Явление отдачи

Отдача это движение ствола и связанных с ним деталей в сторону, противоположную движению снаряда во время выстрела под действием давления пороховых газов. Движение в направлении противоположном направлению движения снаряда начинается одновременно с началом перемещения в ружье. По большому счету, с момента начала движения частей ударно спускового механизма.

Форма кривой изменения скорости отдачи без дульного тормоза повторяет форму кривой изменения скорости снаряда.

Степень воздействия отдачи на стрелка определяется скоростью отдачи.
Она состоит из двух составляющих, скорости отдачи на дульном срезе и приращения скорости отдачи за период последействия струи истекающих пороховых газов на ствол.

Скорость отдачи на дульном срезе определяется по закону сохранения количества движения (импульса).
Приращение скорости отдачи за период последействия рассчитывается по законам газодинамики и зависит от скорости звука в газовой среде на дульном срезе.

В науке внутренней баллистике отдача рассматривается в Теории свободного отката ствола без дульного тормоза.

Максимальной скорости отдача достигает в конце периода последействия. Который для ствола, в отличие от снаряда, заканчивается при падении давления на дно каморы до 2 бар.

Формула для определения максимальной скорости отдачи отличается от формулы для определения дульной скорости отдачи тем, что вместо величины ½ стоит коэффициент последействия газов на откатные части - β. Он представляет собой отношение скорости звука в газовой среде на дульном срезе к скорости снаряда на дульном срезе.

Дульная скорость звука в газовой среде рассчитывается по формуле с использованием коэффициентов из таблиц Главного артиллерийского управления, ГАУ.

Таблицы ГАУ создавались для значительно больших давлений в столах пушек и стрелкового оружия, чем в гладкоствольном охотничьем оружии.

Для начальных скоростей снарядов vаД более 700 м/с значение коэффициента последействия с достаточной точностью можно вычислить по эмпирической формуле:

β = 0,15 + 1400/vаД

Определим максимальную скорость отдачи на карабина СКС весом 3,9 кг, вес пули 7,9 г, вес заряда пороха 0,8 г, дульная скорость пули 740 м/с.

β = 0,15 + 1400/740 = 2,04

Vд = 7,9/3900 ( 1 + ½ х 0,8/7,9) х 740 = 1,57 м/с

Vmax = 7,9/3900 ( 1 + 2,04 х 0,8/7,9) х 740 = 1,8 м/с

Дульная энергия отдачи 3,9 х 1,572//2 = 4,8 кгм

Максимальная энергия отдачи 3,9 х 1,82/2 = 6,318 кгм

Приращение энергии отдачи за период последействия составляет (6,318 – 4,8)/6,318 = 0,24 = 24%

Эмпирической формулы для вычисления коэффициента последействия истекающих газов на гладкоствольное ружье со скоростью снаряда 370 – 550 м/с найти не удалось, как и соответствующих давлениям и скоростям коэффициентов в таблицах ГАУ.

Но можно с большой степенью вероятности предположить, что и в гладкоствольном ружье приращение энергии отдачи тоже будет в пределах 20 -30%.

Согласно формуле, скорость звука в газовой среде на дульном срезе и соответственно максимальная скорость отдачи прямо пропорциональна:

• ускорению свободного падения
• дульному давлению
• относительной длине пути снаряда, равного отношения длины ствола без патронника к длине патронника
• обратнопропорциональна плотности заряжания - отношению веса заряда пороха к объему в котором горит порох до момента начала движения всего снаряда, для дробового снаряда - центра масс или верхней границы столбика дроби.

Отсюда следует, что при прочих равных, весе ружья, весе снаряда и заряда, начальной скорости снаряда при снаряжении на порохе с бОльшим дульным давлением скорость отдачи увеличится.

У ружья с более длинным стволом скорость отдачи за счет длины больше, но в тоже время мы знаем, что у ружей с короткими с дульное давление значительно выше чем при нормальной длине. Какой из этих двух противоположно действующий факторов будет иметь большее влияние на скорость отдачи сказать сложно.

