Нарезы ствола. нестандартные нарезы, размеры, матчасть, советы. часть 1

Формула Гринхила

Для определения соответствия
размеров пули шагу нарезов существует
эмпирическая формула Гринхила. Она
была выведена в 1879 году сэром Гринхилом
(Alfred George Greenhill, жил 1847-1927). Впервые она
была опубликована в Британском
учебнике стрелкового оружия (British Textbook
of Small Arms)  в 1929 году. Позволяет для
заданного калибра и заданной  пули
рассчитать оптимальный шаг нарезов.

T = шаг нарезов в
дюймахK = константа
Гринхила = 150 (для нач.скорости пули от 457
до 853 м/сек) и 180 — для нач.скорости пули
свыше 853 м/сек и 125 — для пистолетов.
Данные значения константы справедливы
для свинцовых пуль с оболочкой из меди
или ее сплава. Константа жестко
привязана к плотности материала пули и
если бы мы задумали стрелять из
алюминиевых пуль — константа была бы
другая.D = диаметр пули в
дюймахL = длина пули в
дюймах

шаг нарезов при заданной длине пули:

T = (K * D2) / L

или при уже заданном шаге нарезов
длина пули:

L = (K * D2) / T

Два пишем, три в уме

Математические методики и формулы, позволяющие увязать вместе все эти данные, известны баллистикам не год, не два и даже не сто. Наверняка вам где-нибудь встречалось такое словосочетание, как «формула Гринхилла» — еще в 1879 г. ее вывел, натурально, сэр Альфред Джордж Гринхилл, профессор математики из британской Королевской военной академии. Формула сэра Альфреда связывала необходимую крутизну нарезов ствола с калибром пули и ее длиной; присутствовали также и поправочные коэффициенты — пусть грубо, но все же учитывающие скорость пули и ее конструкцию (именно конструкцию, а вовсе не форму). Формула Гринхилла, пусть не сразу, но все же получила признание: в 1929 г., уже после смерти автора, она была включена в Британский справочник по стрелковому оружию. Несмотря на то, что формула Гринхилла была достаточно грамотно обоснована, хороша она была только для представлений о пулях и их движении, сложившихся на момент ее создания, то есть к концу XIX века. Поэтому

Круглая пробоина от стабилизированной пули и «утюг» от недостабилизированной

попытки ее улучшить (упростить, одновременно сделав более точной) не прекращались. Известен результат работы специалистов по баллистике компании Sierra Bullets, основанной в 1947 г. в штате Калифорния, США (в 1990 г. компания перебралась в г. Седалиа, штат Миссури). Скрупулезность и дотошность инженеров этой фирмы не вызывают никаких сомнений: неслучайно пули Sierra Bullets до сих пор являются эталоном того, какими должны быть винтовочные пули — хоть охотничьи, хоть спортивные. Формула компании Sierra Bullets была значительно проще исходной британской формулы, а также точнее — поскольку учитывала уже и начальную скорость пули. И, наконец, в 2005 г. случился очередной прорыв. Взяв за основу формулу Гринхилла и отталкиваясь от современных знаний об аэ родинамике, американский математик Дон Миллер вывел формулу, ныне известную как правило крутизны нарезов Миллера (англ. Miller Twist Rule). В выражении для расчета ФГС она выглядит так: где SG — значение фактора гироскопической стабильности (ФГС), m — масса пули (в гранах), d — калибр пули (в дюймах), t — шаг нарезов (в калибрах), l — длина пули (в калибрах)

Обратите внимание: масса пули в формуле Миллера стоит в числителе. Таким образом, при росте массы пули значение ее фактора гироскопической стабильности также растет

Запомним это. Число «30» в числителе взято вовсе не с потолка — это константа, характеризующая скорость пули и соответствующая начальной скорости, равной 2800 фут/с; если реальная скорость не равна этому значению, вводится дополнительный поправочный коэффициент, который вычисляется по формуле:  Как видно, с ростом скорости значение этого поправочного множителя (а следовательно, и значение ФГС) также увеличивается. Что касается метеоусловий, то формула Миллера справедлива для их значений, соответствующих нормативу U.S. Army Standard Metro (температура воздуха 59 oF/15 oC, атмосферное давление 750 мм рт. ст., относительная влажность 78%). В случае, если реальные мете оусловия будут иными, используется дополнительный поправочный коэффициент. Как видим, формула Дона Миллера учитывает все характеристики движения пули, которые мы насчитали.

