Предисловие или зачем нужна настройка.
Довольно часто, в контексте обсуждения ППП, можно встретить дискуссии о настройке. Что это такое и зачем оно нужно?
Настройка ППП, это то или иное внесение изменений в параметры, которое отражается на ТТХ изделия.
Знать и понимать основы и принципы настройки ППП чрезвычайно важно любому, кто работает с пневматическим оружием.
Рядовому пользователю так же не будет лишним хотя бы представлять, как работает ППП.

К сожалению, непонимание принципов работы пневматического оружия, чрезвычайно распространено не только среди обывателей, но и среди продавцов, мастеров и прочих консультантов.
Среди тех, кто должен дать совет начинающему или даже занимается обслуживанием пневматического оружия.
Эта курьезная ситуация является первопричиной того, что рынок пневматического оружия в РФ завален разного рода контрафактом. В первую очередь речь, конечно же, идет о перекаченных газовых пружинах.
Это и не удивительно. Обыватель считает, что чем сильнее пружина, тем якобы сильнее будет стрелять его винтовка.
Что "мощи много не бывает", "много - не мало", "запас карман не тянет" и прочее и прочее..
Продавцы и даже изготовители данного контрафакта, так же, совершенно не понимая, что же тут не так, делают и продают то, что народ с радостью раскупает огромными тиражами.
Удивительно, но насколько правильно работает после этого оружие, почти никого не волнует! Это парадоксальная ситуация, аналогов которой в прочих отраслях сложно даже представить!
Довольные потребители, которые измеряют "мощность" в тяжести взвода и громкости выстрела, совершенно не представляющие как же оно вообще должно работать.
А продавцы в свою очередь не несут никакой гарантии. Любые подобные манипуляции проводятся исключительно под ответственность конечного потребителя.

Именно поэтому важно повышать уровень понимания и вовлеченности как среди любителей пневматического оружия, так и среди тех, кто работает с ним.

Прежде, чем переходить к обсуждению практических аспектов настройки, я хотел бы оставить ссылку на одно теоретическое исследование.
Автор, Domingo Tavella, Ph.D. описывает комплексную модель внутренней динамики ППП и сравнивает результаты с практическим отстрелом.
Меня заинтересовала эта работа, я перевел ее на русский язык и выкладываю в свободном доступе. Однако, прошу, не редактируйте содержимое текста и всегда ссылайтесь на автора.
В процессе перевода я позволил себе некоторую критику практической части работы и отметил свои мысли зеленым.
Поскольку я не являюсь профессиональным переводчиком, несколько моментов оставили сомнения в точном соответствии задумке. Эти участки я отметил красным.
Корректность математической части анализа остается на совести автора работы. Мой уровень познания в математике не позволяет в полной мере оценить эту часть работы.

• Internal Ballistics of Spring Piston Airguns. Оригинал на английском языке. Ссылка.
• Internal Ballistics of Spring Piston Airguns. Перевод, русский язык. Ссылка.

---

Что такое выстрел?
А теперь самое время поговорить о практическом аспекте настройки ППП. Для начала кратко опишу, что из себя представляет выстрел ППП.

После нажатия на спусковой крючок поршень срывается с шептала и начинает двигаться вперед под действием пружины.
Пружина толкает поршень, который сжимает воздух в компрессоре. Сжатый воздух через перепускное отверстие попадает в ствол и воздействует на пульку разгоняя ее.
Когда пулька только начинает движение по стволу, поршень уже преодолевает большую часть пути, примерно 90%.
Между манжетой и дном компрессора образуется так называемая воздушная подушка. Когда пулька преодолеет 5-7см ствола поршень изменит направление движения и произойдет так называемый отскок поршня.
В среднестатистической 25*100 винтовке типа Gamo и клонов, давление воздуха за пулькой, перед отскоком поршня составляет 250-300атм, а температура в районе 1200гр.
Дальше последует цикл продольных колебаний поршня и механически выстрел на этом будет закончен.
Однако пулька еще какое то время будет разгоняться за счет расширения сжатого воздуха. Для все того же компрессора 25*100, максимальной скорости пулька достигнет примерно на отметке 30-35см ствола.
На весь выстрел, от начала цикла и до покидания пулькой ствола уходит примерно 8-10 миллисекунд.

Основные понятия, которыми я буду оперировать:

• Усилие пружины
• Трение в компрессоре
• Масса поршня
• Диаметр перепуска
• Мертвый объем
• УС(усилие страгивания пульки) и масса пульки.

