如何科学拉栓——使用内弹道模拟程序的气缸软弹枪效率研究与卷毛/内管选型指导
源码网址：https://gitee.com/Hanhsin-Zhang/nerf_sim因为嫌一发发试射慢慢摸索最佳配置又贵又慢又烦，而且也没有明确的优化方向。最近用C++写了个气缸软弹枪的内弹道模拟，包括弹簧参数计算，拍头和软弹运动仿真，气体绝热过程和摩擦力模拟，效率计算之类的东西。为配件选型提供优化思路。
模拟程序没有考虑气密问题和非线性摩擦力，实测对跑分的估计一般会偏高30%，时间比较长的模拟会偏高比较多(因为真实情况漏气多了嘛)
发现了一些有趣的现象，下文会解释：
1：拍头在释放后会快速受到巨大的气压差抵消弹簧的推力，这会导致拍头进入一种类似震荡的状态。女武神的条件下，拍头在软弹出膛之前只能走完一半行程。
2：拍头越轻能量利用率越高
3：软弹越轻能量利用率越高
以下是女武神使用扩容拍头，2*24*150毛和不同重量软弹的测试结果，我的女武神用1g弹，实测跑分在68-70之间。
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一：对模拟结果的一些观察和分析：
拍头的振荡现象原理
在软弹发射过程中，拍头会受到弹簧的推力，压缩空气的阻力和摩擦力。
随着拍头向前运动压缩空气，它受到的气压力会急剧增加，这会导致拍头的加速度变为负数，导致拍头的运动速度下降，在一些参数下甚至会出现拍头向后运动的情况。————这种情况并不奇怪，如果我们封闭枪膛，假设空气完全不溢出，那么拍头的运动就变成了标准的阻尼振荡。（现实中封闭枪口测试气密时一般不会出现振荡的原因一是空气会外泄，二是低速情况下摩擦力十分复杂，不是恒定值）
二：影响振荡的因素
在加入运动弹头的情况下，气体可以通过推动弹头获得额外的体积，这降低了膛内气压，从而降低了拍头的减速趋势。这使拍头的振荡周期变长了。一般来说，弹头越轻，反向加速度就越低（气压低了），拍头的振荡周期就越长，它就能走完更多的气缸行程，释放更多弹簧能量
另一个影响是枪管长度。在枪管长度过长+拍头剧烈振荡的情况下，拍头可能停滞不前甚至向后运动，无法有效压缩空气。这使膛内气压可能会降低到低于环境气压的程度。出现这种情况时气压差会把弹头向后“吸”，反而降低了速度。
需要指出的是，这种情况与一般认知中的“枪管过长导致气缸气体无法充满枪管”不同，导致气压降低的主要原因是拍头振荡无法有效压缩气体，而不是气缸体积不足。
三：优化方法
所以我们需要尽可能降低拍头受到的反向加速度，延缓振荡并降低它的强度。
做到这一点有三种思路：1.降低拍头受到的气压力，这对应着使用更轻的弹头。2.增加拍头受到的弹簧推力，这一点可以通过换更强力的弹簧/增加弹簧预压做到。 3.改变振荡的固有频率，根据理论依据和模拟发现，弹簧的劲度系数越大，预压越多，拍头越轻，振荡的频率就越高，反向运动出现得越早。
另一方面，我们希望找到合适的枪管长度，让弹头在膛内气压衰减到大气压时恰好出膛。一般来说，弹头较轻时，振荡缓慢且平滑，可以适当延长枪管长度;弹头较重时，振荡快速且剧烈，需要使用短枪管避免弹头被向后吸。弹簧劲度系数越小，振荡固有频率越低，反向运动出现得越晚，可以适当延长枪管;对应地，弹簧劲度系数越大，反向运动出现地越早，枪管不宜过长。
四：具体方案
如果你需要提高能量利用率：
1：使用极长枪管并搭配超重弹头，人为增加弹头在枪管内滞留时间并缩短振荡周期。拍头在出现反向运动后，又会受到更大的弹簧力和更小的气压，导致它再度向前运动，第二次加速弹头。这样做能大大提升弹簧能量的利用率。这样做需要特制重弹，比较麻烦，初速也不会太高。
如图，女武神不换卷毛，使用2.5克超重弹和600mm超长内管，弹簧能量利用率相比普通的1g软弹+350内管上升了不少
