Pri rovnakom pohonnom mechanizme, rovnakom projektile a nezmenenom nastavení môže rozdiel medzi krátkou a dlhou hlavňou predstavovať desiatky metrov za sekundu. Úsťová energia pritom rastie s druhou mocninou rýchlosti, takže zdanlivo mierny rozdiel na chronografe sa v jouloch znásobí. Kompaktná PCP preto nebýva iba skrátenou verziou dlhej pušky. Ak má dosiahnuť rovnaký výkon, potrebuje iné naladenie ventilu, regulátora a bicieho mechanizmu.

Dĺžka hlavne zároveň nie je izolovaný parameter. Do výsledku vstupuje kaliber, hmotnosť a tesnosť projektilu, tlak za regulátorom, objem pléna, prierez prenosových kanálov, sila úderníka aj čas otvorenia ventilu. Dve vzduchovky s 300-milimetrovou hlavňou preto môžu vykazovať úplne odlišnú účinnosť. Jedna bola pre krátku konfiguráciu navrhnutá od začiatku, druhá vznikla skrátením systému pôvodne ladeného na podstatne dlhšiu hlaveň.

Čo ukázala výmena troch hlavní na jednej vzduchovke

Jedno z názorných publikovaných porovnaní uskutočnil Tom Gaylord na platforme AirForce Talon SS. Výhodou tejto konštrukcie je jednoduchá výmena hlavne bez potreby meniť celý pohonný systém. V teste zostal zachovaný kaliber .22, vzduchová nádrž aj nastavenie výkonu. Použité boli hlavne Lothar Walther s dĺžkou 12, 18 a 24 palcov, teda približne 305, 457 a 610 milimetrov. Strelivom boli diabolky Crosman Premier s hmotnosťou 14,3 grainu, približne 0,93 gramu.

Na maximálnom nastavení výkonu boli publikované tieto priemerné rýchlosti:

• 12 palcov: 835 fps, teda približne 255 m/s, čo po prepočte zodpovedá asi 30,0 J,
• 18 palcov: 921 fps, približne 281 m/s a 36,5 J,
• 24 palcov: 1024 fps, približne 312 m/s a 45,2 J.

Predĺženie z 12 na 18 palcov zvýšilo rýchlosť približne o desať percent, no energia narástla asi o 22 percent. Pri 24-palcovej hlavni bola rýchlosť oproti najkratšej konfigurácii vyššia zhruba o 23 percent a vypočítaná energia približne o polovicu. Nešlo o tri rozdielne modely s rôznymi kartušami a ventilmi, ale o jeden základný systém s tromi dĺžkami hlavne.

Test má aj obmedzenia. Na každom nastavení bolo vystrelených päť rán a AirForce Talon SS nie je regulovaná PCP v dnešnom zmysle. Autor pracoval v stabilnej časti tlakovej krivky a pred každou sériou dodržal rovnaký postup, objem vzduchu na jeden výstrel však nebol samostatne meraný prietokomerom. Navyše upozornil, že konkrétne hlavne sa môžu líšiť priemerom vývrtu, trením aj tesnením pri komore. Čísla preto nemožno vyhlásiť za univerzálnu stratu na každých sto milimetrov. Dobre však ukazujú smer a veľkosť efektu v jednom kontrolovanom systéme.

Výpovedný je aj malý rozdiel medzi dvoma najvyššími polohami regulácie výkonu pri 12-palcovej hlavni. Zvýšenie nastavenia už prinieslo len nepatrný prírastok rýchlosti. Systém sa dostal blízko svojho výkonového stropu pre danú dĺžku hlavne a projektil. Ďalšie predlžovanie otvorenia ventilu by predovšetkým vypúšťalo viac vzduchu.

Projektil potrebuje nielen tlak, ale aj čas

Po údere na ventil sa vzduch z pléna alebo zásobníka presunie cez ventilové sedlo, prenosový kanál a nabíjací priestor za projektil. Tlak v hlavni nevyskočí na pracovnú hodnotu okamžite. Prúdenie má odpor a objem medzi ventilom a projektilom sa musí najskôr naplniť. Až keď tlak prekoná odpor projektilu v nábehu do drážok a jeho zotrvačnosť, projektil sa začne pohybovať.

Počas ďalšej dráhy sa za ním vzduch rozpína. Pokiaľ je výsledná tlaková sila väčšia než odpor vývrtu, projektil zrýchľuje. Dlhšia hlaveň mu poskytuje viac času a priestoru na využitie energie už vypusteného vzduchu. Ventil pritom nemusí zostať otvorený až po ústie. Pri účinnom naladení sa môže zatvoriť pomerne skoro a uzavretá dávka vzduchu pokračuje v expanzii za projektilom.

