Hitrost krogle in dolžina cevi

Nedvomno na hitrost lovske krogle vpliva tudi dolžina cevi. Velja grobo pravilo, da za vsakih 5 cm krajše ali daljše cevi krogla izgubi ali pridobi približno 15 m/s. To pravilo ni natančno, saj je nemogoče upoštevati prav vse dejavnike, ki nastajajo pri tem. Oglejmo si torej, kako dolžina puškine cevi vpliva na hitrost in kako na to razmerje vplivajo različni dejavniki, sproti pa še ovrzimo nekaj splošno razširjenih zmot.

Hitrost izgorevanja smodnika

Pomemben dejavnik je hitrost izgorevanja brezdimnega smodnika (angl.: burn rate), saj so si smodniki pri tem različni. Počasi goreči smodniki so progresivni in v primerjavi s hitrimi (ofenzivnimi) potrebujejo večjo razdaljo v cevi in težjo polnitev, da dosežejo svojo optimalno hitrost, a zato dosežejo večje hitrosti. Svojo hitrost pridobivajo postopoma, tlak pa ves čas ostaja na dovoljeni ravni. Ker ima količina smodnika neposreden vpliv na izstopno hitrost, počasi izgorevajoč smodnik v (pre)kratki cevi ne bo dokončno izrabil vse svoje energije v obliki razširjajočih se smodniških plinov do trenutka, ko krogla zapusti cev. Ker zmogljivejši »magnum« naboji uporabljajo skoraj izključno počasne smodnike, so cevi teh pušk dolge najmanj 65 cm, redko manj. Počasnejši smodniki imajo položnejšo krivuljo (»čas/tlak«), pri čemer zadnji del krivulje sega proti ustju cevi. Ker imajo taki naboji višje tlake, daljša cev tlak plinov umiri na ustju cevi in s tem zmanjša blisk in pok. Krajšanje takih cevi je zato manj priporočljivo. Graf iz priročnika VihtaVouri¹ (Lapua) prikazuje krivuljo tlaka in krivuljo hitrosti krogle v cevi, rdeča črta pa hiter dvig in spust tlaka hitrejšega smodnika. Naslednji graf kaže krivulje različno hitrih smodnikov.

Balistični cikel

Ko netilka vžge smodnik, njegovo zgorevanje povzroči verižno reakcijo v tulcu. Ob premiku krogle se vroči smodniški plini razširijo. Ker pa sta hitrost izgorevanja smodnika in zmožnost ustvarjanja smodniških plinov v tesni povezavi s tlakom, začetni tlak poskrbi za pospešitev zgorevanja smodnika; rast tlaka je zato pospešeno naraščajoča. Ko krogla doseže žlebove cevi, jo ti za hipec zaustavijo, zato tlak za pogon krogle še naraste, kar še bolj pospeši izgorevanje smodnika. Smodniški plini potisnejo kroglo, s tem pa se povečuje prostornina za kroglo, obenem pa se zvišuje tudi tlak. Ta upade, ko se smodniški plini ne morejo več razširjati do te mere, da bi lahko še nadalje pospeševali hitrost krogle. Ko je tlak ostro upadel je to je znak, da je smodnik izrabil vso svojo energijo. V prvih nekaj cm je izgorelo 99,5 % smodnika. Tlak je najvišji na začetku in upada proti ustju, kjer je tlak le še 10-30 % najvišjega (odvisno od vrste naboja). Smodnik ima veliko energije, a le 20-35 % te energije se pretvori v kinetično, t.j. v hitrost izstrelka. Okrog 20-30 % skupne energije se pretvori v toploto, 40 % energije pa »se izstreli« skozi ustje cevi v obliki vročih plinov (povzeto po VihtaVouri).

Blisk na ustju cevi

»V vsakem modernem naboju ves smodnik zgori v prvih nekaj »inčih« poti, ki jo opravi krogla. Večina nas je že videla krivuljo tlaka, ki se strmo dvigne, ko krogla zapusti tulec in se počasi spusti, ko krogla potuje po cevi. Vrh krivulje označuje točko, kjer je smodnik popolnoma dogorel. Pri kalibru .30-30 smodnik dogori kako »inčo« od ustja tulca, toda v kakih Super Magnumih kot je .30-378 Weatherby Magnum, lahko dogoreva 4-5 inče. V vsakem primeru pa ves smodnik v cevi zgori veliko prej, preden krogla zapusti cev. Zakaj torej daljše cevi dajejo večje hitrosti? Ker se po tem, ko ves smodnik zgori, nastali smodniški plini še razširjajo (ekspandirajo). In kaj je tisti veliki blisk na ustju cevi, ko sprožimo v mraku? Ne, to ni neizgorel smodnik, pač pa so vroči smodniški plini, ki reagirajo s kisikom v ozračju. Dodaj kisik kateremukoli ognju pa bo še bolj zagorel…« pravi priznani ameriški avtor John Barsness, ko v svojem prispevku² obračunava z razširjenimi zmotami. Ko prižgemo nekaj smodnika za puške, se pojavi »blisk«, oz. plamen, ki zaradi odsotnosti tlaka (tulec, cev) gori dobro sekundo.