Обтекаемые матчевые пули с полыми носиками или полимерными наконечниками, даже уступая в массе, бывают здорово длиннее тупорылых охотничьих (0,308”, слева направо: Hornady BTHP 168 гран, Hornady A-Max 168 гран, Berger Hybrid 168 гран, Speer DeepCurl 170 гран, Lapua Mega 200 гран)

Чья возьмет?

Как узнать, будет покидающая ствол пуля гироскопически стабильна или нет? Хвала богам, это можно рассчитать заранее. Для облегчения понимания практического смысла гиростабилизации в частности и жизни энтузиастов стрельбы из нарезного оружия вообще было введено понятие фактора гироскопической стабильности пули (далее — ФГС; в англоя зычных источниках эта же величина обычно обозначается SG или Sg). ФГС очень наглядно иллюстрирует, какое из двух начал победит — светлое, то есть стабилизация пули за счет ее вращения вокруг оси, или темное, то есть опрокидывающий момент. Фактически ФГС равен отношению запаса гиростабильности пули к величине опрокидывающего момента. Если ФГС больше единицы, то это означает, что гиростабильность сильнее, и ваша пуля полетит, как ей и положено. Если ФГС меньше единицы — то попасть этой пулей в цель вам, похоже, не суждено.

Фактическое измерение длины имеющихся пуль дает более точный результат, чем использование справочников

Установка снаряда в канал ствола [ править ]

Военные пули 57-Н-231 калибра 7,62 × 39 мм со стальным сердечником — левая не стреляющая, правая стреляющая, нарезные нарезы видны

Обратите внимание на соскребание медного покрытия и обнажение стальной оболочки на отметках канавок.

Три извлеченных пули 7,62 × 51 мм НАТО (рядом с невыстрелянным патроном) со следами нарезов, придающими вращение против часовой стрелки

Российский 122-мм осколочный снаряд (который был выпущен) со следами нарезов на приводной ленте из медного сплава вокруг его основания, указывающими на вращение по часовой стрелке

Пушечное ядро с крылышками для нарезных орудий около 1860 г.

Снаряд Ogival системы La Hitte , 1858 г., предназначен для стрельбы по часовой стрелке.. Первоначальное огнестрельное оружие заряжалось из дульного среза , заставляя шар из дула попадать в патронник

Независимо от того, использовался ли ствол с нарезным или гладким стволом, требовалась хорошая посадка, чтобы закрыть канал ствола и обеспечить максимальную точность стрельбы из оружия. Чтобы уменьшить силу, необходимую для заряжания снаряда, в этих ранних ружьях использовался небольшой шар 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 удерживал шар соосно отверстию. 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 выстреле, чтобы закрыть канал ствола и зацепить нарезы, нашивка была лучшим средством для попадания снаряда в нарезку.

Первоначальное огнестрельное оружие заряжалось из дульного среза , заставляя шар из дула попадать в патронник. Независимо от того, использовался ли ствол с нарезным или гладким стволом, требовалась хорошая посадка, чтобы закрыть канал ствола и обеспечить максимальную точность стрельбы из оружия. Чтобы уменьшить силу, необходимую для заряжания снаряда, в этих ранних ружьях использовался небольшой шар 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 удерживал шар соосно отверстию. 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 выстреле, чтобы закрыть канал ствола и зацепить нарезы, нашивка была лучшим средством для попадания снаряда в нарезку.

В казенной части загрузки огнестрельного оружия , задача сидения снаряда в нарезы обрабатывается горло в камере . Далее идет свободный канал , то есть часть горловины, по которой проходит снаряд до начала нарезки. 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 из 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, уменьшая вероятность того, что снаряд деформируется перед попаданием в нарезы.

Гироскопическая стабильность пули

(Источник —
How do bullets fly?)

Фактор гироскопической стабильности
должен быть больше единицы и
выражается формулой:

,

где

Конструкторы винтовок и пуль
предпочитают, чтобы этот фактор был
около 1,2…1,5. Когда значение ФГС
превыщает 1,5 — это называют
перестабилизацией пули. Дело в том, что
с увеличением угловой скорости: растет
деривация (рыскание) пули; падает
траекторная устойчивость — пуля
начинает вести себя как гироскоп, нос
ее поднимается. Особенно это сильно
проявляется при выстреле под большим
углом к земной поверхности.

ПРИМЕР:

Пуля M80 выпущена из ствола с шагом нарезов 1:12 под углом 32 градуса. При вылете из ствола коэффициент статической стабильности равен 1,35. Видно, как после 3000 метров наступает резкое снижение статической стабильности.

