¿Cuánta potencia/presión se necesitaría para que las armas de aire fueran tan letales como las armas de fuego?

Irónicamente, se pensaría que con la tecnología moderna, el "próximo paso" para las armas de fuego significaría producir armas de energía directa como cañones de riel, láseres o microondas, sin embargo, debido a las nuevas técnicas en la producción masiva de materiales compuestos, permitió la ejércitos a usar rifles de aire.

Permiten una mayor cadencia de tiro (5000 rpm [los rifles de asalto alcanzan de 600 a 900]), mucho más silenciosos, increíblemente precisos, mecánicamente más simples y permiten la modularidad del proyectil (ya que no es necesario cambiar exactamente el tamaño del cañón para lograr la misma presión, a diferencia del polvo).

Según cabe suponer.

Sin embargo, todavía estoy luchando por encontrar una estimación aproximada de qué tan grande sería un cilindro presurizado para permitir que un rifle de aire sea tan letal y tenga el mismo alcance (o más) que los rifles de asalto normales.

Suponiendo que el rifle dispara el mismo tipo de proyectil que un rifle M16, logrando el mismo alcance, la misma cantidad de munición (supongamos 6 cargadores con 30 rondas [323280 julios en total]) con cualquier gas altamente comprimible (como el CO2), ¿cómo ¿Qué tamaño tendría que tener este cilindro?

Suponiendo también que el cilindro está hecho de metal , por lo que es más fácil encontrar comparaciones del mundo real. El cilindro compuesto no disminuye de tamaño , solo de peso ( creo ), así que, si este cilindro es del tamaño de un soldado, entonces es demasiado voluminoso.

La única información que encontré fue este enlace de Wikipedia donde muestra la cantidad de julios que liberan algunos calibres: https://military.wikia.org/wiki/Muzzle_energy

El tamaño de un calibre M16 es de 5,56 mm, lo que, según el enlace anterior, significa que el cartucho libera 1796 julios.

También hay, cuanto más rápida es la velocidad de disparo, más rápido se enfría el cilindro y disminuye la presión: es posible que los disipadores de calor para recalentar los cilindros deban volverse un poco voluminosos. ¿Por qué no considerar el hidrógeno en su lugar? Entonces puede tener un calentador incorporado para el gas almacenado.
@ARogueAnt. Ese es un gran consejo. Pero, ¿no sería peligroso el hidrógeno si se filtrara?
Las explosiones de hidrógeno/aire son un problema en espacios confinados, lo ideal es que no desee una fuga, supongo, pero cualquier cilindro de gas presurizado golpeado con un proyectil de alta velocidad va a explotar, o si se golpea el conjunto de la válvula, para actúa como un motor de cohete ( incluso si no está encendido , mantén tus ojos en el tipo con la camiseta naranja a los 45 segundos).
Si tiene tanques comprimidos de hidrógeno Y oxígeno, y luego los inyecta en una cámara, termina CREANDO su presión.
Una búsqueda casual muestra que el M16 tiene una presión de cámara de 52,000 psi que, para decirlo suavemente, es bastante y desea un contenedor que contenga suficiente gas total para disparar 30 rondas a esa presión, lo que significa que tiene que comenzar en un presión aún más alta para que la última ronda disparada todavía tenga 52,000 psi en el tanque para trabajar. Puede encontrar información sobre los cálculos necesarios y la heurística para la estimación buscando "tensión circunferencial para cañones de armas", pero los números no son buenos.
(continuación) El problema es que el espesor de la pared del recipiente a presión aumenta proporcionalmente al volumen total que contiene. Un volumen pequeño, como el cañón de un rifle, puede ser bastante delgado, pero un volumen grande requiere una pared mucho más gruesa; la presión de trabajo de un cañón de acorazado de 16"/50 es de 37 000 psi (más baja que la del M16) pero el cañón tiene varias pulgadas de grosor.
Con respecto a las supuestas ventajas: "silencioso": no, los proyectiles supersónicos siempre darán como resultado una "grieta", aunque posiblemente un "golpe" reducido. (La ventaja real es que por la noche no hay destello de boca para que el enemigo apunte). En cuanto a la velocidad de disparo, excepto para usos particulares como una configuración de ráfaga de 3 rondas, una mayor velocidad de disparo solo significa un retroceso menos controlable y gastando municiones más rápido. Tampoco estoy seguro de cómo es mecánicamente más simple, dado que ahora tiene que alimentar por separado proyectiles y gas a muy alta presión.
Creo que hay un malentendido sobre cómo funcionan realmente las armas aquí. @ KerrAvon2055 mencionó cómo las balas que rompen la barrera del sonido son la causa real del sonido, en lugar de la explosión del propulsor. En esa nota también, las pistolas de propulsor explosivo SON a gas, el gas solo se produce por la ignición. Así es como funcionan la mayoría de las armas automáticas, parte del gas se desvía a un pistón que recarga la siguiente ronda. Lo que parece estar describiendo es más parecido a una pistola BB literal que de alguna manera tiene la fuerza de un rifle real. 1/2
Además de todo eso, es probable que una pistola llena de gas comprimido de cualquier tipo explote por cualquier daño. De hecho, así es exactamente como funcionan muchos explosivos caseros (lista de vigilancia del FBI). Genere suficiente presión en un contenedor y eventualmente explotará, probablemente de manera explosiva con mucha metralla y brillantemente dependiendo del gas, especialmente los gases reactivos más pequeños como el oxígeno y el hidrógeno. Demonios, solía hacer bombas de hielo seco metiendo un poco en una botella de refresco vacía y ajustando la tapa. El gas en expansión del CO2 que se evapora sopla la botella y los tímpanos si está demasiado cerca. 2/2
Un detalle menor: los cañones de riel no son armas de energía dirigida, como los láseres o las microondas. Son piezas puntiagudas de armas de metal, como las armas de fuego, pero usan propulsión magnética.

