Ішкі баллистика: оқ-дәрілердегі снарядтардың қозғалысын зерттеу. Қару дизайны, артиллерия, ракеталар үшін маңызды. 1800 жылға дейін ғылыми негізі болмаған.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ішкі баллистика (сонымен қатар ішкі баллистика), баллистиканың кіші саласы, оқ-дәрімен қоздырылатын снарядтың қозғалысын зерттейді. Мылтықтарда ішкі баллистика оқ-дәрінің тұтану сәтінен бастап снарядтың ұңғыдан шығуына дейінгі уақытты қамтиды. Ішкі баллистиканы зерттеу, шағын калибрлі мылтықтар мен тапаншалардан бастап, жоғары технологиялық артиллерияға дейінгі барлық типтегі қарулардың конструкторлары мен пайдаланушылары үшін маңызды. Ракеталық қозғалтқышпен қоздырылатын снарядтар үшін ішкі баллистика, ракеталық қозғалтқыш итерме күшін беретін кезеңді қамтиды.
Internal ballistics (also interior ballistics), a subfield of ballistics, is the study of the propulsion of a projectile. In guns, internal ballistics covers the time from the propellant's ignition until the projectile exits the gun barrel. The study of internal ballistics is important to designers and users of firearms of all types, from small bore rifles and pistols, to high tech artillery. For rocket propelled projectiles, internal ballistics covers the period during which a rocket motor is providing thrust.
Тарих
Ішкі баллистика 1800 жылдардың ортасына дейін ғылыми тұрғыдан негізделмеген. Оқ түтікшелері мен механизмдер белгілі бір артық жүктемеге шыдайтындай берік жасалған (қабылдау сынағы). Оқтың бастапқы жылдамдығы оның ұшып кеткен қашықтығы бойынша болжанатын. 1800 жылдары сынақ түтікшелерін құралдармен жабдықалау басталды. Түтікшеде тесіктер бұрғыланып, оқ атылғанда қысымды тудыратын стандартталған болат поршеньдер орнатылды, бұл стандартталған мыс цилиндрлерді сығып тастады. Мыс цилиндр ұзындығының қысқаруы жоғары қысымды қарулар үшін "Мыс қысым бірліктері" немесе "CUP" деп белгіленген ең жоғары қысымды көрсету үшін пайдаланылды. Ұқсас стандарттар төмен қысымды, әдетте, қолдағы қаруларға да қолданылды, сынақ цилиндрлері оңай деформацияланатын қорғасыннан жасалған, сондықтан "Қорғасын қысым бірліктері" немесе "LUP" деп аталды. Бұл өлшем тек түтікшенің осы нүктесінде жеткен ең жоғары қысымды көрсетті. 1960 жылдары пьезоэлектрлік деформация өлшегіштері енгізілді, бұл қысымды бірден, түтікшеде бұрғылаусыз өлшеуге мүмкіндік берді. Армия зерттеу зертханасымен жасалған құралмен жабдықталған оқтар, оқтың түбіндегі қысымды және үдеуді өлшейді.
Internal ballistics was not scientifically based prior to the mid 1800s. Barrels and actions were built strong enough to survive a known overload (Proof test). Muzzle velocity was surmised from the distance the projectile traveled. In the 1800s test barrels began to be instrumented. Holes were drilled in the barrel and fitted with standardized steel pistons which exerted pressure which compressed standardized copper cylinders when the firearm discharged. The reduction in the copper cylinder length is used as an indication of peak pressure, known as "Copper Units of Pressure", or "CUP" for high pressure firearms. Similar standards were applied to firearms with lower peak pressures, typically common handguns, with test cylinder pellets made of more easily deformed lead cylinders, hence "Lead Units of Pressure", or "LUP". The measurement only indicated the maximum pressure that was reached at that point in the barrel. Piezoelectric strain gauges were introduced in the 1960's, allowing instantaneous pressures to be measured without destructive pressure ports. Instrumented projectiles were developed by the Army Research Laboratory that measures the pressure at the base of the projectile and acceleration.
Ілгіш әдістері
Ұрғышты тұтандыру әдістері уақыт өте келе өзгерді. Оқ ату қаруының артқы бөлігіне кішкентай тесік (тұтану тесігі) тесілді, оған ұрғыш құйылды, содан кейін сырттан жалын немесе ұшқын қолданылды (мачлок және кремнийлік қаруды қараңыз). Перкуссиялық қақпақтар және өздігінен жиналған патрондарда механикалық әсерден жарылатын және ұрғышты тұтандыратын праймерлер болады.
Methods of igniting the propellant evolved over time. A small hole (a touch hole) was drilled into the breech, into which a propellant was then poured, and an external flame or spark applied (see matchlock and flintlock). Percussion caps were and self contained cartridges have primers that detonate after mechanical deformation, igniting the propellant.
Қара ұнтақ
Оқ-дәрі (қара ұнтақ) – күкірт, көмір және калий нитраты немесе натрий нитратының ұсақ ұнтақталған, қысылған және дөңгелектелген механикалық пиротехникалық қоспасы. Оны әртүрлі өлшемде өндіруге болады. Дәндердің мөлшері мен пішіні салыстырмалы бетін ұлғайтуға немесе азайтуға мүмкіндік береді, сондай-ақ жану жылдамдығын едәуір өзгертеді. Қара ұнтақтың жану жылдамдығы қысымға салыстырмалы түрде сезімтал емес, яғни ол қысылмай тұрып та жылдам және болжамды түрде жанады, бұл оны төмен қуатты жарылғыш ретінде пайдалануға қолайлы етеді. Оның ыдырау жылдамдығы өте баяу, демек, жарылыс күші өте төмен. Бұл сөздің толық мағынасында жарылғыш емес, ал "дефлагрант" болып табылады, себебі ол жарылмайды, бірақ субдыбыстық жану механизмі арқасында дефлаграция арқылы ыдырайды.
