Войти
Внутренняя баллистика (также внутренняя баллистика ), подполе баллистика, представляет собой исследование движущей силы снаряда .
В пушках внутренняя баллистика охватывает время от метательного взрывчатого вещества до момента Снаряд выходит из ствола орудия. Изучение внутренней баллистики важно для конструкторов и пользователей огнестрельного оружия всех типов, от малокалиберных винтовок и пистолетов до высокотехнологичных артиллерия.
Для ракетных снарядов внутренняя баллистика охватывает период, в течение которого ракетный двигатель обеспечивает тягу.
Хэтчер разбивает продолжительность внутренней баллистики на три части:
Есть много важных процессов. Источником энергии является горящее топливо. Он генерирует горячие газы, которые повышают давление в камере. Это давление давит на основание снаряда и заставляет снаряд ускоряться. Давление в камере зависит от многих факторов. Количество сгоревшего пороха, температура газов и объем камеры. Скорость горения пороха зависит не только от химического состава, но и от формы гранул пороха. Температура зависит не только от выделяемой энергии, но и от тепла, теряемого по стенкам ствола и патронника. Объем камеры непрерывно меняется: по мере сгорания топлива увеличивается объем, который может занять газ. По мере того, как снаряд перемещается по стволу, объем за снарядом также увеличивается. Есть еще другие эффекты. Некоторая энергия теряется на деформацию снаряда и его вращение. Также наблюдаются потери на трение между снарядом и стволом. Снаряд, перемещает по стволу, сжимает сопротивление его поступательному движению.
Для этих процессов были разработаны модели. Эти процессы влияют на конструкцию пистолета. Казенная часть и ствол должны выдерживать воздействие газов высокого давления без повреждений. Хотя давление повышается до высокого значения, давление начинает падать, когда давление усиливается на некоторое расстояние по стволу. Следовательно, дульный конец ствола не должен быть таким же прочным, как конец патронника.
Во внутренней баллистике используются пять общих уравнений:
До В середине 1800-х годов, до развития электроники и необходимой математики (см. Эйлер ) и материаловедения, чтобы понять полностью конструкцию сосуда высокого давления, внутренняя баллистика не большого объема подробная объективная информация. Стволы и затворы просто должны быть достаточно прочными, чтобы выдержать известную перегрузку (Проверочные испытания ), изменение начальной скорости можно было предположить, исходя из расстояния, на которое пролетел снаряд.
В испытательных стволах 1800-х годов начали оснащаться инструментами. В стволе были просверлены отверстия, снабженные стандартными стальными поршнями, деформирующими стандартную маленькую медную цилиндрическую дробь, которая раздавливалась при выстреле из огнестрельного оружия. Уменьшение длины медного цилиндра используется как показатель пикового давления. Отраслевые стандарты определяют «Медные единицы давления» или «CUP» для огнестрельного оружия высокого давления. Подобные стандарты применялись к огнестрельному оружию с более низким давлением, обычно к обычному пистолету, с пулями испытательного цилиндра, сделанными из более легко деформируемых свинцовых цилиндров, отсюда «Свинцовые единицы давления» или «LUP». Измерение показало только максимальное давление, которое было достигнуто в этой точке в стволе. К 1960-м годам также широко использовались пьезоэлектрические тензодатчики. Они позволяют измерять мгновенное давление и не требуют просверливания порта давления в стволе. Совсем недавно, с использованием усовершенствованной телеметрии и датчиков с повышенной защитой от ускорения, Армейской исследовательской лаборатории были разработаны инструменты с инструментами, которые могли измерять давление у основания снаряда и его ускорение.
На протяжении многих лет было разработано несколько методов воспламенения пороха. Первоначально в казенной части просверливали небольшое отверстие (сенсорное отверстие ), чтобы можно было залить мелкодисперсный метательный заряд (черный порох, тот же порох, что и в ружье), и возникло внешнее пламя или искра (см. фитильный замок и кремневый замок ). Позже капсюли и автономные патроны имели капсюли, которые взорвались после механической деформации и воспламенили порох. Другой метод - использование электрического тока для зажигания пороха.
Порох (Черный порох ) представляют собой тонко измельченную, прессованную и гранулированную механическую пиротехническую смесь сера, древесный уголь и нитрат калия или нитрат натрия. Его можно выполнять с различными размерами зерен. Размер и форма зерен могут увеличивать или уменьшать относительную площадь поверхности и значительно увеличивать скорость горения. Скорость горения черного пороха нечувствительна к тому, что означает, что он будет гореть быстро и предсказуемо даже без ограничений, что делает его также пригодным для использования в качестве слабовзрывчатого вещества. Он имеет очень низкую 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 при горении из-за своего дозвукового механизма распространения фронта пламени.