Model v práci Dominga Tavellu o vnútornej balistike PCP ukazuje, že úsťová rýchlosť pri nezmenených ostatných parametroch rastie s dĺžkou hlavne, až kým prínos ďalšej expanzie neprekonajú odpor vývrtu a práca potrebná na vytláčanie vzduchu pred projektilom. Poloha tohto bodu nie je pevná. Mení ju tlak, kaliber, hmotnosť projektilu, objem prenosového priestoru aj prietoková kapacita systému.

Pre bežnú športovú alebo výkonnejšiu PCP preto neplatí jednoduché pravidlo, že po určitej univerzálnej dĺžke už hlaveň nemá význam. Pri slabšej vzduchovke v kalibri 4,5 mm môže byť už pomerne krátka hlaveň dostatočná na úplné využitie malej dávky vzduchu. Veľký kaliber s ťažkým slugom a vysokou energiou dokáže účelne využiť podstatne dlhšiu dráhu. Projektil má väčšiu plochu dna, ale aj vyššiu hmotnosť a v hlavni zotrváva dlhšie.

Prečo nemožno stratu nahradiť jedinou skrutkou

Keď krátka hlaveň nedosahuje požadovanú rýchlosť, prirodzenou reakciou je zvýšiť predpätie pružiny úderníka. Tvrdší úder môže ventil otvoriť viac alebo ho držať otvorený dlhšie. Výsledok však závisí od toho, čo výkon obmedzuje.

Ak bol pôvodný čas otvorenia príliš krátky, rýchlosť môže citeľne stúpnuť. Ak už prenosový kanál pracuje na hranici svojho prietoku alebo ventil zostáva otvorený aj po opustení hlavne, silnejší úder prinesie málo rýchlosti a veľa spotrebovaného vzduchu. Chronograf ukáže prírastok niekoľkých metrov za sekundu, manometer však začne klesať výrazne rýchlejšie.

Pri regulovanej PCP vstupuje do rovnice tlak regulátora. Vyšší tlak zvyšuje potenciálnu silu pôsobiacu na projektil, súčasne však silnejšie pritláča ventil na sedlo. Ak zostane energia úderníka rovnaká, ventil sa môže pri vyššom tlaku otvoriť menej alebo na kratší čas. Výsledkom môže byť dokonca pokles rýchlosti. Tlak regulátora a úderníkový mechanizmus sa preto musia posudzovať ako dvojica, nie ako dve nezávislé ovládacie prvky.

Pomáha aj väčší objem pléna, ale iba po hranicu, ktorú dokážu využiť ventil a prenosové kanály. Veľké plénum s úzkym transfer portom nevyrieši obmedzenie prietoku. Rovnako nepomôže extrémne otvorený port, ak ventil nedokáže pri pracovnom tlaku prepustiť potrebnú hmotnosť vzduchu v dostupnom čase. Krátka hlaveň túto sústavu zaťažuje tým, že celý dej musí prebehnúť rýchlejšie.

Výkonová plošina odhaľuje plytvanie vzduchom

Pri skúšaní rôznych polôh pružiny úderníka sa dá zostaviť krivka, na ktorej rýchlosť spočiatku rastie výrazne, neskôr sa prírastky zmenšujú a napokon sa takmer zastavia. Horná plochá časť sa označuje ako výkonová plošina. Ventil je v tejto oblasti otvorený dostatočne dlho na dosiahnutie praktického maxima pri danom tlaku, hlavni, projektile a prierezoch prúdenia.

Ďalšie pridávanie energie úderníka na plošine už projektilu zásadne nepomáha. Časť vzduchu dorazí do hlavne príliš neskoro a unikne za projektilom. Rozumné ladenie sa preto zvyčajne pohybuje pod samotným maximom, v ohybe krivky, kde malý ústup v rýchlosti prináša podstatne lepšiu účinnosť.

Krátka hlaveň sa na plošinu dostáva skôr. Projektil opustí ústie v kratšom čase a predĺžený ventilový impulz už nemá kde vykonať užitočnú prácu. Ak sa od kompaktnej karabíny požaduje rovnaká energia ako od verzie so 600- alebo 700-milimetrovou hlavňou, často musí pracovať s vyšším tlakom a intenzívnejším prietokom v úvodnej časti výstrelu. Také nastavenie môže fungovať, ale jeho tolerancia býva užšia.

