Кіріспе

Оқ атар қарудың атылған кездегі артқа қарай жылғақ импульсі. Оқ атар қаруларда оқ атқанда туындайтын артқа қарайғы импульс.

Ауысу (көбінесе нокбек, kickback немесе жай ғана соққы деп аталады) – қару атылғанда туындайтын артқа қарайғы итеру күші. Техникалық тұрғыдан алғанда, ауысу – импульстің сақталу заңының салдары болып табылады, себебі Ньютонның үшінші заңына сәйкес, бір нәрсені жылдамдатуға қажетті күш, сол күшке тең, бірақ бағыты қарама-қарсы реакциялық күшті тудырады. Яғни, снаряд пен газдардың (эжекта) алға қарай алған импульсі, математикалық тұрғыдан алғанда, қаруға кері бағытталған тең және қарама-қарсы импульспен теңестіріледі.

Негізгі білім

Кез келген ұшыру жүйесі (қару болсын немесе болмасын) кері соққыны тудырады. Дегенмен, кері соққы артиллерия және атыс қаруы саласында ғана мәселе тудырады, себебі осы салаларда қолданылатын күштердің шамасы өте зор. Оқ-дәрі палатасының қысымы мен снарядтың үдеу күштері ондағаннан жүздеген мегапаскальға дейін жетеді және гравитациялық үдеудің он мың еселенген шамасына (g) тең болады. Бұл екі фактор да снарядты баррель ішінде өте қысқа уақыт ішінде (әдетте бірнеше миллисекунд) қажетті жылдамдықпен ұшыру үшін қажет. Сонымен қатар, снаряд табанына әсер ететін қысым, оқ-дәрі палатасының артқы жағына да әсер етеді, атыс кезінде снарядты алға жылдамдатумен бірдей күшпен қаруды артқа жылдамдатады. Бұл қарудың артқа жылжуына және кері соққы импульсінің пайда болуына себеп болады. Бұл кері соққы импульсі – снарядтың және оқ-дәрі газдарының массасы мен үдеуінің көбейтіндісіне тең, бірақ бағыты кері: снаряд алға жылса, кері соққы артқа болады. Снарядтың массасы мен жылдамдығы неғұрлым жоғары болса, кері соққы да соғұрлым күшті болады. Қарудың артқа жылдамдығы осы импульстің қарудың массасына қатынасына тең: қару неғұрлым ауыр болса, артқа жылдамдығы соғұрлым төмен болады. Мысалы, 9×19 мм Parabellum патронынан 8 г (124 гр) салмақты оқ 350 м/с бастапқы жылдамдықпен ұшса, егер атушы қарсылық көрсетпесе, 0,8 кг салмақты пистолетті 3,5 м/с жылдамдықпен артқа қарай итереді.

Қайта керілуді тежеу

Оқ-дәрі артқа қарай жылжуын тоқтату үшін, оқ-дәріге қарсы әсер ететін тежеу күші қолданылады, бұл күш оқ-дәрі қақпағынан шыққан сәттен бастап, кейінге қарай белгілі бір уақыт аралығында әсер етеді. Қолда ұсталатын шағын қаруларда, атушы осы күшті өз денесі арқылы қолданады, нәтижесінде сезілетін импульс пайда болады, ол көбінесе "серпіліс" деп аталады. Ауыр машиналық қарулар мен артиллериялық құралдар сияқты ауыр орнатылған қаруларда, кері импульс қару орнатылған платформа арқылы беріледі. Қолданбалы салмақты қару ұстағыштары әдетте, оқ-дәрі трубадағы қысқа уақыт ішінде қаруды жылдамдататын максималды күштерге төтеп беруге жеткіліксіз. Осы үлкен тежеу күштерін азайту үшін, тежеу буферлік механизмдері қарсы тежеу күшін ұзақ уақытқа жаяды, әдетте оқ-дәріні жылдамдататын күштердің ұзақтығынан он еседен жүз есеге дейін артық. Бұл қажетті қарсы тежеу күшінің пропорционалды түрде төмендеуіне және қару ұстағышының оңай сіңіруіне мүмкіндік береді. Осы қарсы тежеу күшін қолдану үшін, заманауи орнатылған қарулар серіппелерден және гидравликалық тежеу механизмдерінен тұратын тежеу буферлерін пайдаланады, бұл автомобильдердегі соққыны жұмсартатын аспаға ұқсас. Ескі зеңбіректерде арқан жүйелері мен дөңгелеу немесе сырғанау арқылы тежеу күштері қолданылып, кері қайтатын зеңбіректі тоқтатуға көмектесетін. Тежеу буферлеуі максималды қарсы тежеу күшін төмендетуге мүмкіндік береді, соның салдарынан қару ұстағышының беріктік шектері бұзылмайды.

