Внутренняя баллистика (также внутренняя баллистика ) — раздел баллистики , изучающий движение снаряда .
В оружии внутренняя баллистика охватывает время от воспламенения пороха до вылета снаряда из ствола . [1] Изучение внутренней баллистики важно для разработчиков и пользователей огнестрельного оружия всех типов, от малокалиберных винтовок и пистолетов до высокотехнологичной артиллерии .
Для реактивных снарядов внутренняя баллистика охватывает период, в течение которого ракетный двигатель обеспечивает тягу. [2] [3]
Внутреннюю баллистику можно рассматривать в трех временных периодах: [4]
Сгорающий метательный заряд огнестрельного оружия производит энергию в виде горячих газов, которые повышают давление в камере, которое прикладывает силу к основанию снаряда, заставляя его ускоряться. Давление в камере зависит от количества сгоревшего метательного заряда, температуры газов и объема камеры. Скорость горения метательного заряда зависит от химического состава и формы зерен метательного заряда. Температура зависит от высвобождаемой энергии и потери тепла по бокам ствола и камеры.
По мере того, как снаряд движется по стволу, объем газа, занимаемый позади снаряда, увеличивается. Часть энергии теряется на деформацию снаряда и его вращение. Также существуют потери на трение между снарядом и стволом. Снаряд, движущийся по стволу, сжимает воздух перед собой, что увеличивает сопротивление его движению вперед. [1]
Казенная часть и ствол должны выдерживать газы высокого давления без повреждений. Хотя давление изначально повышается до высокого значения, оно начинает падать, когда снаряд проходит некоторое расстояние по стволу. Следовательно, дульный конец ствола не должен быть таким же прочным, как конец патронника. [5]
Для этих процессов были разработаны математические модели. [6] Четыре основных понятия, которые рассчитываются во внутренней баллистике: [7]
Внутренняя баллистика не была научно обоснована до середины 1800-х годов. Стволы и затворы были достаточно прочными, чтобы выдерживать известную перегрузку ( тест на прочность ). Начальная скорость предполагалась по расстоянию, пройденному снарядом. [8]
В 1800-х годах испытательные стволы начали оснащаться приборами. [9] В стволе просверливались отверстия и устанавливались стандартизированные стальные поршни, которые оказывали давление, сжимающее стандартизированные медные цилиндры при выстреле из огнестрельного оружия. Уменьшение длины медного цилиндра используется как показатель пикового давления, известного как «медные единицы давления» или «CUP» для огнестрельного оружия высокого давления. Аналогичные стандарты применялись к огнестрельному оружию с более низкими пиковыми давлениями, как правило, к обычным пистолетам, с испытательными цилиндрическими пулями, изготовленными из более легко деформируемых свинцовых цилиндров, отсюда «свинцовые единицы давления» или «LUP». Измерение показывало только максимальное давление, которое достигалось в этой точке ствола. [10] Пьезоэлектрические тензодатчики были введены в действие в 1960-х годах, что позволило измерять мгновенное давление без разрушительных портов давления. Инструментированные снаряды были разработаны Армейской исследовательской лабораторией , которая измеряет давление у основания снаряда и ускорение. [11]
Методы воспламенения метательного заряда со временем развивались. В казенной части просверливалось небольшое отверстие ( запальное отверстие ), в которое затем заливалось метательное заряд, и применялось внешнее пламя или искра (см . фитильное замочное ...
Порох ( черный порох ) представляет собой тонко измельченную, спрессованную и гранулированную механическую пиротехническую смесь серы , древесного угля и нитрата калия или нитрата натрия . Он может быть произведен в диапазоне размеров зерна. Размер и форма зерен могут увеличивать или уменьшать относительную площадь поверхности и значительно изменять скорость горения. Скорость горения черного пороха относительно нечувствительна к давлению, то есть он будет гореть быстро и предсказуемо даже без ограничения, [12] что делает его также пригодным для использования в качестве слабого взрывчатого вещества. Он имеет очень медленную скорость разложения и, следовательно, очень низкую бризантность . Это не взрывчатое вещество в самом строгом смысле этого слова, а «дефлагрант», поскольку он не детонирует, а разлагается путем дефлаграции из-за своего дозвукового механизма распространения фронта пламени.
