Советы пневмо-строителю (на примере co2-pcp)

Предисловие.

Немало эирганнеров хоть раз задумывалось о создании собственной пневматики или, как минимум, тотальном тюнинге существующих образцов. Я – не исключение.

Идея «колхозить» меня, как перфекциониста, не привлекает, поэтому Я сразу погрузился в разработку сложных конструкций такого уровня, что можно было бы чуть ли не на поток ставить производство. Сделать пневматику мечты, без преувеличения.

И вот, полно идей и желаний. Позаимствовать чужие разработки и уже существующие схемы, доработать или изобрести что-то свое. А что дальше?...

А дальше учить матчасть, ведь мы же с вами профессионалы)))

Тут все идет по принципу, «Чем дальше в лес, тем толще волки».

Разъяснения некоторых моментов пришлось достаточно долго искать, а что-то было на поверхности, но главное то, что, чем глубже стараешься познать процессы разработки и изготовления полноценной, например, винтовки, тем больше всплывает новых деталей и моментов, которые так же требуют изучения и разъяснения…

Я уже многие моменты для себя изучил, но неудобство для меня заключалось в разрозненности данных. Не одну ночь мне пришлось просидеть в поисках мануалов и инструкций…

В этой статье Я постараюсь разобрать как можно больше нюансов пневмостроения на примере со2 винтовок, чтобы в дальнейшем другим самодельщикам не чувствовать себя одинокими первопроходцами в неизведанном направлении…

Статья не будет подробной инструкцией с чертежами и схемами, но послужит хорошим руководством, планом действий, поможет упорядочить в голове хотя бы часть вопросов (и ответов).

Что такое со2-рср? Почему?

Со2-рср, как класс, почти не распространен в России. Принцип идентичен классическому РСР – перезаправляемый резервуар (съемный или нет), только вместо воздуха используется углекислый газ. Соответственно, заправка не насосом или баллоном ВВД, а от огнетушителя или углекислотного баллона.

Почему именно этот класс? Все просто, пружинно-поршневые системы на порядок проще, газобаллонные системы с одноразовыми баллончиками отличаются лишь отсутствием перезаправляемого резервуара, а РСР, хоть и имеет отличия, по большей части, работает по тому же принципу.

Ствол.

Почти первая сложность, которая возникает при построении самодельной пневматики – это ствол. Это одна из самых дорогих деталей в винтовке. Где зять? Какой?

Нарезной ствол невозможно изготовить самому, технология его производства весьма сложна. Гладкий ствол большой длины и точного калибра раздобыть тоже не просто.

Гладкий стволик  это трубка, а любая трубка, в отличие от нарезного ствола, может быть изготовлена. К слову, на Ганзе есть мастер, способный изготовить гладкие стволики достаточных длин, его ник - пётр.

А вот нарезные стволы Я разберу подробнее.

1) Донор.

Один из относительно простых и дешевых вариантов – заимствование ствола у винтовки-донора. Отличным помощником в этом деле стал ижевский механический завод. Его винтовки недорогие и многочисленные. На любой барахолке за тысячу-полторы можно купить б/у винтовку в плохом состоянии, но с живым стволом.

Дальше нужно будет только отдать знакомому токарю или обработать самостоятельно под необходимое крепление.

Недостаток в том, что, покупая винтовку-донора, не приходится рассчитывать на высокое качество и хорошую сохранность ствола. Лотерея. Может оказаться в идеале, а может и с убитыми гвоздем нарезами.

Выбирая ствол от донора, вы автоматически ограничиваете себя в калибре – только 4.5мм.

2) Лейнер.

Тоже сравнительно недорогой вариант – тонкостенный стволик от винтовок Crosman. Такой стволик уже обработан и готов к установке, с одним лишь «но» - установка будет в точности как у кросманов, либо все-таки придется дорабатывать. Покупка такого стволика может обойтись в 3000р.

