Brzina zrna i duljina cijevi

Na brzinu lovačkog zrna bez sumnje utječe i duljina cijevi. Općenito je pravilo da na svakih 5 cm kraće ili duže cijevi zrno izgubi ili dobije oko 15 m/s. To pravilo nije precizno jer je nemoguće uzeti u obzir sve čimbenike koji pritom nastaju. Pogledajmo kako duljina cijevi puške utječe na brzinu i kako na taj omjer utječu različiti čimbenici, a pobijmo i neke uobičajene zablude.

Brzina izgaranja baruta

Važan čimbenik jest brzina gorenja bezdimnog baruta (eng. burn rate) jer ne gore svi baruti istom brzinom. Sporo izgarajući baruti su progresivni i u usporedbi s brzim (ofenzivnim) trebaju veću udaljenost u cijevi i teže punjenje kako bi postigli optimalnu brzinu, ali zato postižu veće brzine. Brzinu dobivaju postupno, a tlak cijelo vrijeme ostaje na dopuštenoj razini. Budući da količina baruta izravno utječe na izlaznu brzinu, polako gorući barut u (pre)kratkoj cijevi neće iskoristiti svu svoju energiju u obliku širenja barutnih plinova sve do trenutka kad zrno ne napusti cijev. Budući da se u snažnijim „magnum” nabojima gotovo isključivo upotrebljava spori barut, cijevi tih pušaka duge su najmanje 65 cm, rijetko manje. Sporiji baruti imaju ravniju krivulju („vrijeme/tlak”), a stražnji dio krivulje seže prema ustima cijevi. Budući da takvi naboji imaju veći tlak, dulja cijev smiruje tlak plina na ustima cijevi, smanjujući tako bljesak i prasak. Skraćivanje takvih cijevi stoga se ne preporučuje. Grafikon iz priručnika Vihtavuori¹ (Lapua) prikazuje krivulju tlaka i krivulju brzine zrna u cijevi, a crvena crta pokazuje brzi porast i pad tlaka bržeg baruta. Na sljedećem grafikonu prikazana je krivulja baruta različitih brzina. 

Balistički ciklus

Kad upaljač zapali barut, njegovo izgaranje uzrokuje lančanu reakciju u čahuri. Kako se zrno pomiče, vrući barutni plinovi se šire. Međutim, budući da su brzina izgaranja baruta i sposobnost stvaranja barutnih plinova usko povezane s tlakom, početni tlak omogućuje ubrzavanje izgaranja baruta; porast tlaka zato se ubrzava. Kad zrno dođe u žljebove cijevi, zaustavljaju ga na trenutak, pa se povećava tlak za pogon zrna, što dodatno ubrzava izgaranje baruta. Barutni plinovi guraju zrno, istovremeno povećavajući volumen iza zrna, čime se povećava i tlak. Tlak se smanjuje kad se barutni plinovi više ne mogu širiti do te mjere da mogu dodatno ubrzati zrno. Kad tlak naglo padne, to je znak da je barut potrošio svu svoju energiju. U prvih nekoliko cm izgori 99,5 % baruta. Tlak je na početku najveći, a smanjuje se prema ustima, gdje je tlak samo 10 – 30 % najveće vrijednosti (ovisno o vrsti naboja). Barut ima mnogo energije, ali samo 20 – 35 % te energije pretvara se u kinetičku, odnosno brzinu projektila. Oko 20 – 30 % ukupne energije pretvara se u toplinu, a 40 % energije „ispaljuje” se kroz usta cijevi u obliku vrućih plinova (preuzeto iz Vihtavuora).