Нитроцеллюлоза или «пироксилин» образуется при воздействии азотной кислоты на целлюлозные волокна. Это очень горючий волокнистый материал, который быстро дефлагрирует при нагревании. Он также горит очень чисто, сгорая почти полностью до газообразных компонентов при высоких температурах с небольшим дымом или твердым остатком. Желатинизированная нитроцеллюлоза — это пластик , который может быть сформирован в цилиндры, трубки, шарики или хлопья, известные как одноосновные пороха. Размер и форма зерен пороха могут увеличивать или уменьшать относительную площадь поверхности и значительно изменять скорость горения. Добавки и покрытия могут быть добавлены к пороху для дальнейшего изменения скорости горения. Обычно очень быстрые пороха используются для легких пуль или низкоскоростных пистолетов и ружей , среднескоростные пороха для магнум-пистолетов и легких винтовочных патронов, а медленные пороха для крупнокалиберных тяжелых винтовочных патронов. [13]
Нитроглицерин можно добавлять к нитроцеллюлозе для образования «двухосновных порохов». Нитроцеллюлоза десенсибилизирует нитроглицерин, чтобы предотвратить детонацию в зернах пороха (см. динамит ), а нитроглицерин желатинизирует нитроцеллюлозу и увеличивает энергию. Двухосновные пороха горят быстрее, чем одноосновные пороха той же формы, хотя и не так чисто, а скорость горения увеличивается с содержанием нитроглицерина.
В артиллерии баллистит или кордит использовались в форме стержней, трубок, прорезных трубок, перфорированных цилиндров или многотрубчатых; геометрия выбиралась для обеспечения требуемых характеристик горения. (Круглые шары или стержни, например, являются «дегрессивно горящими» , поскольку их газообразование уменьшается с уменьшением площади поверхности по мере того, как шары или стержни сгорают меньше; тонкие чешуйки являются «нейтрально горящими», поскольку они горят на своих плоских поверхностях до тех пор, пока чешуйка не сгорит полностью. Продольно перфорированные или многоперфорированные цилиндры, используемые в больших длинноствольных винтовках или пушках, являются «прогрессивно горящими»; поверхность горения увеличивается по мере увеличения внутреннего диаметра отверстий, обеспечивая устойчивое горение и длительный непрерывный толчок снаряда для создания более высокой скорости без чрезмерного увеличения пикового давления. Прогрессивно горящий порох в некоторой степени компенсирует падение давления по мере ускорения снаряда по каналу ствола и увеличения объема позади него.) [1]
« Безгильзовые боеприпасы » включают в себя порох, отлитый в виде цельного зерна с капсюлем, помещенным в углубление у основания, и пулей, прикрепленной к передней части. Поскольку одно пороховое зерно очень большое (большинство бездымных порохов имеют размер зерна около 1 мм, но безгильзовое зерно будет, возможно, диаметром 7 мм и длиной 15 мм), относительная скорость горения должна быть намного выше. Чтобы достичь такой скорости горения, безгильзовые пороха часто используют замедленные взрывчатые вещества, такие как RDX .
Основными преимуществами успешного безгильзового патрона являются устранение необходимости извлечения и выброса стреляной гильзы, что позволяет повысить скорострельность и упростить механизм, а также снизить вес боеприпасов за счет устранения веса (и стоимости) латунной или стальной гильзы. [14]
Хотя есть по крайней мере одна экспериментальная военная винтовка ( H&K G11 ) и одна коммерческая винтовка ( Voere VEC-91 ), которые используют безгильзовые патроны, они не имели большого успеха. Еще одной коммерческой винтовкой была винтовка Daisy VL, произведенная Daisy Air Rifle Co. и рассчитанная на безгильзовые боеприпасы калибра .22, которые воспламенялись горячим потоком сжатого воздуха от рычага, используемого для сжатия сильной пружины, как в пневматической винтовке. Безгильзовые боеприпасы, конечно, не перезаряжаются, так как после выстрела пули не остается оболочки, а открытый порох делает патроны менее прочными. Кроме того, гильза в стандартном патроне служит уплотнением, не позволяя газу выходить из казенной части . Безгильзовое оружие должно использовать более сложную самоуплотняющуюся затворную часть, что увеличивает сложность конструкции и производства. Еще одной неприятной проблемой, общей для всего скорострельного оружия, но особенно проблематичной для тех, кто стреляет безгильзовыми патронами, является проблема « выгорания » патронов. Эта проблема вызвана остаточным теплом от патронника, которое нагревает патрон в патроннике до такой степени, что он воспламеняется, вызывая непреднамеренный выстрел.