Преимущество перед донорским стволом от ИЖей – выбор длин до 610мм и хоть какое-то разнообразие в калибрах – 4.5мм и 5.5мм.

В недостатки вписывают невнятные, неглубокие нарезы.

3) Бланк.

Что такое бланк? Бланк – это заготовка ствола, однородная трубка с нарезами, без фасок, без крепежей. Такая деталь, по сути, еще и деталью не является до конца, т.к. обязательно требует обработки и доводки перед установкой.

Преимущества – высокое качество нарезов и всего ствола в целом, разнообразие калибров от 4.5мм до 12.7мм. Бланк – выбор профессионалов)))

А теперь ложка дегтя. Цена одного необработанного бланка начинается от 5т.р за самый простой, короткий и мелкокалиберный, и до 30-40т.р. за самые крутые и редкие.

В среднем, за нормальный бланк придется отдать 7-10т.р., в зависимости от калибра.

Еще одна сложность – обработка. Качественный бланк из хорошей стали требует и соответствующего оборудования для обработки, благо, многие продавцы бланков специализируются и на обработке бланка под требования заказчика. Естественно, за обработку придется также заплатить.

При выборе бланка может встать вопрос о некоторых дополнительных параметрах, как, например, твист и наличие/отсутствие чока.

Твист – это шаг нарезов, дистанция, на протяжении которой нарез (и пуля, соответственно) делает один полный оборот.

Самый распространенный твист в пневматике – около 450мм. В действительности, твист подбирается относительно длины пули. Чем длиннее пуля, тем короче шаг нарезов. Но, поскольку у простых смертных нет возможности заказать ствол с твистом точно подобранным под пули заказчика, этот параметр можно и опустить, все заготовки под пневматические нужды имеют нормальный усредненный твист.

Исключение, разве что, крупнокалиберные винтовки, в которых нередко используются пули гораздо более похожие на огнестрельные (длинные), нежели на пневматические. В таком случае твист нужен короче.

Чок. У многих людей встречал такую реакцию, - «Чок? Это же дульная насадка-сужение для охотничьих гладкоствольных ружей. Зачем чок на пневме?». Правда в том, что чок в пневматике не такое уж и редкое явление.

Считается, что чок в нарезном пневмостволе обжимает пулю на выходе и стабилизирует расколбас, приобретенный ею в процессе движения по основной части канала. (с) Gosha-kun, guns.ru

Для справки, компания FX (крупный производитель РСР винтовок) практикует выпуск гладких пневмо-стволов с чем-то вроде нарезного чока на конце. И практика показала, что заметного ухудшения в показателях точности и кучности винтовок нет.

Резервуар.

Закончили по стволам. Следующий немаловажный элемент в винтовке – резервуар.

Есть два основных вида резиков – съемные и стационарные. Первые позволяют иметь под рукой сразу несколько заправленных резервуаров или быстро менять питание винтовки с со2 на воздух, если это позволяют запаса прочности прочих элементов винтовки. Вторые могут быть бОльших объемов и прятаться глубоко в корпусе винтовки. Преимущество несъемного резервуара в том, что его не придется снимать с винтовки для заправки.

Основные материалы изготовления резервуаров – сталь и дюраль Д16Т. Прочности дюрали, при меньшем весе, по сравнению со сталью, хватает для того, чтобы стенка толщиной в 2.5мм выдерживала давление сжатого воздуха более 200 атмосфер.

Сам резервуар представляет собой бесшовную стальную или дюралевую трубу с двумя пробками на концах. В случае со стационарным резиком, одной из пробок может быть сразу клапан или ствольная коробка.

От объема резервуара, как это ни удивительно, зависит количество выстрелов с одной заправки. С объемом все относительно просто - чем больше, тем лучше, в разумных пределах (габариты винтовки, внешний вид).

Но есть некоторые дополнительные моменты при расчете резервуара, которые будут не лишними.