Қозғалтқыш газдардың үлесі

Қазіргі заманғы артиллериялық қарулар да оқ-дәрінің шығуынан кейін қозғалтқыш газдардың бір бөлігін артқа бағыттау үшін өте тиімді тұмсық тежегіштерін пайдаланады. Бұл, стволға қарсы әрекет ететін күшті тудырады, буферлік жүйе мен қару тірегін одан да жеңіл салмақта тиімдірек жобалауға мүмкіндік береді. Кері қайтусыз қаруларда қозғалтқыш газдар одан да көп мөлшерде қолданылады, онда оқпан шыққаннан кейін стволда қалған жоғары қысымды газдың көп бөлігі камераның арт жағындағы сопло арқылы артқа шығарылып, тіректегі ауыр кері қайтуды азайтатын буферлердің қажеттілігін жоятын жеткілікті қарсы күш тудырады (бірақ бұл оқпанның бастапқы жылдамдығын төмендетеді).

Қолмен ұсталатын қарулар

Қозғалтқыштағы қаруға әсер ететін физикалық принциптер қолмен ұсталатын қаруға да қатысты. Алайда, атушының денесі қарудың тірегінің орнына келеді және атушыны жарақаттамау үшін, оқ қанатын (трубасын) өту уақытынан ұзақ уақыт бойы қарудың кері импульсын таратуы тиіс. Осы мақсатта қолдар, қолдар мен иықтар жеткілікті күшке және серпімділікке ие, бірақ белгілі бір шекте. Дегенмен, "сезілетін" кері соққының шектері әр атушы үшін әртүрлі болады, бұл дене мөлшеріне, кері соққыны жұмсартатын төсемдердің қолданылуына, жеке ауырсыну төзімділігіне, қарудың салмағына, сондай-ақ кері соққыны басатын жүйелер мен ұңғыма құрылғыларының (ұңғыма тежегіші немесе дыбыс басушысы) болуына байланысты. Осы себепті, қарапайым физикалық қағидаларға қарамастан, шағын қарулар үшін кері соққы қауіпсіздігі стандарттарын анықтау қиын болып қалады.

Физика: импульс, энергия және импульс

Қару атылғанда екі сақталу заңы қолданылады: импульс сақталу және энергия сақталу. Қайта соққы импульс сақталу заңымен түсіндіріледі, сондықтан оны энергиядан бөлек қарастыру ыңғайлы. Импульс – бұл массаның жылдамдыққа көбейтілген шамасы. Жылдамдық – нақты бағыттағы жылдамдық (жалғыз жылдамдық емес). Техникалық мағынада, жылдамдық – скаляр (математика): шама; ал жылдамдық – вектор (физика): шама және бағыт. Импульс сақталады: кез келген дененің импульсінің өзгеруі басқа дененің тең және қарама-қарсы өзгеруін талап етеді. Сондықтан қайта соққы пайда болады: снарядқа импульс беру үшін, қаруға қарама-қарсы импульс беру қажет. Массаның импульсінің өзгеруі күш түсіруді қажет етеді (бұл Ньютонның қозғалыс заңдары). Атыс қаруында күштер күрт өзгереді, сондықтан маңыздысы – импульс: импульстің өзгеруі импульсқа тең. Қарудан оқ ату кезінде энергия көп түрде болады (термиялық, қысым), бірақ қайта соққыны түсіну үшін кинетикалық энергия маңызды, ол массаның жартысы жылдамдықтың квадратына көбейтіледі. Қайта соққыға ұшыраған қару үшін, егер массаны екі есе арттырса, жылдамдық екі есе азаяды, сонымен қатар қарудың кинетикалық энергиясы да екі есе азаяды, бұл оны таратуды жеңілдетеді.

Бұрыштық импульс

Тегін керілу жағдайында атыс жасайтын қару үшін, қаруға түсетін күш оны тек артқа итерумен ғана шектелмей, сонымен қатар оның массалық орталығы немесе керілу тірегінің бойымен айналуына да себеп болуы мүмкін. Бұл ескі қарулар үшін ерекше орынды, мысалы, классикалық Кентукки мылтығында, онда соқпақ бағанасы түтікке қарағанда айтарлықтай төменге қарай бұрылады, бұл керілу кезінде түтіктің көтерілуіне мүмкіндік беретін айналу нүктесін қамтамасыз етеді. Қазіргі заманғы қарулар, мысалы M16 мылтығы, кез келген айналу әсерін азайту үшін оқпанмен тікелей сызықта орналасқан конструкцияларды қолданады. Егер керілу бөліктерінің айналу бұрышы болса, қарудағы айналу моменті былай беріледі:

