Как влияет длина ствола на начальную скорость

Как влияет длина ствола на начальную скорость? Бытует расхожее мнение, что чем длиннее ствол, тем выше скорость пули. Это довольно верно, хотя реальность намного сложнее. Сила трения пули в канале ствола довольно постоянна. И, по мере движения пули внутри канала, она плавна снижает кинетическую энергию пули. Однако давление газов на заднюю часть пули быстро снижается, вплоть до определенного момента, когда замедление по причине трения равняется силе, разгоняющей пулю давлением газов. Именно в этой точке достигается максимальная скорость. После этой точки сила трения становится доминирующей и пуля начинает замедляться.

В этой связи длина ствола нас интересует с точки зрения достижения максимально возможной начальной скорости.

Преимущества, которые дает высокая начальная скорость, многократно описаны, и повторяться, я думаю, нет нужды. Повышение начальной скорости с помощью удлиненного ствола является самым безопасным способом увеличения скоростных показателей пули и никак не отражается на показателях давления в патроннике.

Остальные способы (увеличение заряда и нагрев) чреваты увеличением максимально допустимого давления. Также я не рассматриваю здесь различные составы для покрытия канала ствола.

Располагая стволами разной длины, всегда приходится выбирать между желаемой скоростью, с одной стороны, и весом, портативностью и величиной колебательных движений ствола – с другой. Очевидно, что существуют задачи, позволяющие не думать о габаритах и весе (спортивная стрельба, некоторые виды охоты, иногда полицейский снайпинг, войсковой со стационарных позиций). Хотя колебания ствола являются безусловным ограничивающим фактором во всех стрелковых ситуациях.

По мере увеличения длины ствола уменьшается его жесткость, что ведет к ухудшению точности. Также импульс отдачи во время нахождения пули в канале ствола растет, что в свою очередь тоже может вести к ухудшению точности. Из оружия с большой отдачей сложно стрелять, соблюдая однообразие прикладки от выстрела к выстрелу. Наличие дульного тормоза почти не имеет эффекта на такую отдачу. По мере увеличения длины дульное давление уменьшается. Для точности в этом нет ничего плохого, но дульные тормоза становятся менее эффективными с уменьшением дульного давления.

Расчет длины ствола для максимально возможной скорости

Наиболее практичным является вычисление по формуле длины ствола, необходимого под вашу конкретную задачу. Наиболее популярными в современном стрелковом мире являются формулы уже известного вам Хомера Паули и капитана Военно-морской академии США по фамилии Ледюк. Хотя Ледюк нашел свои формулы в начале XX века (точнее, в 1905 году), они и сейчас в некотором отношении превосходят по точности формулы Паули (погрешность обычно не превышает 5%).

Метод Паули несколько переоценивает скорость (завышает) при стволах большей длины, чем обычно. При стволах средней длины метод достаточно валиден.

При обоих методах потребуются данные о величине порохового заряда, типе пороха, внутреннем объеме (вместимости) гильзы, величине максимального давления (также рассчитывается), калибре и массе пули. Особенно точными данные методы являются при прогнозировании изменений скорости в зависимости от изменений длины ствола при известной начальной скорости.

При физическом измерении длина ствола всегда измеряется от донца гильзы до дульного среза с учетом того, что глубина посадки пули тоже влияет на общую длину.

Особо ценными математические методы расчета являются для тех, кто конструирует новые виды калибров оружия и боеприпасы (так называемые wildcat), позволяя им еще на бумаге просчитать возможные последствия таких экспериментов. Эти эксперименты при правильном подходе совершенно безопасны и только дают толчок развитию национальных оружейных индустрий, служа впоследствии базой для начала серийного производства. Надеюсь, что это в конце концов станет возможно и у нас в стране. Вообще же практическим потолком максимальной начальной скорости принято считать 1200 м/с, поскольку только при таких значениях скорости может поддерживаться удовлетворительный ресурс ствола (1000 выстрелов без видимого снижения показателей
кучности).

Зависимость между длиной ствола и начальной скоростью

В западной оружейной практике длину ствола приня¬то выражать в дюймах, что довольно удобно. Поэтому в своем повествовании мы вынуждены придерживаться обеих систем: дюймовой и метрической.

Как уже нами указывалось, увеличение начальной скорости пули путем удлинения ствола – наиболее простой и безопасный способ (конечно, при условии возможности выбора или собственного производства стволов). Но, как и в любом деле, здесь существуют ограничения, касающиеся стрелковых преимуществ, технических особенностей и просто здравого смысла.

Во-первых, величина прироста скорости изменяется в зависимости от длины ствола. В среднем она составляет от 3 до 6 м/с на 1 дюйм (от 1 до 2.5 м/с на 1 см). Причем в диапазоне 28 – 30″ мы получим максимальный показатель (6 м/с, иногда 7 м/с). Но уже с 33. до 34″ он уменьшится до 4.6 м/с. От 40″ и выше прирост скорости будет составлять около 3 м/с на 1 дюйм. Таким образом, очевидно, что чем больше длина, тем меньше прирост скорости. Максимальный выигрыш в скорости мы получаем, удлиняя ствол в диапазоне 26 – 30″ (соответственно 66-76 см).

