ЭД ЛАУРИ И БАЛЛИСТИКА ГЛАДКОСТВОЛЬНЫХ ПАТРОНОВ

Представляем вниманию всех, кто интересуется историей разработок в области баллистики гладкоствольного оружия, переводной материал, в котором рассказывается об испытаниях, проводимых американским специалистом по баллистике Эдвардом Лаури. Возможно, выводы этой статьи известны любому мало-мальски грамотному стрелку, тем не менее, информация о том, ценой каких испытаний эти выводы достигались, может оказаться полезной для более полного и всестороннего понимания процесса стрельбы.

Эдвард Лаури, старейшина компании Stotshell Ballisticians, публиковал свои работы в частных журналах, двух мейнстримовых книгах в жестком переплете и в 1996 году, вместе со своим партнером Кейтом Гарднером, представил инновационный продукт – программу “Shotshell Ballistics for Windows” («Баллистика гладкоствольных патронов для Windows»). Мистер Лаури проработал много лет вместе с компанией Olin-Winchester и, в сотрудничестве с SAAMI, Winchester и службой US Fish and Wildlife, был активно задействован при переломном моменте, связанном с обязательным использованием стальной дроби. Чисто в образовательных целях, публикуем в данном обзоре некоторые из его находок, большинство из которых появились еще в 1989 году в журнале “American Rifleman”.

1. Споры о стальной дроби

Споры о стальной дроби дали нам два неожиданных, но очень полезных побочных результата. Первым стал новый, значительно улучшенный набор баллистических таблиц; вторым стало более четкое понимание того, как реально работает дульное сужение и как оно определяет показатели стрельбы на дистанции. Оба этих неожиданных результата получились в результате экстенсивной внешней баллистической программы, которая вначале, на самом деле, измеряла только показатели осыпи в полете.

Эта программа была ускорена необходимостью распутать баллистическую загадку, появившуюся следующим образом. В 1960 году в ответ на интерес, проявленный к потенциальному заражению водоемов при стрельбе свинцовой дробью, индустрия гладкоствольных патронов запустила всесторонний поиск нетоксичного заменителя. После тщательного изучения многих материалов был сделан вывод о том, что только стальная дробь могла заслуживать серьезного рассмотрения. Однако адекватная оценка применимости стальной дроби в патронах для охоты на водоплавающих требовала испытаний на реальных мишенях. Поэтому индустрия гладкоствольных патронов, при участии Службы по Рыбнадзору и Дикой Природе США (US Fish and Wildlife Service), организовала тестирование, чтобы сравнить урон, наносимый стандартной свинцовой и экспериментальной стальной дробью. Это был знаменитый тест, в котором задействовали около 2000 диких уток и который в 1968 году Служба по Рыболовству и Дикой Природе США представила в исследовательском центре Patuxent (далее – Патуксентское тестирование).

2. Баллистическая загадка

Перевод:

Загадка баллистики появляется в цифрах, которые говорят о том, что стальной заряд дроби №4 весом всего в 28г убил почти столько же мишеней, сколько свинцовый с массой 35 г дроби того же размера. Для объяснения такого результата нам нужна правильная оценка ударной энергии свинцовой и стальной дроби. Но единственными доступными баллистическими таблицами на тот момент были те, которые использовали члены группы SAAMI (Sporting Arms and Ammunition Manufacturers Insitute – Институт производителей спортивного оружия и амуниции). Их точность, к сожалению, подвергалась большому сомнению. Во-первых, никто, похоже, не знал, откуда эти таблицы появились: они показывали значения энергии, которые не соответствовали реальным измерениям, а также не могли показать разницы в баллистике, вызванной разными дульными сужениями (эта разница была всем известна, но никак не объяснена). В результате было принято решение, поддержанное членами SAAMI, измерить сначала баллистические характеристики свинцовой и стальной дроби на дистанции, а затем подготовить новый набор баллистических таблиц , столь нужный для решения поставленных задач.

Однако измерение внешних баллистических показателей имеет определенную проблему: т.к. заряд представляет собой облако из дроби, а не одиночный снаряд, обычные измерительные методы для такой задачи не подходят. Соответственно, для решения такой задачи инженерам исследовательского центра компании Winchester пришлось разработать технологию, которая позволяла не только измерить отрезок времени полета заряда от дульного среза до мишени, но получить информацию по каждой отдельно взятой дробине в осыпи.

