A Perfect Formula? Airgun Design Breakthrough

[Alberto José]

Segue uma tentativa de tradução livre do artigo publicado na revista AIRGUN Shooter (sugestões para a correção da tradução são bem vindas)

 

A Perfect Formula? Airgun Design Breakthrough

 

Posted on 27/09/2015

 

Link do artigo original

 

http://www.airgunmagazine.co.uk/features/a-perfect-formula-airgun-design-breakthrough/

 

 

Tradução (o texto em azul contém a redação original em inglês e abaixo a frase "traduzida" em vermelho )

 

A Perfect Formula? Airgun Design Breakthrough

 

A fórmula perfeita? Airgun design inovador

 

Posted on 27/09/2015 by Catherine

 

 

Depois de anos de Pesquisas & Desenvolvimento, um técnico de carabinas de ar pode ter feito a maior descoberta

em termos de design de armas de ar movido por ação de molas. Simon Everett foi entrevistá-lo para saber mais...

 

Há muitos aficionados das antigas carabinas de ar Weihrauch modelo HW77 - aquelas com um pistão de diâmetro 25 milímetros

– que dizem ser melhores do que a versão do modelo atual com diâmetro de 26 mm. Estes aficionados dizem que este um milímetro,

faz toda a diferença porque um pistão mais pesado influencia no ciclo de disparo da HW. Um atirador mediano provavelmente não vai notar isso, mas para aqueles com conhecimentos de engenharia, esta questão é assunto a ser pensado - e um técnico em carabinas de ar, Tony Leach, tem explorado este conceito mais do que qualquer outro. Depois de muita pesquisa e desenvolvimento, ele descobriu que a relação entre o diâmetro do pistão e seu peso pode ter uma enorme influência sobre a eficiência de um rifle de ar movido por ação de mola.

 

Em termos simples, a eficiência de um rifle de ar é calculada a partir da quantidade de energia que você recebe em relação à quantidade de energia empregada no esforço de armar. Normalmente, uma carabina de 12 ft.lbf (16,3 Joule) em um calibre 0,177 é menos eficiente do que em um calibre 0,22; os calibres menores tem eficiência em torno de 27 a 30 por cento, enquanto que os calibres maiores estão na região de 30 a 35 por cento.

 

Nota do Tradutor: A eficiência mecânica de toda a máquina é a razão entre o trabalho útil obtido, em comparação com o trabalho introduzido, a saber, e o trabalho gasto para o funcionamento da máquina. Esta proporção é normalmente expressa como uma percentagem, da seguinte forma:

 

(Trabalho produzido / Trabalho empregado) x 100 = Eficiência (%)

No entanto, o que Tony descobriu, potencialmente reescreve o “livro de design de carabina de ar“, e algumas de suas configurações (set-ups) experimentais resultaram em valores de eficiência superior a 50 por cento! Ironicamente, os principais fabricantes de rifle de ar começaram a ficar perto da configuração ideal nas décadas de 1980 e 90, quando o "ajuste fino" (tuning) virou moda. Mas os fabricantes desviaram-se do caminho, produzindo rifles de ar com pistões de maior diâmetro e cursos mais longos. Segundo Tony, esta é a razão inicial pela qual as carabinas Weihrauch HW77 12 ft.lbf, são bastante procuradas por "aqueles que a conhecem"!

 

O conceito atrás dos experimentos de Tony é “camisa interna de cilindro”, ou seja, reduzir o diâmetro interno da câmara de ar para obter um diâmetro menor, e consequentemente usar um pistão (êmbolo) mais leve. Tony me convidou recentemente para "sentir" a diferença obtida em um de seus rifles HW77, com camisa interna e pistão (êmbolo) de 23 milímetros de diâmetro.

 

Não é algo que Tony tenha descoberto da noite para o dia, lembre-se que ele está envolvido com “ajuste fino” (tuning) de carabina de ar há décadas. Nesse tempo, ele percebeu que um pistão mais leve acelera ciclo de disparo de uma arma de pressão e reduz o recuo. Enquanto isso resultou em algumas HW77 afinadas de modo fabulosamente doce por Tony, foi o modelo HW80 de maiores dimensões, com o seu pistão 30 milímetros, que chamou a atenção de sua mente inquisitiva para o ajuste de cilindro.