Во-вторых, помимо соображений портативности и веса, на воплощенных в металле стволах большой длины не последнюю роль начинают играть колебательные движения ствола, например, такое явление, как динамический “хлыст”. Стволы длиной 46″ (117 см), считающиеся максимальным пределом для винтовок, позволяют увидеть его невооруженным глазом (на стволе диаметром 3 см). Ствол в этот момент напоминает забрасываемую рыболовную удочку. Интересно, что на стволе длиной 44″ данное явление визуально не наблюдается (что, конечно, не означает его отсутствия). Также интересно, что кучность при такой длине (44 – 46″) довольно высока – 1 МОА.

В-третьих, при некоторых сочетаниях типа пороха, заряда и веса пули иногда прирост скорости может прекращаться и не доходя до отметки 46″ (например, на 42″). После конкретной отметки начинается незначительная потеря скорости. При гильзах большой вместимости, тяжелых пулах и медленно горящих порохах происходит максимальный прирост и может быть получена максимально возможная скорость.

Таким образом предотвращается вышеуказанный эффект.

Из всего изложенного очевидно, что оптимальной длиной ствола винтовки, предназначенной для ношения, может считаться 30″ (76 см), что подтверждается и опытом.

С винтовками меньшей длины трудно получать хорошие результаты при стрельбе на дальние дистанции в силу недостаточной начальной скорости. Оснащение длинными стволами легких винтовок не дает никакого преимущества, так как длинные и тонкие стволы подвержены феномену “рыболовной удочки”. Стволы длиной более 30″ должны быть более толстыми и, соответственно, тяжелыми, и поэтому их использование ограничено какими-либо особыми ситуациями и задачами. Однако для профессионала-стрелка на сверхдальние дистанции – точность и настильность, обеспечиваемая стволами длиной более 30″, может быть желаемой и оправдывающей некоторые неудобства, связанные с весом.

Например, винтовка калибра 338/416 Ригби, исполненная на стволе длиной 40″, разгоняет пулю весом 300 гран (19.5 грамма) и имеющую ВС (G1) = .800, до умопомрачительной (для такого калибра) скорости – 975 м/с. Такая комбинация обеспечивает потрясающие энергию и настильность траектории и, главное, – большую устойчивость к ветру.

Каждые дополнительные 60 м/с понижают чувствительность пули к ветру примерно на 10%, увеличивают энергию на 15% и, конечно, увеличивают максимальную эффективную дальность.

Длина и жесткость ствола

Как нам известно, наиболее удачными (в смысле точности) стволами являются самые жесткие (при условии, что все другие факторы одинаковы). При удлинении ствола теряется его жесткость. Увеличение же диаметра ствола дает противоположный эффект, делая его жестче. Отклик дульной части (колебания дульной части, характеризующие жесткость ствола) при воздействии на дуло нагрузки весом в 1 фунт перпендикулярно оси канала ствола рассчитывается по несложной формуле. При сравнении стволов разной длины мы заметим, что увеличение длины быстро снижает жесткость ствола.

Например, ствол длиной 30″ будет отражаться на 182% больше, чем ствол длиной 22″ (для .308 калибра). При этом разница в длине между ними составляет только 36%, а в весе 23%.

Рекомендуемая длина стволов

С учетом всех вышеизложенных факторов нами могут быть даны общие рекомендации по выбору длины ствола для винтовок универсального назначения.

Для винтовок .308 калибра стволы длиной 26- 27″ (66-68.5 см) являются оптимальным средним размером (хотя соблюдение оптимального соотношения длины, жесткости и веса может раздвигать этот диапазон до 24-27″ (61-68.5 см).

Вес винтовки в этом случае должен составлять не менее 4.5 – 5.5 кг Стрелковые соображения также могут позволять более короткий ствол (например, высокоточная стрельба на близких и средних дистанциях).

Использование стволов большей длины (например, 30″) в этом калибре, видимо, не очень эффективный путь (хотя и это практикуется), т. к. дальняя стрельба из него ограничена характеристиками самого патрона (в частности, сравнительно небольшой массой пули 168-190 гран, недостаточно высоким ВС, малой вместимостью гильзы и прочим).

При использовании винтовок более крупных калибров (таких, как .300 WinMag и .338 Lapua Magnum) необходимо переходить к длине 30″ и более.

Очевидно, что на этой длине раскрывается большая часть потенциала винтовки по увеличению начальной скорости. При удлинении ствола необходимо решать проблему как с весом самого ствола, так и с общей массой оружия. Проблема со стволом возникает потому, что при увеличении длины приходится увеличивать и его диаметр. Это можно компенсировать снятием лишнего металла для получения ребер жесткости, которые одновременно помогают и в охлаждении ствола. Проблема с общим весом оружия возникает потому, что при удлинении ствола центр тяжести оружия смещается вперед. Она легко решается путем утяжеления ложи оружия, особенно в районе приклада. Но, естественно, это сильно утяжеляет саму винтовку. Слишком длинный и тяжелый ствол может также создать некоторые проблемы в его “укладке”. Поэтому, поскольку мы все-таки ведем речь об универсальном оружии, надо придерживаться длины в 30″ или чуть больше.