Чтобы свести к минимуму риск перегорания патрона, пулеметы могут быть спроектированы для стрельбы с открытого затвора, когда патрон не досылается в патронник до нажатия на спусковой крючок, и поэтому у патрона нет возможности перегореть до того, как оператор будет готов. Такое оружие может эффективно использовать безгильзовые боеприпасы. Конструкции с открытым затвором, как правило, нежелательны для чего-либо, кроме пулеметов; масса движущегося вперед затвора заставляет оружие крениться в ответ, что значительно снижает точность оружия, что, как правило, не является проблемой для пулеметного огня.
Плотность заряда — это процент пространства в гильзе, заполненного порохом. В целом, заряды, близкие к 100% плотности (или даже заряды, где посадка пули в гильзу сжимает порох), воспламеняются и горят более стабильно, чем заряды с меньшей плотностью. В патронах, сохранившихся с эпохи черного пороха (примерами являются .45 Colt , .45-70 Government ), гильза намного больше, чем необходимо для удержания максимального заряда бездымного пороха высокой плотности. Это дополнительное пространство позволяет пороху смещаться в гильзе, скапливаясь около передней или задней части гильзы и потенциально вызывая значительные изменения в скорости горения, поскольку порох около задней части гильзы будет воспламеняться быстро, а порох около передней части гильзы воспламенится позже. Это изменение оказывает меньшее влияние на быстрые пороха. Такие патроны большой емкости с низкой плотностью обычно обеспечивают наилучшую точность с самым быстрым подходящим порохом, хотя это сохраняет общую энергию низкой из-за резкого пика высокого давления.
Патроны Magnum для пистолетов меняют этот компромисс между мощностью и точностью, используя пороха с меньшей плотностью и более медленным горением, которые обеспечивают высокую плотность заряда и широкую кривую давления. Недостатком является повышенная отдача и дульный взрыв из-за большой массы пороха и высокого дульного давления.
Большинство винтовочных патронов имеют высокую плотность заряда с соответствующими порохами. Винтовочные патроны, как правило, имеют бутылочное горлышко, с широким основанием, сужающимся к меньшему диаметру, чтобы удерживать легкую, высокоскоростную пулю. Эти гильзы предназначены для удерживания большого заряда пороха низкой плотности, для еще более широкой кривой давления, чем пистолетный патрон Magnum. Эти гильзы требуют использования длинного винтовочного ствола для извлечения их полной эффективности, хотя они также патронируются в пистолетах винтовочного типа (однозарядных или с продольно-скользящим затвором) со стволами от 10 до 15 дюймов (от 25 до 38 см).
Гильзы с прямыми стенками были стандартом с самого начала патронного оружия. С низкой скоростью горения черного пороха наилучшая эффективность достигалась с большими, тяжелыми пулями, поэтому пуля имела наибольший практический диаметр . Большой диаметр позволял использовать короткую, стабильную пулю с большим весом и максимальный практический объем канала ствола для извлечения наибольшей возможной энергии в стволе заданной длины. Было несколько патронов с длинными, неглубокими конусами, но это, как правило, была попытка использовать существующий патрон для стрельбы меньшей пулей с более высокой скоростью и меньшей отдачей. С появлением бездымных порохов стало возможным создавать гораздо более высокие скорости, используя медленный бездымный порох в гильзе большого объема, толкая маленькую, легкую пулю. Необычный, сильно сужающийся 8 мм Lebel , изготовленный путем сужения старого 11 мм патрона с черным порохом, был представлен в 1886 году, и вскоре за ним последовали 7,92×57 мм Mauser и 7×57 мм Mauser военные патроны, а также коммерческий .30-30 Winchester , все из которых были новыми конструкциями, созданными для использования бездымного пороха. Все они имеют отчетливое плечо, очень напоминающее современные патроны, и за исключением Lebel они все еще используются в современном огнестрельном оружии, хотя патронам уже более века.