 

 

Tony usou uma camisa interna no cilindro de uma HW80 para reduzir seu diâmetro interno para 25 mm, e encurtou o curso do êmbolo em uma tentativa de “acelerar o seu tempo de bloqueio” (redução do lock time) e o resultado foi uma carabina de cano basculável de alta precisão com quase nenhum recuo.

 

Intrigado, ele efetuou outro exercício para comparação com uma Diana 52 Sidelever Springer, reduzindo o diâmetro original do cilindro, de 28 mm para 25 mm. Mais uma vez, com um curso mais curto, esta configuração retornou resultados igualmente impressionantes como os que Tony tinha obtido com a HW80.

 

Mas foi durante os experimentos com sua carabina Diana 54 Airking que um dia Tony teve um daqueles momentos de Eureka! A carabina Diana 54 Airking é uma carabina de ação por mola helicoidal “quase sem recuo” onde a ação é executada “sobre um trenó” para minimizar o recuo "sentido" em seu ombro; efetivamente, toda a ação desliza para trás em torno de 18 milímetros em direção ao atirador no disparo.

 

Mas quando ele estava usando sua carabina como uma bancada de ensaio para a sua “camisa interna de cilindro”, Tony descobriu que poderia reduzir este movimento para a metade, ou seja, para apenas 8 milímetros sem perda de potência. Foi uma grande surpresa real,e isto formou a base da sua experimentação daqui para frente.

 

Seu desenvolvimento seguinte foi a de incorporar um pistão rotativo - que era "sem saia” e assim muito leve, com apenas um anel O’ring como selo de compressão principal. O conceito do anel de vedação O’ring foi para obter o mínimo de atrito. Pela mesma razão, Tony usinou um novo êmbolo de bronze fosforoso, o qual tem propriedades de auto-lubrificação e não é susceptível às variações de temperatura.

 

Com um pistão diâmetro 22,93 milímetros deslisando em um cilindro com camisa interna de 23 milímetros, a bancada de ensaio HW77 de Tony retornou um resultado de eficiência como a de que ele nunca tinha imaginado em seus sonhos mais selvagens - 57 por cento! Foi um disparo suave, “full-powered” e de fácil basculamento em virtude do fato de que poderia acontecer realmente com uma mola mestra muito leve. Na verdade, o desempenho foi tão bom que a HW77 ainda produziu uma energia na boca do cano de 9 ft.lbf (12,2 Joule) sem a vedação O-ring no lugar!

 

Como os experimentos desfraldados, Tony descobriu que o comprimento do curso ótimo do pistão parecia ser entre 80 milímetros e 85 milímetros que é o que devolve o ciclo de disparo mais suave. Embora Tony reconheça tal pistão reduzido pode gerar 12 ft.lbf (16,3 Joule) de potência com um curso mais curto, ele descobriu em seguida que a carabina então se torna muito dura para atirar.

 

 

Ele também foi capaz de determinar que o diâmetro do êmbolo está indissociavelmente ligado as seguintes dimensões da “porta de transferência” (Transfer Port - TP): o diâmetro e o comprimento. A porta de transferência é o pequeno orifício através do qual o ar é canalizado a partir da câmara de ar principal para a parte de trás do projétil no disparo.

 

Another benefit of using a lighter piston is that it needs less of a cushion – normally provided by the piston ‘bouncing back’ violently on a build-up of compressed air toward the end of its stroke. This, says Tony, is another reason why his sleeved springers feel so smooth to shoot – there’s basically less mass coming to a sudden, abrupt halt.

 

 

O que Tony descobriu é que, com pistões menores, a porta de transferência pode ser alargada para melhorar o fluxo de ar, o que por sua vez a pressão da mola helicoidal pode ser reduzida. Outro benefício da utilização de um êmbolo mais leve é que ele necessita de menos “almofada de ar” – responsável pelo “reboteio” (bouncing back) do êmbolo violentamente numa acumulação de ar comprimido para o fim do seu curso. Isto, diz Tony, é outra razão pela qual suas carabinas de mola com camisa interna são tão suaves para atirar. Há, basicamente, menor massa submetida a uma súbita parada, abrupta.

 

and though he’s keeping his cards close to his chest on the exact dimensions, he is happy to say that he’s also shaped the inside face to aid airflow.

