Нарезы

Часть серии по
Пушка
История
Артиллерия в династии Сун Артиллерия в средние века Морская артиллерия в эпоху парусного спорта Полевая артиллерия в гражданской войне в США Осадная артиллерия в гражданской войне в США
Операция
С казенной частью Список пушечных снарядов Дульная зарядка
По стране
Английская пушка Индонезийская и малазийская пушка Японская пушка Корейская пушка Могольская пушка Филиппинская пушка
По типу
Противотанковая пушка Артиллерия Автопушка Василиск Бомбардировка Поворотный пистолет с казенной частью Карронада Береговая артиллерия Coilgun Калверин Деми-пушка Демикульверин Двуствольная пушка Фальконе Полевая пушка Пушка-гаубица Пушка-миномет Ручная пушка Ручной миномет Винтовой рейлган Гаубица Орудие поддержки пехоты Артиллерия большого калибра Миньон Миномет Горная пушка Военно-морская артиллерия Рейлган Железнодорожная пушка Безоткатное ружье Нарезное ружье Балобан Самоходная артиллерийская установка Осадная пушка Гладкоствольный Поворотный пистолет Танковая пушка
v т е

В огнестрельном оружии , нарезы являются спиральными groovings, которые механическая обработка во внутреннюю (отверстиях) поверхность пистолета «ы ствола , с целью оказания крутящего момента и , таким образом , придавая спин к снаряду вокруг его продольной оси во время съемки . Это вращение служит для гироскопической стабилизации снаряда за счет сохранения углового момента , улучшая его аэродинамическую стабильность и точность по сравнению с гладкоствольными конструкциями.

Нарезы часто описываются степенью крутки , которая указывает расстояние, которое требуется нарезке, чтобы совершить один полный оборот, например «1 оборот на 10 дюймов» (1:10 дюймов) или «1 оборот на 254 мм» (1: 254 мм; иногда выражается как «1: 25,4» см или аналогичные единицы, обычно легко вывести. Меньшее расстояние указывает на «более быстрый» поворот, что означает, что для данной скорости снаряд будет вращаться с более высокой скоростью вращения.

Сочетание длины, веса и формы снаряда определяет скорость закручивания, необходимую для его стабилизации - стволы, предназначенные для коротких снарядов большого диаметра, таких как сферические свинцовые шары, требуют очень низкой скорости закручивания, например, 1 оборот на 48 дюймов (122 см). ). ^[1] Стволы, предназначенные для длинных пуль малого диаметра, таких как пули со сверхнизким сопротивлением, 80 гран 0,223 дюйма (5,2 г, 5,56 мм), используют скорость закручивания 1 оборот на 8 дюймов (20 см) или Быстрее. ^[2]

В некоторых случаях нарезка будет иметь изменяющуюся скорость закручивания, которая увеличивается по длине ствола, что называется закручиванием усиления или прогрессивным скручиванием ; скорость закручивания, которая уменьшается от казенной части к дульной части , нежелательна, поскольку она не может надежно стабилизировать пулю при ее движении по каналу ствола. ^{[3] [4]}

Чрезвычайно длинные снаряды, такие как флешеты , требуют непрактично высоких скоростей кручения для гироскопической стабилизации, а вместо этого часто стабилизируются аэродинамически. Такие аэродинамически стабилизированные снаряды могут стрелять из гладкоствольного ствола без снижения точности.

История [ править ]

Мушкеты представляли собой гладкоствольное крупнокалиберное оружие, в котором использовались шарообразные боеприпасы, стрелявшие с относительно небольшой скоростью. Из-за высокой стоимости и большой сложности изготовления, а также из-за необходимости быстрой и быстрой заряжания из дульного среза, пули мушкетов, как правило, плохо входили в стволы. Следовательно, при стрельбе шары часто отскакивали от стенок ствола при выстреле, и конечный пункт назначения после вылета из дула был менее предсказуем. Этому противодействовали, когда точность была более важной, например, при охоте, за счет использования более плотно прилегающей комбинации шара с меньшим размером ствола и нашивки. Точность была улучшена, но все еще не надежно для точной стрельбы на большие расстояния.

