Brzina zrna i dužina cijevi

Na brzinu lovačkog zrna bez sumnje utiče i dužina cijevi. Općenito je pravilo da na svakih 5 cm kraće ili duže cijevi kuglica izgubi ili dobije oko 15 m/s. Ovo pravilo nije precizno jer je nemoguće uzeti u obzir sve faktore koji se pritom javljaju. Pogledajmo kako dužina cijevi puške utiče na brzinu i kako na taj omjer utiču različiti faktori, a također ćemo pobiti i neke uobičajene zablude.

Brzina sagorijevanja baruta

Važan faktor je brzina sagorijevanja bezdimnog baruta (eng. burn rate) jer baruti gore različitim brzinama. Sporo izgarajući baruti su progresivni i u usporedbi sa brzim (ofenzivnim) trebaju veću udaljenost u cijevi i teže punjenje da bi postigli optimalnu brzinu, ali zato postižu veće brzine. Brzinu dobivaju postepeno, a pritisak cijelo vrijeme ostaje na dopuštenom nivou. Budući da količina baruta direktno utiče na izlaznu brzinu, polako gorući barut u (pre)kratkoj cijevi neće iskoristiti svu svoju energiju u obliku širenja barutnih plinova sve do trena 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 kraće. Sporiji baruti imaju ravniju krivulju („vrijeme/pritisak”), a stražnji dio krivulje seže prema ustima cijevi. Budući da takvi naboji imaju veći pritisak, duža cijev smiruje pritisak plina na ustima cijevi, smanjujući tako bljesak i prasak. Skraćivanje takvih cijevi stoga se ne preporučuje. Grafikon iz priručnika za Vihtavuori¹ (Lapua) prikazuje krivulju pritiska i krivulju brzine zrna u cijevi, a crvena linija pokazuje brzi porast i pad pritiska bržeg baruta. Na sljedećem grafikonu prikazana je krivulja baruta različitih brzina. 

Balistički ciklus

Kada 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 sa pritiskom, početni pritisak ubrzava izgaranje baruta; porast pritiska zato se ubrzava. Kad zrno dođe u žljebove cijevi, zaustavljaju ga na trenutak, pa se povećava pritisak za pogon zrna, što dodatno ubrzava izgaranje baruta. Barutni plinovi guraju zrno, istovremeno povećavajući volumen iza zrna, čime se povećava i pritisak. Pritisak se smanjuje kad se barutni plinovi više ne mogu širiti do te mjere da mogu dodatno ubrzati zrno. Kada pritisak naglo padne, to je znak da je barut potrošio svu svoju energiju. U prvih nekoliko cm izgori 99,5% baruta. Pritisak je najveći na početku, a smanjuje se prema ustima, gdje je pritisak samo 10 – 30 % najveće vrijednosti (zavisno od vrste naboja). Barut ima mnogo energije, ali samo 20 – 35% te energije se pretvara u kinetičku energiju, odnosno brzinu projektila. Oko 20 – 30% ukupne energije pretvara se u toplinu, a 40% energije „ispaljuje” se kroz usta cijevi u obliku vrelih 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 pritiska kako se strmo penje dok zrno napušta čahuru i polako se spušta dok zrno putuje kroz cijev. Vrh krivulje označava tačku na kojoj je barut u potpunosti izgorio. U kalibru .30-30, barut izgara ”inč” od usta cijevi, ali u nekim Super Magnumima, npr. 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 duže cijevi daju veće brzine? Jer se nakon sagorijevanja baruta barutni plinovi koji su pritom nastali šire (ekspandiraju). A šta je onaj veliki bljesak na ustima cijevi koji se vidi u mraku? Ne, to nije neizgoreni barut, nego vreli barutni plinovi koji reaguju sa kiseonikom u atmosferi. Dodavanje kiseonika u bilo koju vatru izaziva dodatno sagorijevanje”, kaže poznati američki autor John Barsness u svom članku² u kojem objašnjava uobičajene zablude. Kad zapalimo malo baruta, pojavljuje se „bljesak”, tj. plamen koji gori dobru sekundu zbog izostanka pritiska (čahura, cijev).

Tokom posjeta fabrici RUAG Ammotec kod prezentacije različite municije iz serije Silver selection u mraku detaljno su nam objasnili da bljesak na ustima cijevi izaziva ugljen monoksid iz barutnih plinova koji na ustima cijevi reaguje sa kiseonikom i stvara ugljen dioksid. Ova vrhunska municija napunjena je posebnim barutom sa aditivima koji smanjuju nastanak tog plina.