Нитроцеллюлоза или «пушечный хлопок» образует под действием азотной кислоты на целлюлозные волокна. Это легковоспламеняющийся волокнистый материал, быстро сгорает при воздействии тепла. Он также горит очень чисто, почти полностью сгорая до газообразных компонентов при высоких температурах с небольшим количеством дыма или твердых остатков. Желатинизированная - это , который можно формовать в цилиндры, трубки, шарики или хлопья, известные как одноосновные пропелленты. Размер и форма гранул пороха могут увеличивать или уменьшать относительную площадь поверхности и значительно увеличивать скорость горения. К топливу могут быть добавлены добавки и покрытия для дальнейшего изменения скорости горения. Обычно очень быстрые порохи используются для легкопульсных или низкоскоростных пистолетов и дробовиков, порохов среднего калибра для пистолетов большой и легкой винтовочных патронов и медленных порохы для крупнокалиберных винтовочных патронов.
Нитроглицерин могут быть добавлены к нитроцеллюлозе для образования «двухосновных порохов». Нитроцеллюлоза десенсибилизирует нитроглицерин, чтобы предотвратить детонацию гранулах размером с порох (см. динамит ), а нитроглицерин желатинизирует нитроцеллюлозу и энергию. Двухосновные порошки горят быстрее, чем одноосновные порошки той же формы, хотя и не так чисто, и скорость горения материалов в помещениях нитроглицерина.
В артиллерии, баллистит или кордит использовался в виде стержней, трубок, труб с прорезями, перфорированных цилиндров или многослойных -трубчатый; геометрия выбирается для обеспечения требуемых характеристик горения. (Круглые шары или стержни, например, горят "дегрессивно", потому что их газообразование ухудшает их поверхность по мере того, как шары или стержни горят меньше; тонкие хлопья горят "нейтрально", поскольку они горят на своей плоской поверхности до отщеп Продольно перфорированные или многоперфорированные цилиндры, используемые в больших длинноствольных винтовках или пушках, «прогрессивное горение»; Постепенно горящий порох в некоторой степени компенсирует падение давления, поскольку он ускоряется по каналу ствола и увеличивает объем позади.)
Недавняя тема исследований была в области «безгильзовых боеприпасов ». В безгильзовом патроне метательный заряд отливается как одно сплошное зерно, при этом грунтовочный состав помещается в углубление в основании, а пуля прикрепляется к передней части. Размер гранулы без гильзы будет иметь диаметр 7 мм и длину 15 мм), относительная скорость горения должна быть намного выше. Для достижения скорости горения в безгильзовых порохах часто используются замедленные взрывчатые вещества, такие как гексоген. Основными преимуществами успешного безгильзового снаряда будет устранение необходимости извлекать и выбрасывать гильзу, что позволяет повысить скорострельность и упростить механизм, а также снизить вес боеприпасов за счет уменьшения веса (и стоимости) латунных или стальной корпуса.
Хотя есть по крайней мере одна экспериментальная военная винтовка (HK G11 ) и одна коммерческая винтовка (Voere VEC-91 ), которые используют безгильзовые патроны не имели большого успеха. Еще одной коммерческой винтовкой была винтовка Daisy VL, изготовленная Daisy Air Rifle Co. и рассчитанная на безгильзовые боеприпасы.22 калибра, 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 не остается гильзы, а открытый порох делает снаряды менее долговечными. Также гильза в стандартном исполнении служит уплотнением, позволяющим патроне газу выходить из казенника. В безгильзовом оружии должен действовать более сложный самоуплотняющийся затвор, что сложность конструкции и изготовления. Другая неприятная проблема, общая для всех скорострельных видов оружия, но особенно проблематичная для тех, кто стреляет безгильзовыми снарядами, - это проблема снарядов «сгорает ». Эта проблема вызвана остаточным теплом от камеры, нагревая патрон в камере до точки, где он воспламеняется, вызывая непреднамеренный разряд.
Чтобы свести к минимуму риск выгорания патрона, пулеметы могут быть спроектированы так, чтобы стрелять с открытого затвора, при этом патрон не будет заряжаться до тех пор, пока не будет спусковой спусковой крючок, и поэтому у патрона нет шансов сгореть. до того, как оператор будет готов. Такое оружие могло эффективно использовать безгильзовые боеприпасы. Конструкции с открытым затвором обычно нежелательны для чего-либо, кроме пулеметов; масса затвора, движущегося вперед, заставляет ружье крениться в ответ, что снижает точность стрельбы, что обычно не является проблемой для пулеметной стрельбы.