Gunpowder (Black powder) is a finely ground, pressed and granulated mechanical pyrotechnic mixture of sulfur, charcoal, and potassium nitrate or sodium nitrate. It can be produced in a range of grain sizes. The size and shape of the grains can increase or decrease the relative surface area, and change the burning rate significantly. The burning rate of black powder is relatively insensitive to pressure, meaning it will burn quickly and predictably even without confinement, making it also suitable for use as a low explosive. It has a very slow decomposition rate, and therefore a very low brisance. It is not, in the strictest sense of the term, an explosive, but a "deflagrant", as it does not detonate but decomposes by deflagration due to its subsonic mechanism of flame front propagation.
Нитроцеллюлоза (бір негізді қозғалтқыш)
Нитроцеллюлоза немесе "пушка матасы" целлюлоза талшықтарына азот қышқылының әсерінен пайда болады. Бұл өте жанғыш талшықты материал, қыздырғанда жылдам дефлаграцияланады. Ол сондай-ақ өте таза жанады, жоғары температурада көбінесе газ тәрізді компоненттерге айналып, аз түтін мен қалдық қалдырады. Желатинденген нитроцеллюлоза – пластик, одан цилиндрлер, түтікшелер, шарлар немесе бірнегізді қозғалтқыштар деп аталатын қабаттар жасауға болады. Отынның дәншелерінің мөлшері мен пішіні салыстырмалы бетін ұлғайтуға немесе азайтуға мүмкіндік береді, сондай-ақ жану жылдамдығын едәуір өзгертеді. Жану жылдамдығын одан әрі өзгерту үшін отынға қосымша заттар мен жабындар қосылуы мүмкін. Әдетте, жеңіл оқтар немесе төмен жылдамдықты пистолеттер мен мылтықтар үшін өте жылдам ұнтақтар, магнум пистолеттері мен жеңіл мылтық оқтары үшін орташа жылдамдықты ұнтақтар, ал үлкен калибрлі, ауыр мылтықтар үшін баяу ұнтақтар қолданылады.
Nitrocellulose or "guncotton" is formed by the action of nitric acid on cellulose fibers. It is a highly combustible fibrous material that deflagrates rapidly when heat is applied. It also burns very cleanly, burning almost entirely to gaseous components at high temperatures with little smoke or solid residue. Gelatinised nitrocellulose is a plastic, which can be formed into cylinders, tubes, balls, or flakes known as single base propellants. The size and shape of the propellant grains can increase or decrease the relative surface area, and change the burn rate significantly. Additives and coatings can be added to the propellant to further modify the burn rate. Normally, very fast powders are used for light bullet or low velocity pistols and shotguns, medium rate powders for magnum pistols and light rifle rounds, and slow powders for large bore heavy rifle rounds.
Екі негізді қозғалтқыштар
Нитроглицерин нитроцеллюлозаға қосылып, "қос негізді жарылғыш заттар" құралады. Нитроцеллюлоза нитроглицеринді сезімталдығын азайтады, бұл жарылғыш заттың ұнтақталған түйіршіктерінде жарылыстың алдын алады (динамит мысалы), ал нитроглицерин нитроцеллюлозаны желатиндейтіп, энергиясын арттырады. Қос негізді ұнтақтар бірдей пішіндегі бір негізді ұнтақтардан жылдам жанады, бірақ таза емес, ал жану жылдамдығы нитроглицерин мөлшерімен артады. Артиллерияда Ballistite немесе Cordite таяқша, түтік, ойық түтік, тесілген цилиндр немесе көп түтік түрінде қолданылған; геометриясы қажетті жану сипаттамаларын қамтамасыз ету үшін таңдалған. (Мысалы, дөңгелек шарлар немесе таяқшалар "дегрессивті жануға" ие, себебі олардың газ шығаруы олардың бетінің ауданымен азаяды, шарлар немесе таяқшалар кішірейгенде; жұқа қабаттар "бейтарап жануға" ие, себебі олар тік беттерінен толығымен жанып кетеді. Үлкен, ұзын стволды мылтықтар мен зеңбіректерде қолданылатын бойлық тесілген немесе көп тесілген цилиндрлер "прогрессивті жануға" ие; тесіктердің ішкі диаметрі ұлғайған сайын жану беті ұлғаяды, бұл тұрақты жануды және снарядты ұзақ және үздіксіз итеруді қамтамасыз етеді, осылайша жоғары жылдамдыққа қол жеткізіледі, ал ең жоғары қысым артық көтерілмейді. Прогрессивті жану ұнтағы снаряд стволдан жылдамдағанда қысымның төмендеуін толықтай өтемейді, сонымен қатар оның артындағы көлемді арттырады.) Кем дегенде бір тәжірибелік әскери мылтық (H&K G11) және бір коммерциялық мылтық (Voere VEC 91) қорапсыз оқтарды қолданады, бірақ олар үлкен жетістікке жете алмады. Тағы бір коммерциялық мылтық - Daisy VL мылтығы, Daisy Air Rifle Co. компаниясы жасаған және .22 калибрлі қорапсыз оқтарға арналған, олар ауа мылтығына ұқсас күшті серіппеге ие рычагтан ыстық қысылған ауамен тұтанады. Қорапсыз оқтарды қайта зарядтау мүмкін емес, себебі оқ атылғаннан кейін қорап қалмайды, ал ашық қалған жарылғыш зат оқтарды нашарлатады. Сонымен қатар, стандартты патронның қорабы герметтеуші ретінде қызмет етеді, газдың қақпақтан шығуына жол бермейді. Қорабы жоқ қарулар күрделірек, өздігінен герметтелетін қақпақты пайдалануы керек, бұл конструкция мен өндірістің күрделілігін арттырады. Барлық жылдам ату қаруларында кездесетін, бірақ әсіресе қорапсыз оқтарды атушылар үшін қиын мәселе - оқтардың "жарылып кетуі". Бұл мәселе камерадағы қалдық жылудың камерадағы оқты тұтандырып, кездейсоқ оқ атуға себеп болуынан туындайды. Оқтың жарылып кету қаупін азайту үшін пулеметтер ашық құлпыдан атуға арналған, оқ триггер тартылғанға дейін камераға жіберілмейді, сондықтан оператор дайын болғанға дейін оқ жарылып кетуіне мүмкіндік жоқ. Мұндай қарулар қорапсыз оқтарды тиімді пайдалана алады. Ашық құлпы конструкциялары, әдетте, пулеметтерден басқа ештеңе үшін қолайсыз; құлпының алға жылжуы қарудың қозғалуына себеп болады, бұл қарудың дәлдігін айтарлықтай төмендетеді, бұл, әдетте, пулемет атысы үшін мәселе емес.
Nitroglycerin can be added to nitrocellulose to form "double base propellants". Nitrocellulose desensitizes nitroglycerin to prevent detonation in propellant sized grains, (see dynamite), and the nitroglycerin gelatinises the nitrocellulose and increases the energy. Double base powders burn faster than single base powders of the same shape, though not as cleanly, and burn rate increases with nitroglycerin content. In artillery, Ballistite or Cordite has been used in the form of rods, tubes, slotted tube, perforated cylinder or multi tubular; the geometry being chosen to provide the required burning characteristics. (Round balls or rods, for example, are "degressive burning" because their production of gas decreases with their surface area as the balls or rods burn smaller; thin flakes are "neutral burning," since they burn on their flat surfaces until the flake is completely consumed. The longitudally perforated or multi perforated cylinders used in large, long barreled rifles or cannon are "progressive burning;" the burning surface increases as the inside diameter of the holes enlarges, giving sustained burning and a long, continuous push on the projectile to produce higher velocity without increasing the peak pressure unduly. Progressive burning powder compensates somewhat for the pressure drop as the projectile accelerates down the bore and increases the volume behind it.) While there is at least one experimental military rifle (the H&K G11), and one commercial rifle (the Voere VEC 91), that use caseless rounds, they have met with little success. One other commercial rifle was the Daisy VL rifle made by the Daisy Air Rifle Co. and chambered for .22 caliber caseless ammunition that was ignited by a hot blast of compressed air from the lever used to compress a strong spring like for an air rifle. The caseless ammunition is of course not reloadable, since there is no casing left after firing the bullet, and the exposed propellant makes the rounds less durable. Also, the case in a standard cartridge serves as a seal, keeping gas from escaping the breech. Caseless arms must use a more complex self sealing breech, which increases the design and manufacturing complexity. Another unpleasant problem, common to all rapid firing arms but particularly problematic for those firing caseless rounds, is the problem of rounds "cooking off". This problem is caused by residual heat from the chamber heating the round in the chamber to the point where it ignites, causing an unintentional discharge. To minimize the risk of cartridge cook off, machineguns can be designed to fire from an open bolt, with the round not chambered until the trigger is pulled, and so there is no chance for the round to cook off before the operator is ready. Such weapons could use caseless ammunition effectively. Open bolt designs are generally undesirable for anything but machine guns; the mass of the bolt moving forward causes the gun to lurch in reaction, which significantly reduces the accuracy of the gun, which is generally not an issue for machinegun fire.
