2018/01/31

手拉空狙之內彈道剖析 - 射擊系統篇 (定期更新Q/A)

[本文由筆者十年以上空狙經驗,融合基本物理學,及國外玩家資訊所寫成]


我想應該不少玩家曾經有一種疑問:

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Q: 為何我的槍初速跟某人的相同,也用一樣的彈,但是彈道、射程、準度卻沒有他好?
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這個答案老手玩家應該都能猜到下列幾個原因:

1. 你的 Hop 是否有裝好?
2. 活塞出力(初速)是否有不穩?
3. 內管是否有拉直,品質是否有檢查?
4. 槍體震動是否有處理?


不論問題出在哪,我們可以綜合歸納成一個原因: 內彈道 (Internal Ballistics) 品質不好。因此,這次我們就來談談空狙的內彈道吧!

根據 Wikipedia: 內彈道彈道一部分,指被發射的拋射物從點火到離開發射器身管這一段過程。 由此類推,Airsoft 的內彈道為 BB 彈從 Hop 皮下壓點處被推動,直到離開內管的過程

內彈道的品質,連同外在環境因素 (風、溫溼度),決定了外彈道 (External ballistics) 表現。因此搞精密射擊的玩家,不可不先了解內彈道原理。

影響內彈道品質的因素共分三類: 射擊系統彈藥因素、與環境因素。本文就先針對彈簧動力之手拉空狙射擊系統來進行剖析。


====== 正文開始 ======

首先我們介紹 BB 彈在內管中加速的各個進程,粗略分為三段。

第一階段為: Hop Up 作用與活塞衝擊區


此階段的流程如下:  扳機司牙釋放後,彈簧活塞開始壓縮空氣。當膛壓大到某個程度 (通常為膛壓最高點之前),Hop 阻力再也擋不住 BB 時,BB 開始向前移動,並開始自旋,接著可能會與上下方管壁碰撞(也可能完全不碰撞),隨後因白努力原理產生的氣墊效應開始發揮作用,將 BB 彈維持在管中心。接下來發生活塞停止事件發生 (撞底或撞到高壓氣牆) ,作用力與反作用力使得槍體瞬間產生位移,槍管一瞬間 "上下" 擺動 (加速度朝下),此時 BB 彈可能會面對第二次的碰壁行為,根據震動特性,撞擊方向可能不再是單純上下向,而是隨機。


第二階段為: 氣墊效應穩定區



此階段的流程如下: 氣墊效應開始重新回穩 BB 彈。然而,此時因活塞撞擊後的槍管震動產生,彈簧餘震也尚未消失,內管此時為諧震的狀態,BB 仍有可能摩擦管壁。因此此階段的重點為氣墊強度是否足以"保護" BB 不要碰觸到內管,並且將行進路線穩定維持在管中軸。


第三階段為: 氣墊效應減弱區



此階段的流程如下: 隨著 BB 行走距離增加,膛壓開始下降,氣墊效應減弱。此時氣墊效應所提供的浮力與置中能力減落,可能會無法有效抵消 BB 彈的重力朝下的瑪格努斯力,導致 BB 離下方管壁較為靠近。此時若內管仍處受震或晃動的狀態,可能會引發最後一波 BB 碰觸管壁。最後,所剩不多的高壓空氣將 BB 推離內管,內彈道就此結束。



由上面三張圖可以發現,我一強調 "BB 彈與管壁碰撞" 這件事。Why?  原因在於 BB 彈與管壁碰撞的情況,為內彈道品質的關鍵。一般來說,碰撞次數與內彈道品質呈反比。

當 BB 與管壁碰撞,會隨機發生下列三件事情:
1. BB 表面拖臘、刮傷
2. BB 自旋速度改變 (可能變快或變慢,要看撞到哪邊)
3. BB 自旋軸偏移 (這是重點!)