Нарезка стволов была изобретена в Аугсбурге , Германия, в 1498 году. ^[5] В 1520 году оружейник из Нюрнберга Август Коттер усовершенствовал эту работу. Хотя настоящая нарезка датируется серединой 16 века, она не стала обычным явлением до девятнадцатого века.

Концепция стабилизации полета снаряда путем его вращения была известна во времена луков и стрел, но раннее огнестрельное оружие, использующее черный порох, имело трудности с нарезанием нарезов из-за загрязнения, оставшегося от грязного горения пороха. Самым успешным оружием, использующим нарезы с черным порохом, были казнозарядные устройства, такие как пистолет Королевы Анны .

Последние события [ править ]

Полигональные нарезы [ править ]

Канавки, наиболее часто используемые в современных нарезках, имеют довольно острые края. В последнее время стало популярным многоугольное нарезание - возврат к самым ранним типам нарезов, особенно в огнестрельном оружии . Многоугольные стволы, как правило, имеют более длительный срок службы, потому что уменьшение острых краев фаски (канавки - это прорезанные пространства, а образовавшиеся гребни называются фальшполами) снижает эрозию ствола. Сторонники полигональных нарезов также заявляют о более высоких скоростях и большей точности. Полигональные нарезы в настоящее время встречаются на пистолетах от CZ , Heckler & Koch , Glock , Tanfoglio и Kahr Arms , а также на Desert Eagle..

Расширенный диапазон, полнопроходной [ править ]

Что касается танков и артиллерийских орудий, то полнопроходная концепция с увеличенным радиусом действия, разработанная Джеральдом Буллом для гаубицы GC-45, полностью изменяет идею обычного нарезания за счет использования снаряда с небольшими плавниками, скользящими по канавкам, в отличие от снаряда со слегка увеличенным радиусом действия. приводная лента увеличенного размера, которая вдавливается в канавки. Такие орудия достигли значительного увеличения начальной скорости пули и дальности стрельбы. Примеры включают южноафриканскую G5 и немецкий PzH 2000 .

Нарезы с поворотом усиления [ править ]

Усиления твист или прогрессивные нарезы начинаются с медленной скоростью твиста , который постепенно увеличивается вниз отверстие, в результате чего очень мало первоначального изменения снаряда момента в течение первых нескольких дюймов от пули путешествия после того, как он попадет в горло . Это позволяет пуле оставаться практически нетронутой и прилегать к горловине гильзы. После попадания нарезов в горловину пуля постепенно подвергается ускоренному угловому моменту по мере того, как она продвигается вниз по стволу. Теоретическое преимущество заключается в том, что при постепенном увеличении скорости вращения крутящий момент передается по гораздо большей длине отверстия, что позволяет создать термомеханическое напряжение.распространяться по большей площади, а не сосредотачиваться преимущественно на горле, которое обычно изнашивается намного быстрее, чем другие части ствола.

Нарезы с усилением и поворотом использовались до и во время Гражданской войны в США (1861–1865 гг.). Револьверы Colt Army и Navy использовали нарезные нарезы с усилением. Однако нарезы с усилением и закруткой труднее производить, чем нарезы с равномерным нарезанием, и поэтому они более дорогие. Военные использовали нарезные нарезы с изменяемым усилением в разнообразном оружии, таком как20-мм пушка M61 Vulcan Gatling, используемая в некоторых современных истребителях и более крупных30-мм пушка GAU-8 Avenger Gatling, используемая в реактивном реактивном самолете ближней воздушной поддержки A10 Thunderbolt II. В этих применениях это позволяет облегчить конструкцию стволов за счет уменьшения давления в патроннике за счет использования низких начальных скоростей закручивания, но при этом обеспечивает достаточную стабильность снарядов после того, как они покидают ствол. Он редко используется в коммерчески доступных продуктах, особенно на Smith & Wesson Model 460 (X-treme Velocity Revolver). ^[6]

Производство [ править ]