3. Эксперименты

Перевод:

Исследователи компании Winchester использовали метод теневой съемки со вспышкой, который показывал точные значения скорости заряда и давал четкое понимание эффектов, которые дульные сужения оказывают на форму осыпи.

Рисунок выше схематично показывает экспериментальную установку. Ружье стреляет в свинцовый экран, размещенный на определенном расстоянии от дульного среза. Яркие вспышки подсвечивают одну сторону экрана, в то время как высокоскоростная камера фокусируется на темной стороне экрана. Когда дробины проникают в поверхность экрана, камера фиксирует точки света, получившиеся на месте отверстий, куда попала дробь. На пленке отмечается время в миллисекундах, и таким образом появляется информация о времени полета каждой дробины в осыпи. При измерении использовали эту процедуру с различными патронами каждого типа на разных дистанциях стрельбы.

Среди моментов, который мы узнали в ходе этой программы, два касались неожиданной эффективности стального заряда. Первый состоял в важности формы дроби. Свинцовая дробь, при большем удельном весе, имеет естественное баллистическое преимущество, но, когда она деформируется под действием сил, вырабатываемых высоким давлением внутри ствола, она теряет часть своего преимущества перед стальной дробью.

Деформация от препятствий и сужений внутри ствола сделала свинцовую дробь более плоской. Такое изменение формы вызвало потерю скорости, поэтому в общем наборе баллистических таблиц показано снижение энергии, которую дробь передает мишени. Кроме того, некоторое искажение было замечено и при попадании дроби в мишень, снижая тем самым летальную эффективность и помогая объяснить, почему сталь показала сопоставимые результаты при Патуксентском тестировании.

4. Улучшенная баллистика гладкоствольных патронов

Вторым моментом, который мы узнали в ходе баллистической программы, стало открытие того факта, что предыдущие методы измерения скорости заряда давали ложные результаты. При измерении скорости зарядка гладкоствольных патронов принято замерять стартовую скорость на расстоянии 3 футов (0,9 м) от дульного среза. Мы нашли, что при преобразовании результатов измерения в фактическое значение скорости необходимо делать корректировку, которая, более того, имеет еще большее значение при стрельбе стальной дробью. Мы также узнали, что значение этой корректировки зависит от величины дульного сужения, с которым ведется огонь.

Пример иллюстрирует сравнение показателей двух типов патронов, один со свинцовой дробью №4, другой со стальной дробью того же размера. Каждый свинцовый заряд имел одинаковые показатели измеренной скорости в 1275 fps (футов в секунду) при стрельбе с полным чоком. Скорость стального заряда дроби №4 оказалась на 99 fps ниже заявленного значения. Это также показывает, что для достижения фактической скорости 1374 fps на расстоянии 3 футов, необходимо иметь дульную скорость 1415 fps.

Название таблицы: Таблица 3. Внешняя баллистика гладкоствольных патронов. Сравнение характеристик свинцового и стального заряда (для патронов, которые должны развить скорость 1275 fps на дистанции 3 фута при стрельбе полным чоком).

Более детальное сравнение приводится в таблице выше. Внимательные читатели смогут найти различия между значениями в этой таблице и других современных источниках. Значения из таблицы 3 основаны на тщательно выполненных и четко отслеженных баллистических измерениях, но это показывает, что некоторые другие печатные материалы проявляют негарантированную щедрость, публикуя более высокие значения скорости и энергии.

5. Дульные сужения

Что фактически происходит внутри ствола и как работает дульное сужение, было установлено давным-давно. В апреле 1949 года была опубликована статья “Up The Barrel”, публично документируя, что баллисты компании Winchester-Western смогли узнать по поводу поведения заряда внутри ствола.

Перевод текста на рисунке.

На изображениях показано сравнение эффектов от стрельбы цилиндром и полным чоком, сделанное методом рисования на основе фотографий, которое иллюстрирует поведение осыпи при выходе из ствола и на расстоянии 4 футов. Предыдущие рисунки, сделанные методом теневой фотографии со вспышкой, показывают, что традиционный взгляд (что заряд полного чока вытягивается длиннее, чем от цилиндра), был ошибочным. На самом деле, на дистанции сноп из цилиндра вытягивается больше.

Для стрелка главное предназначение дульных сужений – управление рассеиванием дроби. Рисунок выше отображает этот процесс. Он показывает, например, как при стрельбе без сужения или с насадкой «цилиндр» сила сопротивления воздуха мгновенно начинает действовать на осыпь, делая ее форму более плоской и рассеивая дробины по сторонам. Полный чок, с другой стороны, суживает поток дробин, разделяя их взаимный контакт и таким образом предотвращая процесс рассеивания. Таким образом, все дробины летят вдоль прямой линии, параллельной оси ствола.