Чтобы разбираться в резервуарах, нужно разбираться в используемом газе. Раз уж начали рассматривать сборку со2 винтовки, то и газ возьмем углекислый.

Давление углекислого газа, как известно, весьма сильно зависит от температуры окружающей среды, нельзя винтовку переохлаждать, нельзя и перегревать. В первом случае винтовка просто сильно потеряет в характеристиках, во втором – может дойти и до взрыва с печальными последствиями.

Вот примерная зависимость давления со2 от температуры:

0 C - 27 бар;
20 C - 58 бар;
30 C - 70 бар;
40 C - 105 бар;
60 C - 170 бар.

Вспоминая школьный курс физики, «С» - градусы по Цельсию, а «бар» - единица измерения давления, примерно равная одной технической атмосфере (АТ = 1кгс/см).

Оптимальная температура – 20-25 градусов, более высокая - стремительно повышает давление до опасного уровня (критическое давление со2 ~ 72ат, более высокое переводит газ в состояние сверхкритической жидкости - состояние, при котором исчезает различие между жидкой и газовой фазой).

1 литр жидкой углекислоты дает при испарении 505 литров углекислого газа. Эта информация позволит примерно рассчитать количество выстрелов с одной заправки резервуара, зная объем испарительной камеры и самого резика.

Но не стоит спешить рассчитывать эти параметры от 100% объема резервуара, поскольку он далеко не полностью забит жидкой фазой со2. Это напрямую касается процесса заправки резервуара.

Заправляется углекислотный резервуар от огнетушителя или от большого промышленного баллона.

Чтобы при заправке в резик шел не только газ, но и жидкая фаза, баллон-донор необходимо перевернуть вверх ногами, тогда при открытии клапана в резервуар пойдет жидкая углекислота.

В случае с огнетушителем таких заморочек не требуется, у огнетушителя в корпусе от клапана вниз идет трубка, благодаря которой жидкость поступает раньше газа.

Оптимальные условия заправки – из баллона комнатной температуры в сильно охлажденный резервуар. Это позволит эффективнее перелиться жидкой фазе. В данном случае съемный резервуар имеет преимущество – его можно положить в морозилку. Винтовку же с несъемным резервуаром придется заправлять не полностью.

При переливке в резик комнатной температуры можно заполнить его жидкой фазой не больше чем на 50%. При заправке замороженного резервуара физически можно залить 70% и даже больше, НО:

ВНИМАНИЕ!!! Нельзя заправлять резервуар жидкой фазой больше 70% (0.7кг со2 на 1 литр объема). При заправке с охлаждением резервуара обязательно нужно взвешивать резик до и после заправки. Если залить больше 70% жидкой фазы, то при согревании резервуара со2 расширится и может разорвать резервуар. Как говорят опытные люди, никакого запаса прочности у резервуара не хватит.

Теперь о прочности. Как известно, резервуары в РСР пневматике проходят проверочную гидравлическую опрессовку (закачивается вода под давлением в 1.5 раза большим, чем ориентировочное рабочее давление). Без такой опрессовки резервуар просто смертельно опасен, бомба замедленного действия.

Так вот, опрессовка для со2 резервуара тоже нужна, хоть и не настолько обязательна. Можно сделать резервуар с большим запасом прочности (например, с толщиной стенки как у резервуара под воздух) и надеяться, что у вас нет никаких утечек (которые тоже выявляет опрессовка). Если опрессовку делать, то нужно помнить, что для со2 она делается не в 1.5 раза больше рабочего давлении, а в 2.5 раза, т.е. около 175ат.

Самостоятельно опрессовку делать никому не рекомендовал бы, хотя учиться и нужно, но, по крайней мере, этому нужно будет уделить максимум внимания и времени. Думаю, не нужно рассказывать, какие опасности влечет за собой взорвавшийся при испытаниях резервуар. Хоть вода и снижает степень опасности по сравнению с воздухом, но это все равно ВЗРЫВ! ТБ, ТБ и еще раз ТБ.