При выборе винтовочного патрона для максимальной точности короткий, толстый патрон с очень небольшим сужением гильзы может обеспечить более высокую эффективность и более постоянную скорость, чем длинный, тонкий патрон с большим сужением гильзы (одна из причин дизайна с горлышком бутылки). [15] Учитывая текущие тенденции к более коротким и толстым гильзам, таким как новые патроны Winchester Super Short Magnum , кажется, что идеалом может быть гильза, приближающаяся к сферической внутри. [16] Патроны для охоты на мишени и вредителей требуют наибольшей точности, поэтому их гильзы, как правило, короткие, толстые и почти неконусные с острыми плечами на гильзе. Короткие, толстые гильзы также позволяют сделать оружие с коротким действием легче и прочнее при том же уровне производительности. Компромиссом для этой производительности являются толстые патроны, которые занимают больше места в магазине , острые плечи, которые не так легко подаются из магазина, и менее надежное извлечение стреляной гильзы. По этим причинам, когда надежная подача важнее точности, например, в военных винтовках, предпочтение отдается более длинным гильзам с более пологими углами плеча. Однако даже среди военного оружия наблюдается долгосрочная тенденция к использованию более коротких и толстых гильз. Текущая гильза 7,62×51 мм NATO, заменяющая более длинную .30-06 Springfield, является хорошим примером, как и новый патрон 6,5 Grendel, разработанный для повышения производительности семейства винтовок и карабинов AR-15 . Тем не менее, точность и летальность патрона значительно больше, чем длина и диаметр гильзы, и 7,62×51 мм NATO имеет меньшую емкость гильзы, чем .30-06 Springfield , [17] уменьшая количество пороха, которое может быть использовано, напрямую уменьшая комбинацию веса пули и начальной скорости, которая способствует летальности (как подробно описано в опубликованных характеристиках патрона, приведенных здесь для сравнения). С другой стороны, 6,5 Grendel способен стрелять значительно более тяжелой пулей (см. ссылку), чем 5,56 NATO из семейства оружия AR-15, при этом начальная скорость пули снижается лишь незначительно, что, возможно, обеспечивает более выгодное соотношение производительности.
Поскольку скорость горения бездымного пороха напрямую зависит от давления, начальное нарастание давления (т. е. «давление начала выстрела») оказывает значительное влияние на конечную скорость , особенно в больших патронах с очень быстрыми порохами и относительно легкими снарядами. [18] В малокалиберном огнестрельном оружии трение , удерживающее пулю в гильзе, определяет, как скоро после воспламенения пуля начнет двигаться, и поскольку движение пули увеличивает объем и снижает давление, разница в трении может изменить наклон кривой давления. В целом, желательна плотная посадка, вплоть до обжима пули в гильзе. В гильзах с прямыми стенками без оправы, таких как .45 ACP, агрессивный обжим невозможен, поскольку гильза удерживается в патроннике за счет дульца гильзы, но изменение размера гильзы для обеспечения плотной посадки с натягом в пулю может дать желаемый результат. В огнестрельном оружии большего калибра давление начала выстрела часто определяется силой, необходимой для первоначального врезания ведущего пояска снаряда в начало нарезов ствола ; в гладкоствольных ружьях, не имеющих нарезов, давление начала выстрела достигается путем первоначального врезания снаряда в «форсирующий конус», который оказывает сопротивление при сжатии обтюрационного кольца снаряда.
Пуля должна плотно прилегать к каналу ствола, чтобы герметизировать высокое давление горящего пороха. Такая плотная посадка приводит к большой силе трения. Трение пули в канале ствола немного влияет на конечную скорость, но это, как правило, не вызывает особого беспокойства. Большую озабоченность вызывает тепло, выделяемое трением. При скоростях около 300 м/с (980 футов/с) свинец начинает плавиться и откладываться в канале ствола . Это накопление свинца сужает канал ствола, увеличивая давление и снижая точность последующих выстрелов, и его трудно вычистить, не повредив канал ствола. Патроны, используемые на скоростях до 460 м/с (1500 футов/с), могут использовать восковые смазки на пуле для уменьшения накопления свинца. При скоростях более 460 м/с (1500 футов/с) почти все пули покрыты медью или аналогичным сплавом , который достаточно мягок, чтобы не изнашивать ствол, но плавится при достаточно высокой температуре, чтобы уменьшить нарастание в канале ствола. Нарастание меди действительно начинает происходить в патронах, которые превышают 760 м/с (2500 футов/с), и распространенным решением является пропитка поверхности пули смазкой на основе дисульфида молибдена . Это уменьшает нарастание меди в канале ствола и приводит к лучшей долгосрочной точности. Снаряды большого калибра также используют медные ведущие пояски для нарезных стволов для стабилизируемых вращением снарядов; Однако в снарядах с оперенной стабилизацией, которые выстреливаются как из винтовочных, так и из гладкоствольных стволов, например, в бронебойных снарядах APFSDS , используются нейлоновые обтюрационные кольца, которые обеспечивают достаточную герметизацию пороховых газов под высоким давлением, а также минимизируют трение в канале ствола, обеспечивая небольшое увеличение начальной скорости снаряда.