Bljesak na ustima cijevi

„U bilo kojem modernom naboju sav barut izgara u prvih nekoliko inča puta koji je zrno prošlo. Većina nas već je vidjela krivulju tlaka kako se strmo penje dok zrno napušta čahuru i polako se spušta dok zrno putuje kroz cijev. Vrh krivulje označava točku na kojoj je barut u potpunosti izgorio. U kalibru .30-30, barut izgara na inč od usta cijevi, ali u nekim Super Magnumima, primjerice u .30-378 Weatherby Magnum, može izgorjeti na 4 – 5 inča. U svakom slučaju, sav barut u cijevi izgara mnogo prije nego što zrno napusti cijev. Zašto onda dulje cijevi daju veće brzine? Zato što se nakon sagorijevanja baruta barutni plinovi koji su pritom nastali šire (ekspandiraju). A što je onaj veliki bljesak na ustima cijevi koji se vidi u mraku? Ne, to nije neizgoreni barut, već vrući barutni plinovi koji reagiraju s kisikom u atmosferi. Dodavanje kisika u bilo koju vatru uzrokovat će dodatno sagorijevanje”, kaže poznati američki autor John Barsness u svom članku² u kojem objašnjava uobičajene zablude. Kad zapalimo malo baruta, pojavljuje se „bljesak”, plamen koji gori dobru sekundu zbog izostanka tlaka (čahura, cijev).

Pri posjeti tvornici RUAG Ammotec tijekom prezentacije različitih streljiva iz serije Silver selection u mraku detaljno su nam objasnili da bljesak na ustima cijevi uzrokuje ugljikov monoksid iz barutnih plinova koji na ustima cijevi reagira s kisikom i stvara ugljikov dioksid. Ovo vrhunsko streljivo napunjeno je posebnim barutom s aditivima koji smanjuju stvaranje ovog plina.

Nekoliko činjenica

a) Stvarna brzina gotovo je uvijek manja od objavljene (na kutiji streljiva, u katalogu…). Proizvođači streljiva pri testiranju upotrebljavaju dulje cijevi s užim ležištem naboja i užom cijevi u odnosu na uobičajene puške. Na taj način dobivaju najlošije moguće uvjete u kojima se naboj može naći, a da pritom ostane unutar dopuštenih graničnih vrijednosti tlaka. Šira ležišta i cijevi daju niži tlak, a tim i manju brzinu projektila. Kad sam prije nekoliko godina mjerio brzinu tvorničkog streljiva 6,5 x 68 i 7 x 65 R, brzina je bila 30 m/s manja od zabilježene, unatoč činjenici da su cijevi bile duge 65 cm. Također tijekom posjeta tvornici RWS, tehničar ispred testnih cijevi istaknuo je da su proračunske tablice samo osnova, pa lovac mora provjeriti pad zrna jer se brzina zrna može razlikovati zbog različitih čimbenika.

b) Čak i ako se u dva oružja upotrebljava isti naboj i ako su cijevi jednake duljine, konačne brzine projektila mogu biti različite. Na to također utječu oblik i dubina žljebova, promjer cijevi…

c) Brzine obično variraju čak i kad pucamo istim streljivom iz istog oružja. Odstupanja su isto tako različita bez obzira na oprez tijekom pripreme tvornički ili ručno punjenog naboja. Manje odstupanje provjereno ne znači i bolje rezultate!

Sve gore navedeno objašnjeno je još od 1974. u svim SPEER priručnicima u članku „Zašto balističari dobivaju sijede”³ koji se odnosi na stalno pitanje „Zašto moje oružje ne doseže tu brzinu ako tamo piše da s tom duljinom cijevi i tim punjenjem…”

Rezultati različitih testiranja

1) Suradnici časopisa Guns & Ammo usporedili su 2001. neke od novih pušaka Ruger, M 77 MK II Compact, s cijevi od 42 cm i M 77 Varmint s cijevi od 60 cm kal. .243 Win. Pucali su s tvorničkim streljivom sa zrnima od 3,7 g, 5,2 g i 6,5 g. Brzine u kraćoj puški dosezale su brzine od 1028, 902 i 810 m/s, a u dužoj od 1130, 1013 i 907 m/s, što znači da je porast brzine na 5 cm cijevi bio otprilike između 20 i 23 m/s.

