Газобаллонная пневматика — пневматическое оружие, в котором расход рабочего тела (газа) происходит из изолированной ёмкости (накопителя), в которую рабочее тело предварительно закачивается компрессором (насосом) или поступает из другой ёмкости.
Таким образом в этот класс кроме устройств, имеющих в конструкции газовый баллон (резервуар), относятся также компрессионная пневматика и пневмопатроны.
При закачке газа из баллона может использоваться не только воздух или CO2. Использование газов с более высокой скоростью звука позволяет поднять мощность выстрела. Используется в основном для спортивной и развлекательной стрельбы.
Устройство
Углекислый газ при нормальной температуре находится в газовом баллоне в жидком виде, над уровнем жидкости находится паровая подушка, давление CO2 в баллоне составляет 50 атмосфер. Это давление поддерживается постоянным пока на дне баллона остаётся хотя бы немного жидкой углекислоты. Давление паровой фазы зависит от температуры окружающей среды, при очень низкой температуре отмечается его снижение (см. фазовый переход).
В пневматическом оружии для выброса пули используется потенциальная энергия предварительно сжатого (сжиженного) газа или же газ сжимается в момент выстрела. Здесь обобщённый термин «газ» включает в себя воздух, углекислый газ, азот и газовые смеси. При выстреле происходит расширение газа, который, воздействуя на пулю, сообщает ей кинетическую энергию. Величина переданной энергии, а, значит, скорость пули зависит от многих факторов, включающих в себя: отношение массы пули и массы сжатого воздуха; величину скорости звука в воздухе — которая в свою очередь зависит от температуры, характеристик адиабатического процесса, коэффициента полезного действия всей системы.
Газобаллонная пневматика на CO2 по принципу действия резко отличается от использующей сжатый воздух или иной хранящийся под давлением газ: служащий в ней в качестве источника энергии баллон с жидкой углекислотой по сути представляет собой маленький паровой котёл, работающий за счёт притока тепла из окружающей среды. Если обычный паровой котёл, наполненный водой, для получения водяного пара необходимо нагревать за счёт сжигания топлива, то углекислота начинает кипеть уже при −57°С, так что даже комнатной температуры вполне достаточно для того, чтобы над заключённой в баллоне жидкой фазой CO2 образовывался насыщенный пар — газообразная фаза углекислоты, которая может отбираться из баллона для совершения механической работы, в данном случае — метания снарядов.
При температуре в 20°С давление в баллоне будет составлять около 55 атмосфер, причём его падение, наступающее вследствие отбора очередной порции пара углекислоты, провоцирует повторное кипение жидкой фазы CO2. Это, в свою очередь, вызывает повышение давления в баллоне вплоть до достижения им исходного значения, соответствующего термодинамическому равновесию системы в целом. Давление в баллоне будет восстанавливаться до тех пор, пока в нём будет оставаться жидкая фаза углекислоты (на этом же принципе, но с использованием воды в качестве рабочего тела, функционируют бестопочные паровозы).
Таким образом, в отличие от баллона со сжатым воздухом, давление в котором (а значит — и скорость выпускаемой оружием пули) необратимо снижается после каждого выстрела, баллон с жидкой углекислотой представляет собой до определённого предела саморегулирующуюся систему, способную поддерживать давление газообразной фазы на более или менее постоянном уровне. Достижение такой стабильности характеристик в пневмобаллонной пневматике требует применения специального сложного устройства — редуктора.
Однако, как и в случае любого парового котла, если из баллона с углекислотой стравить слишком много пара — давление в нём упадёт до такой степени, что на его восстановление до исходного значения потребуется довольно значительное время. Кроме того, при кипении углекислоты баллон сильно охлаждается из-за активного поглощения тепла из окружающей среды, так что при активной стрельбе его температура может опуститься настолько, что кипение углекислоты на какое-то время станет вялым или даже практически вовсе прекратится. Иными словами, повторяемость выстрелов из газобаллонной пневматики в большой степени зависит от темпа стрельбы: при соблюдении паузы между выстрелами, достаточной для восстановления давления в баллоне, она позволяет достичь высокой стабильности начальной скорости пули на протяжении большого числа выстрелов, однако при интенсивной стрельбе начальная скорость пули может на определённое время существенно падать.
С этой точки зрения выгодным является использование баллона как можно большего объёма, давление в котором меньше падает при каждом выстреле и быстрее восстанавливается. Однако процедура заправки баллона жидкой углекислотой ощутимо сложнее, чем сжатым воздухом. Так, перед заправкой пустой баллон необходимо охлаждать, так как попытка использовать неохлаждённый баллон с высокой вероятностью закончится образованием в нём паровой пробки из газообразной углекислоты, не дающей заправить баллон полностью. Поэтому в большинстве случаев используются заправляемые в заводских условиях одноразовые стандартные баллоны небольшой вместимости — 8 или 12 граммов углекислоты, например — предназначенные для бытовых сифонов.
С точки зрения характеристик пневматического оружия использование в нём углекислоты является маловыигрышным и не позволяет достичь высоких характеристик. Так, скорость звука в CO2 составляет лишь 260 м/с при 0°С, что существенно ограничивает максимальную начальную скорость пули. При низкой температуре окружающей среды давление в баллоне — а значит и начальная скорость пули — ощутимо падает, а время, уходящее на его восстановление после выстрела — значительно возрастает. Хотя в теории кипение углекислоты будет продолжаться вплоть до достижения температурой окружающей среды значения в −57°С, на практике уже при небольшой отрицательной температуре продолжительная стрельба из углекислотной пневматики становится практически невозможна. Содержащаяся в баллоне жидкая фаза углекислоты при определённом положении оружия при стрельбе (с поднятым кверху стволом, особенно при горизонтальном расположении баллона) может проникать через выпускной клапан в ствол и там немедленно затвердевать, что приводит к потере стабильности начальной скорости пули (при выстреле эта твёрдая фаза углекислоты выбрасывается из ствола в виде снега). Кроме того, углекислота способна разрушать резиновые уплотнения, которые требуют периодической замены из-за разбухания.
Все вышеперечисленные недостатки, однако, являются сравнительно малозначительными при применении углекислоты в развлекательном пневматическом оружии, что и является основной нишей углекислотной газобаллонной пневматики.
Ссылки