Плотность заряда - это процент пространства в гильзе патрона. наполненный порошком. В общем, нагрузки, близкие к 100% -ной плотности (или даже нагрузки, при которых пуля, помещенная в гильзу, сжимает порох), воспламеняются и горят более стабильно, чем нагрузка с более низкой плотностью. В патронах, уцелевших от эпохи черного пороха (например, .45 Colt, .45-70 Government ), гильза намного больше, чем требуется для удержания заряда высокого -плотный бездымный порох. Это дополнительное пространство позволяет пороху перемещаться в гильзе, накапливаясь возле передней или задней части гильзы и вызывая большие колебания скорости горения, поскольку порох в задней части гильзы будет быстро воспламеняться, а порох в передней части гильзы загорится. Это изменение оказывает меньшее влияние на быстрые порошки. Такие картриджи большой емкости и низкой плотности обычно обеспечивают лучшую точность с самым быстрым подходящим порохом, хотя это снижает нагрузку из-за резкого пика высокого давления.
Пистолетные патроны Magnum меняют этот компромисс мощности / эффективности за счет использования менее плотных, малых горящих порохов, которые увеличивают плотность заряда и широкую кривую давления. Обратной стороной является повышенная отдача и дульная сила взрыва из-за большой массы пороха и высокое дульное давление.
Большинство винтовочных патронов имеют плотность заряда с порохами. Винтовочные устройства имеют тенденцию быть узкими, с широким основанием, сужающимся до меньшего диаметра, чтобы удерживать легкую, высокоскоростную пулю. Эти гильзы предназначены для хранения большого количества пороха низкой плотности, что обеспечивает более широкую кривую давления, чем пистолетный патрон Magnum. В этих случаях требуется длинный ствол винтовки для достижения максимальной эффективности, хотя они также предназначены для пистолетов-подобных пистолетов (однозарядное использование или с продольно-скользящим затвором) со стволом от 10 до 15 дюймов (от 25 до 38 см).
Одно необычное явление происходит при использовании плотных порохов небольшого объема в гильзах винтовок большой емкости. Небольшие пороховые заряды, если они не удерживаются плотно возле задней части гильзы с помощью ваты, очевидно, могут взорваться при воспламенении, иногда вызывая катастрофический отказ огнестрельного оружия. Механизм этого явления не очень хорошо известен, и обычно он не упоминается, за исключением случаев использования зарядов патронов с низкой скоростью отдачи для винтовок. Эти снаряды обычно имеют скорость менее 1100 футов / с (320 м / с) и используются для стрельбы в помещении вместе с глушителями или для борьбы с вредителями, где мощность и дульный выстрел полной -силовой снаряд не нужен и не желателен.
Гильзы с прямыми стенками были стандартом с самого начала оружейных патронов. При низкой скорости горения черного пороха наилучшая эффективность была достигнута большими большими пулями, поэтому пуля самый большой практический диаметр . Большой диаметр позволяет получить короткую стабильную пулю с большим весом, а максимальный практический канал ствола объем позволяет извлекать как можно больше энергии в стволе заданной длины. Было несколько патронов с длинными конусами, но, как правило, это была попытка использовать существующий патрон для выстрела меньшего размера с более высокой скоростью и меньшей отдачей. С появлением бездымных порохов стало возможным генерировать более высокую скорость, используя медленный бездымный порох в гильзе большого объема, толкая небольшую легкую пулю. Странный, сильно заостренный 8-миллиметровый патрон старого Лебеля, сделанный путем путем более 11-миллиметрового черного пороха, представлен в 1886 году, вскоре после ним последовал 7,92 × 57мм Mauser и 7 × 57мм Mauser военные патроны, и коммерческий .30-30 Winchester, все они были новой конструкцией, построенной для использования бездымного пороха. У всех них есть отчетливое плечо, которое очень похоже на современные патроны, и, за исключением Lebel, они все еще используются в современном огнестрельном оружии, даже несмотря на то, что патронам более века.