Жүк тығыздығы мен тұрақтылығы
Жүктілік тығыздығы – это патрон корпусындағы ұнтақпен толтырылған кеңістіктің проценттік көрсеткіші. Жалпы алғанда, 100% тығыздыққа жақын жүктемелер (немесе тіпті оқты орналастырғанда ұнтақты қысып қоятын жүктемелер) төмен тығыздықтағы жүктемелерге қарағанда тұрақтырақ жанады және жану процесін аяқтайды. Қара ұнтақ дәуірінен жеткен патрондарда (мысалы, .45 Colt, .45 70 Government) корпусы жоғары тығыздықтағы түтінсіз ұнтақтың максималды мөлшерін сақтау үшін қажеттіден әлдеқайда үлкен болады. Бұл қосымша кеңістік ұнтаққа корпуста жылжуға мүмкіндік береді, ол корпустың алдыңғы немесе артқы жағына жиналады, бұл жану жылдамдығында маңызды өзгерістерге әкелуі мүмкін, себебі корпустың артқы жағындағы ұнтақ жылдам жанады, ал алдыңғы жағындағы ұнтақ кейінірек жанады. Бұл өзгеріс жылдам ұнтақтарға аз әсер етеді. Мұндай жоғары сыйымдылығы және төмен тығыздығы бар патрондар әдетте ең жылдам ұнтақпен ең жақсы дәлдікті қамтамасыз етеді, бірақ бұл жоғары қысымның өршіл шыңына байланысты жалпы энергияны төмен ұстайды. Магнум тапанша патрондары осы қуат/дәлдік арақатынасын төмен тығыздықты, баяу жану ұнтақтарын қолдану арқылы өзгертеді, бұл жоғары жүктеме тығыздығын және кең қысым қисығын қамтамасыз етеді. Бұл шешімнің кемшілігі – жоғары ұнтақ массасынан және жоғары оқ қысымынан туындайтын кері соққының және оқтан шығатын газдардың күшеюі. Көптеген мылтық патрондары тиісті ұнтақтармен жоғары жүктеме тығыздығына ие. Мылтық патрондары көбінесе түйіршік тәрізді болады, яғни кең табаны тар диаметрге дейін тарылады, бұл жеңіл және жоғары жылдамдықты оқты ұстауға мүмкіндік береді. Бұл корпустар төмен тығыздықтағы ұнтақтың үлкен мөлшерін сақтауға арналған, бұл магнум тапанша патронынан да кең қысым қисығын қамтамасыз етеді. Мұндай корпустардың толық тиімділігін пайдалану үшін ұзын мылтық стволы қажет, бірақ олар мылтық сияқты пистолеттерде де (бір реттік немесе иінді механизмді) 10-ден 15 дюймға (25-тен 38 см-ге) дейін стволымен жабдықталады.
Load density is the percentage of the space in the cartridge case that is filled with powder. In general, loads close to 100% density (or even loads where seating the bullet in the case compresses the powder) ignite and burn more consistently than lower density loads. In cartridges surviving from the black powder era (examples being .45 Colt, .45 70 Government), the case is much larger than is needed to hold the maximum charge of high density smokeless powder. This extra room allows the powder to shift in the case, piling up near the front or back of the case and potentially causing significant variations in burning rate, as powder near the rear of the case will ignite rapidly but powder near the front of the case will ignite later. This change has less impact with fast powders. Such high capacity, low density cartridges generally deliver best accuracy with the fastest appropriate powder, although this keeps the total energy low due to the sharp high pressure peak. Magnum pistol cartridges reverse this power/accuracy tradeoff by using lower density, slower burning powders that give high load density and a broad pressure curve. The downside is the increased recoil and muzzle blast from the high powder mass, and high muzzle pressure. Most rifle cartridges have a high load density with the appropriate powders. Rifle cartridges tend to be bottlenecked, with a wide base narrowing down to a smaller diameter, to hold a light, high velocity bullet. These cases are designed to hold a large charge of low density powder, for an even broader pressure curve than a magnum pistol cartridge. These cases require the use of a long rifle barrel to extract their full efficiency, although they are also chambered in rifle like pistols (single shot or bolt action) with barrels of 10 to 15 inches (25 to 38 cm).
Тікелей және бөтелкелік
Тура қабырғалы патрон қарудың бастапқы кезеңдерінен бері стандарт болып келді. Қара ұнтақтың жану жылдамдығы төмен болғандықтан, ең тиімді нәтижеге үлкен, ауыр оқтармен қол жеткізілді, сондықтан оқтың диаметрі мүмкіндігінше үлкен болды. Үлкен диаметр қысқа, тұрақты және салмағы жоғары оқтың жасалуына мүмкіндік берді, ал ең үлкен практикалық патрон көлемі берілген ұзындықтағы стволде максималды энергияны алуға мүмкіндік берді. Кейбір патрон ұзын, сәл конустық пішінге ие болды, бірақ бұл көбінесе кішкентай оқпен жоғары жылдамдық және төменгі кері соққы беру үшін қолданыстағы патронды пайдалануға жасалған әрекет болды. Түтінсіз ұнтақтардың пайда болуымен үлкен көлемді патронда баяу түтінсіз ұнтақты қолданып, кішкентай, жеңіл оқпен әлдеқайда жоғары жылдамдық жасау мүмкін болды. 1886 жылы ескі 11 мм қара ұнтақ патронын тарылту арқылы жасалған ерекше конустық пішіндегі 8 мм Lebel патроны ұсынылды, одан кейін 7.92×57 мм Mauser және 7×57 мм Mauser әскери патрондары, сондай-ақ .30-30 Winchester коммерциялық патроны енгізілді, олардың барлығы түтінсіз ұнтақпен жұмыс істеу үшін жаңадан жасалған дизайн болды. Олардың барлығында қазіргі патронға ұқсас айқын иықтары бар, және Лебельді қоспағанда, олар жасалғанына бір ғасырдан асса да, қазіргі заманғы қаруларда қолданылады.
Straight walled cases were the standard from the beginnings of cartridge arms. With the low burning speed of black powder, the best efficiency was achieved with large, heavy bullets, so the bullet was the largest practical diameter. The large diameter allowed a short, stable bullet with high weight, and the maximum practical bore volume to extract the most energy possible in a given length barrel. There were a few cartridges that had long, shallow tapers, but these were generally an attempt to use an existing cartridge to fire a smaller bullet with a higher velocity and lower recoil. With the advent of smokeless powders, it was possible to generate far higher velocities by using a slow smokeless powder in a large volume case, pushing a small, light bullet. The odd, highly tapered 8 mm Lebel, made by necking down an older 11 mm black powder cartridge, was introduced in 1886, and it was soon followed by the 7.92×57mm Mauser and 7×57mm Mauser military rounds, and the commercial .30 30 Winchester, all of which were new designs built to use smokeless powder. All of these have a distinct shoulder that closely resembles modern cartridges, and with the exception of the Lebel they are still chambered in modern firearms even though the cartridges are over a century old.
