Od czego zależy celność - jedna z głównych cech broni? Oczywiście z jakości lufy i wkładu. Odłóżmy na razie wkładkę, ale weźmy pod uwagę fizykę procesu.
Weź metalowy pręt lub rurkę wykonaną z elastycznego metalu i sztywno zamocuj w masywnej podstawie. Otrzymujemy więc model badanego urządzenia. Teraz, jeśli trafimy w pręt, to nie ma znaczenia w którym miejscu i w jakim kierunku, czy go cofnąć, czy ścisnąć, czy wreszcie włożyć nabój do tuby i oddać strzał, zobaczymy, że pręt (beczki) wszedł w tłumiony ruch oscylacyjny. Wibracje te rozkładają się na najprostsze, a każdy rodzaj tak prostej wibracji lufy wpłynie na celność (dokładność) strzelania na swój sposób.
Zacznijmy od wibracji pierwszego rzędu lub wysokości. Jak widać (rys. 1), taka oscylacja ma tylko jeden węzeł w punkcie przyłączenia, największą amplitudę, najdłuższy czas zaniku i najdłuższy czas oscylacji jednego okresu. Ten czas to 0,017-0,033 sek. Czas przejścia pocisku przez otwór wynosi 0,001-0,002 sek. To znaczy znacznie mniej niż cykl jednej oscylacji, co oznacza, że ten rodzaj oscylacji nie ma znaczącego wpływu na celność pojedynczego strzału. Ale przy automatycznym fotografowaniu może się okazać ciekawy obraz. Powiedzmy, że szybkostrzelność wynosi 1200 strz/min, czyli czas jednego cyklu - 0,05 sek. Przy okresie oscylacji pierwszego rzędu wynoszącym 0,025 s mamy wielokrotny stosunek częstotliwości. A to jest niezbędny warunek rezonansu ze wszystkimi wynikającymi z tego konsekwencjami - broń zaczyna się trząść z taką siłą, że może się rozpaść.
Przejdźmy do oscylacji drugiego rzędu (rys. 2). Proponuję jednak, aby najpierw studenci nauk humanistycznych przeprowadzili eksperyment w celu wyeliminowania mankamentów edukacji w zakresie fizyki. Musisz wziąć małego chłopca (możesz dziewczynę), postawić go na huśtawce i huśtawce. Przed tobą jest wahadło. Stań z boku huśtawki i spróbuj uderzyć chłopca piłką. Po serii prób dojdziesz do wniosku, że najlepiej trafić, gdy cel znajduje się w pierwszej fazie oscylacji – maksymalnego odchylenia od punktu równowagi. W tym momencie cel ma zerową prędkość.
Spójrzmy na diagram drugiego rzędu. Drugi węzeł wibracyjny znajduje się około 0,22 od końca lufy. Ten punkt jest prawem natury, nie można wytworzyć takich drgań dla belki wspornikowej, aby drugi węzeł padł na swobodny koniec. Jest tam, gdzie jest i nie zależy od długości lufy.
Amplituda oscylacji dla schematu drugiego rzędu jest niższa, ale czas oscylacji jest już porównywalny z czasem przejścia pocisku przez otwór - 0,0025-0,005 sek. Tak więc w przypadku pojedynczych zdjęć jest to już interesujące. Aby było jasne, o czym mówimy, wyobraź sobie beczkę o długości 1 metra. Pocisk przechodzi przez całą lufę w ciągu 0,001 sekundy. Jeżeli okres oscylacji wynosi 0,004 s, to zanim pocisk opuści lufę, lufa osiągnie maksymalne wygięcie w pierwszej fazie. Pytanie dla nauk humanistycznych brzmi – w którym momencie (na jakim etapie) najlepiej wystrzelić kulę z lufy, aby zapewnić spójność wyników? Pamiętaj o huśtawce. W punkcie zerowym wektor prędkości ugięcia tułowia jest maksymalny. Trudniej trafić pocisk w ten punkt cięcia lufy, ma też swój własny błąd prędkości. Oznacza to, że najlepszym momentem na wyrzucenie pocisku będzie moment, gdy lufa znajdzie się w najwyższym punkcie pierwszej fazy ugięcia - jak na rysunku. Wtedy nieznaczne odchylenia prędkości pocisku zostaną zrekompensowane dłuższym czasem spędzonym przez lufę w jej najbardziej stabilnej fazie.
Graficzne przedstawienie tego zjawiska można wyraźnie zobaczyć na schemacie (ryc. 4-5). Tutaj - Δt jest błędem czasowym, z jakim pocisk przecina wylot lufy. Na ryc. 4 jest idealny, gdy średni czas wystrzelenia pocisku pokrywa się z fazą zerową oscylacji lufy. (Matematyczni! Wiem, że rozkład prędkości jest nieliniowy.) Zacieniony obszar to kąt rozłożenia trajektorii.
Na rys. 5 błąd długości i prędkości lufy pozostaje taki sam. Natomiast faza gięcia lufy jest przesunięta tak, aby średni czas odjazdu pokrywał się z maksymalnym ugięciem lufy. Czy komentarze są zbędne?