мұнда – қарудың массалық орталығының түтік осінен төменге қарайғы перпендикуляр арақашықтығы, – кеңейіп жатқан газдардың қаруға түсіретін күші, оққа түсетін күшке тең және қарама-қарсы, – қарудың массалық орталығына немесе айналу нүктесіне қатысты инерция моменті, ал – қару ошағының бағытынан "жоғары" айналу бұрышы. Қарудың бұрыштық импульсін табу үшін осы теңдеуді интегралдау қажет:

мұнда қару мен оқтың импульстерінің теңдігі қолданылған. Оқ түтіктен шыққан кездегі қарудың бұрыштық айналуын анықтау үшін тағы да интегралдау жүргізіледі:

мұнда – оқтың нысана бұрышынан жоғарыдағы бұрышы, – оқтың түтіктегі қозғалыс уақыты (үдеу болғандықтан уақыт : -дан ұзақ), ал L – оқтың тыныш күйден түтіктің ұшына дейінгі арақашықтығы. Оқтың нысана бұрышынан жоғарыдағы бұрышы былай есептеледі:

Шығарылған газды қоса алғанда

Оқпаннан оқ шығар алдында, ол каналдың ішінде тығыздалып, оның артындағы жанар майдың жануынан пайда болған кеңейіп жатқан газды "жауып" қояды. Бұл газдың жабық жүйеде қалғанын және жүйенің жалпы импульсі физикасы тұрғысынан бейтарап элемент ретінде әрекет ететінін білдіреді. Бірақ, оқ оқпаннан шыққанда, бұл функционалдық тығыздағыш жойылады және жоғары энергиялы канал газы кенеттен оқпан аузынан шығып, дыбыс жылдамдығынан асып түсетін үстіркіш толқын түрінде кеңейеді (бұл кейде оқты уақытша жете алып, оның ұшу динамикасына әсер ете алады), осымен оқпан жарылысы деп аталатын құбылыс пайда болады. Бұл жарылыстың бағытталған векторы реактивтік күш әсерін тудырады, ол оқпанға кері әсер етеді және оқ оқпаннан шығар алдында пайда болған кері импульске қосымша импульс қосады. Оқ ату қаруына түсетін жалпы кері импульс, оқтың ғана емес, сонымен қатар шығарылған газдың жалпы алға қарайғы импульсына тең және қарама-қарсы бағытталған. Сол сияқты, оқ ату қаруына берілген кері энергияға шығарылған газ да әсер етеді. Масса сақталу заңына сәйкес, шығарылған газдың массасы жанар майдың бастапқы массасына тең болады (толық жану болған жағдайда). Шамамен есептеу үшін, шығарылған газдың тиімді шығу жылдамдығы мынадай деп есептеуге болады, мұндағы – оқтың оқпан аузындағы жылдамдығы және шамамен тұрақты шама. Осылайша, жанар май мен оқтың жалпы импульсі: мұндағы – жанар май зарядының массасы, ол шығарылған газдың массасына тең. Бұл өрнекті оқтың импульсін сипаттайтын өрнекке қою арқылы кері процестің дәлірек сипаттамасын алуға болады. Тиімді жылдамдық энергия теңдеуінде де қолданылуы мүмкін, бірақ α мәні көбінесе импульс теңдеуі үшін анықталғандықтан, алынған энергия мәндері аз дәл болуы мүмкін. Тұрақты α мәні әдетте 1,25 пен 1,75 аралығында болады. Бұл көбінесе қолданылатын жанар май түріне байланысты, бірақ оқпанның ұзындығы мен радиусының қатынасы сияқты басқа факторларға да сәл тәуелді болуы мүмкін. Оқпан аузындағы құрылғылар газдың кеңею үлгісін өзгерту арқылы кері импульсті азайта алады. Мысалы, оқпан тежегіштері негізінен газдың бір бөлігін бүйірлерге бұрып, бүйірлік жарылыс қарқындылығын арттырады (соның салдарынан бүйірлерде дауыс күшейеді), бірақ алға қарайғы итермелі күшті азайтады (осылайша кері импульс азаяды). Сол сияқты, кері импульсті компенсаторлар газды көбінесе жоғары қарай бұрып, оқпанның көтерілуіне қарсы әрекет етеді. Алайда, дыбыс басу құрылғылары басқа принцип бойынша жұмыс істейді, газдың кеңеюін бүйірлік бағытта емес, газдың кеңею жылдамдығын алға қарай бағыттап өзгерту арқылы. Ішкі бөгеулерді пайдалану арқылы газды оқпан басу құрылғысының алдыңғы жағынан шығар алдында қиын жолмен жүргізеді, осылайша оның энергиясын үлкен аумақта және ұзақ уақыт бойы таратып, ысырапқа жібереді. Бұл жарылыс қарқындылығын (осылайша дауыс деңгейін төмендетіп) және пайда болған кері импульсті азайтады (бірдей импульс үшін күш уақытқа кері пропорционал).