2) Terry Wieland ⁴ detaljno je provjerio pitanje odnosa tj. utjecaja duljine cijevi na brzinu zrna i došao je do zanimljivih zaključaka. Odabrao je pušku Enfield .30-06 s cijevi 65 cm i švedski Mauser 6,5 x 55 s izvornom cijevi od 71,1 cm. Zatim im je cijev skraćivao za po 5 cm, do konačne duljine od 40,5 cm, dok je pomoću kronografa stalno mjerio izlaznu brzinu zrna različite težine. Mjerio je brzinu raznih naboja napunjenih brzim i sporim barutom, od kojih je jedan svaki put bio tvornički proizveden, a ostali su ručno punjeni.

Wieland je naboje kalibra .30-06 punio laganim zrnima od 8 g i s 48 grs (graina)⁵ srednje brzog baruta H 322 i sa 62 grs sporog H 4831. Teže zrno od 13 g punio je s 44 grs brzog baruta 3031 i sa 63 grs sporog baruta H 870. Kao tvornički naboj upotrijebio je Hornady Light Magnum, sa zrnom od 9,7 g. Kod kalibra .30-06 ustanovio je da se brzina tri od pet punjenja uistinu povećala ili je ostala ista kad se cijev sa 65 cm skratila na 60. Iznimka su bili metci s težim zrnom od 13 g za koje je brzina pala, najviše sa sporim barutom. Brzina je pri skraćivanju sa 65 cm na 40,5 pala za 113 m/s, u prosjeku za 22 m/s na svakih 5 cm duljine cijevi (2 inča). Najveći pojedinačni pad brzine (37 m/s) dogodio se pri upotrebi laganog zrna od 8 g i sporog baruta H 4831 kad je cijev s 45,7 cm skraćena na 40,5. Za kombinaciju teškog zrna od 13 g i brzog baruta brzina je pri skraćivanju cijevi sa 65 cm na 40,5 pala za 57 m/s, tj. za 11,4 m/s po svakih 5 cm cijevi. Tvorničkom Hornady metku brzina je pala za 90 m/s, tj. za 18 m/s po svakih 5 cm cijevi.

Naboj kalibra 6,5 x 55 punio je lakšim zrnom od 5,5 g i težim od 9,1 g; za oba je upotrijebio brži barut IMR-3031 i sporiji Reloader 22. Tvorničko punjenje bio je Hornady Light Magnum sa zrnom od 8,4 g. Budući da je Wieland za kalibar 6,5 x 55 počeo s cijevi dugom 71 cm, dobio je nešto drugačije rezultate, no konačni rezultati brzine bili su nevjerojatno slični onima za kalibar .30-06. Brzina je za tvornički Hornady u 71 cm dugoj cijevi bila 819 m/s, a u cijevi skraćenoj na 40,5 brzina je pala na 709 m/s. Kombinacija zrna od 9,1 g sa sporim barutom imala je u cijevi od 71 cm brzinu od 775 m/s, koja je u cijevi od 40,5 cm pala na 687 m/s. Opet je najveći pad brzine (-91 m/s) zabilježen za kombinaciju laganog zrna i sporog baruta, pri čemu je trećina ukupnog gubitka nastala pri skraćivanju s 45,7 cm na 40,5.

Kad je Wieland sve zbrojio, otkrio je da kalibar .30-06 u prosjeku gubi 16,6 m/s na svakih 5 cm cijevi, dok je kalibar 6,5 x 55 u prosjeku gubio 15,8 m/s na svakih 5 cm. To se savršeno uklapa u opće pravilo od 15 m/s na svakih 5 cm cijevi.