При выборе винтовочного патрона для максимальной точности короткий толстый патрон с очень маленьким конусом гильзы может обеспечить более высокую эффективность и более стабильную скорость, чем длинный тонкий патрон с большая конусность корпуса (отчасти причина узкого горлышка). Учитывая текущие тенденции к более коротким и толстым корпусам, например, новые картриджи Winchester Super Short Magnum, кажется, что идеальным может быть корпус, приближающийся к сферической внутренней части. Охотничьи патроны «мишень» и паразиты требуют максимальной точности, поэтому их гильзы обычно короткие, толстые и почти без заострения с острыми плечами на гильзе. Короткие толстые футляры также позволяют сделать оружие короткого действия легче и прочнее при том же уровне производительности. Компромиссом для этой производительности являются толстые патроны, которые занимают больше места в магазине , острые выступы, которые не так легко достаются из магазина, и менее надежное извлечение отработанного патрона. По этим причинам, когда надежное кормление важнее точности, например, для военных винтовок, предпочтение отдается более длинным гильзам с меньшим углом плеча. Однако даже среди военного оружия наблюдается долгосрочная тенденция к более коротким и толстым корпусам. Текущий гильза 7,62 × 51 мм NATO, заменяющая более длинный .30-06 Springfield, является хорошим примером, как и новый патрон 6.5 Grendel, предназначенный для повышения производительности. из семейства винтовок и карабинов АР-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, уменьшая количество топлива, которое может быть использовано, напрямую уменьшая комбинацию веса пули и начальной скорости пули, которая способствует летальности (как подробно описано в опубликованных спецификациях патрона, ссылка на которые приведена здесь для сравнения). 6.5 Grendel, с другой стороны, может стрелять значительно более тяжелой пулей (см. Ссылку), чем 5.56 NATO из семейства оружия AR-15, только с небольшое уменьшение начальной скорости пули, что, возможно, дает более выгодный компромисс с характеристиками.
Поскольку скорость горения бездымного пороха напрямую зависит от давления, начальное повышение давления (т.е. давление »), оказывает значительное влияние на конечную скорость, особенно в больших патронах с очень быстрыми порохами и относительно легкими снарядами. В малокалиберном огнестрельном оружии трение, удерживающее пулю в гильзе, определяет, как скоро после воспламенения пуля переместится, и поскольку движение пули увеличивает объем и снижает давление, разница в трении может изменить наклон кривой давления. В общем, желательна плотная посадка до степени опрессовки пули в гильзу. В гильзах с прямыми стенками и без обода, таких как.45 ACP, агрессивный обжим невозможен, так как гильза удерживается в камере за горловину гильзы, но размер гильзы подбирается так, чтобы обеспечить плотную посадку с натягом с пулей, может дать желаемый результат. В огнестрельном оружии большего калибра давлениеначало выстрела часто используется, необходимая для первоначального вдавливания ленты снаряда в начало нарезов ствола ; гладкоствольные ружья, не имеющие нарезов, достигают давления начала выстрела за счет первоначального попадания снаряда в «форсирующий конус», который обеспечивает сопротивление при сжатии кольца обтурации снаряда .
Пуля должна плотно прилегать к каналу ствола, чтобы выдерживать высокое давление горящего пороха. Эта плотная посадка приводит к большой силе трения. Это может вызвать небольшое влияние на конечную скорость, но это обычно не вызывает большого беспокойства. Большую озабоченность вызывает тепло, вызывающее из-за трения. При скорости около 300 м / с (980 фут / с) свинец начинает плавиться и откладываться в стволе ствола. Это скопление свинца сужает канал ствола, увеличивающее давление и снижение первоочередности выхода выстрелов, и его трудно вычистить без повреждений канала ствола. Для снарядов, используемых на скорости до 460 м / с (1500 футов / с), на пулю можно наносить воск смазку для уменьшения накопления свинца. При скорости более 460 м / с (1500 футов / с) почти все пули имеют оболочку из меди или аналогичного сплава, который достаточно мягкий, чтобы не изнашиваться на стволе, но плавится при достаточно высокой температуры, чтобы уменьшить нарост в отверстии. Накопление меди действительно происходит при выстреле, скорость которого превышает 760 м / с (2500 футов / с), и обычным решением является пропитка поверхности пули дисульфидом молибдена смазкой. Это уменьшает скопление меди в канале ствола и обеспечивает лучшую долговую точность. В снарядах большого калибра также используются медные приводные ленты для снарядов со стабилизированным вращением; Тем не менее, в снарядах с плавниковой стабилизацией, выпущенных как из ружейных, так и из гладкоствольных стволов, таких как противотанковые снаряды APFSDS, используются нейлоновые обтюраторные кольца, которые достаточно для герметизации пороховых газов под высоким давлением, а также для минимизации трения в стволе ствола. обеспечивающий небольшой прирост начальной скорости.
