О влиянии характеристик условий заряжания на параметры гладкоствольного выстрела
Во внутренней баллистике выстрела из гладкоствольного ружья предлагается следующий перечень характеристик условий заряжания:
- тип пороха по скорости, прогрессивности горения;
- вес заряда пороха;
- вес дробового снаряда или пули;
- размер, номер дроби и ее твердость;
- плотность заряжания;
- категория капсюля по мощности, марка;
- тип обтюрирующего элемента.
Для каждой весовой категории снаряда свой порох. Но варьируя характеристиками условий заряжания, есть возможность применения их, как с более тяжелыми снарядами, так и с более легкими.
Диапазон применения по весу снаряда зависит от марки пороха его типа и производителя.
Нижний предел ограничивается величиной давления, при котором происходит срыв в фазу аномального горения, когда потенциальная химическая энергия пороха не полностью превращается в тепловую, в продуктах горения присутствуют газообразные промежуточные продукты — окислы азота, угарных газ и несгоревший порох.
Верхний предел определяется средним максимальным эксплуатационным давлением ружья или допустимым уровнем максимального давления патрона по условию допустимой деформации дроби.
Уменьшая вес снаряда, при прочих равных характеристиках условий заряжания, дульная скорость увеличивается, максимальное давление уменьшается. При увеличении веса снаряда скорость уменьшается, а максимальное давление увеличивается. Именно необходимостью поддержания максимального давления в оптимальном диапазоне поясняет не возможность применения постоянных зарядных соотношений вес снаряда/вес пороха.
Знаменитое оптимальное зарядное соотношения для пороха Сокол 16,5, приводимое в большинстве популярных книг по снаряжению патронов — фикция. Постоянные зарядные соотношения на нитроцеллюлозных порохах не применимы.
Полагая, что применение порохов со снарядами весом ниже номинала перспективным направлением, позволяющим увеличить дульную скорость без превышения допустимого уровня максимального давления.
От увеличения снаряда выше номинала пороха желательно воздержаться. Если идти на это, то для сохранения на допустимом уровне максимального давления, нужно уменьшать вес пороха, что приводит к уменьшению дульной скорости.
Для того, что бы в таком случае сохранить дульную скорость без увеличения Рмах увеличив вес заряда пороха нужно либо уменьшить плотность заряжания, применим пыжи с большим ходом сжатия, либо использовать более слабый капсюль, что может привести к отказу патрона или затяжному выстрелу при низких плотностях заряжания. От того на сколько вес снаряда превышает номинальный зависит применять один из этих способов или оба. При больших превышениях веса снаряда от номинального, вероятно, придется уменьшить плотность заряжания, вплоть до перехода с 70 мм гильзы в 76 миллиметровую, заменить завальцовку звездой на закрутку все это в сочетании со слабым капсюлем.
Вес заряда пороха в первую очередь определяет начальную скорость снаряда.
Из формулы скорости снаряда видно, что дульная скорость пропорциональна корню квадратному от интеграла. Интеграл это площадь под кривой изменения давления по длине ствола.
Форма кривой давления может меняться при тех же весе снаряда, заряда и марке пороха изменение остальных характеристик условий заряжания, при этом площадь под кривой (дульная скорость) будет меняться не значительно.
Увеличение максимального давления при неизменных весе заряда/снаряда обусловленное увеличением плотности заряжания, мощности капсюля, давления форсирования, уменьшением диаметра или твердости дроби приводит к увеличению начальной скорости.
Из протоколов отстрелов патронов на баллистическом комплексе Тульского патронного завода видно, что увеличение максимального давления на 100 бар от величины 562 бар и постоянных весах заряда/снаряда увеличивает начальную скорость на 8,4 м/с от величины 408,4 м/с. (ссылка: http://bit.ly/13GzONl)
таблицы предоставлены автором
Плотность заряжания это отношение веса заряда объему, в котором горит порох. Этот объем устанавливается после сжатия пыжей и уменьшения объема снаряда дроби при перестроении в предварительном периоде выстрела.
