Деформация дроби при выстреле

Основными причинами деформации дроби во время выстрела принято считать: смятие дробин в снарядном входе, которое тем значительней, чем больше несогласованность внутреннего диаметра гильзы с каналом ствола; истирание периферийных дробин снаряда о стенки канала ствола; повреждения дробин в дульном сужении. Некоторые авторы вскользь, как о второстепенной причине, упоминают о смятии дробин в начальный момент выстрела вследствие давления пороховых газов, считая, однако, главными три вышеперечисленные причины.

При исследовании боя ружей 410 калибра "Магнум" (см. "Охота и охотничье хозяйство", 1981, № 11) было установлено, что основная деформация дроби происходит в первый период выстрела, когда заряд пороха горит в малом быстроменяющемся объеме; длится этот период от момента начала раскрытия гильзы до развития максимального давления пороховых газов при входе снаряда в цилиндрическую часть канала ствола. В этот период максимальное давление пороховых газов сообщает дробовому снаряду наибольшее ускорение.

На рис. 1 показаны кривые давления и скорости в канале ствола 12 калибра. Кривая скорости наиболее круто вверх идет в зоне максимального давления пороховых газов. Это означает, что на начальном участке пути дробового снаряда происходит наибольшее приращение скорости, то есть на этом участке ускорение имеет максимальную величину.

Следует иметь в виду, что движение снаряда начинается не одновременно с возникновением давления пороховых газов, а с некоторым отставанием, так как для преодоления инерции покоя массы снаряда давление должно достичь определенной величины. На рис. 1 этот разрыв составляет 20 мм и представляет собой величину сжатия пыжей и уплотнения дробового снаряда перед началом движения центра его массы.

В конце начального участка пути (S), равного 5 мм, скорость снаряда (v) составляет 68 м/с. Среднее ускорение (а), обеспечившее достижение такой скорости в конце участка, равно: a = (V*V)/(2*S) = (68*68) / (2*0,005) = 4624 / 0,01 = 462400 м/c2

Перегрузка (g) при таком ускорении будет равна 462400 / 9,81 = 47135 g, иначе говоря, в период действия ускорения на начальном участке инерционная масса снаряда в 47 135 раз превышает его массу в состоянии покоя. Такое "утяжеление" снаряда и, следовательно, каждой его дробинки приводит к деформации дроби. Больше всего деформируются задние дробинки, воспринимающие давление впереди расположенных. Чем свинец чище, а следовательно, и тяжелее, тем больше степень деформации, ибо для него характерно слабое сцепление между отдельными зернами, в результате чего он под действием нагрузки легко деформируется (течет).

В табл. 1 приведены расчетные величины средних ускорений, перегрузок и инерционных масс снаряда и дроби весом 35,5 г на отдельных участках кривой скорости. Расчет сделан из условия, что движение снаряда является равноускоренным, поэтому результат тем точнее, чем меньше участок, на котором он определяется.

Данные таблицы раскрывают величины тех сил, действию которых подвергается дробовой снаряд в канале ствола во время выстрела. Деформация дробин в первый период выстрела при перегрузке, возникающей вследствие инерционного сопротивления массы снаряда ускорению, создаваемому давлением пороховых газов, наглядно видна на рис. 2, на котором воспроизведен дробовой снаряд после выстрела из ствола 410 калибра длиной 83 мм патроном "Магнум", снаряженным дробью №2. Чем длиннее снаряд и больше его поперечная нагрузка, тем значительней деформация и по степени, и по количеству охватываемых ею дробин.

Результаты, полученные при стрельбе из коротких стволов 410 калибра, послужили толчком для проведения более широких исследований деформации дробовых снарядов в первый период выстрела. От 410 калибра мы перешли к наиболее распространенному среди охотников 12 калибру. Также были исследованы на деформацию дробовые снаряды патронов 20 калибра "Магнум", имеющие более высокую поперечную нагрузку, чем обычные Патроны 12 калибра (при одинаковых массах снарядов).

В качестве оружия использовалось охотничье ружье ИЖ-18 со стволами 12 и 20 калибров, каждый из которых имел длину 83 мм. Ствол 12 калибра имел стандартный патронник длиной 70 мм, а 20 калибра - патронник длиной 76 мм под патрон "Магнум".