Снаряжение с прогрессивными порохами требует более высокой плотности заряжания, чем со средне- и быстрогорящими. При этом при снаряжении на прогрессивных порохах патронов с весом снаряда меньше номинала пороха дульное давление увеличивается.

Опять имеем два взаимосвязанный фактора, дульное давление и плотность заряжания, влияния которых на скорость отдачи противоположны.

При прочих равных, весе заряда/снаряда, начальной скорости снаряда и в том же ружье, при замене марки пороха или способа снаряжения ощутимо меняется отдача.

Так как в формуле определения максимальной скорости отдачи участвует дульная скорость снаряда, то имеет смысл рассмотреть, от чего она зависит.

Формула для скорости снаряда в любой точке ствола:

Анализируя формулу дульной скорости видим, что при прочих равных, дульная скорость прямо зависит от корня квадратного от интеграла, площади под кривой на графике изменения давления по длине ствола.

Величина интеграла зависит от природы, силы пороха и веса заряда. За счет изменения плотности заряжания, материала пыжей и мощности капсюля при неизменном весе заряда пороха в том же гладкоствольном ружье дульная скорость может меняться в пределах 3%.

Дульная скорость зависит от площади сечения канала ствола. Чем сечение больше, тем больше дульная скорость. Самую большую скорость обеспечивает цилиндро конусная сверловка по типу Трибор от Фабарма.

Этот способ повышения дульной скорости применялся в немецких противотанковых ружьях и пушках, что позволило увеличить дульную скорость снаряда с 1250м/с до 1400 м/с.

По максимальной скорости отдачи вычисляется кинетическая энергия отдачи, которая прямо пропорциональна квадрату скорости и массе ружья, W=MV2/2.

Эта энергия преобразуется в работу по перемещению ружья и 'присоединенной массы' - стрелка. Работа это произведение силы на расстояние перемещения стрелка и деформация мягких тканей тела, одежды. Чтобы уменьшить силу отдачи нужно увеличить расстояние перемещения. Для этого применяют амортизаторы и специальные устройства в ложе. Расстояние перемещения зависит от одежды, вкладки и стойки стрелка.

Скорость отдачи уменьшают также дульными тормозами - компенсаторами.

На этом внутренняя баллистика заканчивается и начинается психология и медицина. Стрельба с упором спины в дерево или стену из мощного ружья может привести к серьезным травмам.

Величина энергии отдачи и ощущение отдачи не могут быть критериями для оценки величины максимального давления. Так как в одном и том же ружье зависит от начальной скорости снаряда и дульного давления и плотности заряжания.

Применяя разные пороха можно получить туже начальную скорость снаряда, но при разных максимальных давлениях.

При изменении плотности заряжания при неизменном весе заряда пороха смещается пика давления относительно казенного среза, меняется величина максимального давления. При этом, теоретически при бесконечно длинном стволе начальная скорость не меняется, площадь под кривой изменения давления (работа пороховых газов) остается неизменной.

В реальном стволе нормальной длины изменением плотности заряжания можно наиболее точно регулировать начальную скорость снаряда и величину максимального давления.

Повышение плотности заряжания смещает пик давления к казенному срезу увеличивает максимальное давление, порох сгорит быстрее, увеличится начальная скорость снаряда и при этом уменьшится дульное давление, в какой-то мере компенсируя увеличение скорости отдачи вызванное увеличение начальной скорости снаряда.

Применив быстрогорящий спортивный порох и значительно увеличив вес снаряда, по сравнения с номиналом, можно получить раздутие или даже разрыв ствола при низкой начальной скорости, низком дульном давлении и, как следствие, не большой скорости отдачи.

Более подробно можно ознакомиться с Теорией свободного отката в учебнике Серебрякова "Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет" со стр. 369 - 386. Книга доступна свободному, бесплатному скачиванию в сети интернет.