد با تاخیر در چرخه شلیک بدهد، در همان زمان قطر باید به اندازه‌ای کوچک باشد که از خفه کردن سرعت صوت در طول فاز شتاب ساچمه برخوردار شود. من باور دارم که بازده این ترکیب قطر بهینه دهانه انتقال است که بستگی به کالیبر خواهد داشت.
فعلا، من با یک شبیه سازی شتاب ساچمه و سرعت هم برای یک تفنگ بادی فنری و هم برای تفنگ پی‌سی‌پی (شکل‌های شماره 4 و 5) براساس نظریاتی که تا به اینجای کار در مقالات ارائه‌شده، جمع بندی می‌کنم. همانطور که می‌بینید، در ظاهر جزییات بسیار متفاوت هستند، ساچمه در تفنگ بادی فنری بعد از طی کردن حدود هشت اینچ یا بیشتر ، به سرعت کامل میرسد. اما در تفنگ پی‌سی‌پی
ساچمه عقب می‌ماند. در منحنی های شتاب دلیل آن مشخص است، جایی که در تفنگ بادی فنری در اوایل حرکت ساچمه روند شتاب‌گیری بالاتر است . همه اینها برای بسیاری از خوانندگان آشنا به نظر خواهد رسید اما من دوست دارم دو سوال مطرح کنم، “آیا منحنی ها واقعا زمانی که محورهای افقی زیادی یا کم میشوند آنقدر نامشابه هستند؟” و ” اگر خفه کردن اتفاق نمی‌افتاد یک منحنی تفنگ بادی فنری چه شکلی بود؟” پاسخ ها را در یک کاغذ بنویسید و ماه آینده با شما خواهم بود.
شکل شماره 1: دمای هوا و موقعیت ساچمه
شکل شماره 2: افت دما در جریان سرعت صوتی دهانه انتقال
شکل شماره 3: انرژی دهانه لوله تفنگ و اندازه دهانه انتقال
شکل شماره 4: سرعت و شتاب ساچمه
شکل شماره 5: سرعت و شتاب ساچمه