這三件事情若同時發生,外彈道絕對不可能穩定,也不可能漂亮,光想就頭皮發麻。因此,如何降低 BB 彈與管壁碰撞的次數,為改善內彈道的重點

接下來分別講述如何降低碰撞次數。



第一階段改善重點:

-提高 Hop 作用的準確度: 檢查 Hop Unit 安裝後,壓點施力是否朝正下方,循跡軌道是否有偏移,來避免發生 BB 蛋左右碰撞管壁,影響自旋軸。另一重點為壓點本身最好呈現流線型,可減少真空區及擾流的發生。壓點的施力曲線最好是 弱>強>弱,可降低 BB 蛋離開壓點後的彈跳。

-降低活塞衝擊的影響: 此部分可選用輕量化活塞、降低彈簧強度、使用活塞減震墊、使用略重的彈、或者是透過增加槍管質量的方式來抵消活塞撞擊所產生的震動。


第二階段改善重點:

-內管品質控制: 選用內壁工差低、真質度夠的內管可有效降低碰撞次數。如無法取得製作品質優良的內管,可改使用直徑稍大的內管 (6.05mm 以上),但須確保 CBR 夠大 (*註1),才能將 BB 穩定在中軸。

-抑制槍管震動: 使用內管固定器來吸收震動、或替槍管配重均能降低諧震。


第三階段改善重點:

-提高 CBR: 氣缸與內管容積比  (註1: Cylinder to Barrel Ratio,CBR) 為內彈道後半表現的重點因素。CBR 夠大,代表整個內彈道 BB 後方的高壓空氣與前方的低壓空氣的壓差能保持得很高,氣墊能維持的距離就長,BB 周圍的氣墊也會比較堅韌!  氣墊夠強,BB 偏移的校正能力愈強,自然就能避免 BB 碰觸管壁。此外,整個 BB 加速過程膛壓下降的也比較慢,膛壓更均勻,內彈道也更安定。

至於 CBR 的提高有兩路,提升排氣量與縮短內管長度。提升排氣並不好做,常見手法如縮短活塞長度,變更活塞卡榫環的位置;而縮短內管即直接更換短內管或鋸管。

CBR 的值要控制在哪裡最好?  一般說法是 2 以上即可,不需超過 3。國外有一個傳說是 2.2-2.3,但來源不明。至於低點在 1.5 左右,再低下去會導致負壓回抽。

筆者認為,對於一把空狙來說,汽缸容積 (排氣量) 就好比一個運動選手的肺活量。氣缸大,就容易調整出裡想的 CBR,使用更長的內管,以及配出更好的氣墊效應。

以下為筆者經驗中,各種不同 BB 彈所需的 "最低" CBR:
0.2g: 1.5:1
0.25g: 1.7:1
0.3g: 2:1
0.4g: 2.3:1
0.43g: 2.5:1
0.46g: 2.8:1
0.48g: 3:1



-出口導流: 內管前端最好有斜角 Crown,或者是能將剩餘高壓尾流均勻發散的設計。如額外接駁滅音管,也請保留一小段擴張室。


其餘改善重點:

-一致性 (Consistency): 請確保 Hop 作用、彈簧活塞加速、扳機、槍體本身的每次運作的反應均一致。

舉例來說,Hop 安裝時氣密為首要基本條件,下壓桿不能晃動,壓塊不能亂跑等...都是確保每次下壓作用一致的關鍵。膛簧是否真直,與尾頂桿之間的工差、與活塞內壁之間的工差是否夠小、彈簧前後是否有使用培林來釋放扭力、活塞 Cock 時是否有過壓氣缸內壁、上油是否確實等,為穩定定力源的關鍵。

總之,若沒有一致性,代表每發射擊時內彈道的碰撞位置與次數均不同,當然外彈道就不會有一致性了。



總結

要搞好一把空狙的內彈道,大致上需檢察下列五個項目:

1. Hop 壓力是否朝內管正中心下方,且循跡軌道不偏,作用滑順
2. 內管是否真直, 管壁偏差量是否夠小 (+-0.005mm)
3. 是否有維持良好氣墊的壓力 (CBR 曲線是否維持在某閥值以上)
4. 擊發瞬間槍管是否晃動、過度受震 (彈簧過強、活塞過重、重心不協調等)
5. 所有機構運作是否有一致性