Усилие пружины
Пружина в ППП, элемент запасающий энергию для выстрела во время взведения. Во время цикла выстрела потенциальная энергия пружины преобразуется в кинетическую энергию пульки.

Более сильная пружина имеет бОльшую потенциальную энергию. Пружина с одинаковым усилием будет иметь большую энергию будучи установленной в винтовку с большим ходом поршня.
Это справедливо, поскольку помимо жесткости пружины для расчета энергии используется величина деформации(сжатия) пружины. Для витой пружины необходим отдельный расчет коэффициента упругости конкретной пружины.
Газовая пружина сжимается равномерно и для приемлемой оценки ее энергии вполне допустимо измерить усилие пружины на середине хода (Н) и умножить на величину хода поршня (м).
Простыми словами, для достижения той же энергии сжатой пружины на винтовке с более длинным ходом поршня, усилие пружины необходимо ниже и наоборот. Это важно при рассмотрении моделей с равным или близким объемом компрессора, но разным соотношением хода поршня и диаметра компрессора.

С увеличением энергии пружины растет кинетическая энергия пульки. Это справедливо до определенного предела, конечного для каждой конструкции.
Дальнейшее увеличение энергии пружины не приводит к росту энергии пульки, а наоборот отмечается ее снижение.
То, какая максимальная величина дульной энергии доступна на той или иной ППП винтовке определяется объемом компрессора.
В случае неправильной настройки и избытка пружины, вся лишняя энергия будет рассеяна в виде механических колебаний и тепла.
Как следует из закона сохранения энергии, энергия не только не берется из ниоткуда, но и никуда не пропадает.
Используя перекаченные пружины вы подвергаете повышенной нагрузке не только саму винтовку но и прицел.

Ниже представлен реальный график зависимости энергии пульки от энергии пружины актуальный для 25*100 винтовок Gamo и клонов, таких как Crosman/Stoeger и многие другие.
Стоит заметить, что график будет несколько отличаться от изменения прочих параметров винтовки и используемых пулек. Об этом мы еще поговорим ниже.
Тем не менее, общий вид останется неизменным. Пружина это самый главный и основной элемент настройки.
Основная же цель настройки, это остаться слева, на восходящей ветке графика. При этом я не советую пытаться поймать самый пик графика, который, в этом узком диапазоне, будет смещаться даже при использовании разных пулек.
Снижение энергии на величину всего около 10% от достижимой, радикально улучшает всеядность винтовки. А так же снижает зависимость от таких факторов, как повышенная температура(например на солнце) или плавающая величина трения(деформация уплотнений, попадание смазки). Не лишним будет отметить, что при некотором снижении усилия пружины, винтовка становится гораздо толерантнее к смазке.






Трение в компрессоре
Само по себе трение в компрессоре ни коим образом не влияет на величину достижимой энергии. Но при этом несколько снижает КПД системы, поскольку сила трения по вектору противоположна силе пружины.
Если рассматривать все тот же график, повышение трения будет сдвигать его чуть правее по горизонтальной шкале, оставляя вертикальные координаты без изменения.
По этой причине, иногда, трение можно использовать как элемент настройки, например используя более тугие манжеты. Это может скомпенсировать небольшой избыток пружины.
Однако стоит понимать, что величина такой корректировки относительно не велика и действительно перекаченную пружину так компенсировать не получится.
Тем не мнее, этот способ довольно удобно применяется в тонкой настройке МР-512, особенно на витой пружине.



Масса поршня.
Масса поршня, очень важный параметр, непосредственно влияющий на энергетический баланс ППП.
Чем тяжелее поршень, тем выстрел "ровнее". График воздействия давления на пулю более пологий и отскок поршня меньше, вследствие большей инерционности и меньшей скорости поршня.
Чем больше диаметр компрессора, тем тяжелее должен быть поршень при прочих равных. И наоборот, при малых диаметрах массу поршня можно снижать. Мой опыт с компрессором 21мм, показал, что можно использовать поршень массой всего 40гр!
Примерно аналогичная зависимость есть и от калибра ствола. При увеличении калибра ствола масса поршня используется эффективнее.

Однако масса поршня, это довольно компромиссный параметр.
С тяжелым поршнем, при меньшем давлении воздуха в компрессоре и меньшем отскоке поршня, мы все равно получаем более сильную "отдачу" и относительно медленный выстрел.
По этой причине, тюнинг ППП в области околоспортивной стрельбы, почти всегда связан со снижением массы поршня.

