Joule creep, billes lourdes, ratio volume canon/cylindre… Expérimentation sur base WE Katana.

Attention, pavé!

S’il y a bien un phénomène largement discuté, encensé ou décrié, mais généralement surtout mal compris actuellement dans le milieu de l’ airsoft, c’est celui du Joule creep.

En Français, le joule creep (joule rampant) c’ est: l’ augmentation de l’ énergie développé par la réplique entre le moment ou celle-ci est contrôlé (dans la pratique une simple mesure de vitesse, en général hop- up à zéro, billes de 0.20g fournis par l’organisateur), et le moment ou elle est utilisé en condition de jeu (hop- up réglé et billes généralement plus lourdes, 0.25g semblant être le minimum croisé sur les terrains).

Les deux seules variables entrant en jeu pour comprendre ce phénomène sont donc:

le poids de bille et le réglage du hop- up, lié à une mesure de vitesse et non d’une énergie.


En théorie

Pour les répliques à ressort:

Sur des répliques d’origine de type AEG ou spring, voire PTW dans une certaine mesure, le principe de propulsion par air « chassé » et l’utilisation d’un hop- up freinant généralement la bille, fait que le transfert d’énergie est dans la plupart des cas défavorable aux billes plus lourdes.

On rencontre alors une première approximation pouvant générer du joule creep: les répliques de bolt (upgradé bien souvent) sont en général contrôlé à la 0.2g mais hop- up réglé pour la bille de jeu (lourde dans la majorité des cas). La bille lourde n’est donc pas plus freiné en cours de jeu que la bille légère lors du contrôle… C’est le léger joule creep constaté sur mon M24, dont le hop- up est fixe.

Et encore, je n’ai plus les chiffres mais lorsque mon hop- up était encore réglable, le joule creep était nettement plus important entre le passage à zéro et réglé. La bille n’est donc pas freiné par le joint, elle est au contraire « accéléré » par la surpression créée derrière la bille, coincé sous le joint au départ du coup. C’est un phénomène assez courant sur les bolts upgradés, dont l’étanchéité est généralement bien meilleure que sur un AEG.

Pour les répliques à gaz comprimé

Le phénomène précédent est même amplifié sur les répliques à air/gaz comprimé, dont le mode de propulsion n’est plus basé sur le principe des vases communicants mais provient directement de l’expansion d’un gaz et du principe de surpression. De surcroît, le hop- up de ces répliques reste généralement réglé au moment du test chrony… (qui met sont hop- up de PA ou de GBBR à zéro pour le passage chrony??).

Car ce phénomène de détente du fluide de propulsion entraine une diminution non proportionnelle (voire une non-diminution pour certains cas extrême) de la vitesse du projectile lorsque l’on augmente son poids, entrainant logiquement une augmentation de l’énergie développé avec de la bille lourdes dans ce type de réplique (E= 1/2 m V²).

Et quand la technique, la volonté mercantile et la recherche de performances s’en mêle…

On comprend alors mieux pourquoi la plupart des innovations de la planète airsoft visant à améliorer les performances de nos jouets, passent par l’utilisation de billes lourdes, et que les démonstrations de ces produits miracles sont faites dans 3/4 des cas sur répliques à gaz.

Coté joueurs, certains vantent les performances de leur GBB/ NBB surclassant n’importe quel  AEG; mais que ce soit fait en connaissance de cause ou non ils tournent à la 0.4g profitant donc sans doute d’un joule creep important . Idem pour les « records de portée » de certains bolt, et de systèmes HPA dont le volume d’air et la pression peuvent être réglé à volonté. Le tout de plus en plus souvent couplé à des modifications de hop- up fixes et autres joints plats, levant de la 0.4g même à zéro.

Bref, mon but ici n’est pas d’entrer dans les polémiques gravitant autour du Joule creep ( et notamment les dépassements des puissances autorisé en condition de jeu souvent reproché aux systèmes HPA polarstar et wolverine), car quelque soit le mode de propulsion (c’est en partie ce que je vais démontrer), le joule creep est possible. Seul la facilité d’obtention du phénomène change. Car après tout, c’est une question d’ honnêteté des joueurs qui se cache derrière tout cela, n’oublions pas que notre loisir est basé sur le fair-play


En pratique

Jusqu’à présent sur ma M4  Katana en config’ DMR, je constatais effectivement un perte d’énergie lorsque je jouais en billes lourdes. Le seul intérêt d’employer des billes plus lourdes était alors de limiter l’influence des perturbations extérieures comme le vent.