3) Sličan pokus⁶ Engleza Brucea Pottsa s kalibrom .223 (5,56 x 45) pokazao je da je 60 cm duga cijev s brzinom od 1037 m/s pri skraćivanju na 51cm izgubila samo 45 m/s. Pri 46 cm brzina je bila 946 m/s, ali je pritom već primijetio ometajući prasak i bljesak na ustima cijevi. Slično je bilo i kada je skratio cijev od 60 cm i upotrijebio kalibar .308 (7,62 x 51). Zrno od 9,7 g, koje je imalo brzinu od 885 m/s u cijevi dugoj 60 cm, imalo je gubitak od samo 48 m/s kad je cijev skraćena na 46 cm. Potts, braneći razlog za možebitno skraćivanje cijevi, kaže: „Izračunao sam smanjenje težine od 372 g za cijev .223 i 338 g za cijev .308. To je značajno smanjenje težine za tako mali gubitak brzine.”

4) Tablica u 45. izdanju priručnika Lyman⁷ predstavlja promjene brzine s obzirom na brzinu naboja. Ponavlja se pravilo da „brže zrno u prosjeku gubi više na jedan inč od onog sporijeg”. Rezultati su za cijevi duljine 50 – 65 cm, prikazana je prosječna promjena na svakih 5 cm cijevi:

Brzina 305 – 610 m/s	3 m/s.
Brzina 610 – 762 m/s	6,10 m/s.
Brzina 762 – 914 m/s	12,20 m/s.
Brzina 914 – 1067 m/s	18,30 m/s.
Brzina 1067 – 1219 m/s	24,40 m/s.

U četrdeset i trećem izdanju posegnulo se za konkretnim primjerima određenih kombinacija. Lymanovi tehničari izmjerili su brzinu nekih bržih naboja u puškama čije su cijevi sa 65 cm skraćene na 55 cm, a u tablici je prikazan prosječni pad brzine na svakih 5 cm:

.243 Win. / zrno od 6,5 g	17,6 m/s
.264 Win. Mag8. / zrno 9,1 g	19,4 m/s
.300 H&H Mag. / zrno od 14,2 g	15,2 m/s

Zatim su izmjerili brzinu standardnih naboja u puškama čije su cijevi sa 60 cm skraćene na 50 cm, a u tablici je prikazan prosječni pad brzine svakih 5 cm:

.270 Win. / zrno od 8,4 g	22,6 m/s
.270 Win. / zrno od 9,7 g	19,2 m/s
.300 Savage / zrno od 11,5 g	10,4 m/s
.30-06 / zrno od 11,5 g	9,2 m/s
.35 Rem / zrno od 13,0 g	6,6 m/s

Isto tako, otkriće im je bilo da pri skraćivanju (jednako dugih cijevi) brzi naboji s visokim tlakovima gube više brzine od sporih naboja s većim promjerom cijevi.

Kraća cijev nije ništa manje precizna, što potvrđuju mnogi testovi (pokusi). Autori napominju da su pri skraćivanju (nakon pravilne obrade usta cijevi) postigli istu ili ponekad čak i bolju točnost, unatoč gubitku brzine.

Razlog: kratka cijev je kruća od duge, a promjer cijevi na ustima je pri skraćivanju veći jer je promjer cijevi sve širi prema ležištu naboja. Zabluda o „superiornosti” dugih cijevi potječe još iz doba crnog baruta kojem je uistinu trebala duga cijev. Mjerenje preko samo otvorenih nišana također je bilo lakše što je udaljenost između nišana bila veća.

Izračun promjene brzine

Zbog različitih čimbenika (različite dimenzije ležišta naboja, cijevi, polja, žljebova …) teško je usporediti različite cijevi različitih pušaka, čak i ako su sve iste duljine. Čak i skraćivanje iste cijevi ponekad ne daje sasvim točne rezultate zbog razlika u brzini istog streljiva. Jednu jednostavniju jednadžbu za prikaz omjera brzine i duljine cijevi razvio je Homer S. Powley. On je omjer brzine i duljine cijevi postavio tako da je brzina (v) posljedica težeg punjenja, težeg zrna i omjera širenja (ekspanzije) (R). Omjer širenja (R) omjer je ukupne zapremnine oružja (zapremnine cijevi i naboja) i zapremnine naboja. Iz te jednadžbe jasno je da za dano oružje za odgovarajuću težinu barutnog punjenja i odgovarajuću težinu zrna brzina na ustima cijevi ovisi samo o omjeru širenja. Budući da se zapremnina cijevi smanjuje kad se cijev skrati, omjer širenja također se prema jednadžbi smanjuje. ⁹ U tablici prikazane su izračunate brzine pri promjeni duljine cijevi za barute proizvođača IMR različitih brzina.