Увеличение плотности заряжания уменьшением хода сжатия традиционный пыжей, «амортизаторов» ПК и Биор, хода сжатия дробового снаряда за счет применения буферных составов (крахмала) увеличивает пик давления и смещает его к казенному срезу. Дульное давление уменьшается, дульная скорость растет.
Уменьшение плотности заряжания увеличением хода сжатия традиционных пыжей путем замены жестких на более мягкие, или увеличение хода сжатия ПК , Биор увеличение длины завальцованного патрона уменьшает максимальное давление, смещает пик от казенного среза. Дульное давление увеличивается, дульная скорость уменьшается.
Плотность заряжания связана со скоростью и прогрессивностью порохов. Чем быстрее порох, тем меньше должна быть плотность заряжания. Медленные и прогрессивные пороха со снарядами номинального веса и ниже работают при высоких плотностях заряжания.
Если снаряжать патроны с весом снаряда ниже номинала пороха по следует применять жесткие пыжи и ПК с малым ходом сжатия, вводить в состав комбинированных пыжей несжимаемые картонные прокладки, уменьшать высоту завальцованного патрона. В теме SVS1 Полузаряды — дисперсанты на основе «Сокола» описан рецепт снаряжения с полностью удаленный у ПК «амортизатором». (ссылка: http://bit.ly/11fA98R)
В гладкоствольном патроне величина давления форсирования определяется силой трения в зоне снаряда в конце предварительного периода выстрела.
Увеличение давление форсирования применением пыжей и обтюратором в большим коэффициентом трения и поверхностью трения увеличивает пик давления без смещения его относительно казенного среза. Дульное давление уменьшается, дульная скорость увеличивается.
Из классической внутренней баллистики известно, что приращение максимального давления равно приращению давления форсирования умноженному на 1,6.
Этот способ регулирования величины максимального давления в гладкоствольном выстреле менее всего изучен и требуете экспериментальных данный, которые получить очень сложно и не на всех типах баллистических комплексов возможно.
При переходе на более мелкую дробь, при прочих равных, увеличивается максимальное давление.
Уменьшение диаметра дроби при прочих равных увеличивает максимальное давление и начальную скорость. Так в патроне на порохе G-3000/32A, при прочих равных, 32г №7 – 637 бар при скорости 416,7 м/с, 32г №5 – 602/411,8. (ссылка: http://bit.ly/13GzONl)
таблицы предоставлены автором
таблицы предоставлены автором
Объясняется это увеличение площади поверхности трения и силы трения в зоне дробового снаряда, увеличением давления форсирования.
Такой же эффект получим при более мягкой дроби того же диаметра.
Для поддержания уровня максимального давления на прежнем уровне такое изменение давления форсирования при снаряжении на порохах предназначенных для 32 граммовых снарядов в выше можно компенсировать уменьшением веса заряда пороха на 0,05 г.
Так как скорость горения пороха зависит от энергии инициации, замена тип капсюля по мощности позволяет регулировать уровень максимального давления и дульную скорость в пределах весового диапазона пороха. Применяется совместно с изменением веса пороха. Величину давления КВ следует учитывать, но ее влияние на параметры выстрела не соизмеримо малы по сравнению с влияние на величину максимального давления энергии его взрыва.
С быстрогорящими порохами принято применять мощные капсюли, со среднегорящими капсюли средней мощности, с медленногорящими порохами и порохами высокой прогрессивности, а также в мелких калибрах применяю слабые капсюли. Универсальными, по непонятным причинам, в некоторых источниках называются мощные капсюли.
ИМХО. Считаю, что для большинства охотничьих патронов со снарядами 30-42г можно использовать капсюли среднего класса мощности. Мощные капсюли обязательны для патронов со снарядами до 28 г включительно. Ну а слабые капсюли нужно использовать под магнумы, бинары и в скоростных пулевых патронах с высокопрогрессивными порохами и низкими плотностями заряжания.