Первые несколько сантиметров пути по каналу ствола пуля достигает значительного процента своей конечной скорости даже для винтовок большой мощности с медленным горящим порохом. Ускорение составляет порядок десятков тысяч гравитаций, поэтому даже снаряд весом в 40 гран (2,6 г) может создать более 1000 ньютонов (220 фунт- сила ) сопротивления из-за инерции. Таким образом, изменение массы пули оказывает огромное влияние на кривые давления бездымных пороховых патронов, в отличие от патронов с черным порохом. Таким образом, для заряжания или перезарядки бездымных патронов требуется высокоточное оборудование и тщательно отмеренные таблицы данных о заряде для заданных патронов, порохов и веса пули.
Это график моделирования патрона 5,56 мм НАТО, выпущенного из 20 -дюймовый (510 мм) ствол. Горизонтальная ось представляет время, вертикальная ось давление (зеленая линия), перемещение пули (красная линия) и скорость пули (голубая линия). Значения, показанные вверху, являются пиковыми. Энергия передается пуле в огнестрельном оружии за счет давления газов, образующихся при горении пороха. В то время как более высокое давление более высоким высоким скоростям, продолжительность давления также важна. Пиковое давление может составлять лишь небольшую часть времени ускорения пули. Учитывать всю продолжительность пути пули через ствол.
На этом графике показаны разные кривые давления для порошков с разной скоростью горения. Крайний левый график такой же, как и большой график выше. На среднем графике показан порошок со скоростью горения на 25% выше, а на крайнем графике показан порошок со скоростью горения на 20%. Энергия определяет как способность выполнять работу с объектом; Например, работа, необходимая для поднятия веса в один фунт, одна нога против силы тяжести определяет фунт-фут энергии (Один джоуль равен энергии. ньютон ). Чтобы отразить силу (давление, оказываемое на основание пули, умноженное на площади основания пули) как функцию, площадь под этой кривой бы полной энергией, переданной пули. пуля. Увеличение энергии пули требует увеличения площади под этой кривой либо за счет увеличения среднего давления, либо за счет увеличения расстояния, которое проходит под давлением. Давление ограничено силой оружия, продолжительность - ствола.
Порохы тщательно подбираются с точностью прочности огнестрельного оружия, объема патронника и длины ствола, а также материала пули, веса и размеров. Скорость газообразования пропорциональна площади горящих зерен топлива в соответствии с законом Пиоберта. Развитие горения с поверхности на поверхности объясняется передачи тепла с поверхности энергии, необходимой для инициирования реакции. Реакции бездымного пороха происходят в серии по мере того, как происходит реакция на поверхность в твердом теле. Самая глубокая часть твердого тела, испытывающего теплопередачу, начинает фазовый переход от твердого тела к газу в зоне пены. Газообразное топливо разлагается на более простые молекулы в окружающей зоне шипения. Эндотермические превращения в зоне пены и зоны шипения внешней энергии, используемой внешней грунтовкой, а затем высвобождаемой в светящейся зоне пламени, где более простые молекулы газа реагируют с образованием обычных продуктов сгорания, таких как пар и оксид углерода.
Скорость теплопередачи бездымного топлива увеличивается с давлением; поэтому скорость газообразования из заданной площади поверхности увеличивается при более высоких давлениях. Ускорение газообразования из быстро горящих порохов может быстро создать разрушительно высокий всплеск давления до того, как движение пули увеличит реакционный объем. И наоборот, топливо, рассчитанное на минимальное давление, теплопередачи, может перестать разлагаться на газообразные реагенты, если движение снижает давление до того, как будет израсходовано медленно горящее топливо. Несгоревшие частицы могут поддерживаться в стволе, если они не могут поддерживаться из-за отсутствия газообразных реагентов внутренних зон.
Еще одна проблема, которую следует учитывать при выборе скорости горения пороха - это время, необходимое пороху для полного сгорания, в зависимости от времени, пулей в стволе. Если внимательно посмотреть на левый график, можно заметить изменение кривой примерно на 0,8 мс. Это точка, в которой порошок полностью сгорает и новый газ не образуется. С более быстрым порошком это происходит раньше, с более медленным - позже. Порох, который не сгорает, когда пуля использует дульного среза, тратится впустую - оно не сгорает, но увеличивает отдачу и дульный взрыв. Для максимальной мощности порох должен гореть до тех пор, пока пуля не достигнет дульного среза.
бездымный порох горит, а не детонирует, реакция может происходить только на поверхности пороха. Бездымные порохи бывают разные формы, которые для определения скорости горения, а также того, как скорость горения изменяется при горении пороха. Самая простая форма - это порошкообразные шарики, которые имеют форму круглых или слегка приплюснутых сфер. Шариковый порошок имеет сравнительно небольшое соотношение площади поверхности к объему, поэтому он горит сравнительно медленно, и по мере горения площадь его поверхности уменьшается. Это означает, что по мере горения скорость горения замедляется.