Если же опять обратиться к графикам, то можно заметить, что увеличение массы поршня сдвигает график левее по горизонтальной шкале. Для достижения той же скорости нужна чуть более слабая пружина.
Малая масса поршня так же накладывает дополнительные ограничения по вертикальной составляющей. Добиться той же скорости на легком поршне не всегда возможно.
В заводских решениях масса поршня почти всегда подобрана с запасом, особенно в турецких винтовках.
Тем не менее, с утяжелителями поршня можно поиграться при настройке МР-512 на витой пружине.







МО(мертвый объем).
Несжимаемый объем, который включает в себя объем канавки манжеты, неровности дна компрессора, объем перепуска и объем в стволе до юбки пульки(например в моделях с досылателем).
Мертвый объем, снижает пиковое давление воздуха. Чем меньше мертвый объем, тем лучше. Хотя до определенного значения его влияние не высоко.
В основном, его влияние выражено на участке графика близком к пику. Говоря простыми словами, он несколько ограничивает достижимую для данного объема компрессора энергию. Следовательно и лимит по допустимой пружине, при прочих равных будет тем ниже, чем больше МО.
Степень влияния МО определяется соотношением его объема к объему компрессора.






Диаметр перепуска.
Перепуск это МО и дроссель(сопротивление потоку) одновременно.
Диаметр перепуска, это компромисс. Чем короче канал перепуска, тем выгоднее его расширять.
На стаканниках, где длина канала минимальна, его диаметр вполне может составлять 4+ мм.
Аналогично и на магнумах где даже относительно длинный перепуск имеет соотношение объема к общему объему компрессора гораздо большее, чем на маленьких винтовках.
Именно поэтому, на таких моделях как Hatsan 125, выгодно иметь перепуск в районе 4мм. В среднем же, оптимальный диаметр перепуска для большинства ППП, около 3мм.

Если рассматривать диапазон значений от 3 до 4мм, то большее значение будет смещать график левее и чуть резать значение сверху. Разница, опять же, будет зависеть от соотношения объема перепуска к объему компрессора.
Так же, обратите внимание, при гуманной настройке, с большим диаметром перепуска можно получить такую же скорость при чуть более низком усилии пружины.
Фактически эта разница невелика и гоняться за ней смысла нет. Однако в МР-512 вполне можно поиграться с диаметром перепуска простой заменой втулок.
Будет видно, что в диапазоне вплоть до ~ 12-13Дж выгоднее оригинальный перепуск ~4,3мм, дальше лучше заужать до 3,0-3,2ммм
Разумеется, на других винтовках диапазоны будут иными. Однако, как вы наверное уже поняли, перепуск, если значение его диаметра находится в должном допуске, вносит относительно небольшой вклад в настройку.
Если винтовка специально им не задушена, как например Gamo и Hatsan, то изменять заводское значение смысла нет. В случае, если винтовка специально задушена зауженным перепуском, надо просто рассверлить его до оригинального, заводского значения. Для Gamo с компрессором 25*100, это 3мм. Для Hatsan, 4мм.

Отдельно замечу, что в силу физических условий, высоких температур и давления, скорость звука в перепуске намного выше, чем в атмосферных условиях. Скорость потока всегда остается дозвуковой и как правило не превышает 0,25 Маха.
По этой причине, вопреки некоторым заблуждениям, нет смысла пытаться конструировать разные сопла и прочие похожие конструкции.






Масса пульки и усилие страгивания.
Начать наверное стоит с массы пульки. Физика процесса такова, что ППП эффективнее работает на легких пульках.
Это видно на графике ниже, повышение массы пульки приводит к смещению графика вправо, т.е. к снижению КПД.
График отражает разность между более легкими и более тяжелыми пульками в нормальном диапазоне массы и с примерно одинаковым усилием страгивания.
Сверхтяжелые пульки использовать смысла нет. Граммовые пульки в калибре 4,5 не тянет даже такой монстр, как Hatsan 125, потери энергии при этом могут составлять до 30%!
И дело тут скорее даже не только в одной массе, сколько в соотношении массы пульки к ее диаметру. Для сравнения, граммовые пульки в калибре 5,5, это абсолютно нормально их полноценно переваривают даже 7Дж винтовки. Да, такие модели тоже существуют :)