Je vais donc tenter d’appliquer à bon escient ce phénomène de joule creep à mon AEG, afin de pouvoir utiliser des billes « lourdes » de manière optimale (donc en limitant la perte de puissance inhérente à l’emploi de ces billes, voire l’inverser) tout en restant dans les clous au niveau de l’ énergie développée.

A ce titre, la valeur chrony à respecter dans mon association pour un AEG en semi est de 400fps /0.2g /hop- up 0,  correspondant donc à une énergie de 1.49J, soit 327fps /0.3g /hop- up réglé.


Principe

Pour se faire, ne pouvant pas augmenter la compression de l’air ni son volume de manière réellement conséquente avec une mécanique type AEG, je vais pouvoir jouer sur le ratio de volume canon/cylindre, et ainsi expérimenter une config’ canon court/gros ressort afin de d’augmenter artificiellement la « compression »( on parlerait plutôt ici de diminution du volume d’air nécessaire tout en maintenant un volume expulsé constant, et d’augmentation de vitesse de l’air expulsé)

L’idée de cette expérimentation m’est venu à la lecture d’un article archi- complet de mon confrère Oioiairsoft, sur l’impact d’un cylindre trop long/trop court sur la puissance d’une réplique, à hop- up et poids de bille constant (article à lire ICI).

Pour résumer son étude, à partir d’un certain point, surdimensionner le cylindre pour un poids donné de bille est contre- productif. Cela valide le principe des vases communiquant, Ok, mais qu’en est -il si on change le poids de bille entretemps? et le réglage hop- up?

En prenant le problème à l’envers, le but est donc de rendre la réplique volontairement moins efficiente en condition chrony, et de retrouver des conditions optimales (1.49J) en condition de jeu.

Ma plateforme d’expérimentation sera donc ma m4 katana, profitant ainsi de la facilité de changement de cylindre et de l’ensemble canon qu’elle propose (à mi-chemin entre le systeme de « split gearbox » d’ICS et PTW systema)

le cylindre Katana possède un volume d’environ 22 000 mm3  (Ø24mm, pour une course utile approximative de 50mm, maxi). J’ai à ma disposition:

  • un panel de 3 ressorts, permettant d’atteindre des vitesses théoriques situé entre 350 et 420fps /0.2g /0. Ils seront désigné ressort « A », « B » et « C ».
  • 3 cylindres: deux d’origine, identiques (rouge et bleu), et le 3ème (le gris) avec piston à dents acier, pour encaisser les ressorts qui me permettons d’approcher les 1.49J et parce que je pense que comme pour les billes, l’augmentation de la masse en mouvement du cylindre a son rôle à jouer dans la transmission de l’énergie cinétique accumulé par celui ci. Le piston d’origine pesant ≈10g, le piston SHS étant donné pour 16g.
  • 3 canons, de 509mm (systema Ø6.04), 363 et 247 mm (Deepfire Ø6.02).
  • 3 joints hop- up: guarder transparent, marui noir et decepticon 60° Maple Leaf.
  • 2 chambres hop- up: WE plastique d’origine et King Arms métal.
  • Les billes de test seront des 0.2g King Arms, et des 0.3g Airsoft Entrepôt.

Petit aparté: Remplacer le piston d’origine WE par un SHS à rack acier a été une vraie galère, la vis d’assemblage de la tête de cylindre sur le corps est collé au frein filet fort… même en chauffant l’ensemble après avoir pris soin de retirer tout les joints toriques, l’opération est délicate car il faut veiller à ne pas faire fondre le corps plastique du piston (sauf si on compte le sacrifier!).

Il m’a fallu remplacer cette vis par une neuve à empreinte hexagonale car la vis d’origine (en croix) a fini complètement massacré… Le collage est cependant nécessaire car une fois ré- assemblé les vibrations l’ont dévissé lors de mes tests en moins de 100 tirs.

 

Pour être aussi rigoureux que le camarade Oioi dans mes tests et pouvoir tirer des conclusions aussi exhaustives, il aurait fallu que j’utilise 3 blocs, 3 joints et 3 canons de marques/modèles identiques, ne faisant varier que la longueur de ce dernier… Ce ne sera pas le cas dans mon expérimentation, qui se veut de se fait moins universelle (égoïste que je suis!)

Mon but est simplement de remplacer ma configuration initiale de DMR (canon long et joint marui), par une config’ à canon court. Je ne toucherais donc pas à ma config’ canon « assaut » avec canon de 363mm.