Қалыңдығы мен бірізділігі
Қарудан оқ ату үшін максималды дәлдікті таңдағанда, қысқа, жуан патрон, корпусының иілуі өте аз болса, ұзын, жіңішке патронға қарағанда тиімділігі жоғары және жылдамдығы тұрақты болуы мүмкін (бұл себептің бірі – «бұтқыр» (bottlenecked) дизайны). Қазіргі кезде қысқа және жуан корпустарға бағытталған тенденцияларды ескере отырып, мысалы, жаңа Winchester Super Short Magnum патрондары, корпустың ішкі жағы шар тәрізді болуы мүмкін. Нысанаға оқ ату және зиянкестерді аулау үшін ең жоғары дәлдік қажет, сондықтан олардың корпустары қысқа, жуан және корпуста өткір иықтары бар, иілуі аз болады. Қысқа, жуан корпустар сонымен қатар қысқа механизмді қаруды осы деңгейдегі өнімділікті сақтай отырып, жеңіл және мықтырақ жасауға мүмкіндік береді. Мұндай өнімділіктің кемшілігі – журналда көбірек орын алатын жуан патрондар, журналдан оңай шыға қоймайтын өткір иықтар және қолданылған патронның сенімді түрде алынып тасталмауы. Осы себептерге байланысты, сенімді оқтандыру дәлдіктен маңыздырақ болған жағдайларда, мысалы, әскери мылтықтарда, иық бұрыштары аз ұзын корпустар артықшылыққа ие. Дегенмен, тіпті әскери қару-жарақтарда да қысқа, жуан корпустарға қарай ұзақ мерзімді тенденция байқалады. Қазіргі 7.62×51 мм НАТО корпусы, ұзын .30 06 Springfield корпусын ығыстыруда жақсы мысал, сондай-ақ AR 15 мылтықтары мен карабиндерінің өнімділігін арттыру үшін жасалған жаңа 6.5 Grendel патроны. Дегенмен, патронның өлшемі мен диаметрінен гөрі дәлдік пен патронның зиян келтіру қабілетіне әлдеқайда көп нәрсе әсер етеді, ал 7.62×51 мм НАТО корпусының .30 06 Springfield корпусынан сыйымдылығы кішідірек, бұл қолданылатын ұшқыш заттың мөлшерін азайтады, бұл зиян келтіруге ықпал ететін оқтың салмағы мен оқтың бастапқы жылдамдығын тікелей азайтады (салыстыру үшін осы жерде сілтемеленген жарияланған патрон сипаттамаларында толыққанды мәліметтер берілген). 6.5 Grendel, екінші жағынан, AR 15 мылтықтарының 5.56 НАТО патронына қарағанда әлдеқайда ауыр оқты атуға қабілетті, оқтың бастапқы жылдамдығы шамалы ғана төмендеп, тиімдірек өнімділік комбинациясын ұсынады.
When selecting a rifle cartridge for maximum accuracy, a short, fat cartridge with very little case taper may yield higher efficiency and more consistent velocity than a long, thin cartridge with a lot of case taper (part of the reason for a bottle necked design). Given current trends towards shorter and fatter cases, such as the new Winchester Super Short Magnum cartridges, it appears the ideal might be a case approaching spherical inside. Target and vermin hunting rounds require the greatest accuracy, so their cases tend to be short, fat, and nearly untapered with sharp shoulders on the case. Short, fat cases also allow short action weapons to be made lighter and stronger for the same level of performance. The trade off for this performance is fat rounds which take up more space in a magazine, sharp shoulders that do not feed as easily out of a magazine, and less reliable extraction of the spent round. For these reasons, when reliable feeding is more important than accuracy, such as with military rifles, longer cases with shallower shoulder angles are favored. There has been a long term trend however, even among military weapons, towards shorter, fatter cases. The current 7.62×51mm NATO case replacing the longer .30 06 Springfield is a good example, as is the new 6.5 Grendel cartridge designed to increase the performance of the AR 15 family of rifles and carbines. Nevertheless, there is significantly more to accuracy and cartridge lethality than the length and diameter of the case, and the 7.62×51mm NATO has a smaller case capacity than the .30 06 Springfield, reducing the amount of propellant that can be used, directly reducing the bullet weight and muzzle velocity combination that contributes to lethality, (as detailed in the published cartridge specifications linked herein for comparison). The 6.5 Grendel, on the other hand, is capable of firing a significantly heavier bullet (see link) than the 5.56 NATO out of the AR 15 family of weapons, with only a slight decrease in muzzle velocity, perhaps providing a more advantageous performance tradeoff.
