Volný zpětný ráz

( kwk. us/recoil.html)

"Výkop" pušky nelze předpovědět. Účinek závisí na mnoha faktorech, které nelze snadno vypočítat. Konfigurace pažby je velmi důležitá. Pokles pažby určí, kolik zvednutí ústí dojde, stejně jako to, jak držíte pušku. Množství vybočení v pažbě určí (částečně), zda vám puška při zpětném rázu udeří do tváře. Konstrukce botky určí, jak hluboko se botka zaryje do vaší paže. Výstřel z ústí ovlivní váš dojem ze zpětného rázu. Seznam pokračuje.

Volný zpětný ráz

Odhadnout i volný zpětný ráz pušky není jednoduché. Volný zpětný ráz by byl ten, který by byl měřen, kdyby byla puška vystřelena zavěšená na provázcích, volně se pohybující. Zákon zachování hybnosti pro část zpětného rázu pušky způsobeného letem střely je dostatečně jednoduchý, ale vypočítat předem zpětný ráz způsobený pohonnými plyny není triviální. Rychlost, jakou plyny unikají, závisí na mnoha faktorech, a pak je tu otázka okolního vzduchu vytlačeného výstřelem z ústí.

Existují však publikované vzorce, které vypočítají volný zpětný ráz dostatečně přesně, aby umožnily srovnání mezi dvěma puškami. Pokud znáte průměrnou rychlost unikajícího pohonného plynu, je rychlost volného zpětného rázu (ve vakuu) jednoduše:

V = (bv + cp) / W

kde b je hmotnost střely, v je rychlost ústí, c je hmotnost náboje, p je průměrná rychlost unikajících pohonných plynů a W je hmotnost pušky.

NRA Fact Book (1988) uvádí některé odhady pro p. Pro ruční zbraně je rychlost plynů asi 4000 fps pro bezdýmný prach a asi 2000 pro černý prach. Pro kanóny se používá 4700. Jiné reference uvádějí pouze číslo 4700 fps.

V britské učebnici ručních zbraní (1929) se doporučuje, aby byla rychlost pohonných hmot úměrná rychlosti střely:

V = (b + k*c) * v / W

Bohužel bylo zjištěno, že hodnota k se mění a "pohybuje se mezi 1 a 2, s průměrnou hodnotou 1½." Pokud použijeme 150%, tato rovnice při rychlosti ústí 2700 fps dává stejné výsledky jako číslo 4000 fps uvedené v knize NRA. Zdá se mi rozumné, že rychlost pohonných hmot bude souviset s rychlostí střely, ale pevný termín 4000 fps dává o něco lepší shodu s výpočty zpětného rázu ze simulátoru vnitřní balistiky QuickLOAD.

Volná energie zpětného rázu je jednoduše kvadrát rychlosti volného zpětného rázu násobený polovinou hmotnosti pušky. Tato energie je údaj nejčastěji uváděný v knihách a časopisech.

Kalkulačka výše odhaduje volnou rychlost zpětného rázu na konci zpětného rázu a také při výstupu střely z ústí. Zpětný ráz při výstupu ústí je jednodušší správně odhadnout. Rychlost střely je známa. Rychlost plynů se pohybuje od nuly u závěru po rychlost střely u ústí. Průměrná rychlost plynů tedy bude přibližně polovina rychlosti střely.

Jakmile střela vyletí, pohonné plyny se vyřítí ven a způsobí další zpětný ráz pušky, jako raketa. QuickLOAD odhaduje, že tento efekt skončí, když se puška při volném zpětném rázu posune asi o půl palce, takže tento efekt pocítí vaše rameno. Tento efekt zpětného rázu je však menší než ten, který nastává při výstupu střely.

Maximální zrychlení zpětného rázu je poměrně snadné odhadnout, ale není užitečné. Maximum přichází blízko maximálního tlaku v komoře a je vypočítáno pomocí tohoto tlaku krát průřezovou plochu vývrtu, méně něco za tření střely. (Tření lze přibližně odhadnout jako ztrátu asi 1000 psi z tlaku v komoře.) Toto maximum však nastává na začátku pohybu pušky (do několika setin palce zpětného rázu), než puška plně stlačí vaše ramenní svaly a botku, takže necítíte její plný účinek. Uvažte .308 Win. a .300 Wea. Pro pušku stejné hmotnosti mají oba stejné maximální zrychlení, protože oba mají střely stejného průměru a téměř stejný maximální tlak, ale .300 kopne mnohem tvrději.

Ostrost zpětného rázu

Příručka A-Square Reloading Manual (1996) obsahuje zajímavou diskusi o zpětném rázu a jeho účinku na tělo. Jeden z jejich argumentů je, že čas zpětného rázu je v číslech volného zpětného rázu zanedbáván. Představte si dvě pušky stejné hmotnosti, obě střílející náboje stejné hybnosti. Pokud jedna střílí 100 gn střelu rychlostí 3000 fps a druhá 200 gn střelu rychlostí 1500 fps, rychlost volného zpětného rázu (a energie) je podobná. Rychlejší střela však opustí hlaveň za mnohem kratší dobu (přibližně poloviční), takže zrychlení (k rychlosti volného zpětného rázu) je mnohem vyšší. Protože se vaše rameno zrychluje, a protože síla je hmotnost krát zrychlení, rychlejší náboj bude více bolet. Můžeme říci, že zpětný ráz rychlejšího náboje bude "ostřejší."

Jedním z cílů při vytváření tohoto počítače bylo poskytnout odhady tohoto efektu. Přibližně řečeno, ostrost zpětného rázu může být úměrná druhé mocnině rychlosti ústí, protože zvyšující se rychlost ústí zvyšuje rychlost zpětného rázu pušky a zároveň snižuje čas, během kterého se puška pohybuje zpětným rázem. Bohužel jsem pomocí hrubých aproximací nebyl schopen najít vzorec, který by odpovídal popisům relativního zpětného rázu, které jsem četl. Možná další verze tohoto kalkulátoru ukáže nějaký pokrok.