Вывод 1. Так как
линейная скорость пули находится в
знаменателе, а угловая скорость — в
числителе и угловая скорость пули
снижается значительно медленнее, чем
линейная, то по мере удаления пули от
ствола гироскопическая стабильность
пули растет, но, с некоторого
момента, резко падает. Поэтому
кучность при увеличении дистанции
может меняться нелинейно. То есть,
определенная пуля может показывать
хорошую кучность на коротких
дистанциях и плохую на длинных. И
наоборот.

Вывод 2. Чем больше
угловая скорость пули, тем больше
статическая стабильность пули, но хуже
динамическая (см. выше).

Вывод 3. Понижение
плотности воздуха, вследствие
повышения температуры или повышения
высоты над уронем моря, повышает стабильность пули. И
наоборот.

Какие бывают нарезы

Существует большое количество профилей нарезов ствола: трапециевидный, прямоугольный, скругленный, сегментарный и др. В прямоугольной нарезке боковые грани каждого нареза являются параллельными, у трапециевидной – они расположены под углом друг к другу. Сегментарные нарезы представляют собой часть сегмента круга и т. д. Прямоугольные нарезы наиболее часто используются в оружейных системах. Они надежны, долговечны и их сравнительно просто изготовить. Трапециевидные нарезы более сложны и дороги в производстве, но зато они дают лучшую кучность боя. Еще труднее изготовить ствол со скругленными или сегментарными нарезами.

В разные исторические периоды использовались и другие профили нарезов ствола. По той или иной причине – обычно из-за трудоемкости или дороговизны – они не получили широкого распространения. Так, например, в середине XIX века английским инженером и изобретателем Джозефом Уитвортом была предложена так называемая полигональная нарезка ствола. В сечении он напоминал правильный многоугольник, пули для него также предполагалось изготавливать в форме скрученной призмы. Из-за дороговизны изготовления подобная конструкция распространения не получила. Из современного оружия, имеющего полигональную нарезку ствола, можно отметить американо-израильский пистолет Desert Eagle.

Еще одной важной характеристикой нарезов канала ствола является их угол наклона или крутизна. Они определяют давление пули на боевую грань нареза и, соответственно, скорость износа ствола оружия

Наиболее «продвинутыми» считаются нарезы прогрессивной крутизны, заметно улучшающие кучность оружия. Однако из-за сложности изготовления они не получили широкого распространения и применяются лишь в небольшом количестве снайперских комплексов.

Говоря о нарезном оружии, следует понимать, что при прохождении канала ствола пуля заполняет его полностью, до самых доньев нарезов. Для этого площадь поперечного сечения пули немного (на 1-2%) превышает аналогичный показатель ствола. Если же она идет по стволу свободно («с люфтом»), то это приводит к отклонению от прицельного направления и повреждению канала ствола. О кучности в этом случае говорить и вовсе не приходится.

Формула Гринхила

Для определения соответствия размеров пули шагу нарезов существует эмпирическая формула Гринхила. Она была выведена в 1879 году сэром Гринхилом (Alfred George Greenhill, жил 1847-1927). Впервые она была опубликована в Британском учебнике стрелкового оружия (British Textbook of Small Arms) в 1929 году. Позволяет для заданного калибра и заданной пули рассчитать оптимальный шаг нарезов.

T

= шаг нарезов в дюймахK = константа Гринхила = 150 (для нач.скорости пули от 457 до 853 м/сек) и 180 — для нач.скорости пули свыше 853 м/сек и 125 — для пистолетов. Данные значения константы справедливы для свинцовых пуль с оболочкой из меди или ее сплава. Константа жестко привязана к плотности материала пули и если бы мы задумали стрелять из алюминиевых пуль — константа была бы другая.D = диаметр пули в дюймахL = длина пули в дюймах

шаг нарезов при заданной длине пули:

T = (K * D2) / L

или при уже заданном шаге нарезов длина пули:

L = (K * D2) / T

Нарезной канал ствола ружья

Нарезной канал ствола ружья имеет винтовую нарезку, которая характеризуется диаметром канала ствола (табл. 2) по полям и нарезам (рис. 6), глубиной, шириной и шагом нарезов (длиной, на которой нарезы делают полный оборот). При перемещении пули в канале ствола острые грани врезаются в ее оболочку и придают пуле вращательное движение, обеспечивающее ей устойчивость в полете, благодаря чему пуля встречается с целью всегда вершинкой. Устойчивость в полете дает возможность получить и малый поперечник рассеивания по сравнению с пулями, вылетающими из гладкого ствола. Шаг нарезов, их количество и форма зависят от скорости, калибра и длины пули, а также от материала оболочки. Для свинцовых пуль (без оболочки) делают более пологие и глубокие нарезы; для оболочечных пуль — менее глубокие нарезы с большей крутизной. Наибольшее распространение получила правая нарезка, однако в некоторых странах изготовляют стволы и с левой нарезкой.