На первых нескольких сантиметрах пути по каналу ствола пуля достигает значительного процента от своей конечной скорости, даже для винтовок большой мощности с медленно горящим порохом. Ускорение составляет порядка десятков тысяч гравитаций , поэтому даже снаряд весом в 40 гран (2,6 г) может обеспечить более 1000 ньютонов (220 фунтов силы ) сопротивления из-за инерции . Таким образом, изменения массы пули оказывают огромное влияние на кривые давления патронов с бездымным порохом, в отличие от патронов с черным порохом. Таким образом, загрузка или перезарядка патронов с бездымным порохом требует высокоточного оборудования и тщательно измеренных таблиц данных о нагрузке для заданных патронов, порохов и веса пуль.
Энергия передается пуле в огнестрельном оружии за счет давления газов, образующихся при сгорании пороха. Хотя более высокое давление обеспечивает более высокую скорость, продолжительность давления также важна. Пиковое давление может составлять лишь малую часть времени, в течение которого пуля ускоряется. Необходимо учитывать всю продолжительность прохождения пули через ствол.
Энергия — это способность совершать работу над объектом. Работа — это сила, приложенная на расстоянии. Общая энергия, переданная пуле, обозначена площадью под кривой, где ось Y — это сила (т. е. давление, оказываемое на основание пули, умноженное на площадь основания пули), а ось X — это расстояние. Увеличение энергии пули требует увеличения площади под этой кривой либо за счет повышения давления, либо за счет увеличения расстояния, которое пуля проходит под давлением. Давление ограничено прочностью огнестрельного оружия, а продолжительность ограничена длиной ствола.
Пороха подбираются в соответствии с прочностью огнестрельного оружия, объемом патронника и длиной ствола; а также материалом пули, весом и размерами. [19] Скорость образования газа пропорциональна площади поверхности горящих пороховых зерен в соответствии с законом Пиоберта . Реакции бездымного пороха происходят в серии зон или фаз по мере того, как реакция переходит от поверхности в твердое тело. Самая глубокая часть твердого тела, испытывающая теплопередачу, плавится и начинает фазовый переход из твердого в газообразное состояние в зоне пены . Газообразное порох разлагается на более простые молекулы в окружающей зоне шипения . Эндотермические превращения в зоне пены и зоне шипения требуют энергии, первоначально предоставленной капсюлем, а затем выделяемой в светящейся внешней зоне пламени , где более простые молекулы газа реагируют, образуя обычные продукты сгорания, такие как пар и оксид углерода . [20]
Скорость теплопередачи бездымных порохов увеличивается с давлением, что приводит к увеличению скорости газовыделения с заданной площади поверхности зерна при более высоких давлениях. [21] Ускоряющееся газообразование из быстро сгорающих порохов может быстро создать разрушительно высокий всплеск давления до того, как движение пули увеличит объем реакции. Наоборот, пороха, рассчитанные на минимальное давление теплопередачи, могут прекратить разложение на газообразные реагенты, если движение пули уменьшает давление до того, как медленно сгорающий порох будет израсходован. Несгоревшие зерна пороха могут оставаться в стволе, если зона пламени, выделяющая энергию , не может поддерживаться в результате отсутствия газообразных реагентов из внутренних зон. [20]
Еще один вопрос, который следует учитывать при выборе скорости горения пороха, — это время, необходимое пороху для полного сгорания, по сравнению со временем, которое пуля проводит в стволе. Внимательно посмотрите на левый график, и увидите изменение кривой примерно на 0,8 мс. Это точка, в которой порох полностью сгорает, и новый газ не образуется. При использовании более быстрого пороха выгорание происходит раньше, а при использовании более медленного — позже. Порох, который не сгорел, когда пуля достигает дула, тратится впустую — он не добавляет энергии пуле, но добавляет отдачу и дульный взрыв. Для максимальной мощности порох должен гореть до тех пор, пока пуля не окажется чуть ближе к дулу.
