پایداری گلوله (ژیروسکوپی و دینامیکی)

کاری از دامون کالی در ۱ اکتبر ۲۰۱۳

چرا گلوله‌ها از سر لوله تفنگ خارج  می‌شوند؟ چرا در لوله تفنگ از سوراخ هموار استفاده می‌شود؟ این مطمئنا کارها را برای تولید کننده گلوله ساده  می‌کند و هزینه کمتری برای همه دارد.

پاسخ این است تا زمانی که به گلوله چرخش می‌دهید گلوله ها مستقیم پرواز  نمی‌کنند. خان درون لوله تفنگ بوسیله پوکه، گلوله را  می‌گیرد و هنگامی ‌که گازهای پیشران گلوله را به پایین سوراخ فشار می‌دهند باعث می‌شود تا گلوله با سرعت بالایی بچرخد. خان درون لوله تفنگ، پایداری گلوله را تضمین می‌کند.

تعریف پایداری

اما اجازه دهید کمی عقب‌تر برویم. پایداری یعنی چه؟ به زبان ساده، پایداری به دماغه گلوله در جریان هوا اشاره دارد. اگر به یک راکت یا موشک نگاه کنید، متوجه خواهید شد که بسیاری از طرح‌ها دارای باله در عقب هستند. این باله‌ها برای اطمینان از این است که جلوی راکت به سمت جلو است. آنها مانند دستگاه بادنما کار می‌کنند- اگر راکت شروع به ضربه زدن کند، جریان هوا بر روی باله‌ها فشار  می‌آورد و تراز را اصلاح می‌کند. هرگاه چرخش حول محور غیر صفر باشد نیرویی نیز وجود دارد که آن را اصلاح کند، جریان هوا در کنار باله  می‌وزد.

البته گلوله‌ها باله ندارند. به لحاظ تئوری  می‌توان گلوله‌های دارای باله ساخت اما این کار بسیار سخت و گران است. در عوض، به گلوله‌ها چرخش می‌دهیم تا  تاثیری مشابه ایجاد کنیم. به دلیل فیزیک چرخش اشیا، که از آن  می‌گذرم، وقتی گلوله ای  می‌چرخد ​​و شروع به انحراف  می‌کند نیروهایی وجود دارند که معمولا جهت را به طور خودکار اصلاح می‌کنند. به نظر  می‌رسد که گلوله‌ها کاملا پایدار نیستند (همیشه انحراف وجود دارد) اما  می‌توانید آنها را به اندازه کافی به هدف نزدیک کنید.

دو نوع پایداری گلوله وجود دارد که نگران آن هستیم ، پایداری ژیروسکوپی و پایداری دینامیکی. برای این که گلوله پایدار باشد باید هر دو شرایط محقق شود، گلوله ای که از نظر ژیروسکوپی پایدار اما از نظر دینامیکی ناپایدار باشد ، پایدار نیست و سقوط  می‌کند.

پایداری ژیروسکوپی

درک پایداری ژیروسکوپی آسانتر از دو مورد دیگر است. معمولا پایداری ژیروسکوپی به متغیری به نام Sg اشاره دارد. از نظر ریاضی، اگر Sg از ۱ بیشتر باشد  می‌توان گفت گلوله از نظر ژیروسکوپی پایدار است. اگر گلوله را سریع‌تر بچرخانید مقدار Sg بیشتر می‌شود. همچنین اگر سرعت کاهش یابد Sg بیشتر می‌شو. اگر از گلوله بلندتر استفاده کنید مقدار Sg  کم می‌شود. اگر گلوله از نظر ژیروسکوپی پایدار باشد معمولا در همان حالت باقی می‌ماند زیرا با سرعت بیشتر از سرعت چرخش گلوله کاهش می‌یابد. اگر گلوله از نظر ژیروسکوپی در سر لوله تفنگ ناپایدار باشد، هرگز پایدار نخواهد بود.

عواملی که پایداری ژیروسکوپی را افزایش  می‌دهند عبارتند از:

• سرعت پایین تر
• نرخ چرخش بالاتر
• هندسه گلوله کوتاهتر / ضخیم‌تر
• چگالی هوای کمتر

در حالی که محاسبه Sg خیلی پیچیده نیست ، کاری نیست که  می‌توانید با ماشین حساب دستی انجام دهید مگر اینکه به مقدار تقریبی دست یابید. در مقاله دیگری در خصوص این موضوع بحث می‌شود. ماشین حساب‌های مختلفی در وب موجود است که مقدار تقریبی را به شما  می‌دهد که یکی از آنها JBM Ballistics است.

پایداری دینامیکی

محاسبه پایداری دینامیکی سخت‌تر است. این کار به ضرایب مبهمی بستگی دارد که تعیین و پیش بینی آن دشوار است و به ویژگی‌های دقیق طراحی گلوله بستگی دارد. گلوله‌ها با از دست دادن سرعت، پایداری دینامیکی‌شان را نیز از دست  می‌دهند. بر خلاف مورد پایداری ژیروسکوپی، پایداری در سر لوله تفنگ به معنای پایداری در بُرد پایین نیست. متغیری به نام Sd به پایداری دینامیکی اشاره دارد که محاسبه تعداد دقیق آن از حوزه این مقاله خارج است، فقط بدانید که پیش بینی آن دشوار بوده و به داده‌های زیادی نیاز دارد.