Respuestas (1)

'Tan mortal': factible. por un tiro El 'Texan' se comercializa como 'el arma de aire de producción más poderosa del mundo' y se supone que alcanza alrededor de 800J de energía de boca. A modo de comparación, Wikipedia enumera una OTAN 7,62 × 51 con alrededor de 3000J de energía ( OTAN 5,56 × 45: 1500J ), por lo que, aunque falta un poco la pistola de aire, ya está en el mismo estadio. Las armas de aire para fines de investigación a menudo usan hidrógeno o helio como gases propulsores, porque su velocidad del sonido es más alta, lo que permite velocidades más altas para la bala; además, una temperatura más alta del gas es buena, lo que logran... con un arma real.

Pero supongamos que tenemos un arma en funcionamiento, el disco de explosión de las armas de investigación ha sido reemplazado por una válvula especial (¿o no? Tal vez su arma solo tenga una gran cantidad de ellas) y el gas se calienta de alguna manera (¿arco eléctrico? encaja con el tema: un rifle aire-eléctrico suena increíble) y ahora podemos obtener un proyectil con energías de boca competitivas: ¿con qué frecuencia podremos disparar? Idealmente, la bala es golpeada por gas comprimido hasta la boca del cañón, lo que significa que todo el cañón debe llenarse con gas comprimido. digamos que es un barril de 1,28 cm de diámetro, y asumimos una longitud de 50 cm, eso será 50 ml .

Estos son 50 ml a alta presión, cerca de la presión de su almacenamiento, así que supongamos que ese es el tipo de volumen de almacenamiento que necesitaría. Eso hace que un recipiente de 1 l sea capaz de 20 disparos, lo que no es realista, por supuesto, porque el recipiente pierde presión en cada disparo... Las pistolas de aire de antaño ( pistola de mediados del siglo XIX ) tenían el mismo problema, perdiendo potencia con cada disparo consecutivo. Los compuestos de hoy en día permiten que los tanques de aire en airsoft estén a 30 MPa mientras son bastante portátiles, los tanques de acero no son realmente más grandes, sino muy difíciles de manejar debido a su peso.

La densidad de energía no es muy buena para los gases comprimidos ; además, la forma en que se extrae la energía importa mucho, y "empujar violentamente un objeto pequeño por un barril lo más rápido posible" ni siquiera comienza a ser una forma eficiente de obtener tu energía ahí fuera. Extrayendo la energía en un proceso lento de varias etapas, de una botella de 5l a 20MPa se obtendrán 300kJ , descartando ya otros 230kJ que se pierden, o se quedan en la botella que quedó llena a 1MPa... (300kJ también eran unos la energía que citó para la carga de sus soldados) - Los tanques de paintball de 1l a 30MPa le darán alrededor de 1000 disparos a aproximadamente 10J, por lo que se cosechan 10kJ, mientras que el ejemplo anterior muestra que para el mismo volumen a solo 20MPa podría obtener 60kJ

Pero tal vez debería poseer y compensar los inconvenientes del rifle de aire y no hacerlo sobre la velocidad de salida pura (y tampoco sobre la energía de salida: la energía cinética aumenta con la masa, pero también aumenta con la velocidad al cuadrado, por lo que no hay manera de mantenerse al día una carrera armamentista de energía si no puedes puntuar en términos de velocidad) mientras aprovechas sus puntos fuertes:

  • Mantenga el suministro de gas rellenado a través de reacciones químicas: como los cartuchos, pero con una combustión ligeramente más lenta y, por lo tanto, completamente silenciosa.
  • mantenga la velocidad de salida por debajo de la velocidad del sonido para lograr un arma silenciosa y requisitos reducidos con respecto a las presiones y los tipos de gas
  • mantenga el cañón muy delgado para evitar pérdidas
  • dispare suavemente cosas a las que no les gusta ser propulsadas explosivamente (¿balas buscadoras? ¿Balas con pequeñas alas afiladas que se balancean y ayudan con el alcance? ¿Balas con algún tipo de rastreador (¿para que apunten las armas grandes?)?)
  • acelere esas rpm (sin sobrecalentamiento del cañón, en todo caso, podrían congelarse; no es necesario deshacerse de los cartuchos)
Re: disparando suavemente cosas que no manejan propulsión explosiva, esto en realidad se usó en los "cruceros de armas de dinamita", por ejemplo, USS Vesuvius . Sus proyectiles de dinamita eran demasiado sensibles a los golpes para usar propulsor normal, ¡pero sin duda tuvieron una patada cuando aterrizaron!
¿Cuánta potencia/presión se necesitaría para que las armas de aire fueran tan letales como las armas de fuego?
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