Ťažší projektil posúva pomery opäť inam. Zrýchľuje pomalšie, v hlavni zostáva dlhšie a môže vyžadovať dlhšie otvorenie ventilu. To, čo bolo s ľahkou diabolkou zbytočne bohaté nastavenie, môže byť pri ťažkom slugu ešte nedostatočné. Údaj o dĺžke hlavne preto nemá veľkú hodnotu bez informácie o kalibri, strelive a požadovanej energii.

Dve odlišné otázky o spotrebe

Pri debate o krátkej hlavni sa často zamieňajú dva scenáre. V prvom zostane nastavenie vzduchovky nezmenené a prijme sa nižšia úsťová energia. V druhom sa krátka konfigurácia preladí tak, aby dosiahla výkon dlhšej hlavne. Z hľadiska spotreby vedú k odlišným výsledkom.

Rovnaké nastavenie, nižší výkon

Ak sa hlaveň iba skráti a ventilový impulz zostane podobný, z nádrže môže na jeden výstrel odchádzať približne rovnaká dávka vzduchu, ale menšia časť jej energie sa premení na pohyb projektilu. Vyšší zvyškový tlak pri ústí unikne do okolia. Počet výstrelov z náplne sa preto nemusí dramaticky zmeniť, hoci energia klesne. Zhorší sa však pomer získaných joulov k spotrebovanému vzduchu.

Ak možno súčasne skrátiť čas otvorenia ventilu, kompaktná PCP sa dá naladiť na nižší výkon s veľmi slušným počtom výstrelov. To je typický prípad ľahkej terčovej alebo rekreačnej karabíny. Krátka hlaveň tu nie je chybou, pretože systém od nej nežiada energiu, na ktorú by potreboval dlhú expanznú dráhu.

Rovnaký výkon ako pri dlhej hlavni

Ak má kratšia hlaveň dosiahnuť rovnakú rýchlosť s rovnakým projektilom, musí projektil zrýchliť intenzívnejšie. To spravidla znamená vyšší tlak za projektilom, väčší prietok alebo dlhšie otvorenie ventilu. Všetky tri cesty môžu zvýšiť spotrebu vzduchu. Najhorší výsledok vzniká vtedy, keď sa rýchlosť naháňa dlhým otvorením ventilu a významná časť dávky uniká až po výstrele.

Presný rozdiel v počte výstrelov sa nedá odvodiť iba z centimetrov hlavne. Rozhoduje aj objem kartuše, počiatočný a konečný tlak, objem pléna, účinnosť ventilu a zvolený projektil. Katalógové údaje dvoch verzií navyše často nie sú priamo porovnateľné. Kompaktný model môže mať súčasne menšiu fľašu, iný regulátorový tlak alebo odlišný továrenský výkon.

Hluk vzniká zo vzduchu, ktorý zostal za projektilom

Keď projektil opustí hlaveň, tlak za ním sa náhle uvoľní. Čím je v tej chvíli vyšší, tým výraznejší je úsťový výšľah stlačeného vzduchu. Modely publikované v Hard Air Magazine ilustrujú, že predĺženie času otvorenia ventilu môže priniesť len malý prírastok energie, no násobne zvýšiť zvyškový tlak pri ústí. Práve táto oblasť ladenia býva hlučná a neúčinná.

Krátka hlaveň môže mať pri rovnakom ventilovom impulze vyšší úsťový tlak, pretože projektil odchádza skôr. Dlhšia hlaveň poskytne vzduchu viac priestoru na expanziu a pokles tlaku ešte pred ústím. Preto býva dobre naladená dlhšia PCP pri rovnakej energii ľahšie utlmená.

To však neznamená, že každá kompaktná vzduchovka musí byť hlučná. Celkový zvuk ovplyvňuje aj plášť hlavne, expanzné komory a moderátor. Krátka hlaveň ukrytá v dlhšom plášti môže ponechať veľký vnútorný priestor na expanziu. Výsledná zbraň zostane krátka a môže byť tichá, hoci samotný zdrojový impulz na ústí hlavne je intenzívnejší.

Moderátor však nevracia premárnený vzduch späť do kartuše. Dokáže spracovať tlakový impulz, nie zvýšiť účinnosť pohonného systému. Ak je kompaktná PCP tichá iba vďaka veľkému moderátoru, chronografická séria a pokles tlaku môžu stále odhaliť bohaté, neefektívne nastavenie.

