20/03/2017
В сегодняшнем выпуске нашего альманаха мы интимнейшим образом познакомимся с дульной скоростью. Из предыдущих выпусков внимательный читатель наверняка сделал правильный вывод, что внешняя баллистика в огромной степени определяется двумя основными факторами – баллистическим коэффициентом (БК) и начальной скоростью (V0) пули. Большинство горьких разочарований в мишени происходит от ошибочной оценки того или другого. И если вокруг БК в среде стрелков-любителей нагорожено множество легенд и суеверий (тогда как на самом деле ничего сложного в понимании там нет), начальная скорость пули – напротив – подкупает своей очевидностью. Очевидность – обманчива; на пути к Познанию V0 есть немало предательских сюрпризов, каждый из которых мы обозначим и разберём в подробностях.
Сюрпризы, собственно, таковыми не являются, если совершить небольшой экскурс во внутреннюю баллистику, и вдуматься в то, что происходит внутри оружия в процессе разгона пули.
*БДЫЩ* – возгорается порох внутри гильзы, в результате чего возникает искомый эффект – мощное выделение пороховых газиков. Ускорение пули определяется давлением – сначала внутри гильзы, а затем, по мере продвижения пули по стволу, внутри всего пространства патронник + часть ствола, уже пройденная смертоносным снарядом. Давление определяется множеством факторов, среди которых: страх, внезапность и безжалостная эффективность… кхм… простите, отвлёкся. Так вот, давление задаётся следующими факторами:
* Объём пороховой камеры – размер и форма патронника, конструкция гильзы, глубина посадки пули
* Кривая горения пороха, объём выделяемых газов
* Вес пороха и его объём
* Диаметр, вес и несущая поверхность пули
* Длина и внутренний диаметр ствола
* Температура порохового заряда до воспламенения
* Длина гладкой части ствола – до нарезов
* Давление обжима пули в гильзе
Пуля разгоняется под давлением пороховых газов, которые выделяются в процессе горения пороха. В начале своего пути, пуля испытывает самое сильное давление – порох горит вовсю, а места для газов ещё совсем немного. Пик давления для винтовочных калибров приходится на первые 10 см ствола, и на этой дистанции пуля нередко набирает уже 40-60% своей окончательной скорости.
Вот как, например, это выглядит для калибра .338 Lapua Magnum. На графике отображены давление и скорость пули в зависимости от длины ствола, для двух разных порохов – Vihtavuori N165 (навеска 5.18 грамм) и N570 (навеска 5.88 грамм). Все прочие параметры (патронник, ствол, гильза, капсюль, пуля, глубина посадки, etc. [1]) предполагаются равными.
Навески пороха были рассчитаны так, что в обоих случаях максимальное давление в патроннике было одним и тем же, близко к пределам CIP [2].
N165 горит быстрее, быстрее достигает пикового давления, но и быстрее давление теряет (весь выгорает, когда пуля достигает ~470 мм ствола). N570 – медленный порох специально для магнумов с большим объёмом гильзы – позже достигает пикового давления, но продолжает поддавать газу вплоть до дульного среза, отчего при том же самом максимальном давлении обеспечивает до 60 м/с (7%) больше дульной скорости.
В стволах покороче с пулями полегче с гильзами поменьше, картина может быть противоположной – более быстрый порох успеет сообщить пуле весь свой потенциал, тогда как медленный порох едва ли толком разгорится. Впрочем, дискуссия на тему оптимального пороха для заданного калибра/пули/ствола выходит за рамки нашего трактата; нас интересует внешняя баллистика, и в первую очередь – практические выводы, касательно начальной скорости пули. Извольте:
Вывод №1: Мама мыла раму, 2 + 2 = 4, смерть неизбежна, V0 зависит от длины ствола. Разумеется, все стрелки это умом понимают, но то и дело находится гражданин, который вбивает в баллистический калькулятор значение V0, взятое с пачки патронов (с неизвестной длиной тестового ствола), и надеется на чудо.