Sd گلوله ای با پایداری دینامیکی «عالی» برابر با ۱ است. اگر Sd کمتر از یا بیشتر از ۱ باشد گلوله ممکن است ناپایدار باشد. حاشیه ایمنی برای Sd به Sg بستگی دارد. هنگام بررسی Sd گلوله‌ای با Sg بالا دارای غلاف بیشتری است. گلوله ای که در لبه ناصاف پایداری ژیروسکوپی قرار دارد به راحتی می‌تواند دارای پایداری دینامیکی شود.

جمع بندی

با استفاده از ریاضیات، رابطه زیر را بین Sg ، Sd و پایداری گلوله به ترتیب زیر خواهد بود:

گلوله پایدار است اگر:

Sg>1Sd (2-Sd)

اگر این رابطه را روی نمودار ترسیم کنید، نمودار زیر را خواهید داشت:

همانطور که  می‌توان مشاهده کرد دو منطقه وجود دارد که توسط خطی تقسیم می‌شود که در معادله بالا نشان داده شده است. اگر گلوله در داخل منطقه پایدار باشد یعنی همه چیز خوب است. اگر از منطقه پایدار خارج شود، سقوط می‌کند.

گلوله ای که رفتار خوبی دارد پرواز خود را روی خط مرکزی آغاز  می‌کند (Sd = 1.0) و وقتی بُرد آن پایین باشد به سمت بالا حرکت  می‌کند. باز هم  به این دلیل که چرخش گلوله آهسته‌تر از سرعت آن کم می‌شود که به پایداری بالاتر ژیروسکوپی  بالاتر منتهی  می‌شود. این همان چیزی هست که می‌خواهیم.

با این حال پایداری دینامیکی زیاد نیست. برخی گلوله‌ها در بُرد پایین ترتغییر چشمگیری را  در Sd تجربه  می‌کنند، که  می‌تواند باعث شود تا گلوله منطقه پایدار را ترک کرده و شروع به سقوط کند. مچ کینگ سریا گرین ۱۶۸با کالیبر ۳۰ نه چندان معروف این مشکل را دارد و مستعد از دست دادن پایداری در سرعت‌های ترانسونیک (گذر صوتی) است. این یکی از دلایلی است که تیراندازان دور برد تمایل دارند سرعت بیش از ۱۳۰۰ فوت بر ثانیه را در هدف حفظ کنند. گلوله‌هایی که معمولا پایداری خود را از دست می‌دهند این کار را در ناحیه ترانسونیک نیز انجام  می‌دهند.

اثرات جوی

مساله پیچیده‌تراین است که همه این‌ها به چگالی هوا بستگی دارد که این نیز به متغیرهایی مانند ارتفاع، دما و رطوبت بستگی دارد. چگالی کمتر هوا به معنای پایداری بیشتر است. این یعنی هوای کمی برای سقوط گلوله وجود دارد. بنابراین ممکن است گلوله‌ای به خوبی در ارتفاع زیاد شلیک شود اما در سطح دریا سقوط کند.

نکته عملی مهم

پایداری گلوله فقط تا حدی در کنترل تیرانداز است. تنها کاری که واقعا  می‌توانید انجام دهید این است که گلوله‌هایی را انتخاب کنید که با چرخش لوله تفنگ‌تان به اندازه کافی پایدار شوند. همیشه برای ایجاد حاشیه در برابر ناپایداری دینامیکی و شرایط جوی، ترکیبی از گلوله / بشکه را انتخاب کنید که Sg حداقل ۳/۱ تا ۴/۱ را ایجاد کند. مقدار بیشتر از این سبب مسایل بزرگی نخواهد شد اما به خاطر داشته باشید که افزایش چرخش تثیر نامطلوبی بر دقت دارد، بنابراین برای حفظ پایداری و دقت تعادل وجود دارد. از حداقل چرخش استفاده کنید تا سنگین ترین گلوله‌هایی را که  می‌خواهید شلیک کنید، پایدار شوند.

متأسفانه  در خصوص مسایل اجتناب ناپذیر پایداری دینامیکی گلوله‌هایی که رفتار مشکل آفرین دارند، کار زیادی نمی‌توان انجام داد و تنها راه برای دانستن اینکه از انتخاب کدام گلوله ها خودداری کنید، پرسیدن از دیگران است. اکثر گلوله های مورد استفاده برای شلیک از راه دور خوب است اگر سرعت حرکتشان به اندازه کافی زیاد باشد. مشکل وقتی شروع می‌شود که به ناحیه ترانسونیک وارد می‌شوید که اکثر تیراندازان دوربرد در صورت امکان از آن اجتناب  می‌کنند. اگر متوجه شدید سرعت گلوله‌هایتان کاهش زیادی دارد، شاید کارتریج بزرگتری نیاز باشد. این مشکل معمولا فقط برای تیراندازان مسابقاتی پیش می‌آید که به کارتریج خاصی محدودهستند مانند مسابقه T / R کلاس F که به وینچستر 308 یا رمینگتون 2222 نیاز دارد.

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.

مطالعه بیشتر

در این مقاله فقط به سطح پایداری گلوله پرداخته شده است. برای افراد علاقمند به ریاضیات، کتاب باب مک کوی با عنوان بالستیک‌های خارجی مدرن، به جزئیات عجیب و غریب ریاضیات  می‌پردازد. برای بررسی گسترده تر و نه چندان فنی، بالستیک‌های به کار گرفته شده برای تیراندازی دور برد برایان لیتزمنبعی عالی است.