2021年08月24日

ピストンの計算の1 つり合い

バレル内の計算がよくわからないのでお勉強。

まずは簡単そうなところからひとつづつ確かめます。


ピストンをいっぱいに引いてから、
ノズルを指で塞いでピストンをゆっくり前進させると

おおよそ、このくらいの位置で止まりました。

これは、
スプリングが元の長さに戻ろうとする力と
空気を圧縮して上がった圧力によってピストンが受ける力が
つりあった状態。


図を書いたけど、上の画像とは左右が反対になってしまった。



ケーサン



計算だと40mmいったあたりでつりあうようなので、
ほぼ合ってる。
けど2mm違ってる。
ぴったしにはならないのかなぁ??

追記ーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
圧力の計算中の加速ポート分が間違ってました。
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ノズル分の体積を無視したからかも。。。


次は、これを運動方程式で解いて動きを見てみます。

つづく
  

Posted by C.A.M. at 20:34Comments(0)ARES M40A6バレル内の計算

2021年08月09日

玉の重さと初速 と バネとバレル内の計算

バレル内の計算がうまくいかないので、
データ採り。

まずは銃の諸元の測定
一番の要素はメインスプリング

スプリングの線径他を測定し、バネレートを計算。
確認として、コッキング時の引張力をハカリで計測します。
引きの時は大きく出るようで、
引き切った位置からコッキング位置までゆっくり戻す時の値が計算値に近いよう。

追記ーーーーーーーーーーーー
たぶん摩擦力の影響。
引くときはバネ力プラス摩擦力、
戻すときはバネ力マイナス摩擦力、
なんではないかな?
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同じM40でも、VFCとaresではバネレートが結構ちがいます。





玉の重さをいろいろに変えて
初速を測定しました。


aresのM40A6は給弾レールに28発ほどの玉が残ってしまうため、
玉種のヘンコーは大変です。
なので、銃を逆さにして、



各三発ずつを手詰め。



ボルトをコッキングしたら、銃を前のめりにして、チャンバーへと玉をころがします。


初速データは、タマモニでSDカードへ記録。



ケッカハッピョー


0.15gではどちらも同じくらいの初速ですが、
玉が重くなるにつれVFC M40A3の初速(初速エネルギ)の低下が目立ちます。

逆に、ares M40A6では玉が重くなると初速エネルギは高くなっていくみたい。
初速だけ見ていた時には気が付きませんでしたが、エネルギー計算してみたら0.36g以上はアウトです。
(うっかりしてましたが1Jまでokではなくて0.98Jまででしたね。)

もしも、0.50gとか0.88gとかいう玉が売っていたら
どうなっちゃうんでしょうね?????


(これは銃口初速なので、規制値の銃口後1mでの値には少し余裕があるはずです。
弾道計算によると0.48gBBで0.995J@0mは、0.966J@1.0mくらいのようです。
ぎりぎりセーフだったということでお願いします。
この後、即分解し初速を低くしました。→ インナーバレルをノーマルへ交換)


んで、
バレル内の計算なんですが、
どーにも、計算値の初速が高くなり過ぎてしまいます。
実測の2割以上は高い感じです。



なので、
とりあえず、苦肉の策として
”バネの仕事の効率”なる係数を準備しまして(赤枠のところ)、
実測値に近づくように調整してみたところ、
効率70%という値を採用してみました。




現実世界、機械要素の中では
バネのエネルギーを、100%玉のエネルギーに利用できるわけはないはずなので。。。。。。
(熱として逃げる分が結構大きい気がする?)