Ранний метод введения нарезов в предварительно просверленный ствол заключался в использовании резца, установленного на стержне квадратного сечения, точно скрученном в спираль с желаемым шагом, установленном в двух фиксированных отверстиях квадратного сечения. По мере того, как резак продвигался через ствол, он вращался с равномерной скоростью, зависящей от шага. Первый разрез был неглубоким. Острия резца постепенно расширялись по мере выполнения повторных надрезов. Лезвия находились в пазах деревянного дюбеля, которые постепенно заполнялись полосками бумаги до достижения необходимой глубины. Процесс завершился заливкой порции расплавленного свинца в ствол, извлечением его и использованием наждака и масла для сглаживания канала ствола. ^[7]

Большинство нарезов создается либо:

• нарезание одной канавки инструментом ( нарезание нарезов или нарезание одноточечных нарезов );
• прорезание всех канавок за один проход специальной протяжной коронкой ( протяжные нарезы );
• нажатие сразу на все канавки с помощью инструмента, называемого «пуговица», который толкает или опускает ствол вниз ( нарезание пуговицы );
• ковка в ствол над оправкой , содержащий обратный образом нарезов, а зачастую в камере , а также ( молотковую ковке );
• течет образуя в стволе заготовку над оправкой , содержащей обратный образом нарезов ( нарезы пути формирования потока )
• Использование бесконтактных сил, таких как химическая реакция или тепло от источника лазера, для травления рисунка нарезов ( травление нарезов )
• Обработайте текстуру нарезных канавок на тонкой металлической пластине, затем загните пластину во внутреннее отверстие ствола ( нарезка гильзы ).

Эти канавки являются пространством, которые вырезаны, и результирующие гребни называются землями . Эти пазы и канавки могут различаться по количеству, глубине, форме, направлению скручивания (вправо или влево) и скорости скручивания. Вращение, создаваемое нарезками, значительно улучшает стабильность снаряда, улучшая как дальность, так и точность. Обычно нарезание нарезов - это постоянная скорость ствола, обычно измеряемая длиной хода, необходимой для выполнения одного поворота. Иногда огнестрельное оружие встречается с закруткой усиления , когда скорость вращения увеличивается от патронника к стволу. Хотя преднамеренные повороты усиления случаются редко, из-за производственных отклонений небольшое завихрение усиления на самом деле довольно распространено. Поскольку уменьшение скорости скручивания очень пагубно сказывается на точности, оружейникикто вырезает новый ствол из нарезной заготовки, часто будет тщательно измерять крутку, поэтому они могут поставить более высокую скорость, независимо от того, насколько мала разница, на дульном конце.

Строительство и эксплуатация [ править ]

Баррель кругового отверстия поперечного сечения не способен придавать вращение к снаряду, так что нарезной ствол имеет некруглое поперечное сечение. Обычно нарезной ствол содержит одну или несколько канавок, которые проходят по его длине, придавая ему поперечное сечение, напоминающее внутреннюю шестерню , хотя он также может принимать форму многоугольника , обычно со скругленными углами. Поскольку ствол не имеет круглого поперечного сечения, его нельзя точно описать одним диаметром. Нарезные стволы могут быть описаны диаметром ствола (диаметр по площадкам или высотам нарезов) или диаметром канавки (диаметр канавокили низкие точки нарезов). Различия в названиях картриджей могут вызвать путаницу; например, снаряды .303 British на самом деле немного больше в диаметре, чем снаряды .308 Winchester , потому что «.303» относится к диаметру ствола в дюймах (пуля - .312), а «.308» «обозначает диаметр пули в дюймах (7,92 мм и 7,82 мм соответственно).

Несмотря на различия в форме, общая цель нарезки - точно доставить снаряд к цели. Помимо придания пуле вращения, ствол должен удерживать снаряд надежно и концентрически, когда он движется вниз по стволу. Это требует, чтобы нарезка выполняла ряд задач: ^[4]

• Он должен быть такого размера, чтобы снаряд при выстреле закручивался или закрывался , чтобы заполнить канал ствола.
• Диаметр должен быть одинаковым и не увеличиваться по направлению к морде.
• Нарезы должны быть одинаковыми по длине канала ствола, без изменений поперечного сечения, например, изменения ширины канавки или расстояния между ними.
• Он должен быть гладким, без царапин и лежать перпендикулярно каналу ствола, чтобы не истирать материал снаряда.
• Патронник и корона должны плавно переходить снаряд в нарезку и выходить из нее.