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2.使用超短弹簧，我们观察到正常情况下，拍头总是在气缸的后半部运动，因此如果调整弹簧的参数，使用较短的弹簧（它在拍头后半段释放更多能量），也能提高能量利用率。只是这样做会恶化拉栓手感，弹簧也可能乱飞，对发射器的构型有额外要求。
如图，相比2*24*150簧，分别使用2*22.5*136簧和2.3*23.5*120簧(用这么怪的参数纯粹是控制它们的弹簧能量一样)的女武神模型效率都有所提升
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省流1：拍头因为巨大气压会在气缸里慢下来甚至停止，调整参数让拍头停得晚一些，多动一些行程能增效提分
省流2：想提高效率就上短弹簧 另外，蹲一个会打包c++程序的老哥https://mag1.sdgun.net/public/emotion/face_wangchai.png 好 牛 牛 感谢分享 专业的分享多来一些
回头在建个模型，写个论文https://mag1.sdgun.net/public/emotion/face_075.pnghttps://mag1.sdgun.net/public/emotion/face_075.pnghttps://mag1.sdgun.net/public/emotion/face_001.pnghttps://mag1.sdgun.net/public/emotion/face_001.png 电鳗 发表于 2023-12-06 07:18
回头在建个模型，写个论文
dna动了 牛逼 火钳刘 做了我一直想做的事 选题有了这不就，老哥加油 但是不管长簧短簧，行程不是一样的吗？意思是保证k大的前提下不预压？ 因为我骚丫 发表于 2023-12-06 08:15
但是不管长簧短簧，行程不是一样的吗？意思是保证k大的前提下不预压？
短簧的能量集中于行程初期，在最开始的时间内释放充分 因为我骚丫 发表于 2023-12-06 08:15
但是不管长簧短簧，行程不是一样的吗？意思是保证k大的前提下不预压？
我的理解是短簧在一开始给拍头加上更多能量，让它的初期速度更快，就能顶着空气压力往前走多一些。但是随后的振荡和后退也会更加剧烈(不过那个时候软弹已经出膛了) 可能跟燃烧速度更快的火药比较相似吧，膛压上升地更快，峰值压力也更高(这些在模拟中都体现出来了)，加速就更充分些 太专业了 牛逼 现实情况并不是要解决如何更高的跑分，而是要反向解决如何更省力的手拉。 皮皮皮皮皮 发表于 2023-12-06 09:20
现实情况并不是要解决如何更高的跑分，而是要反向解决如何更省力的手拉。
能量利用地更有效了不就能省力了嘛 拍头等结构的气密缺陷跟从软弹和管间泄露的气体我认为还是不能忽略的
试问将内管视为实心，活塞效率取一定值时拍头运动到行程末端的时间与实践中将仓口堵住释放活塞后其完全泄气的时间进行比较，能否借此评价实际发射器上活塞的气密状况 大做题家 发表于 2023-12-06 09:23
能量利用地更有效了不就能省力了嘛
如果是嫌弹簧太硬拉不动，那也没办法只能换成长一点的，或者是预压弹簧这种弹簧力变化比较平缓的。但效率肯定会下来 电子烟 发表于 2023-12-06 09:23
拍头等结构的气密缺陷跟从软弹和管间泄露的气体我认为还是不能忽略的
试问将内管视为实心，活塞效率取一定值时拍头运动到行程末端的时间与实践中将仓口堵住释放活塞后其完全泄气的时间进行比较，能否借此评价实际发射器上活塞的气密状况
模拟里面如果把枪口堵上，那拍头就是做阻尼振动，会来回晃。但拿手堵住管口的实际情况下只会一点点运动到推嘴上。我推测造成这种不同的原因有三点，
一是低速条件下摩擦力非常复杂，不能用定值简单估算；
二是堵住枪口和从推嘴处封死内管这两种做法给空气留下的体积是有所不同的，振荡的周期和阻尼比会有变化。