Рис. 6.

Поперечное сечение нарезного ствола калибра 7,62мм: 1 — нарезы; 2 — поля.

Шпаргалки баллистических двоечников

Формулы всем хороши, кроме одного — искомые значения они высчитывают по одному за раз. Именно поэтому и школьники, и студенты вузов во все времена использовали, используют и будут использовать шпаргалки. Шпаргалка не требует глубинных знаний предмета и вдобавок позволяет действовать крайне оперативно. Однако если для разбирающегося в предмете ошибка при переписывании формул некритична, поскольку непременно будет замечена и исправлена при дальнейших расчетах, то неточность в составлении шпаргалки гарантированно обеспечит воспользовавшемуся ей двоечнику провал на экзамене. Нечто подобное и произошло благодаря приведенной здесь таблице. Ее автор, известный американский производитель

Таблица-обманка – запомните, чтобы никогда не пользоваться

Haute couture от MDT

Номером один в списке приоритетов у нас стоит замена ложи, поскольку со штатной пластиковой о действительно кучной стрельбе можно забыть — она слишком хлипкая и не обеспечивает стабильную жесткую базу для ресивера винтовки. Однако вместо новой ложи мы выберем более современный вариант — тактическое алюминиевое шасси.

В последние годы классические винтовочные ложи начали уступать место продуктам компьютеризированной металлообрабатывающей промышленности. Благодаря станкам с ЧПУ, работающим с очень высокой точностью, отфрезеровать из алюминиевой заготовки цельное шасси для винтовки — дело нескольких минут. Другой вопрос, что каждой модели винтовки потребуется своя собственная модель ложи — то есть шасси.

Канадская компания MDT (Modular Driven Technologies) специализируется именно на производстве алюминиевых шасси и прикладов для популярных моделей винтовок. Начав с классического Remington 700, MDT постепенно расширяла ассортимент, и теперь в ее арсенале есть продукция и для оружия Savage. Более того: насколько нам известно, MDT — вообще единственная фирма, которая выпускает шасси для винтовок Savage Axis; а без него весь наш проект оказался бы очень сомнительной затеей.

Savage Axis II Heavy Barrel в .308-м калибре — самая доступная винтовка для высокоточной стрельбы. Но кучно стрелять ей мешают различные компромиссы

Шасси для нашей винтовки называется MDT LSS для Savage Axis и представляет собой платформу, выполненную из цельной алюминиевой заготовки. Этим достигается ее максимальная жесткость — крайне желательная для точной стрельбы характеристика. Также применение алюминиевого шасси позволяет обойтись без процедуры так называемого гласс-беддинга, рекомендуемого при укладке винтовки в ложи традиционной конструкции — в случае с шасси посадочное место выполнено в точности под ресивер конкретной модели винтовки, поэтому никаких других действий, кроме затяжки ложевых винтов, выполнять не потребуется. Затягивать винты, кстати, в случае алюминиевого шасси можно (и нужно!) от всей души.

Не забываем переставить из старой ложи в новое шасси вставку, выполняющую роль лапы отдачи! Чтобы легко извлечь ее из паза в прежней ложе, сбрызните деталь WD-40 и примените хорошие, ухватистые плоскогубцы. А чтобы «железо» винтовки правильно «село» в новое шасси, затягивайте ложевые винты, удерживая всю конструкцию в вертикальном положении — стволом вверх.

Стоимость шасси MDT LSS составляет 11 тыс. грн, что не так уж и мало. Но это наиболее доступный (и самый лучший) вариант замены ложи для Savage Axis. А для дальнейшей точной стрельбы такая замена совершенно необходима, в чем мы очень скоро убедимся на практике.