 

Naboj	Težina zrna grami	Težina barutnog punjenja u grs.	Vrsta IMR baruta	Brzina u cijevi duljine 60 cm (24 inča) u m/s.	Razlika u brzini pri promjeni duljine cijevi za 2 inča (5 cm), brzina u m/s
					20” – 22” 50,8 – 56	22“ – 24” 56 – 61	24” – 26” 61 – 66	26” – 28” 66 – 71,1
.223 Rem.	3,2	25,1	3031	938	14,02	14,63	12,80	11,58
.243 Win.	6,5	40,6	4350	890	17,06	15,54	13,71	9,75
7 mm Rem. Mag.	10	66,8	7828	879	27,13	16,45	14,63	13,41
.30-30 Win.	9,1	32,4	3031	679	9,75	8,83	7,62	7,01
.308 Win.	9,1	40,5	4895	771	12,19	10,97	9,75	8,53
.30-06 Rem.	9,1	52,7	4320	844	15,54	13,41	11,88	10,66

„R” i .22lr

U jednom od testova¹⁰, kad je cijev produljena, olovnom zrnu malog revolverskog naboja .32 S&W (sa zrnom od 5,5 g doseže brzinu od 210 m/s) trebala je cijev od čak 9 m kako bi se zrno u njoj konačno zaustavilo. Najveća brzina zabilježena je za cijev od 63 cm, a zatim je polagano padala do zaustavljanja pri 9 m. To pokazuje kako djeluje širenje barutnih plinova. Jedina je iznimka .22 Long Rifle, gdje su testovi pokazali da se brzina u cijevi povećava samo do 40 cm, a zatim vrlo sporo opada. Ako se kod svih ostalih punjenja brzina povećava čak i kada cijev prekorači idealnu duljinu, zašto je stvar drugačija s .22 lr? Razlog je u zapremnini naboja, koju naboj .22 lr nema. Punjenje ovog naboja može se proširiti jedva 50 puta i nakon duljine cijevi od 40 cm opada. Razlog tome upravo je njegov omjer širenja (R), koji je mjerilo učinkovitosti punjenja.

Zaključak

Ako razumijemo što se događa u cijevi, razumijemo i razloge za duge cijevi (i protiv njih) odnosno posljedice skraćivanja. Naboj kalibra .308 Win. učinkovit je s cijevi od 50 cm, dok će naboj kalibra 7 mm Rem. Mag. ili 300 Win.Mag. s tom duljinom cijevi već biti problematičan. Razmišljate o skraćivanju te „magnum” cijevi, ali ste zabrinuti zbog povećanog bljeska i praska? Problem je lako riješiti ako sami punite naboje jer možete upotrijebiti što brže barute. To će smanjiti težinu barutnog punjenja i dati manje tlaka i plina na ustima. Omjer širenja objašnjava veliku važnost širenja barutnih plinova. Međutim, to i opis balističkog ciklusa objašnjavaju zašto su kraće cijevi glasnije (veći tlak na ustima) i zašto uzrokuju malo veći trzaj (više plina na ustima djeluje kao mlaznica u raketi i potisak prema natrag). Duljina cijevi utječe na ravnotežu i praktičnost oružja, ali ne utječe na točnost. Ako imate mogućnost izmjeriti brzinu streljiva u svojem oružju, nemojte se previše razočarati ako se ne podudara s podacima u proračunskim tablicama.

 Dobro pogođena divljač neće primijetiti razliku.

Gregor Hodnik

Napomene