¿Qué determina la precisión, una de las principales características de un arma? Evidentemente, por la calidad del cañón y del cartucho. Pospongamos el cartucho por ahora, pero consideremos la física del proceso.
Tome una varilla o tubo de metal hecho de metal elástico y fíjelo rígidamente en una base maciza. Entonces obtenemos un modelo del dispositivo en estudio. Ahora bien, si golpeamos la caña, da igual en qué lugar y en qué dirección, o bien tirarla hacia atrás, o bien apretarla, o, finalmente, metiendo un cartucho en el tubo y disparando un tiro, veremos que la caña (barril) ha entrado en un movimiento oscilatorio amortiguado. Estas vibraciones se descomponen en las más simples, y cada tipo de vibración tan simple del cañón afectará la precisión (precisión) del disparo a su manera.
Comencemos con las vibraciones de primer orden o de tono. Como puede ver (Fig. 1), dicha oscilación tiene solo un nodo en el punto de unión, la mayor amplitud, el tiempo de caída más largo y el tiempo de oscilación más largo de un período. Este tiempo es 0.017-0.033 seg. El tiempo de viaje de la bala a través del orificio es 0, 001-0, 002 seg. Es decir, significativamente menor que el ciclo de una oscilación, lo que significa que este tipo de oscilación no tiene un efecto significativo en la precisión de un solo disparo. Pero con el disparo automático, puede resultar una imagen interesante. Digamos que la velocidad de disparo es de 1200 rds / min, es decir, tiempo de un ciclo - 0.05 seg. Con un período de oscilación de primer orden de 0, 025 segundos, tenemos una relación de frecuencia múltiple. Y esta es una condición indispensable para la resonancia con todas las consecuencias consiguientes: el arma comienza a temblar con tanta fuerza que puede desmoronarse.
Pasemos a las oscilaciones de segundo orden (Fig. 2). Pero sugiero que los estudiantes de humanidades primero realicen un experimento para eliminar las deficiencias de la educación en el campo de la física. Tienes que llevar a un niño pequeño (puedes hacerlo a una niña), ponerlo en un columpio y columpio. Ante ti hay un péndulo. Párese al lado del columpio e intente golpear al niño con la pelota. Después de una serie de intentos, llegará a la conclusión de que la mejor manera de acertar es cuando el objetivo se encuentra en la primera fase de oscilación: la desviación máxima del punto de equilibrio. En este punto, el objetivo tiene velocidad cero.
Veamos el diagrama de segundo orden. El segundo nodo de vibración se encuentra aproximadamente a 0,22 del final del barril. Este punto es una ley de la naturaleza, es imposible crear tales vibraciones para la viga en voladizo de modo que el segundo nodo caiga en el extremo libre. Está donde está y no depende de la longitud del cañón.
La amplitud de oscilación para el esquema de segundo orden es menor, pero el tiempo de oscilación ya es comparable al tiempo de paso de la bala a través del orificio: 0, 0025-0, 005 seg. Entonces, para el disparo único, esto ya es interesante. Para dejar claro de qué estamos hablando, imagina un barril de 1 metro de largo. La bala atraviesa todo el cañón en 0,001 segundos. Si el período de oscilación es de 0,004 segundos, cuando la bala abandone el cañón, el cañón alcanzará su curvatura máxima en la primera fase. La pregunta para las humanidades es: ¿en qué punto (en qué fase) es mejor disparar una bala fuera del cañón para garantizar la coherencia de los resultados? Recuerda el swing. En el punto cero, el vector de la velocidad de deflexión del tronco es máximo. Es más difícil que una bala golpee este punto en el corte del cañón, también tiene su propio error de velocidad. Es decir, el mejor momento para que la bala salga volando será cuando el cañón esté en el punto más alto de la primera fase de deflexión, como en la figura. Entonces, las desviaciones insignificantes en la velocidad de la bala serán compensadas por el mayor tiempo que pasa el cañón en su fase más estable.
En el diagrama se puede ver claramente una representación gráfica de este fenómeno (Fig. 4-5). Aquí - Δt es el error de tiempo con el que la bala atraviesa la boca del cañón. En la Fig. 4 es ideal cuando el tiempo medio de despegue de la bala coincide con la fase cero de la oscilación del cañón. (¡Matemáticos! Sé que la distribución de velocidades no es lineal.) El área sombreada es el ángulo de extensión de las trayectorias.
En la Fig. 5, la longitud del cañón y el error de velocidad siguen siendo los mismos. Pero la fase de flexión del cañón se desplaza para que el tiempo medio de salida coincida con la deflexión máxima del cañón. ¿Son superfluos los comentarios?