La méthodologie pour les prises de mesures sera la suivante:

  • Une première série hop up à zéro, 5 tirs à la 0.2g suivi de 5 tirs à la 0.3g;
  • Réglage du hop up pour de la bille de 0.3g,  et deuxième série de tirs, 5 à la 0.2 puis 5 à la 0.3g.

Mise en pratique

Jusqu’à présent, ma config’ « DMR » était donc la suivante:

  • n°1: Cylindre standard, ressort « A » + canon Systema 6.04x509mm (14584 mm3 , soit un ratio de 1.5:1) et hop- up marui fixé pour de la 0.3g:
    • 350fps /0.2g, soit 1.14J
    • 270fps /0,3g, soit 1.02J

=> Joule creep défavorable de 0.12J entre les conditions chrony et jeu,  ce serait sans doute pire si je pouvais mettre mon hop up à zero… Pas si approprié que ça finalement…

 

Voyons ce que cela donne en gardant mon cylindre « DMR », mais en installant mon ensemble canon « assaut »:

  • n°2: Cylindre standard, ressort « A » + canon Deepfire 6.02x363mm (10400 mm3 , soit un ratio de 2.11:1) et hop- up Guarder:
    • De 347 à 354 fps, soit une valeur médiane de 350fps /0.2g /0, soit 1.14J
    • De 282 à 288 fps, soit une valeur médiane de 285fps /0,3g /0, soit 1.13J
    • De 331 à 337 fps, soit une valeur médiane de 334fps /0.2g /reglé, soit 1.04J
    • De 272 à 275 fps, soit une valeur médiane de 273fps /0.3g /reglé, soit 1.04J

=> Le canon plus court provoque une perte de puissance à hop- up réglé ( ∼0.1J dans les deux cas), par rapport à la configuration n°1, mais la réplique développe la même énergie à la 0.2 et à la 0.3g! Et on constate désormais une perte de  0.1J entre les conditions chrony et jeu! Intéressant…

 

Pour augmenter encore ce ratio, je suis donc parti sur un canon Deepfire 6.02 de 247mm (= 7030 mm3) pour remplacer mon canon de 509mm qui est le plus défavorable pour l’emploi de billes lourdes. J’en profite pour installer un joint Maple Leaf Decepticon 60°, sensé être plus en adéquation avec mon objectif de puissance souhaité.

Par rapport à ma config’ initiale, passer sur ce canon 2 fois plus court double logiquement le ratio de volumes à environ 3 pour 1 (3.13:1 pour être précis). Je me retrouve désormais avec:

  • n°3: Cylindre standard, ressort « A » + canon Deepfire 6.02x247mm (7030 mm3 , soit un ratio de 3.13:1) et hop- up maple leaf :
    • De 331 à 334 fps, soit une valeur médiane de 332fps /0.2g /0, soit 1.02J
    • De 278 à 282 fps, soit une valeur médiane de 280fps /0,3g /0, soit 1.09J
    • De 278 à 285 fps, soit une valeur médiane de 281fps /0.2g /reglé, soit 0.73J
    • De 232 à 236 fps, soit une valeur médiane de 234fps /0.3g /reglé, soit 0.76J

=> On constate une perte de puissance globale par rapport aux cas n°1 et 2, toujours lié au canon encore plus court, et une grosse perte en réglant le hop- up (joint maple leaf 60° trop « dur » pour cette puissance, et réglé plutôt fort pour lever la 0.3g), mais un gain d’énergie apparait en comparant les valeurs en 0.3 par rapport à 0.2g!

 

Testons donc maintenant ce même ressort « A », mais monté dans le cylindre gris (piston « lourd »), toujours avec le canon Deepfire 6.02x247mm et joint hop- up maple leaf:

  • n°4: cylindre « lourd », ressort « A » + canon Deepfire 6.02x247mm (7030 mm3 , soit un ratio de 3.13:1) et hop- up maple leaf :
    • De 335 à 342 fps, soit une valeur médiane de 338fps /0.2g /0, soit 1.06J
    • De 284 à 290 fps, soit une valeur médiane de 287fps /0,3g /0, soit 1.15J
    • De 288 à 295 fps, soit une valeur médiane de 291fps /0.2g /reglé, soit 0.79J
    • De 239 à 246 fps, soit une valeur médiane de 242fps /0.3g /reglé, soit 0.82J

=> Résultats similaires au cas n°3, mais on constate Une augmentation moyenne de 0.05J simplement en passant sur un piston plus lourd!