三就是漏气，不过我觉得O圈，气缸间隙之类的漏气对模拟影响其实不大。我们测气密的时候都要三五秒才能漏完，但是软弹在膛内的运动时间才十毫秒，从那些地方能漏多少气出去?实际发射的时候，漏气的大头还是软弹和枪管之间。关于这点可以去看那个完美气密的帖子 空气柱本身是一种弹簧。
拍头收力分析：一侧 弹簧未恢复的形变长度（原长- 瞬时位置）*劲度系数k， 另一侧， 蛋 与管的摩擦阻力。
意味着 一直到 非常后面 甚至在长簧下 不太可能， 摩擦阻力 > delta L*k
,不存在后退 或倒吸 这波和ID配合的很好 萌萌男 发表于 2023-12-06 10:04
空气柱本身是一种弹簧。
拍头收力分析：一侧 弹簧未恢复的形变长度（原长- 瞬时位置）*劲度系数k， 另一侧， 蛋 与管的摩擦阻力。
意味着 一直到 非常后面 甚至在长簧下 不太可能， 摩擦阻力 > delta L*k
,不存在后退 或倒吸
气缸内压缩气体对弹簧的压差阻力去哪了? 水无月 发表于 2023-12-06 11:08
这波和ID配合的很好
鼠鼠还是做不过同学https://mag1.sdgun.net/public/emotion/face_006.png 刚刚有时间测试了下淘宝上女武神改件的性能和改进方案：
首先是改件使用普通弹簧和1克软弹与原版的对比，可以看到改件的效率有不少提高。
随后陆续换了短簧+长枪管+1.6重弹，把能量利用效率提高到了丧心病狂的87%,属于是榨得一滴都不剩了。
我们还能注意到改件方案中拍头的振荡情况大为改善，这很有可能是因为改件换用了更强力的弹簧。
下图分别为原版，改件原版，改件换毛+重弹+长管
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http://picapp.sdgun.net/pic/20231206/1701843530808436_813.png
http://picapp.sdgun.net/pic/20231206/1701843537093384_85.png 附尾托改件图片，拍头60g是我的保守估计
http://picapp.sdgun.net/pic/20231206/1701843594087166_272.jpg 看不懂，但是依然觉得很牛 大做题家 发表于 2023-12-06 11:10
气缸内压缩气体对弹簧的压差阻力去哪了?
什么造成了 >1 个标准大气压？ 或者说 中间段的空气 受到什么力 因此 短暂 压强>1了？ 萌萌男 发表于 2023-12-06 15:43
什么造成了 >1 个标准大气压？ 或者说 中间段的空气 受到什么力 因此 短暂 压强>1了？
弹簧推着拍头在压缩空气啊，就是因为空气被压缩，气压增加了，软弹才能被气压推着飞出去 顶 大做题家 发表于 2023-12-06 15:44
弹簧推着拍头在压缩空气啊，就是因为空气被压缩，气压增加了，软弹才能被气压推着飞出去
没有蛋 与壁的摩擦阻力… 阻止向管外的运动趋势，就没有气压增大的 环境了…. 萌萌男 发表于 2023-12-06 16:35
没有蛋 与壁的摩擦阻力… 阻止向管外的运动趋势，就没有气压增大的 环境了….
软弹和拍头都是有质量，有惯性的。建议再看看高中物理https://mag1.sdgun.net/public/emotion/face_wulian.png 萌萌男 发表于 2023-12-06 16:35
没有蛋 与壁的摩擦阻力… 阻止向管外的运动趋势，就没有气压增大的 环境了….
发射的过程时间非常短，只有10毫秒不能当做稳态过程分析。另外如果真是你说的那样，那是什么东西在推着软弹前进? 牛的 好活当赏 牛 赞 牛逼 好贴 https://mag1.sdgun.net/public/emotion/face_003.png 大做题家 发表于 2023-12-06 16:41
发射的过程时间非常短，只有10毫秒不能当做稳态过程分析。另外如果真是你说的那样，那是什么东西在推着软弹前进?