Статикалық сүргі және тұтану
Түтінсіз ұнтақтың жану жылдамдығы қысыммен тікелей байланысты болғандықтан, бастапқы қысымның өсуі (яғни, "оқтың басталу қысымы") соңғы жылдамдыққа маңызды әсер етеді, әсіресе ірі патрондарда, өте жылдам ұнтақтармен және салыстырмалы түрде жеңіл снарядтармен. Кішкентай калибрлі қаруларда, оқты корпуста ұстап тұратын үйкеліс күші, оқтың қозғалуын бастағаннан кейін қаншалықты жылдам қозғалатынын анықтайды, ал оқтың қозғалысы көлемді арттырып, қысымды төмендеткендіктен, үйкелістегі айырмашылық қысым қисығының тік өсуін өзгерте алады. Жалпы, оқты корпуста тығыз орналастыру қажет, тіпті оқты корпустың ішіне қысып орналастыруға дейін. .45 ACP сияқты тік қабырғалы жиексіз корпустарда күшті қысым жасау мүмкін емес, себебі корпус камерада корпустың аузымен ұсталады, бірақ корпусты оқпен тығыз байланысқа мүмкіндік беретіндей етіп өлшеу қажетті нәтижеге қол жеткізеді. Ірі калибрлі қаруларда, оқтың басталу қысымы көбінесе снарядты бастапқы ұңғымаға енгізуге қажетті күшпен анықталады; ұңғымасыз қарулар, яғни ұңғымасы жоқ қарулар, снарядты бастапқыда "қысым конусына" енгізу арқылы оқтың басталу қысымын қамтамасыз етеді, ол снарядтың тығыздағыш сақинасын қысып, қарсылық көрсетеді.
Since the burning rate of smokeless powder varies directly with the pressure, the initial pressure buildup,(i. e. "the shot start pressure"), has a significant effect on the final velocity, especially in large cartridges with very fast powders and relatively light weight projectiles. In small caliber firearms, the friction holding the bullet in the case, determines how soon after ignition the bullet moves, and since the motion of the bullet increases the volume and drops the pressure, a difference in friction can change the slope of the pressure curve. In general, a tight fit is desired, to the extent of crimping the bullet into the case. In straight walled rimless cases, such as the .45 ACP, an aggressive crimp is not possible, since the case is held in the chamber by the mouth of the case, but sizing the case to allow a tight interference fit with the bullet, can give the desired result. In larger caliber firearms, the shot start pressure is often determined by the force required to initially engrave the projectile driving band into the start of the barrel rifling; smoothbore guns, which do not have rifling, achieve shot start pressure by initially driving the projectile into a "forcing cone" that provides resistance as it compresses the projectile obturation ring.
Кинетикалық сүргі
Оқ, өртетін оқ-дәрінің жоғары қысымын ұстап тұру үшін, қанатын тығыз жабысуы керек. Бұл тығыз жабысу үлкен үйкеліс күшіне әкеледі. Оқтың қанатын ішіндегі үйкелісі соңғы жылдамдыққа аз әсер етеді, бірақ бұл көбінесе маңызды мәселе емес. Көбірек алаңдатарлық нәрсе – үйкеліс салдарынан пайда болатын жылу. Шамамен 700 м/с жылдамдықпен қорғасын балқып, қанаудың ішінде қалды. Бұл қорғасынның жиналуы қанауды тарылтады, қысымды арттырады және келесі оқтардың дәлдігін төмендетеді, сонымен қатар қанауды зақымдамай тазалау қиын. 900 м/с жылдамдыққа дейін қолданылатын оқтарда қорғасынның жиналуын азайту үшін оққа майлаушы материал жағылады. 1000 м/с жылдамдықтан жоғары жылдамдықтағы оқтардың көпшілігі мыспен немесе ұңғымаға тимейтін басқа да қорытпамен қапталады, бірақ қанауда жиналуды азайту үшін жеткілікті температурада балқиды. Мыс жиналуы 1000 м/с жылдамдығын асып кеткен оқтарда басталады, және оған жиі қолданылатын шешім – оқтың бетін молибден дисульфидті майлаушы материалмен сіңдіру. Бұл қанаудағы мыс жиналуын азайтады және ұзақ мерзімді дәлдікті арттырады. Ірі калибрлі снарядтар бұралаған қанаулар үшін мыс жетектеуші ленталарын да қолданады; алайда, APFSDS бронебойғыш снарядтары сияқты, мылтықтан және тегіс қанаулардан атылатын, ұңғымадағы тығыздағыштар үшін, жоғары қысымды қозғалтқыш газдарды ұстап тұруға жеткілікті нейлон тығыздағыш сақиналары қолданылады, сондай-ақ қанау ішіндегі үйкелісті азайтып, оқтың бастапқы жылдамдығын сәл арттырады.
The bullet must tightly fit the bore to seal the high pressure of the burning gunpowder. This tight fit results in a large frictional force. The friction of the bullet in the bore does have a slight impact on the final velocity, but that is generally not much of a concern. Of greater concern is the heat that is generated due to the friction. At velocities of about , lead begins to melt, and deposit in the bore. This lead build up constricts the bore, increasing the pressure and decreasing the accuracy of subsequent rounds, and is difficult to scrub out without damaging the bore. Rounds, used at velocities up to , can use wax lubricants on the bullet to reduce lead build up. At velocities over , nearly all bullets are jacketed in copper, or a similar alloy that is soft enough not to wear on the barrel, but melts at a high enough temperature to reduce build up in the bore. Copper build up does begin to occur in rounds that exceed , and a common solution is to impregnate the surface of the bullet with molybdenum disulfide lubricant. This reduces copper build up in the bore, and results in better long term accuracy. Large caliber projectiles also employ copper driving bands for rifled barrels for spin stabilized projectiles; however, fin stabilized projectiles fired from both rifle and smoothbore barrels, such as the APFSDS anti armor projectiles, employ nylon obturation rings that are sufficient to seal high pressure propellant gasses and also minimize in bore friction, providing a small boost to muzzle velocity.
