Медные и свинцовые единицы давления в баллистике: история и замена.
Copper units of pressure
Давление в стволе оружия: CUP и LUP – устаревшие единицы измерения, замененные пьезоэлектрическими датчиками. Важно указывать метод измерения давления!
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Медные единицы давления, или CUP, и связанные с ними свинцовые единицы давления, или LUP, – это термины, используемые для обозначения измерений давления в области внутренней баллистики при оценке давления в камере огнестрельного оружия. Эти термины были приняты по соглашению для указания того, что значения давления измерялись соответственно медными и свинцовыми дробильными приборами. В последние годы они были вытеснены более современными пьезоэлектрическими датчиками давления, которые точнее измеряют давление в камере и обычно показывают значительно более высокие значения. Эта номенклатура была введена для предотвращения путаницы и потенциально опасной взаимозаменяемости значений и стандартов давления, получаемых с помощью различных типов датчиков. Например, некорректно указывать максимальное давление как 300 МПа, если оно было измерено по методике CUP – в этом случае его следует обозначать как 300 МПа (CUP). Давление – это фундаментальный физический параметр, определяемый как сила, деленная на площадь. Единицей давления в системе Эвердупоя является фунт-сила на квадратный дюйм, а в современной системе СИ – паскаль (эквивалентный ньютону на квадратный метр). Таким образом, давление в камере, измеренное медным дробильным прибором, будет выражаться в psi (CUP) в британской имперской и американской системах мер, в барах (CUP) в метрической системе и в МПа (CUP) в системе СИ.
Copper units of pressure or CUP, and the related lead units of pressure or LUP, are terms applied to pressure measurements used in the field of internal ballistics for the estimation of chamber pressures in firearms. These terms were adopted by convention to indicate that the pressure values were measured by copper crusher and lead crusher gauges respectively. In recent years, they have been replaced by the adoption of more modern piezoelectric pressure gauges that more accurately measure chamber pressures and generally give significantly higher pressure values. This nomenclature was adopted to avoid confusion and the potentially dangerous interchange of pressure values and standards made by different types of pressure gauges. For example, it makes little sense to describe a maximum pressure as 300 MPa, and in case the pressure has been measured according to the CUP procedure it should be denoted as 300 MPa (CUP). Pressure is a fundamental physical parameter that is defined as force divided by area. The unit of pressure in the avoirdupois system is pound force per square inch, while the unit of pressure in the modern SI system is pascal (equivalent to newton per square meter). A chamber pressure measured with a copper crusher gauge would therefore be expressed in psi (CUP) in the British Imperial system and United States Customary system, bar (CUP) in the metric system, and MPa (CUP) in the SI system.
Методология
Оценка давления в единицах CUP и LUP выполняется с помощью специального дробильного пистолета, который использует давление, прикладываемое к поршню, для разрушения тщательно изготовленного и откалиброванного цилиндра из меди или свинца. Степень деформации сравнивается со степенью разрушения, вызываемого различными давлениями, измеренными в фунтах на квадратный дюйм. Цилиндры из меди используются при высоких давлениях, создаваемых большинством патронов для пистолетов и винтовок, а цилиндры из свинца – при низких давлениях, создаваемых патронами для дробовиков. В камере дробильного пистолета имеется отверстие, соединенное с поршнем, и при выстреле этот поршень подвергается давлению пороховых газов. Затем поршень воздействует на откалиброванный цилиндр, слегка сжимая его. Длина сжатого цилиндра измеряется и сравнивается с таблицей значений длин, полученных при сжатии цилиндров с известным давлением, и соответствующая сила является значением давления CUP или LUP. Американская организация по стандартизации Sporting Arms and Ammunition Manufacturers' Institute (SAAMI) опубликовала стандарты давления CUP для многих типов патронов.
Estimation of pressure using CUP and LUP units is performed by a special crusher gun, which uses pressure applied to a piston to crush a carefully manufactured and calibrated copper or lead cylinder. The amount of deformation is compared to the amount of crushing produced by different pressures in pounds per square inch. Copper cylinders are used at high pressures, such as are generated by most handgun and rifle cartridges, and lead cylinders are used for low pressures such as are generated by shotgun shells. The crusher gun has a hole in the chamber that is linked to a piston, and upon firing, this piston is subjected to the pressure of firing. The piston then acts on the calibrated cylinder, crushing it slightly. The length of the crushed cylinder is measured and compared to a chart of lengths resulting from crushing cylinders with given amounts of pressure, and the corresponding force is the CUP or LUP pressure value. The American standards organization Sporting Arms and Ammunition Manufacturers' Institute (SAAMI) published CUP pressure level standards for many cartridges.
Давление CUP и LUP против давления преобразователя
До изобретения измерительных преобразователей в 1960-х годах дробильные пистолеты были единственным надежным методом оценки давления в патроннике. С появлением недорогих и надежных преобразователей с 1960-х годов, позволяющих проводить фактические измерения давления в патроннике, отрасль практически полностью перешла от оценки давления с помощью дробильных пистолетов к фактическим измерениям. Преобразователи также быстрее в использовании, поскольку не требуют тщательного измерения медных или свинцовых цилиндров после выстрела. Кроме того, преобразователи способны регистрировать давление в каждый момент времени на протяжении всего цикла выстрела. Таким образом, в долгосрочной перспективе использование преобразователя обходится дешевле, так как не требует использования расходных металлических цилиндров в дробильном пистолете и снижает трудозатраты на анализ результатов испытаний. Одним из последствий перехода на использование измерительных преобразователей является, например, то, что справочник по перезарядке Speer 1987 года указывает все давления SAAMI в единицах CUP, в то время как в современных справочниках почти все давления указаны в PSI. Другим следствием является более точное определение запаса прочности конструкции, что повышает долгосрочную безопасность стрельбы тысячами патронов из оружия. При оценках, основанных на дробильных пистолетах, фактический запас прочности невозможно было точно оценить, не произведя десятки тысяч выстрелов из опытного образца оружия.
Until the invention of measurement transducers in the 1960s, crusher guns were the only reliable method for estimating chamber pressures. With the availability of inexpensive, reliable transducers since the 1960s for actually making chamber pressure measurements, the industry almost universally has begun to move away from crusher guns for estimating chamber pressures, towards favoring making actual measurements. Transducers are also faster to use in practice, as they do not require the careful measuring of the copper or lead cylinders after firing. Additionally, transducers are capable of recording instant by instant pressures through the entire firing cycle. Hence, in the long run, using a transducer is less expensive, as it does not require using expendable metal cylinders in a crusher gun, and also reduces the labor required to analyze test results. One outcome from this transition to using measurement transducers is, for example, that a Speer reloading manual from 1987 lists all SAAMI pressures in CUP, while current references list nearly all pressures in PSI. Another outcome is that design margins are now better determined, which has the effect of increasing the long term safety of firing multiple thousands of rounds in a gun. With estimates based on crusher guns, actual safety margins could never be accurately assessed, short of actually firing tens of thousands of rounds in a sample gun.