Если нет возможности заменить капсюль на более мощный — со слабого на средний или со среднего на мощный, то для получения того же уровня Рмах и начальной скорости достаточно изменить навеску пороха на величину от 0,03 до 0,08, на быстрых порохах меньше, на медленных высоко прогрессивных больше. Что будет равнозначно замене тип капсюля по мощности.
Корректировкой навески пороха сложно, или даже не возможно добиться тех же параметров выстрела, что и заменой мощного КВ на слабый или слабого на мощный.
Применяя слабый КВ с быстрыми порохами следует быть готовым выбивать ПК из чока шомполом в самый не подходящий момент, порох может не загореться.
Следует отметить, что совершенно иную «стратегию» при снаряжении своих патронов использует испанская компания MAXAM, производящая более половины ВСЕХ охотничьих патронов в мире.
Компания производит 209 типов капсюлей, но для снаряжения охотничьих патронов на всех типах порохов со всеми весовыми категориями снарядов они используют ТОЛЬКО ОДИН МОЩНЫЙ капсюль своего производства — G-1000.
Включил тип обтюратора как одно из условий заряжания по той причине, что применяя картонную пороховую прокладку невозможно обеспечить идеальную обтюрацию в гильзе, не говоря уже про обтюрацию в переходном конусе. Большинство ПК и Биор предназначены для промышленного снаряжения и имеют выемки или отверстия для выхода воздуха, обеспечивают обтюрацию лучше, чем картонная пороховая прокладка, но все равно не идеально.
Идеальную обтюрацию, ИМХО, могут обеспечить только обтюраторы манжетного типа с высотой юбки не менее 5 мм. При любых температурах универсальными являются штампованные картонные обтюраторы, при небольших морозах и плюсовых температурах удобнее использовать полиэтиленовые.
Именно потерями обтюрации поясняются рекомендации уменьшать вес заряда пороха при переходе с картонной прокладки на ПК или обтюратор.
В практике снаряжении при изменении веса снаряда дроби или размера меняется высота снаряжении и плотность заряжания. Это обуславливает необходимость корректировки характеристик условий заряжания.
Предлагая проанализировать, как решают эту задачу один из ведущий европейских производителей патронов Нобель Спорт Италия.
(ссылка: http://bit.ly/1378fgo)
Два патрона на порохе D-20:
- 32/1,53г, капсюль средней мощности М686, начальная скорость 390 м/с, Рмах 670 бар
- 30 /1,6г, мощный капсюль М688, начальная скорость 400м/с, Рмах 630 бар
Стандартная высота завальцованного звездочкой патрона промышленного снаряжения в 70 мм гильзе неизменна – 58 мм.
При уменьшении на 2 г веса снаряда уменьшилась высота снаряжения, увеличился ход сжатия «амортизатора» ПК, уменьшилась плотность заряжания. Влияние уменьшения плотности заряжания компенсировано сразу двумя способами: увеличение на 0,07 г веса заряда пороха и увеличением мощности капсюля.
Сохранить начальную скорость и максимальное давление на том же уровне можно и без увеличения веса заряда пороха, уменьшив высоту завальцованного патрона, сделав его меньше 58 мм, но такой способ для промышленного производителя не приемлем.
Вполне возможно было бы обойтись и без замены капсюля, для этого достаточно увеличить вес заряда пороха не на 0,07, а на 0,1 г при неизменной высоте завальцованного патрона 58 мм.
Снаряжая патроны, всегда следует помнить о том, что дульная скорость (интеграл давления по длине ствола) зависит температуру воздуха, сказывается и разница в потерях тепла при выстреле и влияние температуры на скорость горения пороха, что требует корректировки веса заряда пороха под температуру воздуха.