Nekoliko činjenica

a) Stvarna brzina gotovo uvijek je manja od objavljene (na pakovanju municije, u katalogu…). Proizvođači municije kod testiranja koriste duže cijevi s užim ležištem naboja i užom cijevi u odnosu na uobičajene puške. Tako dobivaju najlošije moguće uslove u kojima se naboj može naći, a da pritom ostane unutar dopuštenih graničnih vrijednosti pritiska. Šira ležišta i cijevi daju niži pritisak, a time i manju brzinu projektila. Kada sam prije nekoliko godina mjerio brzinu fabričke municije 6,5 x 68 i 7 x 65 R, brzina je bila 30 m/s manja od zabilježene, iako su cijevi bile duge 65 cm. Takođe tokom posjeta fabrici RWS, tehničar ispred testnih cijevi istaknuo je da su proračunske tabele samo osnova, pa lovac mora provjeriti pad zrna jer se brzina zrna može razlikovati zbog različitih faktora.

b) Čak i ako se u dva oružja upotrebljava isti naboj i ako su cijevi jednako dugačke, konačne brzine projektila mogu biti različite. Na to takođe utiču oblik i dubina žljebova, prečnik cijevi…

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

Sve gore navedeno je objašnjeno još od 1974. u svim SPEER priručnicima u članku ”Zašto balističari dobivaju sijede”³ koji se odnosi na stalno pitanje ”Zašto moje oružje ne postiže tu brzinu ako tamo piše da s tom dužinom cijevi i tim punjenjem…” (Fotografija 4)

Rezultati različitih testiranja

1) Suradnici magazina Guns & Ammo uporedili su 2001. neke od novih pušaka Ruger, M 77 MK II Compact, sa cijevi od 42 cm i M 77 Varmint sa cijevi od 60 cm kal. .243 Win. Pucali su sa fabričkom municijom i zrnima od 3,7 g, 5,2 g i 6,5 g. Brzine u kraćoj puški postizale 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 je⁴ detaljno provjerio pitanje odnosa tj. uticaja dužine cijevi na brzinu zrna i došao je do zanimljivih zaključaka. Odabrao je pušku Enfield .30-06 sa cijevi 65 cm i švedski Mauser 6,5 x 55 sa izvornom cijevi od 71,1 cm. Zatim im je cijev skraćivao za po 5 cm, do konačne dužine 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 fabrički proizveden, a ostali ručno punjeni.

Wieland je naboje kalibra .30-06 punio laganim zrnima od 8 g i sa 48 grs (graina)⁵ srednje brzog baruta H 322 i sa 62 grs sporog H 4831. Teže zrno od 13 g punio je sa 44 grs brzog baruta 3031 i sa 63 grs sporog baruta H 870. Kao fabrički 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 zaista povećala ili je ostala ista kada se cijev sa 65 cm skratila na 60. Iznimka su bili meci sa težim zrnom od 13 g za koje je brzina pala, najviše sa sporim barutom. Brzina je kod skraćivanja sa 65 cm na 40,5 pala za 113 m/s, u prosjeku za 22 m/s na svakih 5 cm dužine cijevi (2 inča). Najveći pojedinačni pad brzine (37 m/s) dogodio se kod upotrebe laganog zrna od 8 g i sporog baruta H 4831 kad je cijev sa 45,7 cm skraćena na 40,5. Za kombinaciju teškog zrna od 13 g i brzog baruta, brzina je kod skraćivanja cijevi sa 65 cm na 40,5 pala za 57 m/s, tj. za 11,4 m/s po svakih 5 cm cijevi. Fabričkom 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 koristio brži barut IMR-3031 i sporiji Reloader 22. Fabričko punjenje bio je Hornady Light Magnum sa zrnom od 8,4 g. Budući da je Wieland za kalibar 6,5 x 55 počeo sa cijevi dugom 71 cm, dobio je nešto drugačije rezultate, ali konačni rezultati brzine bili su nevjerovatno slični onima za kalibar .30-06. Brzina za fabrički Hornady je 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 je u cijevi od 71 cm imala 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) bio za kombinaciju laganog zrna i sporog baruta, pri čemu je trećina ukupnog gubitka nastala kod skraćivanja sa 45,7 cm na 40,5.

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

3) Sličan eksperiment⁶ Engleza Brucea Pottsa sa kalibrom .223 (5,56 x 45) je pokazao da je 60 cm duga cijev sa brzinom od 1037 m/s kod skraćivanja na 51 cm izgubila samo 45 m/s. Za 46 cm brzina je bila 946 m/s, ali je tada već primijetio 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, izgubilo je samo 48 m/s kada je cijev skraćena na 46 cm. Potts, braneći razlog za moguće skraćivanje cijevi, kaže: ”Izračunao sam smanjenje težine od 372 g za cijev .223 i 338 g za cijev .308. To je veliko smanjenje težine za tako mali gubitak brzine.”