Қозғалтқыштар

Артқа қайту жүйесі кері қайту энергиясын сіңіреді, қару орнатылған жерге берілетін ең жоғары күшті азайтады. Ескі әдістегі кері қайту жүйесі жоқ зеңбіректер атылғанда бірнеше метр артқа домалайтын; осы қозғалысты біршама шектеу үшін жүйелер қолданылды (арқандар, дөңгелектердегі тежегіштер, еңіс, кері қайту кезінде зеңбірек дөңгелекке қарсы итеру үшін), бірақ кез келген қозғалысты толығымен болдырмау орнатылымның бұзылуына әкеп соқтыратын еді. Нәтижесінде, әр оқтан кейін қаруды қайтадан ату позициясына қойып, мұқият бағыттау қажет болатын, бұл ату жылдамдығын күрт баяулатар еді. Қазіргі заманғы жылдам атуға қабілетті қарулардың пайда болуына әлдеқайда тиімді құрылғы – гидропневматикалық кері қайту жүйесінің ойлап табылуы мүмкіндік берді. Алғаш рет 1872–75 жылдары Владимир Барановский жасап, Ресей армиясы қабылдаған, кейіннен Францияда, 1897 жылғы 75 мм далалық зеңбірегінде қолданылған бұл жүйе, қазіргі күні де ірі зеңбіректерде қолданылатын негізгі құрылғы болып табылады. Бұл жүйеде зеңбірек трубкасы рельстерге орнатылады, олардың бойымен артқа қарай жылғалай алады, ал кері қайтуды автомобильдегі газбен толтырылған амортизатор сияқты жұмыс істейтін цилиндр қабылдайды, және ол әдетте трубкадан қысқарақ және кішірек болып, оған параллель орнатылған цилиндр түрінде көрінеді. Цилиндрде серіпке сияқты әрекет ететін сығымдалған ауа заряды, сондай-ақ гидравликалық май болады; жұмыс істеген кезде, зеңбірек трубкасы артқа жылғалайтын кезде ауаны қысып энергияны сіңіреді, содан кейін сығымдалған ауаның қысымымен алға жылғалайтын кезде гидравликалық демпферлеу арқылы энергия таратылады. Кері қайту импульсі осылайша, зеңбірек трубкасы ауаны қысып тұрған уақыт аралығында таралады, оқ атылған кездегі тар уақыт аралығында емес. Бұл орнатылымға (немесе зеңбірек орналасқан жерге) берілетін ең жоғары күшті едәуір азайтады.

Жұмсақ кері қайту

Жұмсақ серілу жүйесінде, оқпанды алдыңғы қалпына қайтаратын пружина (немесе ауа цилиндрі) дерлік толық сығылған күйде басталады, содан кейін оқпан оқ ату алдындағы сәтте алға ұшып кету үшін босатылады; заряд оқпан толық алдыңғы қалпына жеткен кезде жандырылады. Заряд жанған кезде оқпан әлі де алға жылжып тұрғандықтан, серілу импульсінің шамамен жартысы оқпанның алға жылжуын тоқтатуға жұмсалады, ал қалған жартысы, әдеттегі жүйедегідей, пружинаны қайта сығуға жұмсалады. Содан кейін оқпанды ұстап тұратын құлып (или фиксатор) оны бастапқы қалпында ұстап тұрады. Бұл пружинаның сіңіруге тиіс энергияны шамамен екі есе азайтады, сондай-ақ әдеттегі жүйемен салыстырғанда, бекіткішке берілетін ең жоғары күшті де шамамен екі есе азайтады. Дегенмен, дәл бір сәтте тұтануды сенімді түрде қамтамасыз ету бұл жүйенің басты практикалық қиындығы болып табылады; және әдеттегі гидропневматикалық жүйелерден айырмашылығы, жұмсақ серілу жүйелері кешіккен оқ атуды немесе оқ атудың сәтсіздігін оңай шеше алмайды. Бұл жүйені қолданған алғашқы қарулардың бірі – француздық 65 мм mle.1906; сонымен қатар, оны Екінші дүниежүзілік соғыста британдық PIAT жеке тасымалданатын танкке қарсы құралы да қолданды.

Басқа құрылғылар

Артқа қайтусыз мылтықтар мен зымыран тастағыштар кері соққыны теңестіру үшін газды артқа шығарады. Олар көбінесе жеңіл танкіге қарсы қару ретінде қолданылады. Швецияда жасалған Карл Густав 84 мм кері соққысы жоқ зеңбірегі – осындай қарудың мысалы. Хирам Максимнің конструкциясына негіделген пулеметтерде, мысалы, Викерс пулеметінде, стволдың кері соққысы оқтандыру механизмін іске қосу үшін пайдаланылады.