В некоторой степени это можно компенсировать использованием замедляющего покрытия на поверхности порошка, которое снижает начальную скорость горения и выравнивает скорость изменения. Порошки для мячей обычно предоставляйте собой порохы для медленных пистолетных или быстрых винтовочных порохов.
Чешуйчатые порошки имеют форму плоских круглых чешуек, которые имеют относительно высокое отношение площади поверхности к объему. Чешуйчатые порохи имеют почти постоянную скорость горения и обычно дробят в виде порошков для быстрого пистолета или овика. Последняя распространенная форма - это экструдированный порошок, который имеет форму цилиндра, иногда полого. Экструдированные порошки обычно имеют более низкое отношение нитроглицерина к нитроцеллюлозе и часто горят постепенно, то есть горят по мере горения. Экструдированные порохи обычно представляют собой ружейные порохи от среднего до медленного действия.
Из графиков давления видно, что остаточное давление в стволе на выходе пули довольно высокое, в данном случае более 16 кПи / 110 МПа / 1100 бар. Хотя удлинение ствола или уменьшение количества порохового газа уменьшит это давление. Обычно имеют патроны калибра.22 Long Rifle или.22 Short, очень маленькую емкость пороха и низкое остаточное давление. Когда для стрельбы на дальние дистанции, охоты или противопехотной стрельбы требуются более высокие энергии, высокое дульное давление становится неизбежным злом. Такое высокое дульное давление приводит к более высокой отдаче. Отдача рак включает реакцию, вызываемую не только пулей, но и массой пороха и скоростью (с остаточными газами, действующими как выхлопеты). Однако для того, чтобы дульный тормоз был эффективным, он должен иметь значительное дульное давление.
Огнестрельное оружие во многих отношениях похоже на поршневой двигатель на рабочем ходе. Имеется определенное количество газа под высоким давлением, и энергия извлекается из него, заставляя газ перемещать поршень. Рабочий объем поршня определяет, сколько энергии может быть извлечено из данного газа. Чем больший объем перемещается поршнем, тем ниже давление выхлопа (в данном случае дульное давление). Любое остаточное давление в дульном срезе или в конце рабочего такта двигателя означает потерю энергии.
Чтобы максимальный объем энергии, рабочий объем должен быть максимальным. Сделать это можно одним из двух способов - увеличить длину ствола или увеличить диаметр снаряда. Увеличение длины ствола линейно увеличивает рабочий объем, увеличение диаметра увеличивает рабочий объем как квадратного диаметра. Длина ствола ограничена практическими соображениями относительно длины руки для винтовки и намного короче для пистолета, увеличение диаметра ствола является нормальным способом повышения эффективности патрона. Пределом диаметра ствола обычно является плотность сечения снаряда (см. внешняя баллистика ). Пули большего диаметра и того же веса имеют гораздо большее сопротивление, поэтому они быстрее теряют силу после выхода из ствола. Как правило, в большинстве пистолетов используются 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 наилучшие характеристики. Пистолеты используют пули большего диаметра для большей эффективности в коротких стволах и допускают потерю скорости на больших дистанциях, поскольку пистолеты редко используются для стрельбы на большие дистанции. Пистолеты, предназначенные для стрельбы на дальние дистанции, обычно ближе к укороченным винтовкам, чем к другим пистолетам.
Другой проблемой при выборе или разработке патрона является проблема отдачи. Отдача - это реакция не только выпущенного снаряда, но и порохового газа, который вылетает из ствола со скоростью даже выше, чем у пули. Для пистолетных патронов с тяжелыми пулями и легкими пороховыми зарядами (например, 9 × 19 мм может использоваться 5 гран (320 мг) пороха и пуля 115 гран (7,5 г)), порох отдача не является значительной силой; для винтовочного патрона (.22-250 Remington, используя 40 гран (2,6 г) пороха и 40 гран (2,6 г) пули) порох может составлять большую часть силы отдачи.
Есть решение проблемы отдачи, хотя и не без затрат. Дульный тормоз или компенсатор отдачи - это устройство, которое перенаправляет пороховой газ на дульный срез, обычно вверх и назад. Это действует как ракета, толкая дуло вниз и вперед. Толчок вперед помогает нейтрализовать ощущение отдачи от снаряда, вытягивая оружие вперед. С другой стороны, толчок вниз помогает противодействовать вращению, вызываемому тем фактом, что у большинства огнестрельного оружия ствол установлен выше центра тяжести. Открытые боевые пушки, крупнокалиберные винтовки с большой мощностью, дальнобойные пистолеты под патроны и стрелковые пистолеты, предназначенные для точной скорострельной стрельбы, - все это имеет дульные тормоза.