機械の設計では
チェーンの伝達効率90%、ギアの伝達効率80%とかだったはずですから、
そんなイメージで。 ← 妄想です。


追記ーーーーーーーーーーーーーー
このバネ仕事の効率なる係数を入れてしまうと、弱いバネを使ったのと同じことになり、
運動の速度全体が遅く計算されるようになってしまって、
玉が飛び出すタイミングまで遅くなってしまいました。
銃に付けた加速度計の数値でタイミングを確かめてみたら良いかも。。。
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で、
そのバネ仕事の効率η=0.70での計算値は、
ケッカハッピョーの表にも書いてありますが、
M40A3では0.20gの時、
M40A6では0.28gの時に誤差が一番小さくなっていて、
そこから離れるほどに誤差も大きくなっていくので、
なにか速度とか玉の重さに関するパラメータのオチがあるのかも?
と思いました。

空気抵抗力とか粘性抵抗力とかは、
玉を動かす力と比べるとかなり小さいので、
もっと大きな柱を見落としている可能性が高いような気がしますです。

とか言っておいて、
ただの計算間違いかもしれません。。。。。


大きくは、バネの強さとバレルの長さの組み合わせ、
他に加速ポート、ピストンの重量、
これらのバランスによって、初速エネルギの変化度合いが変わってくるので、
バレル内の計算で正確にシミュレーションできると
工作の手間を減らせるんですけどねぇ。
こーさく と けーさん
どっちがメンドーなんだろ。 ← 妄想です。



  

2021年07月24日

でんじべん

バレル内の計算がうまくいかないので実験です。

抜き弾抵抗力はタマコロ棒で、
玉を引き出す時の力をバネばかりで測っていましたが、

実際のエアガンに近い形として、
模擬バレルに玉をセットして、玉の後ろより圧力制御された空気をあてて、
玉が飛び出した時の圧力を測ってみます。


装置はあり合わせの組み合わせで。



抜き弾抵抗が100gfになるようにパッキン押しをセット。

抜き弾抵抗圧力は、
抵抗力と玉の断面積から0.36キロくらいと計算できます。

レギュレータで圧を上げていくと0.5キロくらいで
玉が発射されました。
計算よりちょっと高めかな?

メータの目盛りは おおざっぱなので、
圧力センサーをつないで、配管内の圧力をオシロで見るようにしました。

また、
レギュレータを開けていくと、
玉とバレルの隙間からもれる空気の量が
シューっと 意外に多いようだったので、
圧空のオンオフを電磁弁でできるようにしておきました。



レギュレータを約1キロにセットし、
電磁弁でオンして圧空を流します。

最初、
圧力センサーを電磁弁の上流につけました。
圧力変化は階段状になっています。
一番上の段がレギュレータの設定圧力=約1キロ
そこから2msecで、中段へ。
ここは 0.75キロで、抜き弾〜BB弾バレル通過中なのかな?
これが7~8msecつづいたあと、
6〜7msecで最下段へ。
最下段は0.5キロ。
大気圧じゃ無いのは電磁弁やバレルの抵抗かな?



なんだけど、
玉無しでもやってみたら、

ほとんど同じような変化の具合。。。。
ただ、
よく見ると中段の3個ほどのちいさな凸凹が無いけど。。。

この階段状の変化はもしかするとレギュレータの特性???



レギュレータと電磁弁の間に

こんな炭酸用ペットボトルを入れてタメにしたら良さそうですが、
今日はパス。。。。






圧力センサー位置を電磁弁の下流に変更。

平なところが大気圧。
3つの凸凹がある山の頂上が約0.5キロ。
なので抜き弾抵抗力かな?

ちいさな凸3つが玉に関係する圧力変化みたいですね。


とりあえず、
タマコロ棒による引き抜きの抵抗力と
エア加圧による玉の抜き弾力は
そんなには違っていないようです。
(一致もしていないようだけど)

というのは、
抜き弾抵抗力220gfくらいなのに玉詰まりしそうだったので、
抜き弾に必要な圧力がもっと高く必要なのかな?
と疑問をもったためでした。




この実験、まだほんのさわりで、
なんとか動作はすることがわかったので、
条件変えてデータとってみようとおもいます。

BB弾隙間からのエア漏れ量なんかも測れそうです。




  