Bueno, ¿vale la pena la vela? ¿Qué tan severas pueden ser las desviaciones causadas por las oscilaciones de segundo orden? Grave y muy serio. Según el profesor soviético Dmitry Aleksandrovich Ventzel, en uno de los experimentos se obtuvieron los siguientes resultados: el radio de la desviación media aumentó en un 40% con un cambio en la longitud del cañón de solo 100 mm. A modo de comparación, un procesamiento de barril de alta calidad puede mejorar la precisión solo en un 20%.
Ahora echemos un vistazo a la fórmula de la frecuencia de vibración:
dónde:
k - coeficiente para oscilaciones de segundo orden - 4, 7;
L es la longitud del cañón;
E es el módulo de elasticidad;
I es el momento de inercia de la sección;
m es la masa del tronco.
… y proceder al análisis y conclusiones.
La conclusión obvia de las Figuras 4-5 es el error de velocidad de la bala. Depende de la calidad del polvo y de su peso y densidad en el cartucho. Si este error es al menos una cuarta parte del tiempo del ciclo, entonces se puede renunciar a todo lo demás. Afortunadamente, la ciencia y la industria han logrado una gran estabilidad en esta materia. Y para los más sofisticados (en banco, por ejemplo) existen todas las condiciones para el autoensamblaje de cartuchos con el fin de ajustar la fase de disparo de la bala exactamente a la longitud del cañón.
Entonces, tenemos un cartucho con la menor variación de velocidad posible. La longitud del cañón se calculó en función de su peso máximo. Surge la cuestión de la estabilidad. Miramos la fórmula. ¿Qué variables afectan el cambio en la frecuencia de oscilación? Longitud del cañón, módulo de elasticidad y masa. El cañón se calienta durante el disparo. Puede calentar cambiar la longitud del cañón para que la precisión se vea afectada. Si y no. Sí, dado que esta cifra se encuentra dentro de las centésimas de un porcentaje para una temperatura de 200 C. No, dado que el cambio en el módulo elástico del acero para la misma temperatura es de aproximadamente 8-9%, para 600C es casi el doble. Es decir, ¡muchas veces más alto! El cañón se vuelve más blando, la fase de flexión del cañón avanza en el momento en que la bala sale, la precisión disminuye. Bueno, ¿qué dice un analista reflexivo? ¡Dirá que es imposible obtener la máxima precisión en una longitud de barril en modo frío y caliente! El arma puede tener un mejor rendimiento con un cañón frío o caliente. En consecuencia, se obtienen dos clases de armas. Uno es para acciones de emboscada, cuando el objetivo debe ser alcanzado desde el primer disparo "frío", porque la precisión del segundo será peor debido al inevitable calentamiento del cañón. En tal arma no hay una necesidad urgente de automatización. Y la segunda clase son los rifles automáticos, cuya longitud del cañón se ajusta al cañón caliente. En este caso, un posible error debido a la baja precisión de un disparo frío puede compensarse con un disparo rápido posterior caliente y más preciso.
EF Dragunov conocía muy bien la física de este proceso cuando estaba diseñando su rifle. Le sugiero que se familiarice con la historia de su hijo Alexei. Pero primero, alguien tendrá que romperse el cerebro. Como saben, dos muestras de Konstantinov y Dragunov se acercaron a la final de la competencia por un rifle de francotirador. Los diseñadores eran amigos y se ayudaban en todo. Entonces, el rifle de Konstantinov estaba "sintonizado" en modo frío, el rifle de Dragunov en "caliente". Tratando de mejorar la precisión del rifle del rival, Dragunov dispara su rifle con largas pausas.
Veamos la fórmula nuevamente. Como puede ver, la frecuencia también depende de la masa del cañón. La masa del tronco es constante. Pero el contacto fuerte con el guardamanos produce una respuesta positiva impredecible al cañón. El sistema - barril-guardamanos-brazo (soporte) tendrá un momento de inercia diferente (un conjunto de masas en relación con el punto de unión), lo que significa que esto también puede causar un cambio de fase. Es por eso que los atletas usan un soporte suave. La misma característica está asociada con la aplicación del principio de "cañón suspendido", cuando la parte delantera del arma no tiene un contacto fuerte con el cañón y está rígidamente unida a él (el arma) solo en el área del receptor, y el segundo extremo no toca el cañón en absoluto o toca a través de una junta cargada por resorte (SVD).
Pensamiento final. El hecho de que con la misma longitud de cañón sea imposible obtener la misma precisión a diferentes temperaturas es una excelente razón para estirar el cerebro. Solo es necesario cambiar la longitud y / o masa del cañón cuando cambia la temperatura del cañón. Sin cambiar ni la longitud ni el peso del cañón. Desde el punto de vista de las humanidades, esto es una paradoja. Desde el punto de vista de un técnico, una tarea ideal. Toda la vida de un diseñador está relacionada con la solución de tales problemas. Los Sherlock están descansando.