В высокомощном огнестрельном оружии дульный тормоз используется в основном для уменьшения отдачи, что снижает удары стрелка из-за сильной отдачи. Пистолеты для динамической стрельбы перенаправляют всю энергию вверх, чтобы противодействовать вращению отдачи, и делают последующие выстрелы быстрее, оставляя пистолет на цели. Недостатком дульного тормоза является более длинный и тяжелый ствол, а также большое увеличение уровня шума и вспышки за дульной частью винтовки. Стрельба из огнестрельного оружия без дульного тормоза и без средств защиты слуха может со временем повредить ч колошение оператора; однако стрельба из винтовок с дульным тормозом - со средствами защиты органов слуха или без них - приводит к необратимому повреждению ушей. (Подробнее о недостатках дульных тормозов см. дульный тормоз.)
Отношение пороха к массе снаряда также анализирует вопрос эффективности. В случае с.22-250 Remington больше энергии уходит на движение порохового газа, чем на движение пули..22-250 платит за это тем, что требует большого гильзы с большим количеством пороха, и все это дает довольно небольшой выигрыш в скорости и энергии по сравнению с другими патронами.22 калибра.
Практически все малокалиберное огнестрельное оружие, за исключением дробовика, имеет нарезные стволы. Нарезы придают пуле вращение, что предотвращает ее кувырок в полете. Нарезы обычно имеют форму канавок с острыми краями, вырезанных в виде спиралей вдоль оси канала ствола, в количестве от 2 до 16. Области между бороздками известны как земли.
Другая система, многоугольные нарезы, придает стволу многоугольное поперечное сечение. Полигональные нарезы не очень распространены, их используют только несколько европейских производителей, а также американский производитель оружия Kahr Arms. Компании, использующие многоугольные нарезы, заявляют о большей точности, меньшем трении и меньшем накоплении свинца и / или меди в стволе. Однако в большинстве соревновательного огнестрельного оружия используются традиционные нарезы с плоскими и желобчатыми нарезами, поэтому преимущества многоугольных нарезов не доказаны.
Существует три распространенных способа нарезания нарезов ствола и одна развивающаяся технология:
Назначение ствола - обеспечить постоянное уплотнение , позволяющее пуле разгоняться до постоянной скорости. Он также должен обеспечивать правильное вращение и выпускать пулю последовательно, идеально концентрично каналу ствола. Остаточное давление в канале ствола должно сбрасываться симметрично, чтобы ни одна сторона не получала большего или меньшего толчка, чем остальные. Дульная часть ствола является наиболее известной, как это часть, которая контролирует выпуск пули. Некоторые патроны кольцевого воспламенения и пневматические пистолеты на самом деле имеют небольшое сужение, называемое чок, в стволе у дульного среза. Это гарантирует надежную фиксацию пули непосредственно перед выпуском.
Чтобы обеспечить хорошую герметичность, канал ствола должен быть очень точным, сохранить диаметр или иметь небольшое уменьшение диаметра от казенной части к дульной части. Любое увеличение диаметра канала ствола позволит пуле сместиться. Это может привести к утечке газа мимо пули, оказывающей влияние на скорость, или к опрокидыванию пули, так что она больше не будет идеально соосна с отверстием. Высококачественные стволы притерты для устранения любых сужений в канале ствола, которые могут привести к изменению диаметра.
В процессе притирки, известном как «пожарная притирка », используется свинцовая «пробка», которая немного больше диаметра отверстий и покрыта мелким абразивом компаундом, чтобы вырезать перетяжки. Пуля проходит от казенной части к дульной части, так что, встречая сужения, он срезает их и не режет на участках, которые больше, чем сужение. Выполняется много проходов, и по мере того, как отверстие становится более однородным, используются более мелкие сорта абразивного состава. В результате получается зеркально гладкий ствол с ровным или слегка сужающимся каналом ствола. Используемые вручную притирки используются деревянные или мягкий металлический стержень для протягивания или проталкивания пули через канал ствола, в то время как в более новой технике используются специально заряженные маломощные патроны для проталкивания покрытых абразивом пуль из мягкого свинца в ствол.