Subjektívne porovnanie hluku je navyše nespoľahlivé. Ostrosť zvuku, smerovanie tlakovej vlny a akustika priestoru dokážu prekryť rozdiely. Seriózne porovnanie by muselo používať rovnakú polohu meracieho mikrofónu, rovnaké prostredie a vhodný prístroj schopný zachytiť krátky impulz. Bežná aplikácia v telefóne na takú úlohu nemusí stačiť.

Krátka hlaveň automaticky neznamená horší sústrel

Dĺžka hlavne má priamy vplyv na vnútornú balistiku, nie však jednoduchý a samostatný vplyv na presnosť. Projektil nepotrebuje dlhšiu hlaveň na to, aby sa „lepšie roztočil“. Rotáciu získava priebežne podľa stúpania vývrtu a väčšina bežných PCP hlavní má na jej udelenie dostatočnú dĺžku.

Krátka hlaveň môže byť tuhšia a menej citlivá na mechanické rozkmitanie. Dlhá a tenká hlaveň má väčšiu páku, preto môže výraznejšie reagovať na napätie v plášti, nesprávne opretú objímku alebo zmenu hmotnosti moderátora. Samotná dĺžka teda neurčuje, ktorá konfigurácia vytvorí menší rozptyl.

Nepriamy vplyv sa objaví cez rýchlosť a ladenie. Ak krátku hlaveň nútime k výkonovému maximu, systém môže pracovať na strmej alebo nestabilnej časti výkonovej krivky. Malá odchýlka hmotnosti projektilu, trenia či tlaku potom spôsobí väčšiu zmenu rýchlosti. Prudký prietok môže zvýrazniť aj nedostatky nabíjacieho otvoru, prechodového kužeľa alebo korunky.

Dôležitá je tiež rýchlostná oblasť, v ktorej projektil stabilne letí. Zvýšiť tlak iba preto, aby krátka vzduchovka dosiahla katalógové maximum, nemusí priniesť lepší sústrel. Presnosť môže vrcholiť pri nižšej rýchlosti a účinnejšom nastavení. Chronograf preto nie je cieľová tabuľa; ukazuje stav pohonného systému, nie kvalitu letu v celom rozsahu.

Prečo katalógové porovnania často zavádzajú

Výrobca môže pri dvoch dĺžkach toho istého modelového radu uviesť podobný maximálny výkon. To ešte nedokazuje, že dĺžka hlavne nemá význam. Kratšia verzia môže používať vyšší tlak regulátora, odlišné plénum, väčší ventilový zdvih alebo iné továrenské nastavenie úderníka. Výsledná energia je rovnaká, cesta k nej však nemusí byť rovnako účinná.

Rozdiely môže skryť aj spôsob uvádzania rýchlosti. Maximálna hodnota dosiahnutá s veľmi ľahkým projektilom nevypovedá o spotrebe ani o výkone so strelivom používaným na presnú streľbu. Pri porovnávaní kompaktnej a dlhej verzie majú význam iba údaje získané s rovnakým kalibrom, rovnakým typom a hmotnosťou projektilu a porovnateľným nastavením.

Podobne treba čítať počet výstrelov. Výrobca môže za použiteľnú sériu považovať inú rýchlostnú toleranciu než nezávislý tester. Jedna hodnota môže zachytávať výstrely až po výrazný pokles výkonu, druhá iba úzku regulovanú časť. Bez úplnej chronografickej série sa nedá spoľahlivo povedať, či kratšia hlaveň spotrebovala viac vzduchu na rovnakú prácu.

Ako oddeliť účinok hlavne od účinku ladenia

Najčistejší test používa jednu vzduchovku s vymeniteľnými hlavňami. Zachovať treba rovnaký kaliber, projektil, kartušu, tlak plnenia, plénum, regulátor, ventil, transfer port a nastavenie úderníka. Aj potom zostáva rozdiel medzi konkrétnymi hlavňami: tesnejší vývrt alebo odlišný prechodový kužeľ môže zmeniť výsledok.

Užitočný porovnávací protokol by mal sledovať viac než priemernú rýchlosť:

• celú chronografickú sériu a nie iba niekoľko najrýchlejších výstrelov,
• počiatočný a konečný tlak pri každej konfigurácii,
• energiu vypočítanú z reálnej hmotnosti použitého projektilu,
• počet výstrelov v rovnakej tolerancii rýchlosti,
• správanie pri rôznych nastaveniach úderníka, aby bolo viditeľné koleno a výkonová plošina,
• hluk meraný za rovnakých podmienok, ak je súčasťou hodnotenia.