4) Tabela u 45. izdanju priručnika Lyman⁷ predstavlja promjene brzine sa obzirom na brzinu naboja. Ponavlja se pravilo da ”brže zrno prosječno gubi više na jedan inč u odnosu na ono sporije”. Rezultati su za cijevi dužine 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 tabeli 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 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 tabeli je prikazan prosječni pad brzine na 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

Takođe, otkriće im je bilo da kod skraćivanja (jednako dugih cijevi) brzi naboji sa visokim pritiskom gube više brzine od sporih naboja sa većim prečnikom cijevi.

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

Razlog: kratka cijev je kruća od duge, a prečnik cijevi na ustima je kod skraćivanja veći jer je prečnik cijevi sve veći prema ležištu naboja. Zabluda o „superiornosti” dugih cijevi potječe još iz doba crnog baruta kojemu je zaista trebala duga cijev. Mjerenje preko samo otvorenih nišana takođe je bilo lakše što je udaljenost između nišana bila veća.

Izračun promjene brzine

Zbog različitih faktora (različite dimenzije ležišta naboja, cijevi, polja, žljebova…) teško je uporediti različite cijevi različitih pušaka, čak i ako su sve iste dužine. Čak i skraćivanje iste cijevi ponekad ne daje sasvim točne rezultate zbog razlika u brzini iste municije. Jednu jednostavniju jednadžbu za prikaz omjera brzine i dužine cijevi razvio je Homer S. Powley. On je omjer brzine i dužine cijevi postavio tako da je brzina (v) posljedica težeg punjenja, težeg zrna i omjera širenja (ekspanzije) (R). Omjer širenja (R) je omjer ukupnog volumena oružja (volumena cijevi i naboja) i volumena naboja. Iz te jednadžbe je jasno da za dato oružje za odgovarajuću težinu barutnog punjenja i odgovarajuću težinu zrna brzina na ustima cijevi zavisi samo od omjera širenja. Budući da se volumen cijevi smanjuje kada se cijev skrati, omjer širenja takođe se prema jednadžbi smanjuje. ⁹ U tabeli su prikazane izračunate brzine kod promjene dužine cijevi za barute proizvođača IMR različitih brzina.

 

Naboj	Težina zrna grami	Težina barutnog punjenja u grs.	Tip baruta proizvođača IMR	Brzina u cijevi dužine 60 cm (24 inča) u m/s.	Razlika u brzini pri promjeni dužine 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, kada je cijev produžena, olovnom zrnu malog revolverskog naboja .32 S&W (sa zrnom od 5,5 g doseže brzinu od 210 m/s) je trebala cijev od čak 9 m da bi se zrno u njoj konačno zaustavilo. Najveća brzina bila je za cijev od 63 cm, a zatim je polagano padala do zaustavljanja kod 9 m. To pokazuje kako funkcioniše širenje barutnih plinova. Jedina iznimka je .22 Long Rifle, gdje su testovi pokazali da se brzina u cijevi povećava samo do 40 cm, a onda veoma sporo opada. Ako se kod svih ostalih punjenja brzina povećava čak i kada cijev premaši idealnu dužinu, zašto je stvar drugačija sa .22 lr? Razlog je u volumenu naboja, koji naboj .22 lr nema. Punjenje tog naboja može se proširiti jedva 50 puta i nakon dužine cijevi od 40 cm opada. Razlog je upravo njegov omjer širenja (R), koji je mjerilo efikasnosti punjenja.

Zaključak

Ako razumijemo šta se dešava u cijevi, razumijemo i razloge za duge cijevi (i protiv njih), tj. posljedice skraćivanja. Naboj kalibra .308 Win. efikasan je sa cijevi od 50 cm, dok će naboj kalibra 7 mm Rem. Mag. ili . 300 Win.Mag. sa tom dužinom 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 koristiti što brže barute. To će smanjiti težinu barutnog punjenja i dati manje pritiska 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 pritisak na ustima) i zašto daju malo veći trzaj (više plina na ustima funkcioniše kao mlaznica u raketi i stvara potisak prema nazad). Dužina cijevi utiče na ravnotežu i praktičnost oružja, ali ne utiče na tačnost. Ako imate mogućnost izmjeriti brzinu municije u svojem oružju, nemojte se previše razočarati ako se ne podudara s podacima u proračunskim tabelama.

Dobro pogođena divljač neće primijetiti razliku.

Gregor Hodnik

Fusnote