2021年07月23日

しょそくのてーか

ares M40A6いじり
のつづきです。


とりあえず玉がまっすぐ出るようになったので、
ホップのテスト。

まずは調整ネジの位置とホップ強度(抜弾抵抗力)の測定。
調整ネジを90°ごとに回して、その時の抜弾抵抗力をタマコロ棒で測定。
パッキンは一撃60°。
押しレバーはテコ比0.76。
ネジピッチは0.5mm。


以前測ったものとはレバーの形状が違うので、少々の違いがあるけど、
まぁ、だいたいは同じ感じ。

それぞれのホップ強さの時の初速を十発づつ測定。

ホップ強さを変えてから最初の二発くらいはちょっと高めに出るみたい。


抜弾抵抗力が強くなると初速は大きく落ちていきます。

これは、シリンダー周りがまだノーマルなので、ピストンが負けているようです。
VFC M40A3では、重いピストンを作って、加速ポート加工をして、ある程度ピストンにエネルギーがたまってから抜き弾抵抗に立ち向かうようにして
よくなったような。



つぎに、
7m距離でマトに向けて撃ってみると
ホップを強くしても着弾位置が上がるわけでもなく、
感覚的にはなにがかわっているのかわからない。。。。
ホップ最強では、初速が落ちすぎているせいか、ものすごいドロップ。

なんだかさっぱりわからないので、
弾道計算してみると


おう、現実の結果とだいたい合ってるみたい(笑
初速の低下との複合で着弾高さはなぜかほとんど一定な感じになってしまっていますね。



そして、
これを”自家製のバレル内の計算”でやってみたのですが、
計算があわなくて初速の大幅低下とはなりませんでした。


何かパラメータの設定落ちがありそうです。


実物では、抜弾抵抗力220gfでも玉詰まり寸前な感じなのですが、
もののためしに
ありえないくらい強い抜弾抵抗(500gf)で計算してみると

ピストンが行ったり来たりしながら進んで、結局、発射されてしまうこととなってしまっています。

行ったり来たりが2〜3回までするのはありそうですけど、もっと減衰しながら振動収束するんではなかろうか?

シリンダ内の圧力のピークがだんだん高くなるのはおかしいのでは。

このピーク値の計算が下がらないから初速の計算値も高くなってしまっているような。。。。  ← 妄想です。



追記
ピストンの摩擦力はエネルギが消耗(多分熱となってどっか行く)するので、バネのエネルギが減衰しなきゃいけないはず。
→アブソーバー、ダッシュポッド系いうんだっけ?
摩擦力実測値120〜140gfくらいでした。

  

2021年07月21日

おかいもの の2 しょーこーけー

ares M40A6 いじりのつづきです。
コーサクとかジッケンとかケーサンとかしている間は、
お金はなんの救いにもならないのでお買い物はしてません。

が、少し落ち着くと、
すくなからず、反動はきてしまいますね。。。



φ6.01インナーバレル
純正に対してタイト = 内径が小さい → 小さい口の径  こじつけタイトルです。


φ6.01±0.007 → φ6.003〜6.017ということですね。


φ6.01言うと、6.00mmにたいしては ”+0.01mmで精密!” とかイメージしてしまいますけど。。。。

公称6mmBB弾の直径は、たいてい5.95mmです。
なのでバレルの中心を進む時、BB弾の周りには0.03mmのクリアランス(空気の層)があることになります。

公差も入れると、
bb弾はφ5.94〜5.96mmなので、
クリアランスは最小0.0215mm、最大0.0385mmということになります。

この空気の層は、バレル内面に接している部分では速度ゼロ、
玉に接している側は弾の速度(最大では100m/sec)ほどとなる速度分布が生じます。

そのため、玉がバレルの中心に向かって押されるような圧力差が生じます。     ←妄想です。
流体の粘性と速度で決まるんじゃなかったかな???           ← うそっぱちです。

流体軸受のくさび効果みたいなものもあり、玉はバレルの中心に保持されるように進んでいくのではないかな。

ただホップ回転によって上下での速度差があるため、上に向かっていくようにもなるはずですが、
ホップの周速度は200rpsでも3.7m/secほどと銃身方向に比べると十分小さいので、
影響は少ないのかな?
いや、
BB弾のうごきはじめは銃身軸方向速度も小さいけどどうなるんだろ???