Есть еще один важный фактор, который незаслуженно обделен вниманием и который чрезвычайно важен для ППП, даже в большей степени, чем фактор массы. Это усилие страгивания пульки.
Усилие страгивания, это параметр характеризующий то, как долго будет стоять пулька "на старте".
Обусловлен в первую очередь конструктивной жесткостью юбки, а не "диаметром" головы как многие думают.
Субъективно его можно оценить протолкнув пульку в ствол, но это не на 100% точное сравнение, поскольку под давлением пулька может вести себя несколько иначе.
УС прямо влияет на динамику происходящих процессов и наглядно отражается на графиках.
Чем выше УС, тем при прочих равных тяжелее нужен поршень и сильнее пружина. Если УС недостаточно, пуля страгивается на меньшем давлении, меньше эффективно используемая энергии пружины.
При гуманной настройке, если не гнаться за рекордами, выгоднее использовать пульки с невысоким или средним усилием страгивания, что позволит использовать несколько более слабую пружину при равной энергии пульки.
Чем сильнее разогнана винтовка относительно своего объема компрессора, тем выше чувствительность к усилию страгивания пульки. Если настроить винтовку "в предел" на тугих пульках, более мягкие будут проваливаться по энергии.
Мягкая пулька смещает график влево и несколько ограничивает его по высоте(достижимой энергии), пулька с высоким усилием страгивания сдвигает график настройки вправо и позволяет, в ущерб всеядности, добиться несколько большей энергии.

Если приводить в пример производителей пулек, то самые мягкие пульки, это JSB.
Пульки H&N (Haendler & Natermann Sport GmbH), особенно серия Baracuda, имеют высокое усилие страгивания.
К плотным пулькам можно отнести и продукцию компании RWS, особенно модель RWS Superdome.
Так же, при прочих равных, без свинцовые(lead free) пульки имеют более высокое усилие страгивания, за счет большей твердости олова по сравнению со свинцом. В сочетании с меньшей массой это делает их чрезвычайно привлекательными для использования в ППП калибра 5,5мм.

---

Выводы.
Попробуем кратко резюмировать все вышеперечисленное.

Настройка обычно не требуется, если есть возможность использовать оригинальные комплектующие. Но надо быть осторожным, рынок пневматики в РФ завален контрафактом и подделками!
Понимание принципов работы ППП и знание алгоритмов настройки могут понадобиться для оценки текущего технического состояния винтовки.
Опубликованная информация поможет настроить винтовку в соответствии с индивидуальными требованиями, если есть четкое понимание этих потребностей.

Для настройки крайне желательно иметь хронограф.
Опытный пользователь может настроить винтовку по ощущению от выстрела и даже предсказать и подтвердить результат на хроне с достаточно высокой точностью. Но начинающему на это рассчитывать не стоит, такого рода обратная связь формируется годами. К тому же, в реальной работе все равно используется реальный замер скорости каждого экземпляра.

Правильно планируйте предстоящую работу, досконально изучите предложение по пружинам и ориентируйтесь на эти цифры. В большинстве случаев, следование этой рекомендации достаточно само по себе и не потребует каких то дополнительных манипуляций.

Как вы наверное уже поняли, настраивается винтовка пружиной.
Если все остальное в норме и не задушено целенаправленно, как в случае с перепускными отверстиями Gamo и Hatsan, в большинстве случаев можно ничего не трогать.
Перед тем, как настраивать винтовку пружиной, надо уметь оценивать эту пружину.
В случае с витой пружиной всегда можно ориентироваться с замерами проволоки и количества витков на оригинальные показатели и отталкиваться от этого значения.
С газовой пружиной неплохо было бы научиться замерять усилие пружины. Да, именно так, атмосферами они измеряются только в фантазиях продавцов. Для настройки важно понимать и оценивать усилие пружины.
Если значение на хронографе близкое к ожидаемому, можно провести небольшой тест.
Расширить юбку пульки и тем самым неестественно сильно увеличить усилие страгивания. Если посмотреть на графики выше, в норме, скорость от этого должна снизиться. Если скорость растет, значит наблюдается избыток пружины.

Не стоит пытаться поймать самый пик графика.
Это весьма нестабильное состояние, которое не только отличается от экземпляра к экземпляру на винтовках одной модели, но и может уплывать со временем и от температуры окружающей среды.
Кроме того, чем ближе к пику настроена винтовка, тем разборчивее она в подборке пулек.
Выстраданные один-два джоуля энергии пульки ничего не дадут вам в практическом плане, а качество работы винтовки неминуемо снизится.

В немалой степени, это руководство направлено на повышение грамотности разного рода мастеров, которые бездумно устанавливают непонимающим новичкам перекаченные пружины.
Однако стоит понимать, что ответственность за свою вещь все равно несет владелец. Будьте осторожны и не наступайте на хорошо известные, обильно разбросанные грабли.
Предупрежден, значит вооружен! :)