Инерцияның рөлі
Ұңғымадан төмен қарай алғашқы бірнеше сантиметрде оқ, тіпті жоғары сыйымдылықты мылтықтарда және баяу жанатын ұнтақ қолданылғанда да, соңғы жылдамдығының маңызды бөлігіне жетеді. Үдеуі ондаған мың гравитацияға жетеді, сондықтан өте жеңіл снарядтар да инерция салдарынан кедергі күшін тудыра алады. Оқ массасының өзгеруі түтінсіз ұнтақ патрондарының қысым графигіне зор әсер етеді, бұл қара ұнтақ патрондарына тән емес. Сондықтан түтінсіз патрондарды зарядтау немесе қайта зарядтау үшін жоғары дәлдікті жабдықтар және нақты патрондар, ұнтақтар мен оқтардың салмағы үшін мұқият өлшенген жүктеме кестелері қажет.
In the first few centimeters of travel down the bore, the bullet reaches a significant percentage of its final velocity, even for high capacity rifles, with slow burning powder. The acceleration is on the order of tens of thousands of gravities, so even a projectile as light as can provide over of resistance due to inertia. Changes in bullet mass, therefore, have a huge impact on the pressure curves of smokeless powder cartridges, unlike black powder cartridges. The loading or reloading of smokeless cartridges thus requires high precision equipment, and carefully measured tables of load data for given cartridges, powders, and bullet weights.
Қысым-жылдамдық қатынастары
Атыс қаруындағы оққа энергияны жанатын отынның күйінен туындаған газдардың қысымы береді. Қысым жоғары болса, жылдамдық та жоғары болады, бірақ қысымның созылу уақыты да маңызды. Ең жоғары қысым оқ үдеп тұрған уақыттың шағын бөлігін ғана құрауы мүмкін. Оқ, қару түтігінің бойымен қозғалатын толық уақыт ескерілуі тиіс.
Energy is imparted to the bullet in a firearm by the pressure of gases produced by burning propellant. While higher pressures produce higher velocities, pressure duration is also important. Peak pressure may represent only a small fraction of the time the bullet is accelerating. The entire duration of the bullet's travel through the barrel must be considered.
Жоғарғы деңгей мен аумақ
Энергия – затқа әсер ету арқылы жұмыс істеу қабілеті. Жұмыс – күштің қашықтыққа қолданылуы. Оққа берілген жалпы энергия, y осі күшті (яғни, оқтың түбіне түсетін қысымды оқ түбінің ауданымен көбейту) және x осі қашықтықты көрсететін қисық сызықтың астындағы ауданмен анықталады. Оқ энергиясын арттыру үшін сол қисық сызықтың астындағы ауданды ұлғайту қажет, бұл қысымды көтеру арқылы немесе оқ қысым астында қозғалатын қашықтықты ұлғайту арқылы жүзеге асырылады. Қысым қарудың беріктігімен шектеледі, ал ұзақтығы – ұңғының ұзындығымен шектеледі.
Energy is the ability to do work on an object. Work is force applied over a distance. The total energy imparted to a bullet is indicated by the area under a curve with the y axis being force (i. e., the pressure exerted on the base of the bullet multiplied by the area of the base of the bullet) and the x axis being distance. Increasing the energy of the bullet requires increasing the area under that curve, either by raising the pressure, or increasing the distance the bullet travels under pressure. Pressure is limited by the strength of the firearm, and duration is limited by barrel length.
Қозғалтқыштың құрылысы
Оқ-дәрілер қарудың күш-қуатына, патрон палатасының көлеміне және ұңғының ұзындығына, сондай-ақ оқ материалына, салмағына және өлшемдеріне сәйкес таңдалады. Газ түзілу жылдамдығы Пиобер заңына сәйкес, жанатын оқ-дәрі түйіршіктерінің бетінің ауданына пропорционалды. Түтінсіз оқ-дәрілердегі реакциялар, реакция бетінен қатты денеге қарай өтетін бірнеше аймақтарда немесе фазаларда жүреді. Қатты дененің ең терең бөлігі жылу алмасымын бастан кешіреді және көбік аймағында қатты күйден газ күйіне өту басталады. Газ тәрізді оқ-дәрі айналадағы көпіршік аймағында қарапайым молекулаларға ыдырайды. Көбік және көпіршік аймақтарындағы эндотермиялық өзгерістер бастапқыда капсюльмен берілетін энергияны қажет етеді, содан кейін жарық шығаратын сыртқы жалын аймағында қарапайым газ молекулалары бу және көміртек моноксиді сияқты әдеттегі жану өнімдерін түзетін кезде босатылады. Түтінсіз оқ-дәрілердің жылу беру жылдамдығы қысыммен бірге артады, нәтижесінде берілген түйіршік бетінен газ түзілу жылдамдығы жоғары қысымда артады. Жылдам жануға бейім оқ-дәрілерден газдың тез түзілуі, оқтың қозғалысы реакция көлемін арттырмас бұрын, құрылымды бұзуға әкелетін жоғары қысымды тудыруы мүмкін. Керісінше, ең төменгі жылу беру қысымына есептелген оқ-дәрілер, егер оқтың қозғалысы қысымды төмендетсе және баяу жануға бейім оқ-дәрі толық жанып кетпесе, газ тәрізді реактивтерге ыдырауын тоқтатуы мүмкін. Ішкі аймақтарда газ тәрізді реактивтердің жетіспеуі болған жағдайда, энергияны бөліп шығаратын жалын аймағын сақтау мүмкін болмаса, ұңғыда жанбаған оқ-дәрі түйіршіктері қалуы мүмкін. (Мұрын тежегіштерінің кемшіліктері туралы толық ақпарат алу үшін мұрын тежегіш туралы қараңыз.) Оқ-дәрі мөлшері мен оқтың салмағы арақатынасы да тиімділік мәселесіне қатысты. Мысалы, .22 250 Remington патронында, оқ-дәрі газын жылдамдатуға, оқты жылдамдатуға қарағанда көбірек энергия жұмсалады. .22 250 патронына үлкен патрон корпусы және көп мөлшерде оқ-дәрі қажет, бәрі де басқа .22 калибрлі патрондарға қарағанда жылдамдық пен энергияның шамалы артықшылығы үшін.