オプションパーツとしてのインナーバレルは初めての入手なので、
内外径マイクロを出してきて 








ピンゲージもどきも使ったりして測ってみましたが、
今ひとつ正確性に欠けます。

1/100mmの内径計測は超難しいです。



暑い時期だし、
.01+(てんぜろいちぷらす)って書いてあるので、
なんとなくφ6.02っぽい感じなのかな。。。。。
  

2020年10月21日

バレル内の計算

もうちょっときちんとまとめてからと思って温めていたのですが、
めんどくさくなったのと、
クルマの方がいそがしくなってきたので。



  

2020年09月29日

じーびーびーあー

GBBRでモーションログを採ってみました。

画像はちょっと前のテスト中のもの




ブローバックの動きが大きい分数値が大きくなっています。
加速度はフルスケールが+-2G(+-19.6m/sec2)なのですが振り切ってます。


昨日のブログに上げたボルトアクションのデータを同じスケールにして並べてみると

ずっと静かです。
エアコキではスコープで玉の動きの一部始終が見えますものね。

GBBRのほうが10倍ほども動きが大きいようです。



と言っても、
これは撃ったときの全体を見ているので、
飛んでいく玉にはほとんど関係のない部分のほうが大きく見えています。




玉が発射される瞬間(t=ほぼ0)までだけを拡大してみてみると

まずはボルトアクション

ボルトアクションはトリガーをひくとピストンがスプリングで押されて動きはじめ、
エアが圧縮されて玉を押すという流れで、
玉が出る前に結構重量があるエアピストンが動いているために、
その反動が発生しています。
それがx軸方向の加速度として観測されているようです。
玉のエネルギーよりもピストンのエネルギーの方が大きくないと発射の理屈に合わないんだっけ????



つづいて、
GBBRはブローバックの動きは派手ですが、

玉が銃口から出る(t=ほぼ0)までは、ガスが玉を押すだけなので、エアコキよりも銃の動きは小さいようです。
(このデータだとy軸方向の加速度が出ていますが、これはなんだろ??射手のブレかな??)
x軸方向の加速度はt=0以降に急激に上がっていっていますが、これがブローバックのボルトの後ろ向きの動きの反力じゃないかな。

というわけで、意外にも、玉が出るところまではエアコキの方が命中精度を保つには不利ということなのかな???



とすると
TXsystemのCO2ボルトはピストンに相当する重量部分がかなり重いし、
そのピストンが突き当たった衝撃でガスが出るといった仕組みなので、
かなり銃がぶれた状態になってから玉が発射されるということになって、
命中精度は落ちそうな気がします。


それとも、これらのエネルギーはたいした大きさではないので、影響は無いのかもしれません。
  

2020年09月28日

もーしょん ろぐ


重心位置付近に装置を取り付け。


最初は、空気抵抗値を割り出すために、
初速に加えて、着弾時の玉速と着玉時間を測定する装置ということで始めましたが、
時刻と気象条件も見れるようにと大気センサーを追加。


玉の発射のタイミングが採れるということから、
Gセンサーを追加して仰角、俯角を記録できるように。
これは、ガンカメラの弾道解析の時に役立つはず。
あと、ホップに影響が大きい、銃の左右の傾き警告を追加。


玉の発射時に 銃にかかる加速度や回転と 着玉位置のばらつきに 関連はあるのだろうか?

発射前後の銃のモーションをログしてみようということで、
深みにハマる。。。。。




そして2ヶ月


ようやく意味がわかるような結果が出てきたかな?

まだ、いろいろダメダメなようですが

発射の前後の0.5秒ほどにわたってを全体で見るとこんな感じです。

これまで、部分で見ていたので、なんのことやらさっぱりわからなかったようで。。。