Дополнительный вывод №1.1: Правила, коими полнится необъятный Инторнет – "на каждый сантиметр ствола в калибре NN добавить/отнять XX м/с дульной скорости" –в лучшем случае показывают "примерное направление на север". Пороха бывают очень разные; в зависимости от конкретного пороха и сегмента ствола, расхождение с реальностью может быть в полтора-два раза [3].
Вернёмся теперь к "прочим равным" из примера выше, в частности – к патроннику и стволу. В пределах спецификаций того или иного калибра, оговариваются допуски – разница между минимальными и максимальными размерами патронника. Однако, допустимая разница объёма патронника (а, соответственно – давления на начальных этапах) как правило не превышает 2%, что на V0 оказывает малосущественное влияние. Но за патронником сразу же следует ствол, а ствол в этом вопросе – не в пример более весомое обстоятельство. Кроме давления пороховых газов, разгоняющих пулю, существует и обратная сила – сопротивление (деформация, трение) пули при прохождении ствола. Параметры ствола существенно влияют на обе силы.
При одном и том же калибре, внутренний диаметр разных стволов – немного разный. Могут отличаться также шаг и форма нарезов, а соответственно – сопротивление движению пули в стволе. И самый предательский сюрприз – по мере износа ствола начальная скорость пуль падает (пуля менее плотно закупоривает канал, и давление газов становится меньше). На моих глазах один немолодой карабин К31 выдавал на дульном срезе 740 м/с вместо положенных 780, чудом сохраняя при этом вполне приемлемую кучность [4].
Вывод №2: С одним и тем же патроном одна и та же длина ствола вовсе не означает одной и той же начальной скорости пули. Новые стволы от разных производителей могут выдавать до 5% разницы.
Вывод №3: По мере износа ствола, дульная скорость падает. Если V0 для тебя, дорогой читатель, важна, имеет смысл её перепроверять раз в тысячу-другую патронов.
Отдельно стоит упомянуть потери скорости в в оружии с газоотводным автоматическим перезаряжанием, по сравнению с перезаряжанием ручным. Часть энергии пороховых газов расходуется на цикл автоматики, что не может не сказаться на V0. Эффект этот, однако, молва людская изрядно преувеличивает. Газоотвод случается уже после того, как пуля набрала бо́льшую часть своей скорости, и количество газов, отводимое и необходимое для цикла автоматики – пренебрежимо мало, по сравнению с общим количество, задействованным для разгона пули (ср. диаметр газоотводного отверстия и диаметр ствола). На практике, в оружии с заблокированным газоотводом, начальная скорость повышается менее, чем на 1% [6]. Сравнимая разница может вполне наблюдаться просто между двумя новыми образцами одного и того же оружия.
Во всеоружии подходим мы к одному из самых подлых подводных камней на пути к Познанию V0, а именно – к температурной зависимости. Специально для тебя, дорогой читатель, я приберёг три новости – две плохих, и одну хорошую.
Плохая новость №1: При заданных патроне и оружии начальной скорости как таковой – не существует. Существует же только начальная скорость при заданных патроне, оружии и температуре. В зависимости от изначальной температуры, пороховой состав горит по-разному. Чем порох теплее, тем он горит быстрее, создавая тем самым большее давление, и быстрее разгоняя пулю. Речь идёт именно о температуре пороха, что не обязательно равно температуре окружающей среды или оружия. Вот как, например, это выглядит для одного и того же заряда пороха при температурах 10 и 30°C.
5.90 грамм пороха VV N570 в патроне .338 LM [1], при повышении температуры на 20 градусов выдают нагора на 18 м/с больше начальной скорости [7].
Хорошая новость №1: Зато эта зависимость начальной скорости от температуры – практически линейная [8]. То есть, для случая выше, можно сказать, что в среднем, на каждый градус цельсия, скорость меняется на 18/20=0.9 м/с, и так победить. А вот, например, результаты собственноручных экспериментальных замеров начальной скорости уставного швейцарского патрона GP11 из карабина K31.
Точки на графике – результаты замеров хронографом. Синяя прямая – линейное приближение, которого тут же сбоку приведена формула. Это хорошо совпадает с тем, чему в своё время учили отважных швейцарских зольдат, и значит, что при 15 градусах по Цельсию, начальная скорость – 780 м/с (по моим данным – 780.09) и на каждый градус разницы температур нужно добавить или отнять 0.8 м/с.