Propellants are matched to firearm strength, chamber volume and barrel length; and bullet material, weight and dimensions. The rate of gas generation is proportional to the surface area of burning propellant grains in accordance with Piobert's Law. Smokeless propellant reactions occur in a series of zones or phases as the reaction proceeds from the surface into the solid. The deepest portion of the solid experiencing heat transfer melts and begins phase transition from solid to gas in a foam zone. The gaseous propellant decomposes into simpler molecules in a surrounding fizz zone. Endothermic transformations in the foam zone and fizz zone require energy initially provided by the primer and subsequently released in a luminous outer flame zone where the simpler gas molecules react to form conventional combustion products like steam and carbon monoxide. The heat transfer rate of smokeless propellants increases with pressure, resulting in the rate of gas generation from a given grain surface area increased at higher pressures. Accelerating gas generation from fast burning propellants may rapidly create a destructively high pressure spike before bullet movement increases reaction volume. Conversely, propellants designed for a minimum heat transfer pressure may cease decomposition into gaseous reactants if bullet movement decreases pressure before a slow burning propellant has been consumed. Unburned propellant grains may remain in the barrel if the energy releasing flame zone cannot be sustained in the resultant absence of gaseous reactants from the inner zones. (See muzzle brake for more on the disadvantages of muzzle brakes.) Powder to projectile weight ratio also touches on the subject of efficiency. In the case of the .22 250 Remington, more energy goes into propelling the powder gas than goes into propelling the bullet. The .22 250 pays for this by requiring a large case, with much powder, all for a fairly small gain in velocity and energy over other .22 caliber cartridges.
Револьверге қатысты мәселелер
Револьвердің ерекшелігі – оның айналмалы цилиндрі, оқ түтігінен бөлек, ішінде патрондар орналасатын ұялары бар. Револьверлерде әдетте 5-тен 10-ға дейін ұя болады, ал ең маңызды мәселе – ұялардың бір-бірімен сәйкес келуін қамтамасыз ету, өйткені егер олар сәйкес келмесе, оқтың түсу нүктесі ұядан ұяға өзгереді. Ұялар сонымен қатар оқ түтігімен тұрақты түрде дәл келуі керек, сондықтан оқ әр ұядан оқ түтігіне бірдей кіреді. Револьвердің таңғышы екі бөлек бөліктен тұрады: цилиндр таңғышы және оқпан таңғышы. Цилиндрдің бөлігі, ұяға концентрлі және оқтың диаметрінен сәл үлкен өлшемде болуы тиіс. Цилиндр аралығы – цилиндр мен оқ түтігі арасындағы кеңістік – цилиндр ұнтақ қалдықтарымен ластанған кезде де оның еркін айналуын қамтамасыз ету үшін жеткілікті кең болуы керек, бірақ газдың шамадан тыс шығуына алып келетіндей үлкен болмауы керек. Оқты цилиндрден оқ түтігіне бағыттайтын күш түсіретін конус оқты елеулі деформациясыз оқ түтігіне итеру үшін жеткілікті терең болуы керек. Мылтықтағы оқ түтігінің бұрандалған бөлігі патрон ұясында орналасқаннан айырмашылығы, револьвердегі оқ түтігінің бұрандалған бөлігі оқ түтігінің түбір бөлігін қоршап тұрады. Оқ түтігін рамаға бұрағанда тығыздалуы мүмкін. Күш түсіретін конустың ұзындығын арттыру осы "тартылу" нүктесін жеңілдетеді, сондай-ақ рамаға орнатылғаннан кейін оқ түтігін тегістеуге болады.
The defining characteristic of a revolver is the revolving cylinder, separate from the barrel, that contains the chambers. Revolvers typically have 5 to 10 chambers, and the first issue is ensuring consistency among the chambers, because if they aren't consistent then the point of impact will vary from chamber to chamber. The chambers must also align consistently with the barrel, so the bullet enters the barrel the same way from each chamber. The throat in a revolver is composed of two separate parts, the cylinder throat and the barrel throat. part of the cylinder and sized so that it is concentric to the chamber and very slightly over the bullet diameter. The cylinder gap the space between the cylinder and barrel must be wide enough to allow free rotation of the cylinder even when it becomes fouled with powder residue, but not so large that excessive gas is released. The forcing cone where the bullet is guided from the cylinder into the bore of the barrel should be deep enough to force the bullet into the bore without significant deformation. Unlike rifles, where the threaded portion of the barrel is in the chamber, revolver barrels threads surround the breech end of the bore. It is possible that the bore is compressed when the barrel is screwed into the frame. Cutting a longer forcing cone can relieve this "choke" point, as can lapping of the barrel after it is fitted to the frame.