پایداری گلوله و چرخش خان

نوشته :  دامون کالی

چرخش خانی که برای تفنگ خود انتخاب می‌کنید میتواند تاثیر بسزایی بر دقت آن داشته باشد. اما چگونه و چرا؟

پایداری گلوله

گلوله‌هاا ز نظر آیرودینامیکی ناپایدار هستند. آنهایی که به حال خودشان رها می‌شوند  به شکلی دقیق، مخرب و بی نظم در هوا می‌چرخند و در جهت تصادفی به هدف اصابت می‌کنند – مستقیم، طرفین یا حتی عقب. اگر سرعت چرخش این گلوله‌ها زیاد باشد عملکرد کاملا خوبی دارند و برد نوک آنها کم و بیش پایین خواهد ماند .

هرچه گلوله طویل‌تر باشد چرخش بیشتری لازم دارد. برای محاسبه دقیق میزان چرخش مورد نیاز برای ایجاد ثبات در گلوله معین باید از برخی ثابت های مشتق شده تجربی استفاده کرد تقریبا مانند ضریب بالستیکی که همه ما با آن آشنا هستیم. این ثابت‌هاعموما در دسترس نیستند. در حوزه ریاضی، در صورتی که پیشینه ریاضی قوی ( مدرک ریاضی یا مهندسی یا معادل آن) را داشته باشید می‌توانید رفتار دقیق‌تر ریاضی در خصوص پایداری گلوله را در کار عالی روبرت مک کوی با عنوان  بالستیک‌های خارجی مدرن:دینامیک‌های راه‌اندازی و پرتاب موشک‌های متقارن بیابید.

برای افرادی با علاقه کمتر، چندین روش تقریبی برای محاسبه چرخش مورد نیاز گلوله وجود دارد که ساده ترین آنها فرمول قدیمی گرین هیل است:

T = 150 / L

که در آن T چرخش در کالیبرهای گلوله و L طول گلوله در کالیبرها است.

متأسفانه این روش چندان خوبی نیست اما آن را در اینجا آورده‌ام تا نشان دهم که گلوله های بلندتر به چرخش‌های سریعتر نیاز دارند که در واقع همان چیزی است که باید بدانید. جی. بی. ام بالستیکس (JBM Ballistics )  محاسبه‌گر خوبی است  که در آن از روش مشارکتی بیشتری استفاده می‌شود.

پس چرا چرخش واقعا سریع را انتخاب نکرده و کار را تمام نمی‌کنیم؟ به نظر میرسد چرخشی که باعث حفظ گلوله‌ها می‌شود همچنین می‌تواند سبب شود تا گلوله‌مان به هدف اصابت نکند ، یعنی امکان چرخش بیش از حد گلوله وجود دارد.

گلوله هایی بسیار خوب هستند که از لحاظ استاتیک و هم دینامیک متعادل باشند. یعنی مرکز ثقل گلوله در محور تقارن گلوله قرار داشته باشد (تعادل استاتیک) و محور اصلی اینرسی گلوله با محور تقارن گلوله موازی باشد(تعادل دینامیکی). تعادل استاتیک به اندازه کافی ساده است اما منظور از این محور اصلی چیست؟

لاستیکی را در نظر بگیرید که متعادل است – هدف  افزودن وزنه‌ها تا زمانی است که محور اصلی اینرسی چرخ با محور فیزیکی چرخ همسو شود. اگراین محورها در یک راستا نباشند  چرخ لنگ می‌زند. در مورد گلوله‌ها نیز همین اتفاق رخ می‌دهد.

این گلوله بلحاظ استاتیکی متعادل است. CG آن خارج از مرکز قرار دارد اما محور اینرسی اصلی آن (Ip) با محور تقارن گلوله موازی است.

این گلوله از لحاظ دینامیک متعادل است. CG  آن در مرکز قرار دارد اما محور اینرسی اصلی آن (Ip) با محور تقارن گلوله دارای زاویه است.