Prvá séria by mala porovnať hlavne pri nezmenenom nastavení. Ukáže, koľko energie pridáva samotná dlhšia expanzná dráha. Druhá séria môže obe konfigurácie naladiť na rovnakú úsťovú energiu. Až tá odhalí cenu za kompaktnosť v spotrebe vzduchu, tlaku a hlučnosti.

Ak sa mení viac prvkov naraz, výsledok treba formulovať opatrne. Porovnanie továrenskej karabíny s puškou môže byť prakticky hodnotné, ale neizoluje dĺžku hlavne. Ukazuje správanie dvoch kompletných konfigurácií, nie fyzikálny prínos samotných 150 alebo 200 milimetrov ocele navyše.

Kedy krátka PCP dáva technický zmysel

Najmenší kompromis prináša krátka hlaveň tam, kde je požadovaná energia výrazne pod maximom systému. Rekreačná karabína, terčová vzduchovka alebo ľahká konfigurácia pre kratšie vzdialenosti nepotrebuje naháňať každý meter za sekundu. Ventil môže pracovať s krátkym impulzom a primeraným tlakom, takže počet výstrelov zostane dobrý.

Kompaktnosť má konkrétne ergonomické výhody. Kratšia zbraň sa ľahšie prenáša, menej prekáža v stiesnenom priestore a s nasadeným moderátorom nemusí dosiahnuť nepraktickú celkovú dĺžku. Pri bullpupovej konštrukcii sa dá síce zachovať dlhšia hlaveň v krátkom celku, no karabínová hlaveň znižuje aj hmotnosť a moment zotrvačnosti pred opornou rukou.

Kompromis sa zväčšuje pri vysokých energiách a ťažkých projektiloch. Ak má krátka PCP posielať slug rovnakou rýchlosťou ako dlhá puška, pohonný systém musí pracovať podstatne intenzívnejšie. Požadovaný prietok môže naraziť na limity ventilu a portov, pričom spotreba a hluk rastú rýchlejšie než výkon.

Pri rozhodovaní preto nie je najlepšou otázkou, koľko výkonu krátka hlaveň „stratí“. Presnejšie je pýtať sa, akú energiu má zbraň dosahovať s konkrétnym projektilom a koľko vzduchu je ochotný strelec za túto energiu zaplatiť. Ak krátka hlaveň splní požiadavku ešte pred výkonovou plošinou, jej kompaktnosť je získaná za prijateľnú cenu. Ak musí systém pracovať na úplnom maxime, nevýhodou už nie je iba nižšie číslo na chronografe, ale aj menšia rezerva ladenia.

Čo prezradí dobre nastavená kompaktná karabína

Účinná krátka PCP nepotrebuje extrémny tlak regulátora ani bezohľadne dotiahnutú pružinu úderníka. S vybraným projektilom dosiahne požadovanú rýchlosť ešte pred plochou časťou výkonovej krivky, nevypúšťa nápadne veľký oblak vzduchu a po výstrele nevydáva tvrdý, prehnane ostrý zvuk. Chronografická séria zostáva stabilná a pokles tlaku zodpovedá odovzdanej energii.

Varovným signálom je stav, keď ďalšie pridávanie úderníka takmer nezvyšuje rýchlosť, no prudko skracuje počet výstrelov. Podobne podozrivé je zvyšovanie tlaku regulátora bez primeraného rastu výkonu. Ventil môže mať problém otvoriť sa proti vyššiemu tlaku alebo systém narazil na prietokový limit.

Dlhšia hlaveň v rovnakej situácii poskytuje viac priestoru na expanziu. Rovnakú energiu môže dosiahnuť s nižším tlakom alebo kratším otvorením ventilu. Výsledkom býva väčší počet výstrelov, nižší zvyškový tlak pri ústí a širšie použiteľné pásmo nastavenia. Cenou je celková dĺžka a podľa konštrukcie aj vyššia hmotnosť pred strelcom.

Krátka hlaveň teda výkon PCP neodoberá pevne stanovenou sadzbou. Skracuje čas, počas ktorého môže tlak užitočne pôsobiť na projektil. Konštruktér alebo ladič môže časť rozdielu nahradiť vyšším tlakom a prietokom, nie však zadarmo. Čím bližšie má kompaktná vzduchovka pracovať k výkonu dlhej konfigurácie, tým väčšiu cenu zvyčajne zaplatí vzduchom, hlukom a citlivosťou nastavenia.