Проба 4

Alex

Пневматика с коническим стволом
(четвёртая проба пера)
Полковник Юрий Даньшов
Подполковник Александр Белоусов

В четвёртой пробе мы поговорим немного об особенностях стрелкового оружия и, в частности, пневматики с коническим стволом (точнее, - цилиндроконическим). Главная цель, которую преследовали конструкторы ?конического? оружия ? увеличить площадь основания пули, на которую действуют газы, что в конечном итоге приводит к повышению её скорости.
(В данной пробе пера мы пока не будем рассматривать возможность использования с этой целью специальных поддонов под пулю, применения чисто подкалиберных пуль и т.п.).
Известно, что дульная скорость пули возрастает с уменьшением её массы и (или) с увеличением её калибра при прочих равных условиях ? давлении метающего газа, его массы (массы порохового заряда), коэффициента полезного действия метающей установки и т.д. Во внутренней баллистике принято характеризовать относительный вес метаемого тела (пули) коэффициентом относительного веса, равным отношению веса пули к кубу калибра ствола. Чем этот коэффициент меньше, тем более высокую скорость получит пуля при прочих равных условиях. В то же время в ряду баллистических характеристик пули одной из основных характеристик является так называемая поперечная нагрузка ? отношение веса пули к площади её поперечного сечения. Чем больше поперечная нагрузка, тем лучше пуля сохраняет свою скорость на траектории (кинетическую энергию) в условиях действия аэродинамического сопротивления. Таким образом, при одинаковом калибре, аэродинамических характеристиках и др. более лёгкая пуля получит и большую дульную скорость, хотя будет быстрее её терять, чем более тяжёлая пуля. Поэтому конструкторы стрелкового оружия стремятся найти ту ?золотую середину?, которая, по возможности, позволяет удовлетворять обоим этим противоречивым условиям.
Возникает мысль, что хорошо бы иметь пулю, которая в начале движения по стволу имела бы большой калибр (уменьшенные коэффициент относительного веса и поперечную нагрузку), а к моменту выхода из ствола ? малый калибр и повышенную поперечную нагрузку. В этом случае дульная скорость пули и её кинетическая энергия были бы весьма большими, слабо уменьшились бы в процессе полёта, возрастала бы дальность так называемого ?прямого? выстрела.
Сделаем сначала маленькое историческое отступление из интереса и рекламы. В трудах известного патриарха стрелкового дела В.Е.Маркевича (см., например, ?Охотничье и спортивное стрелковое оружие?, Полигон, 1995) упомянуто, что в 1907 году немецкий инженер Карл Пуфф сконструировал винтовку под боевую пулю с пояском. Нарезы в стволе прогрессивной глубины: глубокие в казёной части и неглубокие в дульной части (?конические? нарезы). Сама пуля имела диаметр, соответствующий диаметру канала ствола по полям, а ведущей частью служил лишь поясок такого диаметра, что заполнял нарезы и при прохождении канала ствола постепенно сплющивался.
Результаты испытаний такой пули получились очень хорошие: на тех расстояниях, когда немецкая боевая пуля, попадая в 5-мм стальной щит, делала на нём вмятину, пуля Пуффа пробивала этот щит чисто, без надрывов, благодаря своей большой скорости. Интересно, что по заказу русского правительства в Германии изготовили винтовку для стрельбы подобной пулей (калибр у дула ? 7,62 мм, калибр по ведущему пояску ? 9,22 мм), которая имела дульную энергию порядка 525 кг*м (5150 дж ), в то время, как остроконечная боевая пуля ? всего 360 кг*м (3532 дж).
Дальнейшим развитием этой идеи, как упоминает В.Е.Маркевич, явилась конструкция винтовки сверхбольших скоростей инженера Х.Герлиха, работавшего в тридцатых годах на заводе немецкой фирмы ?Хальгер?. Так, в марте 1931 года Герлих представил на испытательную станцию в Ванзее винтовку и патроны 7-мм калибра, давшие начальную скорость пуле весом 6,5 г 1475 м/с. В июне того же года подобная пуля Герлиха дала начальную скорость 1600 м/с, а при некотором повышении давления ? даже 1700 м/с. По своей конструкции пуля Герлиха была усовершенствованной пулей Пуффа с той разницей, что вместо одного пояска Герлих придал своей пуле второй такой же поясок, пояски сделаны значительно увеличенного диаметра. Канал ствола винтовки конический; нарезы прогрессивной крутизны; поля прогрессивной ширины. Интересным и неожиданным открытием оказалось громадное пробивное действие пули ? не бронебойной, а обыкновенной со свинцовым сердечником. Такая пуля весом 6,5 г и скоростью до 1475 м/с при стрельбе по толстой стальной броне делала в ней воронку глубиной около 15 мм, диаметром около 25 мм. Обыкновенная германская боевая пуля оставляла на этой же броне следы в виде углублений от 2 до 3 мм. При стрельбе на дальность 50 м по броне толщиной 12 мм пуля Герлиха проламывала отверстие диаметром 15 мм, т.е. при сверхбольших скоростях пули в броне получаются не пробоины обычного вида, а проломы. (Кстати, вопросы пробивной способности пули относятся к очень интересной области науки ? динамике твёрдых сред; об этом мы планируем поговорить в какой-нибудь другой пробе пера).