در زندگی واقعی همه گلوله‌ها دارای عدم تعادل استاتیک و دینامیک هستند. گلوله‌ای را در نظر بگیرید که ناخالصی کمی از خط مرکزی دارد یا ناخالصی ندارد. این گلوله از مرکز ثقل و محور اصلی اینرسی منحرف می‌شود. پس موضوع چیست؟

پرتاب جانبی

پرتاب جانبی، اولین مفهومی که باید یاد بگیریم. هنگامی که یک گلوله نا متعادل از لحاظ استاتیکی  از سوراخ عبور می کند مرکز ثقل خارج از مرکز در مسیر مارپیچ حرکت می‌کند زیرا لبه خارجی گلوله توسط سوراخ محدود می‌شود. هنگامی که گلوله از سرلوله تفنگ خارج می‌شود در جهت مماس با آن مسیر مارپیچ پرواز خواهد کرد. جهت دقیق آن به این بستگی دارد که طرف سنگین گلوله هنگام خروج از لوله سر تفنگ در چه جهتی قرار گیرد.

توجه داشته باشید که اگر گلوله‌ای از هر جهت کامل باشد اما هنگام خروج از سر لوله تفنگ ضربه به آن وارد شود طعمه پرتاب های جانبی نیز می‌شود. تمام آنچه لازم است این است که مرکز ثقل گلوله از خط مرکزی سوراخ خارج شود.

هرچه چرخش گلوله سریعتر باشد پرتاب جانبی بیشتری خواهید داشت. به عبارت دیگر چرخش‌های سریعتر در گلوله های ناقص (یعنی واقعی) از دقت کمتری برخوردار هستند.

پرش آیرودینامیکی

به همین ترتیب وقتی گلوله نامتعادل از لحاظ دینامیکی (حتی اگر از نظر استاتیکی با مرکز ثقل کاملا متمرکز بر سوراخ، متعادل باشد) از سر لوله تفنگ خارج شود با انحراف اولیه‌ای که باعث شود گلوله در جهت اشتباه پرواز کند، این اتفاق رخ خواهد داد که به آن پرش آیرودینامیکی گفته می‌شود.

علت پرش آیرودینامیکی نیز مانند پرتاب جانبی می‌تواند بخاطر ضربه آهسته در سوراخ  باشد. همانطور که خواهیم دید باد نیز می تواند باعث پرش آیرودینامیکی شود.

در هر صورت هرچه چرخش گلوله سریعتر باشد پرش آیرودینامیکی بیشتری خواهید داشت. مجددا، انحراف در جهت تصادفی رخ می‌دهد که دقیقا نحوه قرارگیری گلوله هنگام خروج از سر لوله تفنگ تعیین کننده آن است .

کمی استراحت کرده و جمع بندی می‌کنیم. برای ثبات گلوله‌های در پرواز، چرخش نیاز است. وجود نقص در تعادل گلوله یا ضربه در سوراخ باعث پرتاب جانبی و پرش آیرودینامیکی می شود که سبب می شود تا گلوله در جهت ناخواسته و غیر قابل پیش بینی پرواز کند. هرچه چرخش گلوله سریعتر باشد  انحراف در مسیر پرتابی بیشتر می شود.

موفقیت خود را تضمین کنید

نکته جالب توجه این است که پرش آیرودینامیکی می تواند تا حدی مانع پرتاب جانبی شود. به نظر می رسد که وجود نقص در مرکز ثقل گلوله (یعنی در دماغه آن) مانع چنین کاری شود. همان نقص عقب مرکز ثقل (یعنی در قاعده) باعث می‌شود این دو اثر یکدیگر را تقویت کنند. مدت‌هاست که تیراندازان بنچ رست می دانند که قاعده گلوله از دماغه آن مهمتر است. این خودش یک دلیل است.  (بدیهی است که گلوله کاملا متعادل بهترین حالت است  اما اگر قصد دارید گلوله ای را شلیک کنید  این کار را در دماغه آن انجام دهید.)

پرش آیرودینامیکی ناشی از باد

باد متقاطع باعث می شود گلوله به محض خارج شدن از سر لوله تفنگ به طرف دیگری متمایل شود، یعنی پرش آیرودینامیکی را ایجاد کند، اگرچه برخلاف پرش ناشی از عدم تعادل گلوله، این مسیر گلوله قابل پیش بینی است زیرا منبع آن جهت باد است. در کمال تعجب آنچه اتفاق می افتد این است که پرش آیرودینامیکی مبتنی بر باد باعث انحراف عمودی نقطه برخورد گلوله می شود. هرچه باد شدیدتر باشد، انحراف عمودی نیز بیشتر خواهد بود.