我知道我跟你的 焦点在哪里了： 你观察到了拍头回撤，你认为是 空气压强大到一定程度后的反弹。
其实 是 碰到缸底的反弹。
推动蛋的 是 能量的传递， 弹簧释放的势能=piston的动能+【损耗1：o圈摩擦力做负功】，piston的动能 = 蛋 最终可获得的动能 + 【损耗2:空气作为传导介质 弹性形变的过程中的能量需求】+【损耗3: 蛋与壁的摩擦力做负功】，
当管不够长时，即拍头没到底 蛋就出去了。
当管不够长时， 即拍头到底， 空气全部推入管子里，压强逐渐恢复到1个管子里，蛋加速到最高速，合力加速度降为0，然后摩擦力做负功 蛋速度减速， 但此时 通过管子的速度足够快时间足够短，因此 拍头反弹还没起开过起开一点点前，蛋已飞出。
真正管子太长但还没飞出， 但 弹簧势能释放 足够大 ，除了 送蛋飞奔外，还会被改变方向反弹，弹簧短，而剩下的形变位移 不支持剩余的反弹的piston的 的抵消 那piston 就会实际被观测到反弹，不然 还是会被牢牢的贴在 缸底。
只有反弹 真正 in motion 而且蛋还没出管，才会真正存在倒吸的机会。
从经验速度来讲，一般 形成不了倒吸，蛋早走完 去区区几十厘米的管了。 大做题家 发表于 2023-12-06 16:41
发射的过程时间非常短，只有10毫秒不能当做稳态过程分析。另外如果真是你说的那样，那是什么东西在推着软弹前进?
简洁一点说， 空气只是产生了 弹性形变， 空气仅仅是传导拍头能量的介质，你可以在喷水枪前 放一个球， 推球的 不是“水压”水压 还是那个水压， 水只是一个介质。 空气具有一定的可压缩性，实际是弹性形变，气压是会上升， 蛋一边的气压是比另一边高，但不是主要因素。我们也可以做另一个思想实验，
用一根筷子从前面轻轻抵住管子里的蛋， 推活塞 到底令气缸里的空气 压缩到一定程度进管。此时压强和发射状态下的一侧空气压强 一致，甚至更高， 此时撤掉 筷子，你觉得那一点压强 能令 蛋 已同样的速度飞出管吗？ 萌萌男 发表于 2023-12-07 01:15
我知道我跟你的 焦点在哪里了： 你观察到了拍头回撤，你认为是 空气压强大到一定程度后的反弹。
其实 是 碰到缸底的反弹。
推动蛋的 是 能量的传递， 弹簧释放的势能=piston的动能+【损耗1：o圈摩擦力做负功】，piston的动能 = 蛋 最终可获得的动能 + 【损耗2:空气作为传导介质 弹性形变的过程中的能量需求】+【损耗3: 蛋与壁的摩擦力做负功】，
当管不够长时，即拍头没到底 蛋就出去了。
当管不够长时， 即拍头到底， 空气全部推入管子里，压强逐渐恢复到1个管子里，蛋加速到最高速，合力加速度降为0，然后摩擦力做负功 蛋速度减速， 但此时 通过管子的速度足够快 时间足够短，因此 拍头反弹还没起开过起开一点点前，蛋已飞出。
真正管子太长 但还没飞出， 但 弹簧势能释放 足够大 ，除了 送蛋飞奔外，还会被改变方向反弹，弹簧短，而剩下的形变位移 不支持 剩余的反弹的piston的 的抵消 那piston 就会实际被观测到反弹，不然 还是会被牢牢的贴在 缸底。
只有反弹 真正 in motion 而且蛋还没出管，才会真正存在倒吸的机会。
从经验速度来讲，一般 形成不了倒吸，蛋早走完 去区区几十厘米的管了。
你还是没有考虑拍头的受力状态，拍头不是被推嘴弹回来的，是被气压压回去的... 大做题家 发表于 2023-12-07 01:44
你还是没有考虑拍头的受力状态，拍头不是被推嘴弹回来的，是被气压压回去的...
这里的回弹不仅包括反向运动，还有拍头的负向加速度。 你只要把系统里各部件的受力状态都分析一遍，就知道是怎么回事了...而且你也没有看我的模拟，我的程序压根就没有考虑拍头触底后和推嘴的碰撞回弹....仔细去看看那几张图的模拟过程你就会发现拍头是在半路就被推回去了 我的观点是基于模拟结果和运动学分析给出的，请不要随便脑测。
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