上述五大點若都能搞好,使用品質優異的彈,您自然就會發現外彈道飛行非常穩定,不會出現 S 型抖動,抗風能力增加,末端也不會突然轉向或急墜,而且整體 CTC 表現也會提升。



#本文簡單假設了射手、彈藥、內管品質、環境均完美
#三張圖所標註的內管長度 (10cm,10~40cm,40cm後) 僅為簡單示意,此長度會隨各個系統改變。

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本文結束,接下來為 Q&A 區 (將不定期更新)

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Q1: 內管愈長是否射程愈長愈穩?

Answer:  不一定。

內管長 OK,但您需先保證 內管真直度跟品質夠好,以及您的空狙有足夠的 CBR。CBR 不夠,BB 在第三階段的氣墊效應愈薄弱,內彈道末端可能因此受損。

另一方面,內管長會連帶外管組也變長 (包含延伸用消音管),使槍管總質量提升,抗震性提升,進而提昇內彈道穩定。通常受震能力不佳的槍,可透過加長內管提升彈道穩定度。但這邊也須注意外管本身是否真直,否則會傷害到內管的真直度。
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Q2: 汽缸排氣量是否愈大愈好?

Answer:  "一般來說",是。

我們先來看看汽缸排氣量的優勢有哪些:

1. 更佳的 Joule Creep 能力
2. 多餘的氣體能提供堅固的氣墊
3. 能對應較長的內管
4. 如搭配重彈,活塞撞底時會產生 "減震墊" 效應

如果您今天想要追求射程與精度的極限,建議使用汽缸排氣量 > 40cc 的系統。

排氣量低的系統就不好嗎? 非也。排氣量低的系統在低動能設定時一樣能發揮得很好,只要 CBR 設定正確即可。但追求極限高動能、高射程時,彈道穩定度永遠都無法與高排氣量系統抗衡。

總而言之,排氣量過高,可以轉化成氣墊、使用超重彈消耗掉。但如果排氣量不足,永遠都有一個過不了的門檻,這是先天上的限制。

最後建議 CBR 不要超過 5,因為膛壓累積不夠高,初速會低很多。
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Q3: 內管內徑是否愈小愈好?

Answer:  否。

在討論內徑大小之前,要先選到內壁平整、真直度的內管較為重要。內壁有波浪 (抽管時留下的痕跡)、真直度不夠 (如內管固定器沒裝好、外管是歪的),會大幅增加 BB 撞管次數。如果選不到品質好的管,

好,如果內管品質已經完美,那該如何挑選內徑?

內徑愈小,氣墊愈薄,愈容易因為槍震、或射手失誤使得 BB 撞管,且也比較容易挑 BB 彈 (下一篇再講)。內徑愈大,氣墊愈厚,BB 緩衝空間愈大,愈不易撞管,但對 CBR 需求愈大,脫離內管後的飛行軸線變化也較大。

因此,內徑的選擇應該是 "適中" 最好,要選到系統、射手、BB 彈等綜合因素的最佳平衡點。
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Q4: 仿間有一說法,BB 彈在管壁會貼著上緣行走,是否可信?

Answer:  否。

首先筆者猜想所謂的上緣行走說法是來自下旋球在空氣中的想法。但今天旋轉球體是在通道中,且後面還有高壓空氣向前噴射,瑪格努斯力根本是反向的。這是第一點。

第二點,若 BB 真的貼著上緣行走,以現在內管製作品質普遍不完美的情況下 (裡面有週期性波浪),那 BB 彈的轉速跟轉軸正確性根本難以維持一致,BB 表面也一定會出現磨出一圈的痕跡,打出去不只會上下不穩,遠距離還會左右歪,CTC 會根本亂七八糟。

第三點,若 BB 沿上緣行走,內管勢必留下些痕跡。其實這個很容易用內視鏡觀察,以筆者手邊的槍,並沒有觀察到這種現象。
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