Поскольку бездымные пороха горят, а не детонируют, реакция может происходить только на поверхности пороха. Бездымные пороха бывают разных форм, которые определяют, как быстро они горят, а также как скорость горения изменяется по мере горения пороха. Самая простая форма — это шарообразный порох, который имеет форму круглых или слегка сплющенных сфер. Шарообразный порох имеет сравнительно небольшое отношение площади поверхности к объему, поэтому он горит сравнительно медленно, и по мере горения его площадь поверхности уменьшается. Это означает, что по мере горения пороха скорость горения замедляется.
В некоторой степени это можно компенсировать использованием замедлительного покрытия на поверхности пороха, которое замедляет начальную скорость горения и выравнивает скорость изменения. Шаровидные пороха обычно изготавливаются как медленные пистолетные пороха или быстрые винтовочные пороха.
Пороха хлопьев имеют форму плоских круглых хлопьев, которые имеют относительно высокое отношение площади поверхности к объему. Пороха хлопьев имеют почти постоянную скорость горения и обычно изготавливаются как быстрые пистолетные или ружейные пороха. Последняя распространенная форма — это экструдированный порох, который имеет форму цилиндра, иногда полого. Экструдированные пороха обычно имеют более низкое отношение нитроглицерина к нитроцеллюлозе и часто являются прогрессивно горящими — то есть они горят с большей скоростью по мере горения. Экструдированные пороха обычно являются средними или медленными винтовочными порохами.
Огнестрельное оружие во многом похоже на поршневой двигатель на рабочем ходе. Существует определенное количество газа высокого давления, и энергия извлекается из него, заставляя газ перемещать поршень — в этом случае поршнем является снаряд. Охватываемый объем поршня определяет, сколько энергии может быть извлечено из данного газа. Чем больший объем охватывается поршнем, тем ниже давление выхлопных газов (в этом случае дульное давление). Любое остаточное давление на дуле или в конце рабочего хода двигателя представляет собой потерянную энергию.
Чтобы извлечь максимальное количество энергии, максимизируется рабочий объем. Это можно сделать одним из двух способов — увеличив длину ствола или увеличив диаметр снаряда. Увеличение длины ствола увеличит рабочий объем линейно, в то время как увеличение диаметра увеличит рабочий объем как квадрат диаметра. Поскольку длина ствола ограничена практическими соображениями примерно длиной руки для винтовки и намного короче для пистолета, увеличение диаметра канала ствола является обычным способом повышения эффективности патрона. Пределом диаметра канала ствола обычно является плотность сечения снаряда (см. внешнюю баллистику ). Пули большего диаметра того же веса имеют гораздо большее сопротивление , и поэтому они теряют энергию быстрее после выхода из ствола. В целом, большинство пистолетов используют пули калибра от .355 (9 мм) до .45 (11,5 мм), в то время как большинство винтовок обычно имеют калибр от .223 (5,56 мм) до .32 (8 мм). Конечно, есть много исключений, но пули в указанных диапазонах обеспечивают наилучшие общие характеристики. В пистолетах используются пули большего диаметра для большей эффективности в коротких стволах и терпят потерю скорости на больших дистанциях, поскольку пистолеты редко используются для стрельбы на большие дистанции. Пистолеты, предназначенные для стрельбы на большие дистанции, как правило, ближе к укороченным винтовкам, чем к другим пистолетам.
Другой проблемой при выборе или разработке патрона является проблема отдачи. Отдача — это не только реакция от выпущенного снаряда, но и от порохового газа, который выйдет из ствола со скоростью, даже превышающей скорость пули. Для пистолетных патронов с тяжелыми пулями и легкими пороховыми зарядами ( например, 9×19 мм может использовать 5 гран (320 мг) пороха и пулю 115 гран (7,5 г)) отдача пороха не является значительной силой; для винтовочного патрона ( .22-250 Remington , использующего 40 гран (2,6 г) пороха и пулю 40 гран (2,6 г)) порох может составлять большую часть силы отдачи.