Особое значение имели патроны, от которых требовалось постоянство баллистических характеристик. Этими качествами в большей степени обладали патроны "Легия Стар" (Бельгия). В пользу выбора этих патронов говорило и то обстоятельство, что мы располагали этими патронами как стандартными 12 калибра, так и "Магнум" 20 калибра, что было очень кстати. Оба вида патронов - одинаковой конструкции, снаряжены одной и той же дробью диаметром 2,60 мм. Дробь твердая, хорошего качества, равноразмерная. Пыж пластмассовый с обтюрирующей юбкой и контейнером для дроби. Дно контейнера имеет радиально расположенные ребра переменной высоты, увеличивающейся от центра к стенкам, и на эти ребра положен пыж из прессованной пробковой крошки. Порох мелкозернистый, сферический.

Поскольку наши охотники пользуются отечественными патронами, имеющими другие баллистические показатели, стрельбы производились также патронами "Рекорд", по конструкции близкими к патронам "Легия Стар". В этих патронах также применяются пластмассовые пыжи с обтюраторами и контейнерами для дроби, на плоском дне которых находится древесноволокнистый пыж. Заряд из пороха "Сокол", снаряд из дроби № 7. Ввиду того, что дробь патронов "Рекорд" значительно мягче бельгийской и, кроме того, в отдельных патронах находилась дробь разных размеров, для идентификации условий мы были вынуждены их переснарядить, заменив имевшийся в них дробовой снаряд дробью из патронов "Легия Стар".

Получение образцов снарядов с деформированной дробью производилось стрельбой из коротких стволов (практически из патронников) в слои разрыхленных марлевых обрезков, уложенных на столе на расстоянии 200 мм друг от друга.

Использование коротких стволов позволило решить две задачи: 1 - получить образцы снарядов только с той деформацией дроби, которая создается максимальной перегрузкой, возникающей на начальном участке пути, без дополнительных повреждений, могущих появиться при движении в канале ствола; 2 - облегчить задержание снаряда в тормозящей среде без сколько-нибудь значительных дополнительных повреждений дроби. Это обеспечивалось тем, что в коротком стволе снаряд, перенеся максимальную перегрузку и получив деформацию, не успевал набрать высокую скорость. Скорость вылета снаряда из короткого ствола была примерно 230 м/с, то есть почти в два раза меньше той, которую имеет дробовой снаряд при вылете из ствола нормальной длины, а кинетическая энергия меньше в три раза.

После выстрела дробовой снаряд компактной массой влетал в первый слой разрыхленной марли, не пробивая, увлекал его в следующие слои и останавливался приблизительно через метр пути. Отрицательное ускорение и перегрузка при торможении были в 16 раз ниже, чем при разгоне, и поэтому не могли существенно нарушить первоначальную деформацию дроби, причем повреждения при торможении могли возникнуть в головной части снаряда, меньше всего пострадавшей при выстреле. Поскольку условия стрельб были для всех патронов одинаковыми, для сравнительной оценки это не имело значения.

Кроме определения степени деформации дроби, происходящей в первый период выстрела, была сделана попытка найти средство, уменьшающее эту деформацию. При этом мы исходили из следующих соображений. Под воздействием перегрузки, возникающей в снаряде, деформация дробинок происходит в сторону свободного пространства, имеющегося между ними. Значит, если это пространство заполнить сыпучим, мало-сжимаемым и в то же время достаточно рыхлым материалом, то можно ограничить степень деформации дробинок.

В качестве такого материала был использован крахмал, обладающий хорошей сыпучестью. То, что пересыпка дробового снаряда крахмалом, тальком и другим подобным материалом повышает кучность боя, известно давно, но объяснения этому явлению не было.

Для проверки высказанного предположения параллельно с патронами обычного снаряжения стрельба производилась также патронами, дробовые снаряды которых были пересыпаны крахмалом.

На заполнение свободного пространства между дробинками шло 2 г крахмала, поэтому для сохранения баллистических характеристик патронов, дробовые снаряды которых пересыпались крахмалом, снаряд дроби уменьшался на 2 г. В патронах "Легия Стар", имеющих снаряд 36 г из 337 дробинок, при пересыпании крахмалом снаряд имел 34 г из 317 дробинок. Снаряд патрона "Рекорд" массой 34 г состоял из 375 дробинок; пересыпанный крахмалом, он имел 32 г дроби (352 дробинки). Этот же патрон с дробью из "Легии Стар" имел соответственно 317 и 297 дробинок в снаряде.