توجه داشته باشید که بزرگی این اثر کم نیست.  سرگلوله ۳۰۸ ۱۶۸ میلی گرم سیرا مچ کینگ در 2600fps ، انحراف عمودی تقریباً ʺ۸/ ۳ در ۱۰۰ یارد در باد عرضی ۱۰ mph را تجربه خواهد کرد. این را با تقریبا ۱″ انحراف افقی باد مقایسه کنید که ممکن است بیشتر با آن آشنا باشید.

تصور کنید در هر باد شدیدی با یک تفنگ بسیار دقیق تیراندازی کنید. ممکن است نتیجه هدفی شبیه به این باشد:

 بادی که از چپ به راست می‌وزد باعث کم شدن برخورد گلوله‌ها می‌شود. باد راست به چپ باعث برخورد زیاد گلوله‌هامی‌شود. (توجه داشته باشید که این امر برای تفنگی با چرخش دست چپ معکوس خواهد شد.) بنابراین به جای اینکه باد باعث پراکندگی افقی خالص شود، همانطور که تصور می‌کنید، در واقع باعث پراکندگی در زاویه می‌شود. هرچه چرخش تفنگ شما سریعتر باشد این زاویه بزرگتر خواهد بود.

شما را نمی‌دانم اما برای من به اندازه کافی سخت است تا بتوانم تأثیر افقی باد را بدون نگرانی در مورد مولفه عمودی دنبال کنم. به هر حال، زوایای خطوط روی شکل برای مقیاس مچ کینگ گرین ۱۶۸ سیرا با چرخش دست راست در 2600fps در  ۱۰۰ یارد رسم شده است.

توجه به این نکته مهم است که این اثر در برد کوتاه بسیار بیشتر از برد طولانی است. به این دلیل که که زاویه پرش عمودی ،صرفنظر از برد، ثابت است در حالی که باد افقی در بردهای طولانی بسیار افزایش می‌یابد. بنابراین در برد طولانی، نسبت انحراف عمودی به افقی کوچکتر خواهد بود – یعنی شیب زاویه خط در نمودار فوق به اندازه برد طولانی نخواهد بود.

نکته مهم عملی

برای بهره گیری از  بالاترین میزان دقت، گلوله ای با کیفیت بالا انتخاب کنید که در برد مورد نیازتان بالستیک قابل قبولی را ارائه دهد. سپس گلوله‌ای با کمترین چرخش را انتخاب کنید که گلوله را تثبیت کند. افزودن کمی ‌چرخش بیشتر «فقط برای اطمینان» میزان دقت شما را کمی پایین می‌آورد. از اطرافیان سوال کنید و ببینید دیگران از چه چیزی استفاده می‌کنند – از آهسته ترین چرخشی استفاده کنید که به نظر می‌رسد در بردی قرار دارد که می‌خواهید تیراندازی کنید.

علاوه بر این متوجه شده ایم که چرا حفظ هم راستایی گلوله با سوراخ از طریق تکنیک های مناسب بارگیری دستی و ساخت محفظه مهم است و چرا باید به باد هم در برد مسیر پرتابی و هم در برد پایین توجه کنیم.

بروزرسانی – ۱۰/۴/۲۰۱۴

در حالی که توصیه های فوق هنوز هم رهنمودهای خوبی هستند ، بخشی از کتاب جدید برایان لیتز با عنوان «پیشرفت‌های جدید در تیراندازی برد طولانی» وجود دارد که آزمایشات وی در خصوص کشش و پایداری  را بطور کامل بیان می‌کند. او این استدلال قانع کننده را ارائه می‌دهد که وقتی Sg به زیر تقریباً ۵/۱ برسد، کشش اندکی افزایش می‌یابد. با توجه به اینکه استفاده از حداقل ضریب پایداری ۵/۱ برای تیراندازی برد طولانی کاملاً منطقی است، که در آن کاهش اندک در کشش مهم‌تر ازکاهش دقت ناشی از چرخش بیش از حد گلوله است. برای کاربردهای با دقت بسیار بالا و برد کوتاه (در اصل بنچ رست‌های برد کوتاه) استفاده از حداقل پایداری که بتوانید کار را تمام کنید، می‌تواند مطلوب باشد اما برای برد طولانی آن را بیشتر از ۵/۱ نگه دارید. تا جایی که می‌دانم این نشان دهنده جدیدترین تفکر/ تحقیق در این زمینه است.