 

Através de horas de cuidadosa investigação, Tony encontrou ainda mais ganho de eficiência cortesia de uma porta de transferência mais curta e, embora ele mantenha segredo sobre as dimensões exatas, ele está feliz em dizer que também é devido ao formato da face interna da porta de transferência, para auxiliar o fluxo de ar.

 

is akin to reporting darts on the radio

 

O resultado de tudo isso é um pedaço de um ciclo de disparo suave - e embora tentando transmitir a sensação, é algo semelhante a “relatar dardos no rádio”, eu posso assegurar a vocês que as carabinas de mola afinadas pertencentes ao Tony atiram com quase nenhum movimento.

 

Eu estaria mentindo se eu os chamasse de “sem recuo'”, mas o seu recuo "sentido" era tão mínimo que eu poderia, através da luneta, assistir a um projétil full-powered calibre. 177 percorrer todo o caminho até um alvo a 50 jardas (45,72m)! Além do mais, a imagem vista não “tremeu” e a mira da luneta permaneceu no alvo durante a visada como se eu tivesse disparado uma carabina PCP. Ah, e também a alavanca underlever do rifle era tão fácil de bascular como o ferrolho de uma PCP!

 

is simply not capable of ever being taken over the limit,

 

Na verdade, através de suas descobertas, Tony considera que agora está em uma posição para projetar um rifle de ar movido à mola que simplesmente não é capaz de cada vez ser alcançado o seu limite, independentemente da potência da mola utilizada. Aparentemente Tony “quebrou” o código para o peso do pistão, o comprimento do curso do pistão, o diâmetro da câmara de ar e as dimensões daporta transferência. Em termos de eficiência de carabinas de ar, esta poderia muito bem ser a fórmula perfeita...

 

http://www.airgunmagazine.co.uk/features/a-perfect-formula-airgun-design-breakthrough/

 

Nota do tradutor: alguns destes conceitos já haviam sido estudados por Cardew et al. em seu livro

 

 

The Airgun From Trigger to Muzzle

 

http://carabinasdear.com.br/caforum/index.php/topic/9487-the-airgun-from-trigger-to-muzzle-traducao-parte-i/?hl=%2Bthe+%2Bairgun

 

“It is a surprising thing that very often a subjet that appears on first sight to be so simple, often, on further study, turns out to be very complicated. This statement is exceptionally true when applied to the spring air weapon, as we found out when we first began to investigate the subject some five years ago.”

 

“É uma coisa surpreendente que muitas vezes um assunto que à primeira vista parece ser tão simples, às vezes, em um estudo mais aprofundado, acaba por ser muito complicado. Esta afirmação é excepcionalmente verdadeira quando aplicada às armas de ar de ação por mola, como descobrimos quando começamos a investigar pela primeira vez este assunto há cerca de cinco anos atrás.”

 

G. V. Cardew

Editado Novembro 5, 2016 por Alberto José

[MARCOSYW1]

+ 1 muito interessante essa matéria...so se aprende fazendo testes mesmo...

Editado Novembro 5, 2016 por MARCOSYW1

[Anarco]

Excelente como sempre!! + 1.

[Edgar Minarello]

Olá Alberto, belo artigo !

Quando ele trata do transfer port; "face interna da porta de transferência", se refere ao lado interno da câmara. É isso ?

No seu entendimento, a idéia de "venturi" seria parte desse trabalho ?

Sobre o comprimento do cano, me parece não haver nenhuma menção. Considerando o uso perfeito da potencia gerada/empregada pelo pistão..., como voce entende o assunto cano. Há correlação ?

Gostaria de deixar bem claro que não estou inquirindo seu trabalho, mas sim, abusando, querendo saber suas considerações sobre essas questões.

Abraço

Edgar Minarello

[Aurélio]

Opa

 

Muito maneiro.

Parabéns pelo belo trabalho.

Em tempo: Quando o autor diz "Aparentemente Tony “quebrou” o código para o peso do pistão, o comprimento do curso do pistão, o diâmetro da câmara de ar e as dimensões daporta transferência. Em termos de eficiência de carabinas de ar, esta poderia muito bem ser a fórmula perfeita.." não pude deixar de pensar nisso....