 

Pour compenser la perte de puissance globale lié au canon court, je vais rester sur cette config’ mais en passant sur le ressort « B », plus costaud:

  • n°5: cylindre « lourd », ressort « B » + canon Deepfire 6.02x247mm (7030 mm3 , soit un ratio de 3.13:1) et hop- up maple leaf :
    • De 394 à 400 fps, soit une valeur médiane de 397fps /0.2g /0, soit 1.46J
    • De 338 à 344 fps, soit une valeur médiane de 341fps /0,3g /0, soit 1.62J
    • De 384 à 393 fps, soit une valeur médiane de 388fps /0.2g /reglé, soit 1.4J
    • De 321 à 324 fps, soit une valeur médiane de 322fps /0.3g /reglé, soit 1.44J

=> Objectif atteint! Je suis dans les clous pour le passage chrony, et en condition de jeu lénergie développé reste sous la limite de 1.49J. Pas besoin de tester mon ressort « C ».

En revanche, on constate que hop up à zéro à la 0.3g je dépasse la limite associative… Mais ce cas de figure bien qu’ utile pour ce test n’a pas de raison d’exister sur le terrain.

 

  • Toujours avec cette configuration n°5, par curiosité j’ai testé de la bille de 0.40g:
    • De 298 à 306 fps, soit une valeur médiane de 302fps /0.4g /0, soit 1.69J
    • De 269 à 276 fps, soit une valeur médiane de 272fps /0,4g /reglé, soit 1.37J

=> Je tape encore plus fort lorsque le hop up est à Zero, mais en condition de jeu je perds en énergie développé. J’explique cela par le réglage plus prononcé du hop up pour lever la 0.40g, un peu comme avec le cas n°3. D’où l’importance d’avoir un joint adapté à l’énergie développé par la réplique, à un poids de bille donné!

Avec cette configuration, je n’ai donc pas d’intérêt à jouer avec de la bille encore plus lourde.

 

J’ai testé rapidement le cylindre « lourd » avec mon ensemble canon de 363mm:

  • n°6: cylindre « lourd », ressort « B » + canon Deepfire 6.02x363mm (10400 mm3 , soit un ratio de 2.11:1) et hop- up Guarder :
    • moyenne de 406fps/0.2g/0, soit 1.52J.

 


Bilan

Ça marche! La théorie vérifiée derrière tout ça, c’ est que grâce au gros ressort combiné au canon court, la bille lourde, qui avance moins vite, met plus de temps à sortir du canon et profite donc du surplus d’énergie transmis par le piston. Cette même énergie est gaspillé et perdu pour la bille légère, qui s’est échappé du canon avant d’avoir pu accumuler toute cette énergie potentielle. Le rendement maxi de la réplique est obtenu en condition de jeu et non plus en condition « chrony ».

Avantages:

  • réplique optimisé pour le poids de bille de jeu;
  • portée théoriquement augmentée (Pas encore mesuré mais constaté, test à venir).
    TEST À LIRE ICI!

Inconvénients:

  • contraintes mécaniques plus importantes: j’ai bousillé un des coussinets bronze Ø8mm de l’engrenage intermédiaire durant ces tests… Remplacé par des coussinets acier.
  • réactivité dégradée.
  • augmentation du bruit général de la réplique (cycle plus long, impact du piston plus violent, gros claquement d’air en sortie de canon car volume d’air expulsé surdimensionné).

Incertitudes:

  • précision dégradée par le canon court/ les contraintes mécaniques plus importantes? Tests plus poussés à venir…

La suite est à lire ICI!

 

-kC-


Si cet article vous a plu, n’ hésitez pas à le partager, à vous abonner, et à commenter pour toutes questions ou remarques!

Mais ces tests m’ayant demandé pas mal de travail et de temps, merci de me citer comme source en cas de d’utilisation de ces infos


Dernière modification : 09/05/18

7 commentaires sur “Joule creep, billes lourdes, ratio volume canon/cylindre… Expérimentation sur base WE Katana.

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  1. Waouw ! Excellent taff !! Enfin un truc sérieux sur le joule creep. Un grand merci à toi pour ce cadeau à la communauté ! Et ravi que mes études puissent donner des idées, la tienne m’en donne aussi 😉

    J'aime

    1. Merci l’ami! Il est grand temps de faire comprendre à tous qu’il n’y a rien de mystique ou de magique dans tout cela, je pe se que c’est par le biais de ce genre de travaux de « vulgarisation scientifique » qu’on fera bouger et progresser notre loisir

      Aimé par 1 personne

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