Чтобы настолько растянуть дробовую осыпь при стрельбе с полным чоком при прохождении 4-футового барьера, необходимо, чтобы передние дробины в осыпи двигались намного быстрее задних в этой точке. Считалось, что такая разница в скорости, выведенная из старых картинок, на подобие предыдущего рисунка, была причиной вытягивания дробового снопа. Это, в свою очередь, способствовало расхожему мнению, что стволы с полным чоком дают более длинные осыпи, чем открытые насадки.

Один из способов установления истины в этом проблемном вопросе заключается в фотографическом взгляде на вещи. Так, была сделана серия теневых фотографий со вспышкой на четырех дистанциях стрельбы стандартным патроном для траншейного стенда из стволов с полным чоком и цилиндром (на рисунке выше). Изображения показывают, что на дистанции 6 футов от дульного среза осыпь полного чока намного длиннее. Однако на расстоянии 14 футов разница в длине осыпи сократилась, а на 18 футах осыпь цилиндра стала, как минимум, такой же длины, что и у полного чока. Имея доказательством такие изображения, мы получаем понимание того, что реально происходит в переходном периоде между выбросом дроби из ствола и временем, когда все дробины находятся в свободном полете.

Объяснение выгладит примерно так. Передние дробины из осыпи полного чока быстро отделяются и, начиная свободный полет, оставляют за собой спутные струи*. Сопротивление движению дроби меньше в таких турбулентных потоках, чем в обычном воздухе, поэтому задние дробины начинают постепенно нагонять передние. Так, дробь из переднего ряда выполняет роль своеобразного ветролома. Дробины из осыпи цилиндра, с другой стороны, рассеиваются с большой скоростью и летят в разреженной атмосфере более короткий отрезок времени. Соответственно, они быстрее достигают состояния свободного полета и попадают под воздействие силы сопротивления воздуха.

Именно по причине этого перехода показатели, измеряемые на дистанции 2 футов, дают неправильные значения и должны быть скорректированы. Только передний ряд дроби находится в свободном полете сразу после выхода из ствола, и именно их начальная скорость определяет показатели всего заряда на более дальней дистанции стрельбы. Но, т.к. стандартный измерительный прибор, используемый в индустрии гладкоствольных патронов, воспринимал только центр масс осыпи, он только измерял среднюю скорость всех дробин.

6. Заключение

Итак, программа по измерению внешней баллистики выполнила свои задачи и помогла выработать набор таблиц более точных, чем те, которые были доступны ранее. Более того, в процессе наблюдения программа дала нам лучшее понимание того, как дульные сужения влияют на баллистику.

Однако на самом деле, изначальная цель этой программы была не только в стремлении разработать новые баллистические таблицы. Ее специфическая цель заключалась в сравнении свинцовой и стальной дроби в Патуксентских тестах. Самым большим шагом на пути к пониманию стало твердое убеждение, что движение свинцовой и стальной дроби подчиняется одинаковым законам физики. Это означает, что баллистические показатели любой дроби, сделана она из свинца или стали, зависят только от ее формы, веса, размера, начальной скорости и атмосферных условий, в которых она передвигается.

Свинец является более пригодным материалом для зарядов, чем сталь, по причине высокой плотности. Но, как уже упоминалось, при Патуксентском тестировании свинцовые дробины теряли значительную части их изначального преимущества, когда силы сопротивления внутри ствола искажали их сферическую форму. Наша программа подтвердила огромное влияние формы дроби на баллистические показатели. Т.е., что нам реально удалось установить из Патуксентского тестирования, это не то как хорошо работает стальная дробь, а как плохо работают свинцовые заряды, когда они не защищены от столкновения с препятствиями.

Как эта информация может помочь на практике? Ответ заключается в том, что она может предоставить полезные предостережения. Цифры в новых таблицах могут сказать, что стальная дробь плохо работает при стрельбе на дальние дистанции. В индустрии патронов есть несколько очень способных инженеров, но ограничение в плотности материала дроби – это такой аспект, который не позволит никому из них разработать эффективный патрон для охоты на водоплавающих на дальних дистанциях.

* Спутная струя (спутный след) — это воздушное течение в виде вихрей, срывающихся с законцовок крыла летящего самолёта. (Википедия)