90m飛ぶVSRを作りたい　②理論

こんにちは　カズです

90m飛ぶVSRを作りたい　第2弾

実現するにはどうすればいいのか考えていきます

BB弾の弾道計算

以前BB弾の弾道計算をやりましたが
その時は0.28gまでの計算しかしませんでした

カテゴリのBB弾の項目にあります

bb弾にかかる空気抵抗を実験で求め
エクセルでグラフ化したもの

これが0.28gでホップを調整した弾道

そしてこれが0.2g

どちらも0.95jで撃ちだした時の計算です

 

実験の傾向から0.3g　0.4gのBB弾の弾道を推測してみると

0.3g/0.95J

0.4g/0.95J

このように重たくすれば0.4gで100mに到達

 

ただ一つこの計算ではホップの強さを好きなくらいかけることができてしまうという問題点がある
bb弾の回転数はホップパッキンの摩擦と通過する速度によって決まるため重い弾になると十分な回転がかけられない可能性がある

ともあれ、重たいBB弾を使えば90mは見えてくる

回転について考える

BB弾にかけられる回転数には限界があるのだが、その上限値はチャンバーから出た瞬間のBB弾の速度できまる

摩擦の条件を理想状態にしての計算となっているが、回転数は速度に比例することがわかる

 

速度が決まっている場合でもピッチングマシーンやバレーのスパイクマシーンのように上下にローラーがついていて、球の上面をマイナス方向に速度を与えることができれば回転数は無限に増やせるが

エアガンの場合はそうもいかないので、BB弾の速度によって回転数が決まることとなる

0.95jの各重さの弾速を見ると
0.20g–97.4m/s
0.25g–87.1m/s
0.28g–82.3m/s
0.30g–79.5m/s
0.40g–68.9m/s
0.50g–61.6m/s

ちなみに、この速度で当たると、どの重さもパワーが一緒なので痛みも一緒

この時0.2g と0.5gでは同じポップ機構を使っても0.5gの最大の回転数は0.2gの60％しか出せないこととなる

 

これを考えると、１Jという縛りの中ではBB弾の重さにあった回転数が手に入る一番重い重さのBB弾が一番飛ぶ

さらに、現実的なことを考えると回転数はBB弾とホップチャンバーの間の摩擦とインナーバレルとBB弾の間の摩擦の差によるBB弾の速度に応じた加速度が角加速度となるから

速度が確保でき、角加速度をより大きくするためには長掛ホップが必要となると考えられる

速度について考える

BB弾の速度を考えるとき

銃口速度、いわゆる初速が一つの目安だが

カスタムをする際は
・チャンバー速度（ホップチャンバーを通過した瞬間の速度
・バレル内速度・加速度
・銃口速度

この3つを考えなくてはいけない

銃口速度は各bb弾によって1jに応じた速度があるが

これを0.2gを例にとると

チャンバー速度60　バレルで加速して銃口速度100となることがわかれば

単純計算でバレルの長さを半分にすれば銃口初速が80になる

また、
チャンバー速度が50　銃口速度がだとして70
バレルを倍の長さにしたら初速が60になったというときは

バレルの長さにシリンダー容量が足りずバレル内の最後の方で減速していたという風に考えられる

今のはインナーバレルを伸ばし過ぎたハンドガンとかの例

容量不足は集弾を悪くするのでシリンダー容量を増やすか、バレルの内径を狭いものに変えるかという対策が取れる

 

このように、速度と加速について複数の観点から見ていかなくてはならない

 

ところで、今回のカスタムで必要な3つの速度の考え方は

チャンバー速度100　バレル内加速は無しでそのまま銃口速度100になるというのが理想だ

前セクションで、ホップチャンバーを通った速度がそのまま回転数に依存するということがわかっているが

チャンバー速度100　バレル無しでそのまま銃口速度
チャンバー速度60　バレル内で加速して銃口速度100

この二つを考えると、前者の方がより強いホップがかけられることになる

つまりチャンバー内で一瞬で1jにすることができればそれが一番回転数を上げられる

 

理想はこうだが、実際にはインナーバレルはある程度の長さが必要で精度を保つためにバレルをどの太さで長さにするかがカギとなってくる

これは実験しながら決めていくしかない

パワーソース

ホップチャンバーからbb弾を押し出すのに必要なものは空気の圧力なので
いかに圧力を高くできるか考える

BB弾を押し出すために必要な力は空気の圧力で、単位はパスカル

空気の圧力がホップパッキンの押し付ける摩擦より大きくなった時にBB弾は発射されるが
この圧力はバネの力とピストンの運動エネルギーが空気を圧縮することでBB弾に圧力がかかる

物理的には運動エネルギーとバネの力と足し算するのはおかしいが、細かい計算になるので省略

この時空気の圧力はピストンにもかかるのでバネが弱かったりすると、BB弾の発射に必要な圧力まで空気を押し切れずBB弾が詰まってしまう

 

流速ではバネの力を大きくすることで大きな圧力を生み、強いホップの押し付けにも負けないシリンダーパワーとなっているが

今回はなるべくバネは通常の物を使っていきたい

 

ではどうするか？？？

シリンダーパワーはバネとピストンの運動エネルギーに依存するからピストンの運動エネルギーを上げればよい

そう
VSRに加速シリンダーを導入しようと思う

インナーバレルの長いVSRに加速シリンダーを導入することは本来であればシリンダー容量の不足を招きパワーダウン、集弾性の低下を招きかねない

ただ今回のカスタムに限っては
高い圧力が必要で、かつ、チャンバー内で1j近い速度を出し、インナーバレルは短めにして加速を最小限にするするという方向でやっていくのでインナーバレル数センチ～十数センチ分のシリンダー容量があれば十分となる

 

容量のバランスが取れれば、流速特有のバチンといったカン高い音も抑えられるかもしれない

 

まとめ

1j縛りでは回転数に制限がかかるためその制限の中で使える一番重いBB弾が今回使うべきBB弾となる

長掛ホップを使い効率のいいホップ機構にし

加速シリンダーを使うことで最小限のパワーソース（バネ）で効率のいい発射ができるようにする

インナーバレルは加速シリンダーの容量に合わせ集弾に影響を与えないように加工する