Celność broni. 2.2 - Skok bruzd
Bardzo duży wpływ na celność strzału ma amunicja, zwłaszcza pocisk. Żeby jednak skorzystać z jej właściwości – musimy wystrzelić pocisk w należyty sposób. Między innymi należy go dobrze ustabilizować, czyli dobrać odpowiedni skok bruzd do pocisku (lub pocisk do skoku bruzd). Inaczej nic z tego nie będzie.
Co to jest?
Bruzdy w lufie mają, tak zwany, zarys śrubowy, czyli są skręcone.
Skok bruzd jest to odległość (mierzona wzdłuż osi lufy), na której bruzdy wykonają jeden pełny obrót (lub wykonałyby, gdyby lufa była odpowiednio długa).
Ilustracja 1: Przekrój lufy artyleryjskiej. Widoczne wyraźnie skrętne bruzdowanie
Skok podaje się zazwyczaj w milimetrach lub calach, rzadko w kalibrach.
Długi skok oznacza wolniejszy obrót, krótszy skok oznacza szybszy obrót pocisku.
Po co to jest?
Bruzdy w lufie są skręcone po to, żeby nadać pociskowi prędkość obrotową (wprawić go w ruch obrotowy), wokół osi podłużnej. Ma to na celu stabilizację pocisku na torze lotu. W innym przypadku pocisk zacznie koziołkować i uderzy w nieprzewidywalnym punkcie.
Jak to działa?
Współczesne pociski do broni palnej, zwłaszcza pośrednie i karabinowe, mają wydłużony kształt. Są relatywnie smukłe i najczęściej o ostrych wierzchołkach. To powoduje, że ich środek ciężkości jest przesunięty do tyłu.
Opór powietrza działa na powierzchnię czołową pocisku. Dla potrzeb balistyki określa się jednak wirtualny punkt przyłożenia siły oporu. Nazywa się on punktem parcia aerodynamicznego. Niestety we wspomnianych pociskach jest on przesunięty do przodu.
To powoduje, że punkt parcia jest przed środkiem ciężkości, czyli są jakby zamienione miejscami.
Ilustracja 2: Pocisk karabinowy z zaznaczonymi punktami środka ciężkości (czarny) oraz punktem parcia aerodynamicznego (niebieski). Strzałki wskazują zwrot sił przyłożonych w danym punkcie. Jak widać działają one przeciwko sobie. [5]
Pocisk (opór powietrza) dąży do tego, żeby punkt parcia przesunąć za środek ciężkości. Stąd pocisk, który nie ma stabilizacji koziołkuje, czyli obraca się wokół "osi poprzecznej" (patrz ilustracja 4).
Stabilizacja zapobiega temu zjawisku. Bruzdy nadają pociskowi prędkość obrotową, która wywołuje efekt żyroskopowy. Dzięki temu, pocisk utrzymuje się w odpowiednim położeniu.
Kiedy się stosuje?
Bruzdowanie luf stosuje się wtedy, kiedy pocisk nie może być stabilizowany w inny sposób. Obecnie większość pocisków do broni palnej musi być stabilizowana żyroskopowo.
Wyjątkami są głównie naboje kulowe do strzelb, które posiadają plastikowe stabilizatory.
Ilustracja 3: Pociski do strzelb kalibru 12. Widać wyraźnie kolorowe stabilizatory [6]
Jak to stosować?
Stabilizacja pocisku jest elementem koniecznym ale należy pamiętać, że tylko do pewnego momentu.
Pocisk o zbyt słabej stabilizacji zacznie koziołkować. Utraci tym sposobem zadaną trajektorię lotu. Ma to katastrofalne skutki dla celności strzału
Ilustracja 4: Koziołkowanie pocisku na torze lotu. Zobrazowanie jest schematyczne, w rzeczywistości pocisk może obraca się z bardzo różną częstotliwością i wykonać wiele "koziołków" zanim osiągnie cel [5]
Pocisk o odpowiedniej stabilizacji utrzymuje się w locie tak, że jego oś podłużna jest styczna do trajektorii. Dzięki temu wszystkie niekorzystne zjawiska balistyki zewnętrznej, towarzyszące pociskowi w locie, są minimalizowane. Przede wszystkim opór powietrza jest mniejszy. Osiowość przyłożenia siły oporu jest lepsza. To powoduje mniejsze siły boczne, mniejszy wpływ zjawiska precesji i nutacji, mniejszy znos od siły Magnusa.
Ilustracja 5: Pocisk prawidłowo stabilizowany - oś pocisku jest styczna do trajektorii lotu [5]
Pocisk zbyt mocno ustabilizowany zachowuje kąt strzału, czyli początkowy kąt, pod jakim go wystrzelono. Przez to, dość szybko zaczyna poruszać się jakby lekko bokiem do trajektorii. To z kolei powoduje wzmaganie się zjawisk opisanych powyżej.
Ilustracja 6: Pocisk przesztywniony - czyli zbyt mocno stabilizowany [5]
Najprostszym wnioskiem jest to, że skok bruzd musi być odpowiednio dobrany do danej broni i amunicji.