Barsnessův index

V roce 2007 zveřejnil spisovatel John Barsness na internetovém fóru rovnice za odhadem zpětného rázu, který vytvořil asi 10 let předtím. Vzhledem k jeho rozsáhlým zkušenostem v oblasti střeleckých sportů a kvalitě jeho spisů by jeho návrh měl být zvážen.

Jeho faktor zpětného rázu začíná kinetickou energií střely. Toto je pak škálováno poměrem kombinovaných hmotností střely a náboje k hmotnosti pušky. Nakonec je aplikován "raketový faktor"; tento faktor bere v úvahu velikost pouzdra vzhledem k ploše vývrtu.

Fyzika za "raketovým faktorem" nebyla nabídnuta, ale lze vidět jeho užitečnost. Protože typické délky hlavní pušek se příliš neliší, relativní kapacita může sloužit jako náhrada za expanzní poměr, a tak poskytuje nějaký odhad tlaku na ústí. Může také naznačovat šířku maximálního tlakového pulzu. Začíná-li se kinetickou energií střely, Barsnessova rovnice zahrnuje druhou mocninu rychlosti střely, a jak bylo uvedeno v předchozí části, toto může být faktorem v ostrosti zpětného rázu.

Vstupy a výstupy

Aby bylo snazší posoudit, jak čísla vycházejí pro typické sportovní zbraně, je k dispozici řada vzorových vstupů. Čísla pro .308 a .300 byla vybrána tak, aby odpovídala vstupům, které Barsness uvedl ve svých příkladech. Ostatní vzorky jsou založeny na číslech ze simulátoru QuickLOAD a z Hodgdon 2004 Annual.

Mezi vzorky se hmotnost pušky mírně liší, s vyššími hmotnostmi předpokládanými pro velkorážové pušky. Pokud je zaškrtávací políčko vedle vstupu pro hmotnost pušky zaškrtnuto, tato hmotnost nebude změněna výběrem jednoho ze vzorových vstupů.

Pro průměrnou rychlost vypuzených pohonných plynů používá kalkulačka ve výchozím nastavení 1,5krát vyšší rychlost střely, ale mohou být vybrány i jiné odhady rychlosti plynů. Může být zvolena pevná rychlost, nebo může být rychlost úměrná rychlosti střely (tj. použít faktor k doporučený Textbook of Small Arms).

Hybná síla, rychlost a kinetická energie jsou odhadovány pro pušku na konci zpětného rázu. Rychlost a kinetická energie pušky jsou také odhadovány v bodě, kdy střela opouští hlaveň. Raketový efekt vysvětluje rozdíl mezi dvěma sadami čísel.

Barsnessův index zpětného rázu je vypočítán, když jsou spolu s ostatními čísly zadány průměr střely a čistá kapacita náboje (v gn vody). Powley Computer na této stránce může být použit k výpočtu čisté kapacity náboje, nebo můžete jednoduše odečíst asi 10% z kapacity prázdného náboje.

Závěry

Neměl jsem příležitost střílet z široké škály pušek, takže nemám pocit, jak dobře volná čísla zpětného rázu předpovídají vnímaný zpětný ráz. Jsem skeptický, protože puška na vašem rameni zjevně není ve volném zpětném rázu.

Hybná síla zpětného rázu vám řekne, jak moc vás zbraň posune. Domnívám se, že volná rychlost zpětného rázu může být užitečným ukazatelem tvrdosti zpětného rázu, a jiní to také tak považují. V čísle Handloader z 08/2003 Steve Gash cituje dílo o brokovnicích z roku 1931, které zmiňovalo zpětný ráz asi 16 fps jako "příliš velký na to, aby byl snesen." Toto bylo pravděpodobně pro ramenní zbraně s ocelovými botkami, protože mnoho továrních pušek nabízených dnes překračuje 16 fps volného zpětného rázu. Puška ráže .375 má zpětný ráz asi 16 fps a většina střelců se může naučit tento stupeň zpětného rázu tolerovat.

Na druhé straně, jiní z té doby poznamenali, že samotná rychlost není měřítkem kvality. Z učebnice Textbook of Small Arms:

Pokud jde o pocit zpětného rázu, zdá se dobře prokázáno, že skutečná rychlost zpětného rázu zbraně je velmi velkým faktorem. U brokovnic vážících 6 až 7 liber bylo dlouho stanoveno maximum 15 fps, nad kterým je jisté, že se dostaví bolest hlavy. Ale u sloní pušky vážící možná 15 liber je taková rychlost nesnesitelná pro více než jeden nebo dva výstřely. Pro informaci, uvedené brokovnice by měly volnou hybnou sílu zpětného rázu asi 100 lb-fps a energii asi 25 ft-lb a sloní puška by dala čísla poněkud přesahující dvojnásobek těchto hodnot.

V reakci na Barsnessův příspěvek o jeho indexu zpětného rázu několik střelců odpovědělo, že jeho index považují za spolehlivější ukazatel než jiné vzorce. Barsnessův index je blíže číslům pro volnou energii zpětného rázu, takže můj dojem, že rychlost zpětného rázu byla dobrým měřítkem kvality, není podporován. Přestože přístup je jiný, výpočet volné energie zpětného rázu nastavením rychlosti plynů na 1,50 nebo 1,75 násobek rychlosti střely dává čísla, která sledují Barsnessův index.

Následující tabulka byla získána z holosun. ca/en/support/recoil.html pro 4kg pušku. Informace jsou uvedeny pouze pro referenční účely.