Касаемо моей разработки винтовки, Я решил избежать опрессовки, как сложного и не критичного для со2 процесса, но, как сознательный конструктор, в проект внес несложную систему защиты от превышения рабочего давления.

Ну, и «доверяй, но проверяй», никто не запрещает (а многие и рекомендуют) установить на резервуар или испарительную камеру манометр. Это позволит не только контролировать давление в целях безопасности, но и следить за наличием в резервуаре жидкой фазы, т.е. узнавать, когда потребуется дозаправка резервуара.

По резервуару, вроде, все…

Испарительная камера (дозатор) и клапан.

Не самая сложная деталь с точки зрения разработки. Скорее, клапан сложен не в расчетах, а в реализации из-за возможного наличия мелких или хитрых деталей.

Вся суть расчетов сводится к тому, чтобы газа в испарительной камере хватало для расчетной мощности, а клапан обеспечивал необходимую пропускную способность для эффективного использования объема камеры.

Немаловажно предусмотреть расположение камеры или канала к ней от резервуара так, чтобы в испарительную камеру попадал только газ, без жидкой фазы.

По объемам испарительной камеры, увы, не могу рассказать много подробностей, т.к. на данный момент сам не располагаю всей необходимой информацией.

Неоднократно пользователями Ганзы упоминалась некая программа от мастера Игната, которая позволяла делать многие расчеты, касающиеся объемов испарительных камер и компрессоров пневматики, для достижения желаемых показателей. Вот только ссылки на эту программу, которые мне удалось найти, слишком старые и уже не работают.

Приведу лишь пример характеристик испарительной камеры, чтобы иметь хоть какое-то представление:

Для скорости 240 м/с для пули массой 0.62 грамма (18Дж) нужен объем дозатора около 12 см куб.

Кстати, о скоростях. Не следует пытаться выжимать из со2 пневматики скорости, превышающие 240м/с, это невозможно. Объяснение достаточно простое, 240м/с – это примерная скорость звука с углекислом газе, и перевалить за этот показатель очень сложно (читать как «почти невозможно»).

Это ограничение в скорости создало ошибочное мнение, что со2 – удел игрушек, не способных на высокую мощность. Это сильное заблуждение. В своей статье (из 3 частей) про крупнокалиберные со2 пушки (---ТУТ---) Я уже продемонстрировал, что углекислоту не стоит недооценивать.

Да, скорость выше 240м/с не получить, но скорость, как известно, параметр непостоянный, зависящий от веса снаряда. Постоянным параметром является энергия выстрела. Таким образом, «уперевшись» при разгоне со2 винтовки в «потолок» 240м/с, нужно лишь повысить вес снаряда. При скорости 240м/с пуля в 0.62г даст 18Дж, а пуля в 0.8г при той же скорости будет иметь энергию уже 23Дж.

В какой-то момент придется повысить калибр, т.к. постоянно повышая вес пули в рамках одного калибра, мы будем вынуждены удлинять пулю, а это не есть хорошо, как мы выяснили в разделе про стволы и их твисты. Длинной пуле понадобится другой шаг нарезов, да и газ уже не так эффективно будет передавать свою энергию пуле.

Касаемо клапана скажу очевидность, чем быстрее клапан выпускает газ, тем лучше. Но от повышения пропускной способности клапана сильно растут его габариты. Клапан, дающий достаточное количество газа на выстрел из чего-нибудь крупнокалиберного, имеет монструозные пропорции. Благо, у крупнокалиберных винтовок все прочие элементы под стать клапану.

Затвор-досылатель.

Все знают, зачем досылателю функция затвора – чтобы выстрелом досылатель не выталкивало в противоположную сторону от пули. Тут мне даже сказать особо нечего.  Как в авто-салоне или еще где – есть список опций и нужно лишь выбрать желаемые:

Тип запирания – классические болт (поворотом затвора) и биатлон (рычажный) или какие-нибудь редкости, вроде запирания ствола поворотным блоком перепуска.