Нарезы не могут начинаться сразу перед патронником. Перед патронником может быть нерезьбовое горло, поэтому патрон может быть перезаряжен без проталкивания пули в нарезы. Это снижает усилие, необходимое для заряжания патрона в патронник, и предотвращает застревание пули в нарезке, когда из патронника извлекается необожженный патрон. Указанный диаметр горловины может быть несколько больше диаметра канавки и может быть увеличен при использовании, если горячий пороховой газ расплавляет внутреннюю поверхность ствола при выстреле из винтовки. ^[8] Свободный ствол - это длина диаметра канавки гладкоствольного ствола без выступов перед горловиной. Свободный канал ствола позволяет пуле переходить от статического трения к трению скольжения и приобретать линейный характер.импульс до столкновения с сопротивлением возрастающего момента вращения. Свободный ствол может позволить более эффективное использование пороха за счет снижения пика начального давления во время фазы минимального объема внутренней баллистики до того, как пуля начнет двигаться вниз по стволу. Стволы, длина ствола которых превышает длину нарезки, известны под множеством торговых наименований, включая Paradox . ^[9]

Когда снаряд вдавливается в нарезы, он принимает зеркальное отображение нарезов, так как земли проталкиваются в снаряд в процессе, называемом гравировкой . Гравировка учитывает не только основные характеристики отверстия, такие как выступы и канавки, но и мелкие детали, такие как царапины и следы инструмента. Взаимосвязь между характеристиками канала ствола и гравировкой на снаряде часто используется в судебной баллистике .

Установка снаряда в канал ствола [ править ]

Оригинальное огнестрельное оружие заряжалось из дульного среза , заставляя шар из дульного среза попадать в патронник. Независимо от того, использовался ли ствол с нарезным или гладким стволом, требовалась хорошая посадка, чтобы герметизировать канал ствола и обеспечить максимальную точность стрельбы из ружья. Чтобы уменьшить силу, необходимую для заряжания снаряда, в этих ранних ружьях использовался шар меньшего размера и пластырь из ткани, бумаги или кожи, чтобы заполнить парусность (зазор между шаром и стенками канала ствола). Накладка действовала как набивка и обеспечивала некоторую степень уплотнения под давлением , удерживая шар на зарядке из черного пороха., и держал шар концентричным относительно канала ствола. В нарезных стволах нашивка также позволяла передавать вращение от нарезов к пуле, поскольку нашивка выгравирована, а не шар. До появления шара Minié с полой основой , который расширяется и запирается при стрельбе, чтобы закрыть канал ствола и зацепить нарезы, нашивка была лучшим средством для попадания снаряда в нарезку. ^[10]

В казенной части загрузки огнестрельного оружия , задача сидения снаряда в нарезы обрабатывается горло в камере . Далее идет свободный канал , который представляет собой часть горловины, по которой проходит снаряд до того, как начнется нарезание нарезов. Последний участок горловины - это угол горловины , где горловина переходит в нарезной ствол.

Горловина обычно имеет размер немного больше, чем у снаряда, поэтому заряженный патрон можно легко вставлять и извлекать, но горловина должна быть как можно ближе к диаметру канавки ствола. При выстреле снаряд расширяется под давлением патронника и запирается до размеров горловины. Затем пуля проходит по горловине, попадает в нарезку, где на ней делается гравировка, и начинает вращаться. Гравировка снаряда требует значительного усилия, а в некоторых видах огнестрельного оружия имеется значительное количество свободного ствола, что помогает поддерживать низкое давление в патроннике, позволяя пороховым газам расширяться до того, как потребуется гравировать снаряд. Сведение к минимуму свободного ствола повышает точность за счет уменьшения вероятности деформации снаряда перед попаданием в нарезы. ^{[11] [12]}

Скорость скручивания [ править ]