При охоте пуля Герлиха наносила чрезвычайно сильные раны и давала повышенное останавливающее действие. При этом получались как бы взрывы поражаемых костей дичи с сильным разбросом осколков их и широким поражением в стороны. Благодаря большей скорости пули, получается более отлогая траектория её полёта, возрастает дальность ?прямого? выстрела, влияние внешней среды очень незначительно сказывается на меткости пули, существенно возрастает кучность стрельбы. Эти факторы весьма привлекательны как для военной, так и для охотничьей и спортивной практики.
Переехав в США, Герлих совместно с инженером Греем сконструировал сверхскоростную винтовку калибра 6,197 мм, которая давала пуле дульную скорость 1760 м/с. Ствол винтовки состоит из нарезной цилиндрической части (с патронником), за ней идёт нарезная коническая часть, а затем - последняя дульная нарезная цилиндрическая часть. Пуля имеет острую вершину, диаметр по пояскам 8,89 мм, диаметр по телу пули против ведущей части ? 6,35 мм, весит пуля 6,48 г. Сам Герлих считал возможным дать начальную скорость винтовочной пуле до 2000 м/с, однако загадочная смерть его не дала завершить начатое столь интересное и важное дело.
Итак, рассмотрим возможности ?конической? пневматики применительно к калибру дульной части ствола, например, 4,5 мм, как самому распространённому в отечественной пневматике. За основу возьмём пульку типа ?диаболо? с параболической или полусферической головной частью (domed, round nose). В качестве конической пневматики рассмотрим винтовку с длиной ствола 600 мм. Расчёты показывают, что из энергетических соображений квазиоптимальная конфигурация канала ствола такой винтовки следующая: вначале, начиная с казёной части, идёт цилиндрический нарезной канал калибром 7 мм по нарезам и длиной 300 мм, который затем переходит в конический нарезной канал длиной 200 мм и конечным калибром по нарезам 4,5 мм, а далее следует опять цилиндрический нарезной канал (дульная часть) калибром 4,5 мм и длиной 100 мм.
Как альтернативу указанной винтовке рассмотрим также обычную ?цилиндрическую? винтовку калибром 4,5 мм и длиной ствола 600 мм.
Принимаем, что оба варианта винтовки предусматривают предварительную накачку воздухом до давления 200 атм в специальную газовую камеру (камору) (однозарядный образец) или применение эйр-картриджей либо многокамерных магазинов (многозарядный образец) с тем же давлением. В общем-то, сейчас для нас важны энергетические параметры винтовок, а не их конструктивные особенности.
В данной пробе пера, дабы не ?переутяжелять? её, мы не будем описывать параметры нарезов и полей винтовок, требуемую крутизну нарезов для обеспечения правильного полёта пуль по траектории (как статически устойчивых, так и статически неустойчивых), баллистические характеристики применяемых пуль и т.п. Об этом поговорим в одной из следующих проб пера.
Сравнение выбранных вариантов винтовки (?конического? и ?цилиндрического?) проведём для следующих вариантов веса пули:
1) пуля для конического ствола весом 0,5 г ? модификация пули ?диаболо? с двумя ведущими поясками диаметром 7 мм на конце юбки и около головной части;
2) обычная пуля ?диаболо? весом 0,5 г для цилиндрического ствола;
3) утяжелённая пуля весом 1 г ? модификация пули ?диаболо?, но с двумя ведущими поясками диаметром 7 мм в начале и конце юбки;
4) утяжелённая пуля ?диаболо? весом 1 г для цилиндрического ствола.
Согласно газодинамическим расчётам объём газовой камеры, при котором получается максимальная скорость для указанных вариантов пуль, составляет: для 1) - 7 см3, для 2) ? 6 см3, для 3) ? 9 см3, для 4) ? 15 см3. Принимаем за основу величину объёма газовой камеры, обеспечивающей максимальную дульную скорость пуле весом 0,5 г для стандартного цилиндра калибром 4,5 мм, т.е. 6 см3. В таблице 1 приведены значения дульной скорости и кинетической энергии пули для каждого из вариантов