Тип досылателя – с узким носиком, или трубчатый, или вообще без досылателя.

Тип взвода УСМ – одновременно с затвором (при отведении назад/при возврате) или же отдельной рукояткой взвода ударника.

То же самое со ствольной коробкой – работа исключительно конструкторская. Можно коробку под однозарядку, можно предусмотреть установку магазина, можно придумать что-то иное.

Ударно-спусковой механизм.

Не могу сказать, что тут ничего сложного, но работа снова на креативность. Существует множество схем и макетов различных УСМ, в самом простом функцию шептала выполняет сам спусковой крючок, в сложных – число промежуточных шептал может доходить до 4-5.

А все сводится к тому, чтобы спуск сделать легким, коротким и предсказуемым.

Усилие спуска зависит от разницы длин рычагов спускового крючка и шептал, а так же жесткости и количества пружин.

Отчасти от этого же зависит длина хода спускового крючка. Чем короче спуск, тем он жестче (в равных условиях). Именно для избавления от этой зависимости в схему УСМ вносятся дополнительные шептала. Самый легкий спуск в тех схемах, где спусковой крючок играет роль фиксирующего упора. Нажатие на такой крючок высвобождает шептала и они сами, под действием своих пружин или пружины ударника, этот самый ударник спускают.

Некоторые мастера так увлекаются облегчением спуска, что спусковой крючок начинает нажиматься просто под своим весом, если винтовку направить вертикально вверх. Это уже перебор.

Предсказуемость спуска не менее важна для точного выстрела, чем усилие или длина хода СК. Хорошо, если спуск легкий, но перед самым высвобождением ударника усилие ощутимо повышается, тогда можно точно выбрать свободный ход и почувствовать что вот именно сейчас будет выстрел. Это достигается, например, немного усложненной формой рычага спускового крючка, взаимодействующего с шепталом. За счет изогнутой формы этого рычага (или наличия регулировочного винтика, имитирующего излом), перед доведением шептала до выстрела соотношение рычагов меняется, повышая усилие.

Бывают еще конструкции УСМ, называющиеся «самооткрывашки». Такие системы не имеют ударника, а клапан открывается сам под действием давления газа, когда его (клапан) «отпускает» шептало.

Преимущество такой системы в легком спуске,  отсутствии лишних вибраций, производимых ударником и несколько меньших габаритах.

Недостаток в некоторой сложности и необходимости как-то отсекать выпускаемый газ от основного резервуара. Иначе – одна заправка на один выстрел.

Материалы.

В наше время практически все можно найти. Для изготовления винтовки с нуля понадобятся следующие материалы:

Разнообразная сталь для разнообразных деталей.

Дюраль Д16Т – трубы, прутки, бруски. Прочный и легкий материал.

Латунь. Обладает сравнительно малым трением при взаимодействии со сталью. Часто используется в корпусах клапанов и т.д.

РТИ – резинки всех видов. Есть ряд компаний, предоставляющих резинки абсолютно всех размеров на заказ, хоть поштучно, хоть вагонами.

Полиуретан. Для надбаллонных прокладок и т.д. Живуч и прочен.

Дерево твердых пород. Придадим благородства нашему изделию, подарив ему красивую деревянную ложу.

АБС-пластик. Технология трехмерной печати распространяется с огромной скоростью. Это нужно использовать. При весьма высокой прочности и неплохой стойкости к температурам имеет невысокую цену и простоту в обработке/изготовлении деталей любых форм и размеров.

Вот, кажется, и все. Этих знаний вполне достаточно чтобы спроектировать рабочую схему и воплотить ее в жизнь.

Дальше дело только за выдумкой, чертежным мастерством и изготовлением деталей.