Еще одна проблема, которая влияет на удержание пули стволом, - это нарезы. Когда пуля выстреливается, она попадает в нарезы, которые разрезают или «гравируют » поверхность пули. Если нарезы обеспечивает собой постоянное скручивание, то нарезы проходят в пазах, выгравированных на пуле, и все надежно и герметично. Если нарезка увеличивает крутящуюся, то изменение угла нарезов в выгравированных канавках приводит к тому, что нарезы становятся уже, чем канавки. Это позволяет газу пролетать мимо и ослабляет удержание пули на стволе. Однако при увеличении скручивания нарезы становится шире канавок в пуле, сохраняя при этом уплотнение. Когда для ружья выбирается нарезной ствол холостой, тщательное измерение неизбежных отклонений при изготовлении может определить, изменяется ли крутка нарезов, и помещается конец с более высокой крутизной на дульное срезание.
Дуло ствола - последнее, что касается этого, прежде чем она перейдет в баллистический полет, и как так имеет наибольший потенциал, чтобы нарушить полет пули. Дульная часть должна обеспечивать симметричный выход газа из ствола; любая асимметрия вызовет неравномерное давление на основание пули, что нарушит ее полет. Дульный конец ствола называется «короной», и обычно он либо скошен, либо утоплен для защиты от ударов или царапин, которые могут повлиять на точность стрельбы. Признаком хороших коронов будет симметричный звездообразный узор на дульном конце ствола, образованный сажей, отложившийся при выходе пороховых газов из ствола. Если звезда неровная, то это признак неровной короны, неправильного ствола.
Прежде чем ствол сможет стабильно выпускать пулю, он должен последовательно удерживать пулю. Часть ствола между местом, где пуля выходит из патрона, входит в зацепление срезами, называется «горловиной», длина горловины - свободным каналом. В некотором огнестрельном оружии свободный канал ствола практически отсутствует - при доработке патрона пуля попадает в нарезы. Это обычное явление для маломощных винтовок с кольцевым воспламенением. Размещение пули в нарезке обеспечивает быстрый и стабильный переход между патроном и нарезкой. Обратной стороной является то, что патрон прочно удерживается на месте, и попытка извлечения необожженного патрона может быть затруднена, до того, что в крайних случаях пуля даже вытащится из патрона.
У недостатков мощных патронов есть дополнительныйок - короткий свободный канал. Чтобы выгравировать пулю, требуется значительное усилие, и это дополнительное сопротивление может немного поднять давление в патроннике. Чтобы смягчить этот эффект, более большие винтовки, как правило, имеют больший свободный ствол, так что пуля может получить некоторый импульс, а давление в патроннике может немного снизиться до того, как пуля войдет в нарезку. Обратной стороной является то, что пуля попадает в нарезы уже в, и любое небольшое смещение может привести к опрокидыванию пули, когда она входит в нарезку. Это, в свою очередь, означает, что пуля не выходит из ствола соосно. Количество ствола зависит как от ствола, так и от патрона. Изготовитель или оружейник, выполняющий резку патронника, определит расстояние между горловиной гильзы и нарезкой. Установка пули дальше вперед или назад в патроне может уменьшить или увеличить количество свободного ствола, но только в небольшом диапазоне. Тщательное испытание с помощью заряжающего боеприпаса может оптимизировать свободное ствола для максимальной точности, сохраняя при этом пиковое давление в определенных пределах.
Определяющей характеристикой револьвера является вращающийся цилиндр, отдельный от ствола, в котором находятся патронники. Револьверы обычно имеют от 5 до 10 камер, и первая проблема заключается в системе согласованности между камерами, потому что, если они не соответствуют друг другу, точка воздействия будет проводиться от камеры к камере. Камеры также должны совпадать со стволом, чтобы пуля входила в ствол одинаково из каждой камеры.
Горловина револьвера является частью цилиндра, и, как и любой другой патронник, размер горловины должен быть таким, чтобы он был концентрическим относительно патронника и немного превышал диаметр пули. Однако в конце все меняется. Во-первых, длина горловины револьвера по крайней мере максимальной общей длине патрона, иначе цилиндр не вращаться. Следующим шагом является зазор цилиндра, пространство между цилиндром и стволом. Он должен быть достаточно широким, чтобы обеспечить свободное вращение цилиндра, даже когда он загрязняется остатками порошка, но не настолько большим, чтобы он выделялся избыточным газом. Следующим шагом является нагнетательный конус. Конус форсирования - это место, где пуля направляется из цилиндра в канал ствола. Он должен быть концентрическим по отношению к каналу ствола и достаточно глубоким, чтобы пуля вошла в канал без деформации. В отличие от винтовок, у которой резьбовая часть ствола находится в патроннике, резьба ствола револьвера окружает казенную часть канала ствола, и возможно, что канал ствола будет сжат при ввинчивании ствола в рамку. Обрезка более длинного конуса отжима может уменьшить эту «точку сужения», как и притирка ствола после его установки на раму.