Плохая новость №2: Бдительный читатель, должно быть, отметил, что в двух вышеприведённых примерах, зависимость – разная. Она вообще разная для каждого комплекса оружие-патрон, и всякий раз её нужно заново замерять экспериментально. В среднем, оно колеблется в пределах 1±0.3 м/с на градус; при неизвестной температурной зависимости, я принимаю за рабочий вариант 1 м/с/°, и как правило оказываюсь недалеко от истины. Существуют, однако, исключения – пороха́, мало чувствительные к температуре, которыми торгуют, в частности родственные конторы Hodgdon (серия Extreme) и IMR (серия Enduron). Зависимость по-прежнему есть, но снижается до 0.1-0.25 м/с/°. На практике, эти разработки интересны не столько возможностью не принимать во внимание температуру (как мы узнаем в следующих выпусках, температуру всё равно придётся отслеживать, по другим причинам), сколько возможностью беззаботно выложить пачку патронов на солнышко, или стрелять из сильно разогретого ствола, практически не делая поправок на начальную скорость.
Напоследок, дорогой читатель, мы выйдем из внутренней баллистики в так называемую промежуточную – тот полный щемящей неизвестности этап, когда пуля уже покинула лоно дула, но ещё не совсем сориентировалась в пространстве, и не определилась куда летит и что ей там надо. Там её поджидают всякого рода дульные насадки, чтобы напоследок повлиять на дульную скорость. Механика происходящего, в сущности, простая. Из голого дула остатки газиков просто летят туда же, куда и пуля. Но с дульным тормозом или модератором звука (или, как теперь принято говорить – "ДТК закрытого типа"), оные газики внезапно осаждаются, и создают дополнительную зону повышенного давления, на прощание дующую пуле в попу тёплым воздухом. В результате, по сравнению с голым стволом или пламегасителем, эффективный ДТК добавляет до 3-4 м/с дульной скорости, а модератор звука – до 5-6 м/с. Отсюда,
Вывод №3: дульную скорость необходимо замерять с теми же надульными плюшками, с которыми планируется стрелять.
***
Глобальный Вывод из сегодняшнего выпуска: начальную скорость пули надо измерять. Верить написанному (если, конечно, речь не идёт об уставном оружии с уставным патроном) – нельзя.
В следующих выпусках нашего альманаха мы узнаем о том, как начальная скорость влияет на стрелковую эффективность, как она измеряется, как достичь достаточной точности, и что считать точностью "достаточной", а также узнаем, каких замечательных инструментов для нас в этих целях понапридумывали Учоные Инженеры.
Пока же – берегите себя, вернусь – проверю!
____________________
[1] Гильза Lapua длина 69.0 мм, пуля Lapua .338 Scenar 300 gr, общая длина патрона 92.24 мм.
[2] Чтобы был понятен порядок цифр, в течение нескольких микросекунд стенки патронника .338LM выдерживают давление, сравнимое с весом основного танка Т90, поставленного на поверхность почтовой марки.
[3] Впрочем, для конкретного "длинноствольного" патрона и стволов более 200 мм, зависимость V0 от длины – очень близка к линейной.
[4] Обычно, падение скорости на 5% означает неминучий (а то и фактический) конец жизни нарезов – жди "утюгов" в мишени [5].
[5] Или завязывай уже наконец с 338лм, и переходи на мелкашку – там, при должном уходе, стволы – вечные.
[6] В автомате Stgw.90, например, разница по сравнению с "обычным" положением газоотвода и с "зимним/грязным" составляет соответственно 0.5% и 0.8% начальной скорости.
[7] Отдельно стоит отметить, что такая навеска пороха, прекрасная при 10°C, по жаре становится опасной, из-за превышения максимального порога давления (4200 бар) для этого калибра. Не так чтобы затвор в зубы словить, но винтовка в таком ритме проживёт жизнь короткую (хоть и яркую).
[8] Строго говоря, зависимость не линейная, но для современных порохов в рабочих диапазонах температур ошибка, как правило – совершенно пренебрежимая.
Автор geladen