Существует решение проблемы отдачи, хотя оно и не бесплатно. Дульный тормоз или компенсатор отдачи — это устройство, которое перенаправляет пороховой газ в дуле, обычно вверх и назад. Он действует как ракета, толкая дуло вниз и вперед. Толчок вперед помогает свести на нет ощущение отдачи снаряда, тянув огнестрельное оружие вперед. Толчок вниз, с другой стороны, помогает противодействовать вращению, создаваемому тем фактом, что у большинства огнестрельного оружия ствол установлен выше центра тяжести . Открытое боевое оружие, крупнокалиберные мощные винтовки, дальнобойные пистолеты под винтовочные боеприпасы и пистолеты для стрельбы в режиме реального времени, предназначенные для точной скорострельной стрельбы, — все они выигрывают от дульных тормозов.
Мощное огнестрельное оружие использует дульный тормоз в основном для уменьшения отдачи, что снижает удар по стрелку сильной отдачей. Пистолеты с автоматическим выстрелом перенаправляют всю энергию вверх, чтобы противодействовать вращению отдачи, и делают последующие выстрелы быстрее, оставляя оружие на цели. Недостатком дульного тормоза является более длинный, тяжелый ствол и значительное увеличение уровня звука и вспышки за дулом винтовки. Стрельба из огнестрельного оружия без дульного тормоза и без средств защиты органов слуха может в конечном итоге повредить слух оператора; однако стрельба из винтовок с дульным тормозом — с защитой органов слуха или без нее — приводит к постоянному повреждению ушей. [22] ( Подробнее о недостатках дульных тормозов см. в разделе Дульный тормоз .)
Соотношение веса пороха к весу снаряда также затрагивает тему эффективности. В случае с .22-250 Remington больше энергии уходит на приведение в движение порохового газа, чем на приведение в движение пули. .22-250 расплачивается за это тем, что требует большой гильзы с большим количеством пороха, и все это за довольно небольшой выигрыш в скорости и энергии по сравнению с другими патронами калибра .22.
Почти все малокалиберное огнестрельное оружие, за исключением ружей, имеет нарезные стволы. Нарезка придает пуле вращение, что не дает ей кувыркаться в полете. Нарезка обычно имеет форму острых кромочных канавок, прорезанных в виде спиралей вдоль оси канала ствола, в количестве от 2 до 16. Области между канавками называются полями.
Другая система, полигональная нарезка , придает каналу ствола полигональное поперечное сечение. Полигональная нарезка не очень распространена, ее используют лишь несколько европейских производителей, а также американский производитель оружия Kahr Arms. Компании, использующие полигональную нарезку, заявляют о большей точности, меньшем трении и меньшем накоплении свинца и/или меди в стволе. Однако в большинстве видов спортивного огнестрельного оружия используется традиционная нарезка по земле и канавкам, поэтому преимущества полигональной нарезки не доказаны.
Существует четыре способа нарезки ствола:
Цель ствола — обеспечить постоянное уплотнение , позволяя пуле разгоняться до постоянной скорости. Он также должен придавать правильное вращение и выпускать пулю последовательно, идеально концентрично каналу. Остаточное давление в канале должно выпускаться симметрично , так, чтобы ни одна сторона пули не получала больше или меньше толчка, чем остальные.
Для поддержания хорошего герметичного соединения канал ствола должен иметь точный постоянный диаметр или иметь небольшое уменьшение диаметра от казенной части к дульному срезу. Любое увеличение диаметра канала ствола приведет к смещению пули, что позволит газу просачиваться мимо пули, уменьшая скорость, или приведет к наклону пули так, что она больше не будет идеально соосна каналу ствола. Высококачественные стволы притираются для устранения любых сужений в канале ствола, которые могут вызвать изменение диаметра.