Jak dobrać skok bruzd do amunicji lub amunicję do skoku?
Mamy do wyboru trzy drogi: uciec od problemu, teoretyczną i praktyczną.
Ucieczka od problemu polega na tym, że producenci przewidzieli poniekąd to, że część osób nie wgłębia się w tajniki strzelania, tylko strzela. Każdy nabój ma pewien średni – uniwersalny skok bruzd, który załatwia sprawę. Duża część broni produkowana jest właśnie tak, żeby strzelać dobrze różnymi pociskami. Nie mamy wtedy możliwości strzelania np. bardzo ciężkimi pociskami lub silnych modyfikacji ich prędkości ale dla przeciętnego użytkownika, zazwyczaj to wystarcza.
Jeśli zaś chodzi o teorię, to musimy znać wszelkie możliwe dane na temat geometrii pocisku, jego gęstości, rozkładzie masy itd. Wtedy możemy obliczyć, czy stabilizacja jest optymalna, czy też jeszcze czegoś jej brakuje. Wygląda to mniej więcej tak:
Ilustracja 7: Obliczanie stabilności pocisku na torze lotu, metodą dokładną [4]
Niestety dosyć trudno będzie zdobyć wymagane do tego sposobu dane. Począwszy od momentów bezwładności w osi podłużnej i poprzecznej oraz dokładne umiejscowienie środka ciężkości i punktu parcia.
W praktyce możemy jednak posłużyć się zupełnie innymi metodami.
Tabele i katalogi
Większość używanej dziś amunicji jest znana od wielu dziesiątek lat i optymalne skoki bruzd są podawane w tabelach.
Musimy tylko znać kaliber lufy (nazwę naboju) i masę pocisku. Na tej podstawie możemy z powodzeniem sprawdzić w tabelach optymalne skoki bruzd.
Tabela 1: Dobór masy pocisku dla danego kalibru i skoku bruzd [1]
Obliczenia i kalkulatory
Jeżeli jednak nie chcemy wertować tabel lub mamy jakiś nadzwyczajny przypadek (własną elaborację etc.) - możemy skorzystać z uproszczonych metod obliczeniowych. Są to proste wzory lub nawet gotowe kalkulatory na stronach internetowych.
Do takich obliczeń potrzebujemy mniej danych - wystarczy nam kaliber lufy, to czy pocisk jest pistoletowy (zaokrąglony), czy karabinowy (ostrołukowy) oraz masa pocisku.
Niektóre wzory są uproszczone aż do takiego stopnia, że wymagają jedynie znajomości średnicy i długości pocisku.
Metoda (wzór) Greenhill'a:
Angielski matematyk Sir Alfred Greenhill zaproponował prosty wzór do określania optymalnego skoku bruzd:
gdzie:
Twist - skok; C – przy prędkościach 457 – 853 m/s: G = 150, dla pocisków szybszych G = 180, a dla pistoletowych i rewolwerowych G = 125, bezwymiarowy;
D – średnica pocisku w calach;
L – długość pocisku w calach;
SG – ciężar właściwy (dla pocisków ołowianych z płaszczem mosiężnym wynosi 10,9 co upraszcza drugi człon równania) bezwymiarowy.
Metoda (wzór) Millera'a:
W późniejszych latach Don Miller zaproponował inny wzór, będący rozwinięciem metody Greenhill'a.
gdzie:
m – masa pocisku w granach;
s – żyroskopowy współczynnik stabilności, bezwymiarowy (przy założeniu pewnego zapasu, można przyjąć s = 2);
d – średnica pocisk w calach;
l – długość pocisku w calach;
t – skok bruzd w kalibrach.
Wzór Millera jest ponoć dokładniejszy ale wokół obu toczą się nieustające dyskusje. Dodatkowo Miller zaproponował kilka równań udokładniających, które uwzględniają prędkość pocisku.
Istnieją też inne metody określania skoku bruzd ale wszystkie dają podobne wyniki. Najczęściej wiele do powiedzenia mają po prostu wyniki strzelania...
Podsumowanie
Jeżeli zależy nam na dobrym, celnym strzelaniu, to konieczne jest optymalne dobranie skoku bruzd do używanych pocisków lub używanych pocisków do skoku bruzd.
Jeśli jednak komuś nie zależy na wynikach, to zazwyczaj producenci broni używają uniwersalnych wartości skoku i zasadniczo wybierając amunicję o średniej masie, powinniśmy bez problemu strzelać i nie martwić się o koziołkujące w locie pociski.
Materiał filmowy:
Źródła:
[1] Czerwiński, Szczepocki – Vademecum myśliwskie, wyd. Bellona
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Alfred_George_Greenhill
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Miller_twist_rule
[4] S.Kochański - Wybrane zagadnienia z podstaw projektowania broni strzeleckiej, wyd. Politechniki Warszawskiej
[5] Opracowanie własne
[6] https://www.ammoland.com/2015/05/slug-ammo-review-with-a-mossberg-500-shot-gun-hawke-endurance-scope/#axzz5G7yWLVCf
