流速チューン?設定におけるホップ量と初速の変化

流速チューンと呼ばれるエアガンのチューニングがあるそうですね。

流速チューンとは
 ・重いピストンヘッドを使う
 ・強いばねを使う
 ・短いバレルにする
というチューニングを行う事のようです[1]。この結果、
 ・ホップを掛けるほど初速が上がる
 ・破裂音が鳴る
という効果が得られるらしいです。これらの効果を物理的な言葉に置き換えます。

「ホップを掛ける」ということは、BB弾がホップを掛ける為のゴムの所で止まりそこを抜けるために力が必要、ということです。
すなわち、内圧がある程度高まらないと動き出さないということを意味します。
「破裂音が鳴る」ということは、射出時に外気圧と内圧の差が大きいことを意味します。
また、短いバレルにするのは初速が上がりすぎるためだそうです。

以上の振る舞いがシミュレーションで再現できるでしょうか。
グラフの横軸を射出に必要な内圧にとり、バレル長を10cmに設定した時の射出速度と射出時の内圧をプロットしたのが以下の図です。

確かによく言われている通り、BB弾が動き出すまでに力が必要なほど(ホップを掛けるほど)、初速が上がる振る舞いが再現できています。
ある程度のホップの強さからは頭打ちになるようです。このある程度の強さが実際のエアガンで掛けられる強さなのかはわかりません。
射出時の内圧も3気圧と非常に高くなります。外気圧は1気圧なので、これだけ差があれば破裂音が鳴るのも納得でしょう。

流速チューン?のパラメータ設定は以下の通りです。通常の設定と比べ、ピストンヘッド+ばねの重さを22→30g, ばね定数を431→800kg s-2に変更しました。
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BB弾直径 5.95mm
BB弾重さ 0.25g
バレルの直径 6.05mm
バレル長 10cm
シリンダー直径 24mm
ピストンヘッド+ばねの重さ 30g
ばね自然長 150mm
ばね定数 800kg s-2
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流速チューンだ!と言っている方々のブログ等を拝見しましたが、なかなかばねの強さやピストンヘッドの重さ等を詳細に詳しく述べているページはありませんでしたので、上記パラメータはなんとなく設定しています。
また、流速チューン?とはてなマークを付けているのは、具体的なパラメータ例が無いことや、定義が個人によって違うからです。

追記)
通常のばねや、ピストンヘッドの重さでもホップを掛けるほど初速が上がるという傾向は変わらないことが分かりました。
すなわち、上記の傾向はバレル長が短いことによる普遍的な傾向だ、ということです。バレルが短ければホップを掛けるほど初速が上がる、という意味です。

上の計算は以下のパラメータで計算を行いました。
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BB弾直径 5.95mm
BB弾重さ 0.25g
バレルの直径 6.05mm
バレル長 10cm
シリンダー直径 24mm
ピストンヘッド+ばねの重さ 22g
ばね自然長 150mm
ばね定数 431kg s-2
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以上の計算は、下記ページで配布しているエクセルシート(ver1.3以降)にて計算することが出来ます。
弾道計算のコード(Excel)

参考資料


[1]流速チューンの原理と製作例、注意点


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