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.

Схема демфирования поршня пневматического ружья для подводной охотыВ 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.

Паразитный объем воды в стволе пневматического подводного ружьяВ 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.

Схема возникновения вязкостного трения в стволах подводных ружейУ 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.

Выводы:

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.

Статьи о Ружьях для подводной охоты



Ваши комментарии