Для достижения наилучших характеристик ствол должен иметь скорость поворота, достаточную для стабилизации вращения любой пули , от которой можно ожидать выстрела, но не намного больше. Пули большого диаметра обеспечивают большую стабильность, поскольку больший радиус обеспечивает большую гироскопическую инерцию , в то время как длинные пули труднее стабилизировать, поскольку они имеют тенденцию быть очень тяжелыми, а аэродинамическое давление имеет более длинный рычаг («рычаг»), на который можно воздействовать. Самая низкая скорость поворотов наблюдается у дульнозарядного огнестрельного оружия, предназначенного для стрельбы круглым шаром; они будут иметь коэффициент закручивания всего 1 к 72 дюймам (180 см) или немного больше, хотя для типичной многоцелевой винтовки с дульным заряжанием очень распространено значение 1 к 48 дюймам (120 см). M16A2Винтовка, предназначенная для стрельбы патронами НАТО SS109 калибра 5,56 × 45 мм и трассирующими пулями L110 , имеет крутку 1 дюйм 7 дюймов (18 см) или 32 калибра. Гражданские винтовки AR-15 обычно имеют калибр 1 из 12 дюймов (30 см) или 54,8 для старых винтовок и 1 из 9 дюймов (23 см) или 41,1 калибра для большинства новых винтовок, хотя некоторые из них изготавливаются с калибром 1 из 7 дюймов ( 18 см) или 32 калибра, как у винтовки M16. Винтовки, которые обычно стреляют более длинными пулями меньшего диаметра, обычно имеют более высокую скорость поворота, чем пистолеты, которые стреляют более короткими пулями большего диаметра.

Выражение скорости скручивания [ править ]

Для описания скорости скручивания используются три метода:

Традиционно говоря, наиболее распространенный метод выражает скорость кручения в терминах «хода» (длины), необходимого для совершения одного полного оборота снаряда в нарезном стволе. Этот метод не дает легкого или однозначного понимания того, является ли скорость крутки относительно медленной или высокой при сравнении отверстий разного диаметра.

Второй метод описывает «нарезной ход», необходимый для совершения одного полного оборота снаряда в калибрах или диаметрах ствола.

${\ displaystyle {Twist} = {\ frac {L} {D_ {bore}}}}$

куда:

• Кручение = скорость крутки, выраженная в диаметрах отверстия.
• L = длина скручивания, необходимая для завершения одного полного оборота снаряда (в мм или дюймах)
• D _{отверстие} = диаметр отверстия (диаметр площадок в мм или дюймах)

Обратите внимание, что ход L кручения и диаметр отверстия D должны быть выражены в единых единицах измерения, то есть в метрической (мм) или британской (дюймах).

Третий метод просто сообщает угол канавок относительно оси отверстия, измеренный в градусах.

Обратите внимание, что последние два метода имеют неотъемлемое преимущество выражения скорости крутки в виде отношения и позволяют легко понять, является ли скорость крутки относительно низкой или высокой даже при сравнении отверстий разного диаметра.

Скорость скручивания и стабильность пули [ править ]

В 1879 году Джордж Гринхилл , профессор математики Королевской военной академии (RMA) в Вулвиче , Лондон, Великобритания ^[13], разработал практическое правило для расчета оптимальной скорости закручивания пуль со свинцовым сердечником. Этот ярлык использует длину пули без учета веса или формы носа. ^[14] Одноименная формула Гринхилла , которая используется до сих пор:

${\ displaystyle Twist = {\ frac {CD ^ {2}} {L}} \ times {\ sqrt {\ frac {SG} {10.9}}}}$

куда:

• C = 150 (используйте 180 для дульной скорости выше 2800 фут / с)
• D = диаметр пули в дюймах
• L = длина пули в дюймах
• SG = удельный вес пули (10,9 для пуль со свинцовым сердечником, что исключает вторую половину уравнения)

Первоначальное значение C составляло 150, что дает скорость кручения в дюймах за оборот, если заданы диаметр D и длина L пули в дюймах. Это работает до скоростей около 840 м / с (2800 футов / с); выше этих скоростей следует использовать C 180. Например, при скорости 600 м / с (2000 футов / с), диаметре 0,5 дюйма (13 мм) и длине 1,5 дюйма (38 мм) формула Гринхилла даст значение 25, что означает 1 оборот на 25 дюймов (640 мм).