Таблица 1
Вариант 1 2 3 4
Дульная скорость, м/с 520 440 400 310
Кинетическая энергия, кг*м/дж 6,9/67,6 4,9/48,4 8,2/80 4,9/48,4

Как видно из данных таблицы 1, действительно, ?коническая? пневматика позволяет существенно повысить дульную скорость пули и её кинетическую энергию, особенно для вариантов с утяжелёнными пулями, при этом более лёгкие пули получают и большую дульную скорость.
Посмотрим теперь, как меняется скорость пули и её энергия на разных дистанциях. Данные баллистических расчётов энергетики пули приведены в таблице 2

Таблица 2
Скорость, м/с
/
энергия, кг*м Вариант Дальность стрельбы, м
0 10 20 30 40 50
1 520/6,9 461/5,4 409/4,3 363/3,4 322/2,6 285/2,1
2 440/4,9 390/3,9 346/3,1 307/2,4 272/1,9 241/1,5

3 400/8,2 377/7,2 355/6,4 334/5,7 315/5,0 296/4,5
4 310/4,9 292/4,3 275/3,9 259/3,4 244/3,0 230/2,7

Из данных таблицы 2 следует, что, например, на дальности 50 м, пули по варианту 1 и 2 существенно теряют свою скорость и энергию (соответственно, на ~ 45% и ~ 70%), а в вариантах 3 и 4 эти потери значительно меньше (соответственно , ~ 26% и ~ 45%). Это и понятно, т.к. в вариантах 1 и 2 поперечная нагрузка составляет 3,15 г/см2, а в вариантах 3 и 4 ? 6,3 г/см2 (вдвое больше, т.к. вдвое больше и вес пули). Поэтому для дальнобойной пневматики (особенно, если она используется для охоты на какую-нибудь живность), естественно, предпочтительнее использовать тяжёлые пули.
Общее резюме из всего сказанного: по энергетическим соображениям, ?коническая? пневматика имеет преимущества перед ?цилиндрической?, особенно, если использовать тяжёлые пули. В то же время, главный недостаток ?конической? пневматики ? усложнение технологического процесса как в производстве профилированных стволов, так и специальных пуль. Поэтому, на наш взгляд, перспективы развития такой пневматики весьма скромные.
Может быть, где-нибудь, когда-либо и кто-нибудь будет производить высококлассные дорогие образцы мощной ?конической? пневматики для знатоков и состоятельных людей, но массовой она, по-видимому, никогда не станет.
Тем не менее, обо всём этом было очень интересно поговорить.
Оставайтесь с нами.
До следующей встречи, которая состоится где?нибудь в августе, в силу объективных обстоятельств.
Все права защищены.

Alex

Мы собираемся организовать фирму по выпуску и ремонту пневматики, разработали мощный ручной насос на 200 атм., пневмопатрон в габаритах 12/70 который при 50 атм развивает в 40 см стволе 25 Дж. проектируем пневмопистолет высокого класса (вроде FWB34, Walther LP 201)

ищем единомышленников, и коллег
Юрий Ладягин и Алексей Алесковский
наш мейл: agm_guns@mail.ru
и alexsutz@mail.ru