Та же винтовка после «переодевания» в шасси MDT LSS с рукояткой Magpul MOE и прикладом FAB Defense GLR-16

Для превращения шасси LSS в полноценную ложу нам потребуются также приклад и пистолетная рукоятка. Еще необходимо докупить сменные магазины системы AICS для .308-го калибра, поскольку наше шасси имеет шахту магазина, выполненную именно под этот популярнейший стандарт…

Одно из преимуществ шасси — возможность использования недорогих пластиковых магазинов MDT

Приклады, предназначенные для высокоточной стрельбы, обладают двумя основными регулировками — длины приклада и высоты щеки. Специализированные модели (такие, как MDT Skeleton или Magpul PRS), к сожалению, довольно дороги — более 10 тыс. грн. Мы же хотим собрать бюджетный комплекс, поэтому выбираем другой путь и привинчиваем к шасси трубу приклада для винтовок семейства AR-15, на которую устанавливаем телескопический приклад GLR-16 от известного израильского производителя оружейных аксессуаров, компании FAB Defense. Приклад FAB Defense GLR- 16 — один из немногих прикладов для AR-15, базово оснащенных подъемной щекой. В комплекте с трубой и фиксирующей гайкой этот приклад обойдется нам в 3 тыс. грн, а то и дешевле. Кстати, ключ, необходимый для надежной затяжки трубной гайки при установке трубы приклада в шасси, покупать вовсе не обязательно — подходящий найдется в любой велосипедной мастерской.

Пистолетную рукоятку мы выберем из ассортимента фирмы Magpul: это будет Magpul MOE — недорогая, но очень удобная модель. Чтобы ее смонтировать на шасси, нужны длинный ключ-шестигранник и немного терпения. Два пластиковых 9-зарядных магазина .308-го калибра производства MDT также не слишком обременяют бюджет. В итоге общая стоимость апгрейда составляет около 15 тыс. грн. Но даже внешне наша скромняжка-винтовочка в новой «одежке» разительно переменилась и теперь выглядит в несколько раз дороже, чем обошлась! Осталось внести другие необходимые доработки, чтобы и застреляла она также не хуже дорогих сородичей.

Ствольные стали и их выбор

По словам оружейника Джеффри Кобла, с точки зрения материаловедения ствол представляет собой, прежде всего, сосуд высокого давления. При выстреле стали ствола приходится испытывать чудовищные мгновенные нагрузки (вплоть до 4000 кг/см2!) и стоически переносить их на протяжении многих сотен, а то и тысяч выстрелов, удерживая и направляя огромную разрушительную силу пороховых газов на разгон пули по каналу ствола, а не на иные деструктивные действия.

Стрелковый спорт — хобби затратное. Стреляете ли вы PRS или F-Class, рано или поздно у вас возникнет необходимость сменить ствол

Для столь сложной задачи подходит далеко не всякая сталь, однако марок оружейной стали насчитывается довольно большое количество. Здесь нужно знать, что в современном ствольном производстве выделяют два класса сталей, которые радикально отличаются по своим свойствам: так называемая «черная», то есть хромомолибденовая сталь (марок 4140, 4150, 4340), и «нержавейка», коррозионно-устойчивая мартенситная сталь с высоким содержанием хрома и некоторым процентом серы (марки 416).

Что из них лучше — извечный вопрос, отвечать на который можно по-разному. К достоинствам стволов из «нержи» относятся простота ухода за ними, их долговечность, точность, а также низкая загрязняемость продуктами выстрела (медью). По свидетельствам оружейников, нержавеющие стволы начинают стрелять максимально кучно сразу же после обкатки, в то время как «черные» выходят на оптимальную кучность постепенно, иногда по достижении 500-1000 выстрелов.

В то же время считается, что при должном и регулярном уходе «черный» ствол утрачивает кучность по мере настрела медленнее, причем процесс ее ухудшения будет постепенным — снятый с матчевой винтовки, такой ствол еще можно будет сделать тренировочным либо охотничьим

А вот стволы из нержавеющей стали «умирают» гораздо резче — иногда прямо посреди важного матча, — и «оживить» их после этого уже не получается

Статистика гласит, что в настоящее время подавляющее большинство штучных высокоточных стволов изготавливают из нержавеющей стали марки 416. В то же время в массовом оружейном производстве применяется преимущественно «черная» сталь, поскольку методы ее обработки позволяют выпускать готовые стволы гораздо быстрее. Поэтому неудивительно, что готовая заводская винтовка чаще всего покупается с родным «черным» стволом, а затем ему на замену устанавливается заказной из нержавеющей стали.

В любом случае из соображений безопасности стволы нарезного оружия закаливаются до невысокой твердости — не выше 25-32 HRC — и в процессе изготовления несколько раз проходят процедуру отпуска для снятия внутренних напряжений в заготовке, вызванных ее механической обработкой.