Улучшенные формулы для определения стабильности и твиста ставки включают Twist правило Миллера ^[15] и McGyro программу ^[16] , разработанный Билл Дэвис и Роберт McCoy.

Если используется недостаточная скорость поворота, пуля начнет рыскать, а затем кувыркаться; это обычно рассматривается как «замочная скважина», когда пули оставляют в цели удлиненные отверстия, когда попадают под углом. Как только пуля начинает рыскать, всякая надежда на точность теряется, поскольку пуля начинает отклоняться в случайных направлениях по мере прецессии .

И наоборот, слишком высокая скорость скручивания также может вызвать проблемы. Чрезмерное скручивание может вызвать ускоренный износ ствола и в сочетании с высокими скоростями также вызвать очень высокую скорость вращения, которая может вызвать разрывы оболочки снаряда, в результате чего снаряды со стабилизированным вращением с высокой скоростью разлетаются на части в полете. Снаряды, сделанные из моно-металлов, практически не могут достигать таких скоростей полета и вращения, что они распадаются в полете из-за своей скорости вращения. ^[17] Бездымный порох может производить дульную скорость около 1600 м / с (5200 футов / с) для снарядов со стабилизированным вращением, а более совершенные метательные вещества, используемые в гладкоствольных танковых орудиях, могут создавать начальную скорость около 1800 м / с (5900 футов / с). . ^[18]Более сильное закручивание, чем необходимо, также может вызвать более тонкие проблемы с точностью: любое несоответствие внутри пули, например, пустота, вызывающая неравномерное распределение массы, может быть увеличено вращением. Пули меньшего размера также имеют проблемы, так как они могут не входить в нарезы точно концентрично и соосно каналу ствола, а чрезмерное скручивание усугубляет проблемы с точностью, которые это вызывает.

Вращение пули [ править ]

Пуля, выпущенная из нарезного ствола, может вращаться со скоростью более 300 000 об / мин (5 кГц ), в зависимости от начальной скорости пули и скорости поворота ствола .

Общее определение вращения объекта, вращающегося вокруг одной оси, можно записать как${\ displaystyle S}$

${\ displaystyle S = {\ frac {\ upsilon} {C}}}$

где - линейная скорость точки во вращающемся объекте (в единицах расстояния / времени) и относится к длине окружности, которую эта точка измерения выполняет вокруг оси вращения.${\ displaystyle \ upsilon}$${\ displaystyle C}$

Пуля, соответствующая нарезам ствола, вылетит из ствола с вращением.

${\ displaystyle S = {\ frac {\ upsilon _ {0}} {L}}}$

где - начальная скорость, - скорость закручивания. ^[19]${\ displaystyle \ upsilon _ {0}}$${\ displaystyle L}$

Например, карабин M4 со скоростью поворота 1 дюйм 7 дюймов (177,8 мм) и начальной скоростью 3050 футов в секунду (930 м / с) обеспечит вращение пули 930 м / с / 0,1778 м = 5,2. кГц (314000 об / мин).

Чрезмерная скорость вращения может превысить расчетные пределы пули, и результирующая центробежная сила может привести к радиальному распаду пули во время полета. ^[20]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме нарезки .

• Статья о изготовлении ствола из стрелка IHMSA
• Статья о изготовлении бочек от Лилии, производителя бочек для соревнований мирового класса
• Статья о изготовлении и замере нарезов Лили; Включает изображения пуговичного нарезного станка
• Статья о процессе производства ствола винтовки, включая gundrilling, развертывание, нарезание и чистовую обработку
• Артикул 6mmBR на стволах
• Учебное пособие по забиванию ствола, объясняющее, как определить истинный размер ствола и канавки и выбрать подходящий диаметр пули.
• Расчет оборотов пули - скорость отжима и стабильность
• Общие размеры нарезов револьвера, пистолетного и винтовочного патронов

Калькуляторы на устойчивость и крутку [ править ]

• Калькулятор скорости кручения Bowman-Howell
• Калькулятор формул Миллера
• Калькулятор перетаскивания / скручивания на основе алгоритма Боба Маккоя «Макгиро».