Из каждого ствола производилось по два выстрела каждым видом патронов. Вся пойманная дробь рассортировывалась по степени деформации на три условных категории: 1 - деформированная, 2 - поврежденная, 3 - круглая, сохранившая форму шара.

Поскольку методики определения степени деформации дроби нет, то для более или менее объективной оценки сортировка производилась следующим образом. Каждая дробинка, взятая пинцетом, бросалась с высоты 40 мм на внутреннюю сторону боковой стенки фарфоровой резетки диаметром 110 мм и высотой 25 мм так, чтобы она коснулась ее примерно на половине высоты. Если дробинка не катилась, а скользила или, прокатившись в одну сторону, останавливалась, то она относилась к деформированным. Дробинки, совершавшие два полных движения по дну розетки от одного края до другого и останавливавшиеся на третьем, относились к поврежденным. Дробинки, совершавшие более трех полных маятниковых движений по дну розетки, относились к сохранившим шаровидную форму. Каждая дробинка проверялась таким образом трижды и оценка давалась по двум одинаковым результатам.

Собранная и рассортированная таким образом дробь в качестве примера воспроизведена на рис. 3 и 4. Наглядно видна разница качественного состояния обычных дробовых снарядов и пересыпанных крахмалом. Необходимо отметить различие в характере деформации дроби в том и другом случае. Деформированные дробинки снарядов без крахмала имеют острые кромки в местах повреждений, а у пересыпанных крахмалом они скруглены и сами дробинки имеют более обтекаемый вид.

Для определения влияния, оказываемого деформированными дробинками на структуру и состояние снопа дроби, находящейся в свободном полете на траектории после вылета из ствола, были произведены стрельбы такими же патронами, какие использовались для получения образцов деформированных снарядов на кучность боя. Стрельба производилась из баллистических стволов 12 калибра и 20 калибра "Магнум", как из цилиндрических каналов, так и с дульными сужениями 0,5 мм (получок). Из каждого ствола производилось по 10 выстрелов всеми видами патронов и определялась средняя кучность на дистанции 35 м. Результаты, полученные при стрельбе на деформацию и кучность боя патронами всех испытывавшихся типов, сведены в табл. 2.

Количество деформируемой в первый период выстрела дроби, при прочих равных условиях, зависит от ее твердости и конструктивных особенностей патронов.

Значение твердости дроби видно из результатов стрельбы патронами "Рекорд" со своей дробью и дробью из патронов "Легия Стар".

Влияние конструкции патрона можно оценить из сравнения количества деформированной одной и той же дроби после выстрелов патронами "Легия Стар" и "Рекорд". В патроне "Рекорд" среднее максимальное давление пороховых газов равно 459 кгс/см², а при снаряде, пересыпанном крахмалом, 517 кгс/см²; в патроне "Легия Стар" соответственно 646 и 683 кгс/см². Тем не менее процент деформированной дроби в патроне "Рекорд" больше, чем у патрона "Легия Стар", на 7,2%. Объясняется это различными конструкциями пыжей-контейнеров, примененных в этих патронах.

Как уже отмечалось, в патронах "Легия Стар", упругий пыж из прессованной пробковой крошки ложится на ребра переменной высоты, имеющиеся на дне контейнера. При такой конструкции ударный характер нарастания давления пороховых газов амортизируется не только сжатием пыжа, но и его врезанием в ребра, чем удлиняется путь и увеличивается время разгона дробового снаряда на начальном участке, что приводит к снижению ускорения и перегрузки. В патронах "Рекорд" древесноволокнистый пыж лежит непосредственно на плоском дне контейнера и амортизация обеспечивается только его упругостью, поэтому давление пороховых газов и создаваемое им ускорение имеют резкий характер, вызывающий даже при более низком максимальном давлении значительную деформацию дробового снаряда.

Как и следовало ожидать, более высокая поперечная нагрузка дробового снаряда патрона "Магнум" 20 калибра приводит к некоторому увеличению количества деформированных дробин, которое отразилось и на кучности боя.