Cóż, czy jest warta świeczki? Jak poważne mogą być odchylenia spowodowane drganiami drugiego rzędu? Poważne i bardzo poważne. Według radzieckiego profesora Dmitrija Aleksandrowicza Ventzela w jednym z eksperymentów uzyskano następujące wyniki: promień odchylenia mediany wzrósł o 40% przy zmianie długości lufy tylko o 100 mm. Dla porównania, wysokiej jakości obróbka lufy może poprawić celność tylko o 20%!
Przyjrzyjmy się teraz wzorowi na częstotliwość drgań:
gdzie:
k - współczynnik dla oscylacji drugiego rzędu - 4, 7;
L to długość lufy;
E jest modułem sprężystości;
ja jest momentem bezwładności przekroju;
m to masa pnia.
… i przejdź do analizy i wniosków.
Oczywistym wnioskiem z rysunków 4-5 jest błąd prędkości pocisku. Zależy to od jakości proszku oraz jego wagi i gęstości we wkładzie. Jeśli ten błąd wynosi co najmniej jedną czwartą czasu cyklu, to wszystko inne można porzucić. Na szczęście nauka i przemysł osiągnęły w tej materii bardzo dużą stabilność. A dla bardziej wyrafinowanych (na przykład w benchrest) są wszelkie warunki do samodzielnego montażu nabojów, aby dopasować fazę wypuszczania pocisku dokładnie do długości lufy.
Mamy więc wkładkę o najmniejszej możliwej zmienności prędkości. Długość lufy została obliczona na podstawie jej maksymalnej masy. Powstaje pytanie o stabilność. Patrzymy na formułę. Jakie zmienne wpływają na zmianę częstotliwości oscylacji? Długość lufy, moduł sprężystości i masa. Podczas strzelania lufa nagrzewa się. Może zmienić długość lufy pod wpływem ciepła, co ma wpływ na dokładność. Tak i nie. Tak, ponieważ ta liczba mieści się w zakresie setnych procenta dla temperatury 200 C. Nie, ponieważ zmiana modułu sprężystości stali dla tej samej temperatury wynosi około 8-9%, dla 600C jest to prawie dwa razy. To znaczy wielokrotnie wyższe! Lufa staje się bardziej miękka, faza zginania lufy przesuwa się do przodu, w momencie odlotu pocisku celność spada. Cóż, co mówi rozważny analityk? Powie, że nie da się uzyskać maksymalnej celności na jednej długości lufy w trybie zimnym i gorącym! Broń może mieć lepszą wydajność z zimną lub gorącą lufą. W związku z tym uzyskuje się dwie klasy broni. Jedna służy do akcji z zasadzki, gdy cel musi zostać trafiony pierwszym - "zimnym" strzałem, ponieważ celność drugiego będzie gorsza z powodu nieuchronnego nagrzewania się lufy. W takiej broni nie ma pilnej potrzeby automatyzacji. A druga klasa to karabiny automatyczne, których długość lufy dostosowana jest do gorącej lufy. W takim przypadku ewentualne chybienie spowodowane niską celnością zimnego strzału może zostać zrekompensowane szybkim kolejnym gorącym i dokładniejszym strzałem.
EF Dragunov bardzo dobrze znał fizykę tego procesu, kiedy projektował swój karabin. Proponuję zapoznać się z historią jego syna Aleksieja. Ale najpierw ktoś będzie musiał złamać im mózgi. Jak wiecie, dwie próbki Konstantinowa i Dragunowa zbliżyły się do finału konkursu na karabin snajperski. Projektanci byli przyjaciółmi i we wszystkim pomagali sobie nawzajem. Tak więc karabin Konstantinowa został „dostrojony” do trybu zimnego, karabin Dragunowa do „gorącego”. Próbując poprawić celność karabinu rywala, Dragunov strzela z karabinu z długimi przerwami.
Spójrzmy ponownie na formułę. Jak widać częstotliwość zależy również od masy lufy. Masa pnia jest stała. Ale twardy kontakt z przednią częścią daje nieprzewidywalne pozytywne sprzężenie zwrotne do lufy. Układ - beczka-przodo-ramię (podpora) będzie miał inny moment bezwładności (zestaw mas względem punktu mocowania), co oznacza, że może to również powodować przesunięcie fazowe. Dlatego sportowcy stosują miękkie wsparcie. Ta sama cecha wiąże się ze stosowaniem zasady „podwieszonej lufy”, kiedy przedni koniec broni nie ma twardego kontaktu z lufą i jest do niej sztywno przymocowany (broń) tylko w obszarze odbiornik, a drugi koniec albo w ogóle nie dotyka lufy, albo dotyka przez złącze sprężynowe (SVD).
Końcowa myśl. Fakt, że przy tej samej długości lufy nie da się uzyskać tej samej celności w różnych temperaturach, to doskonały powód do rozciągania mózgu. Zmiana długości i/lub masy lufy jest konieczna tylko wtedy, gdy zmienia się temperatura lufy. Bez zmiany ani długości, ani wagi lufy. Z punktu widzenia humanistyki jest to paradoks. Z punktu widzenia technika zadanie idealne. Z rozwiązywaniem takich problemów związane jest całe życie projektanta. Sherlockowie odpoczywają.