Процесс притирки, известный как «огневая притирка », использует свинцовую «заготовку», которая немного больше, чем канал ствола и покрыта мелкозернистым абразивным составом для вырезания сужений. Заготовка проходит от казенной части к дулу, чтобы удалить препятствия. Проводится много проходов, и по мере того, как канал ствола становится более однородным, используются более мелкие сорта абразивного состава. Конечный результат — зеркально гладкий ствол с постоянным или слегка сужающимся каналом. Техника ручной притирки использует деревянный или мягкий металлический стержень для протягивания или проталкивания заготовку через канал ствола, в то время как более новая техника огневой притирки использует специально заряженные маломощные патроны для проталкивания покрытых абразивом мягких свинцовых пуль вниз по стволу.
Еще одна проблема, которая влияет на удержание пули стволом, — это нарезка. Когда пуля выстреливается, она вдавливается в нарезку, которая режет или « гравирует » поверхность пули. Если нарезка имеет постоянный поворот, то нарезка едет в канавках, выгравированных на пуле, и все надежно и герметично. Если нарезка имеет уменьшающийся поворот, то изменяющийся угол нарезки в гравированных канавках пули заставляет нарезку становиться уже, чем канавки. Это позволяет газу выходить и ослабляет удержание пули на стволе. Однако увеличивающийся поворот сделает нарезку шире, чем канавки в пуле, сохраняя герметичность. Когда для ружья выбирается заготовка с нарезным стволом , конец с большим поворотом располагается у дула.
Дуло ствола — это последнее, что касается пули перед тем, как она перейдет в баллистический полет, и, как таковое, имеет наибольший потенциал для нарушения полета пули. Дуло должно позволять газу выходить из ствола симметрично; любая асимметрия вызовет неравномерное давление на основание пули, что нарушит ее полет. Дульный конец ствола называется «короной», и он обычно либо скошенный , либо утопленный, чтобы защитить его от ударов или царапин, которые могут повлиять на точность.
Прежде чем ствол сможет выпустить пулю согласованным образом, он должен захватить пулю согласованным образом. Часть ствола между тем местом, где пуля выходит из патрона и входит в нарезы, называется «горлом», а длина горла — свободным стволом . В некоторых видах огнестрельного оружия свободный ствол равен нулю, так как процесс досылания патрона в патронник вдавливает пулю в нарезы. Это распространено в маломощных винтовках кольцевого воспламенения. Размещение пули в нарезах гарантирует, что переход между патроном и нарезами будет быстрым и стабильным. Недостатком является то, что патрон прочно удерживается на месте, и попытка извлечь невыстреленный патрон может быть затруднена, вплоть до того, что в крайних случаях придется даже вытаскивать пулю из патрона.
При использовании высокомощных патронов для гравировки пули требуется значительное усилие, что может поднять давление в патроннике выше максимального расчетного давления. Винтовки с большей мощностью обычно имеют более длинный свободный ствол, так что пуля может набрать некоторый импульс, позволяя и давлению в патроннике немного упасть до того, как пуля войдет в нарезы. Однако любое небольшое смещение может привести к наклону пули при входе в нарезы, в результате чего пуля не войдет в ствол соосно.
Определяющей характеристикой револьвера является вращающийся цилиндр, отдельный от ствола, в котором находятся камеры. Револьверы обычно имеют от 5 до 10 камер, и первой проблемой является обеспечение единообразия среди камер, потому что если они не будут единообразны, то точка попадания будет различаться от камеры к камере. Камеры также должны быть выровнены по отношению к стволу, чтобы пуля входила в ствол одинаково из каждой камеры.
Горло в револьвере состоит из двух отдельных частей, горла цилиндра и горла ствола. часть цилиндра и имеет такой размер, чтобы быть концентричным с патронником и немного больше диаметра пули. Зазор цилиндра - пространство между цилиндром и стволом - должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить свободное вращение цилиндра, даже если он загрязняется остатками пороха, но не настолько большим, чтобы выделялся избыточный газ. Нагнетательный конус - где пуля направляется из цилиндра в канал ствола - должен быть достаточно глубоким, чтобы вдавить пулю в канал без значительной деформации. В отличие от винтовок, где резьбовая часть ствола находится в патроннике, резьба стволов револьверов окружает казенную часть канала ствола. Возможно, что канал ствола сжимается, когда ствол ввинчивается в рамку. Нарезание более длинного нагнетательного конуса может устранить эту точку "дроссельного" сужения, как и притирка ствола после его установки в рамку.