Можно ли с достаточным основанием считать, что в первый период выстрела происходит основная деформация дроби, возникающая в ней в процессе всего выстрела? Думается, что да. И вот почему.

Рассмотрим три причины, считающиеся первостепенными в нарушении формы дробин, происходящем во время выстрела.

Внутренний диаметр бумажной гильзы изготовляются в пределах 18,3- 18,6 мм (ГОСТ 7839-78), пластмассовой 18,5-18,8 мм (ГОСТ 23568-79). Каналы стволов охотничьих ружей 12 калибра изготовляются в пределах 18,2- 18,6 мм. Таким образом, в случае с бумажной гильзой дробовой снаряд либо будет обжат в диаметральном направлении на 0,4 мм, либо получит возможность расшириться на 0,3 мм. При пластмассовой гильзе возможно обжатие на 0,6 мм и расширение на 0,1 мм. Это может быть при самом неблагоприятном сочетании размеров, что маловероятно: обычно размеры гильз находятся около середины допусков. Даже если допустить крайний случай, то уменьшение диаметра дробового снаряда с 18,8 мм до 18,2 мм может нанести лишь незначительные повреждения находящимся в нем дробинкам, но не деформировать их. Следовательно, вход дробового снаряда в канал ствола не может быть причиной значительной деформации дроби во время выстрела, тем более что поверхность переходного конуса, имеющая угол от 3,5 до 5°, обеспечивает плавность входа снаряда в цилиндрическую часть канала ствола. Трение периферийных дробинок о стенки канала ствола может привести к нарушению их формы и поэтому может оказаться причиной, влияющей на качество выстрела. Использование контейнеров для дроби, исключающее контакт дробин со стенками канала ствола, способствовало повышению кучности боя. В данном случае необходимо учесть также то положительное влияние, которое оказывают контейнеры, защищая дробовой снаряд от разрушающего воздействия струи пороховых газов. Использование контейнеров привело к повышению кучности боя в среднем на 5-7%.

Исключить полностью возможность некоторого повреждения дробинок при прохождении через дульное сужение нельзя, но если мы обратимся к графику скорости (рис. 1) и определим величину ускорения и перегрузки, действующие на дробовой снаряд на конечном участке пути в канале длиной 50 мм (в зоне чока и предчокового сужения), то увидим, что ускорение равно всего 10 м/с², а перегрузка чуть больше 1g. Небольшая перегрузка, создающая в снаряде слабое уплотнение, позволяет дроби при входе в дульное сужение перестраиваться без значительных взаимных повреждений.

Таким образом, при движении дробового снаряда в канале ствола в результате воздействия трех рассмотренных факторов в нем могут появиться дополнительные повреждения дроби, но их удельный вес в общем объеме деформации, особенно в случае использования контейнера, не может идти в сравнение с тем, который приходится на первый период выстрела, когда снаряд еще находится в гильзе. Это подтверждается результатами выполненных исследований. Если бы деформация, полученная при движении снаряда в канале ствола, имела доминирующее значение в ее общем балансе, то уменьшение количества дроби, деформированной только в первый период выстрела, не могло бы так заметно отразиться на кучности боя.

Уменьшение количества деформированной дроби обеспечивалось, как уже говорилось, заполнением свободного пространства между -дробинками крахмалом, который выполнял роль ложементов для каждой дробинки. При перегрузке дробинки оказывали давление друг на друга в местах контактов, но дальнейшая их деформация ограничивалась сопротивлением уплотнившегося крахмала, поэтому доля деформированных дробинок во всех случаях, когда дробовые снаряды пересыпались крахмалом, значительно сократилась.

Из табл. 2 видна зависимость между количественным отношением деформированных дробин в снаряде и кучностью боя, но было бы наивным предполагать, что если вся дробь будет круглой, то кучность достигнет 100%, а если вся дробь будет деформирована, то и кучность равна нулю.

Несомненно, что дробь, имеющая форму правильного шара, является идеальной для дробового выстрела, ибо любое нарушение этой формы снижает аэродинамическое качество, в результате чего не только увеличивается сопротивление воздуха, но и возникают аэродинамические силы, вызывающие отклонение дробинок от прямолинейного полета на траектории.

Н. Изметинский
Охота и охотничье хозяйство 05-1982