 

 

Abs

Editado Novembro 6, 2016 por Aurélio

[Alberto José]

Quando ele trata do transfer port; "face interna da porta de transferência", se refere ao lado interno da câmara. É isso ? No seu entendimento, a idéia de "venturi" seria parte desse trabalho ?

 

The Airgun From Trigger to Muzzle - Tradução Parte I

 

 

Capítulo 5 - A Porta de Transferência (Transfer Port - TP)

...

 

Então, qual é melhor formato do TP? Bem, muitas vezes o projetista de uma arma de ar de ação por mola fica "entre o diabo e o profundo mar azul" nesta área. O que é necessário é o comprimento do TP o mais curto possível, com o diâmetro com uma boa captação (“lead-in”) do ar, e, uma superfície bem polida por toda extensão. Infelizmente, no entanto, nem sempre é possível, para o TP ser curto, sem perder a resistência física, nesta área, em especial nos modelos de cano basculante. A produção de uma boca de sino na extremidade de entrada da porta é um refinamento que não é encontrado frequentemente em carabinas produzidas em escala industrial. Do ponto de vista puramente teórico, o melhor formato para um TP seria uma boca de sino na entrada seguido de um venturi que se contrai no centro até um diâmetro ligeiramente menor do que o calibre da arma; em seguida, abre-se de novo para um diâmetro que correspondente com a boca de entrada para o furo do cano. No entanto, depois tanto esforço para construir tal dispositivo, ficamos decepcionados ao descobrir que as vantagens eram praticamente insignificantes.

 

 

Sobre o comprimento do cano, me parece não haver nenhuma menção. Considerando o uso perfeito da potencia gerada/empregada pelo pistão..., como voce entende o assunto cano. Há correlação ?

 

Pelo conteúdo do artigo, não há nenhuma alusão a testes efetuados por Tony com comprimentos de canos diferentes em uma mesma carabina.

 

The Airgun From Trigger to Muzzle - Tradução Parte II

 

Capítulo 6 - O Cano

 

...

A partir disso, fica claro que uma arma de ar com um cano longo não é mais potente do que uma idêntica com um cano mais curto.

Esta afirmação baseia-se no gráfico da Figura 6.1, que mostra a aceleração de um projétil calibre . 22 (5,5mm) através do canol. A partir deste gráfico pode-se observar que o projétil é acelerado durante as primeiras cinco polegadas centímetros de seu curso, enquanto que o restante do percurso é realizado a uma velocidade constante.

 

Como citei no Tópico, alguns destes conceitos já haviam sido estudados por Cardew et al. em seu livro.

 

Considero os estudos de G. V. Cardew et al. ainda válidos, pois embora atualmente tenhamos acesso a novos materiais, os estudos tiveram embasamento teórico formal utilizando-se conceitos da Física e da Termodinâmica e teste em bancada.

 

O único ponto destoante (destacado em vermelho) dos resultados obtidos por mim através de Chrony Test é descrito no

 

Capítulo 3 - O Pistão (Êmbolo)

 

...

 

"Nós examinamos o efeito de alterar o peso do pistão. Através da adição de pesos de chumbo no interior do êmbolo, foi possível dobrar o peso original.

Porém os resultados nos surpreenderam, pois esperávamos uma grande alteração na velocidade inicial, se para cima ou para baixo não tínhamos certeza que. Em vez disso, houve uma pequena redução na velocidade, mas a arma imediatamente se tornou muito desagradável para atirar, devido a um recuo (coice) muito pronunciado."

Quanto aos trabalhos e resultados obtidos por Tony na HW77, HW80 e Diana 52 Sidelever Springer, não conheço estas carabinas.

Editado Novembro 6, 2016 por Alberto José

[EloiSousa]

Excelente conteúdo.

[mazinhowaldemar]

Excelente material . Quem sabe , sabe . Parabéns .

[Líbero]

Fico curioso com um transferport em formato cônico com um diâmetro de entrada, no caso a saída do cilindro, maior (o dobro..?) do que o de saída para o cano, o qual permaneceria na medida original.

Suponho que esse formato afunilado ocasionaria um aumento na velocidade de escoamento do ar, diminuindo um pouco o efeito almofada e com melhor aproveitamento da energia oriunda do movimento do pistão.