Na obisku v tovarni RUAG Ammotec so nam pri prikazu delovanja streliva serije Silver selection v mraku, natančno pojasnili, da blisk na ustju cevi povzroči ogljikov monoksid v smodniških plinih, ki na ustju cevi reagira s kisikom v ogljikov dioksid. To vrhunsko strelivo polnijo s posebnimi smodniki z dodatki, ki zmanjšujejo nastanek tega plina.

Nekaj dejstev

a) Dejanska hitrost je skoraj vedno manjša od objavljene (na škatli streliva, katalogu…). Proizvajalci streliva pri testiranju uporabljajo daljše cevi, s tesnejšim ležiščem naboja in tesnejšo cevjo kot jo imajo običajne puške. S tem ustvarijo najslabše možne razmere v katerih se lahko znajde ta naboj in pri tem še ostane v mejah dovoljenih tlakov. Ohlapna ležišča in cevi ustvarijo nižje tlake in posledično tudi manjše hitrosti izstrelkov. Ko sem pred leti meril hitrost tovarniškemu strelivu 6,5 x 68 in 7 x 65 R je bila hitrost za 30 m/s manjša od zabeležene, kljub temu, da so bile cevi dolge 65 cm. Tudi na obisku v tovarni RWS je tehnik pred testnimi cevmi poudaril, da so preglednice le osnova, zato mora lovec preveriti padec krogle, kajti hitrost krogle je zaradi različnih dejavnikov lahko tudi drugačna.

b) Četudi dve orožji uporabljata isti naboj in imata enako dolgi cevi, sta končni hitrosti izstrelka lahko različni. Na to vpliva tudi oblika in globina žlebov, tesnost cevi…

c) Hitrosti običajno nihajo tudi, ko streljamo z istim strelivom iz istega orožja. Odstopanja so tukaj različna ne glede na skrbnost pri pripravi tovarniškega ali ročno polnjenega naboja. Manjše odstopanje preverjeno še ne pomeni tudi boljših zadetkov!

Vse zgornje trditve že od leta 1974 pojasnjuje vsak SPEER-ov priročnik v prispevku »Zakaj dobivajo balistiki sive lase?«³ in se nanaša na neprestano vprašanje »Zakaj moje orožje ne dosega hitrosti, če pa tam piše da s to dolžino cevi in s to polnitvijo…« 

Rezultati različnih testov

1) Sodelavci revije Guns&Ammo so leta 2001 primerjali nekaj novih Rugerjevih pušk, M 77 MK II Compact, z 42 cm dolgo cevjo in M 77 Varmint s 60 cm cevjo kal. .243 Win. Streljali so s tovarniškim strelivom z 3.7 g, 5.2 g in 6.5 g težkimi kroglami. Hitrosti v krajši puški so dosegle hitrosti 1028, 902 in 810 m/s, hitrosti v daljši pa 1130, 1013 in 907 m/s, kar pomeni, da je bilo povečanje hitrosti na 5 cm cevi približno med 20 – 23 m/s.

2) Terry Weiland je⁴ podrobno izpostavil vprašanje razmerja oz. vpliva dolžine cevi na hitrost krogle in prišel do zanimivih spoznanj. Izbral je puško Enfield .30-06 s 65 cm cevjo in Švedski Mauser 6,5 x 55, z originalno 71,1 cm dolgo cevjo. Nato je krajšal njuni cevi po 5 cm naenkrat, do končne dolžine 40,5 cm, pri tem pa je s kronografom ves čas meril izstopno hitrost različnih tež krogel. Meril je hitrost različnih nabojev polnjenih s hitrimi in počasnimi smodniki, eden teh je bil vsakič tovarniško izdelan naboj, ostali so bili ročno napolnjeni.

Wieland je naboje kal. .30-06 polnil z lahko 8 g kroglo in z 48 grs (graini!)⁵ srednje hitrega

H 322 ter z 62 grs počasnega H 4831. Težjo 13 g težko kroglo je polnil z 44 grs hitrega 3031 in z 63 grs počasnega smodnika H 870. Njegov tovarniški naboj je bil Hornady Light Magnum, z 9.7 g težko kroglo. Pri kal. .30-06 je ugotovil, da je hitrost treh od petih polnitev dejansko narasla ali ostala enaka, ko je bila cev krajšana od 65 na 60 cm. Izjema sta bili polnitvi s težjo, 13 g, kroglo, kjer je hitrost padla, najbolj pri počasnem smodniku. Hitrost je pri krajšanju od 65 na 40,5 cm padla za 113 m/s, v povprečju za 22 m/s na 5 cm dolžine cevi (»2 inči«). Največji posamični padec hitrosti (37m/s) se je zgodil pri lahki, 8 g krogli in počasnem smodniku H 4831, ko je bila cev skrajšana s 45,7 na 40,5 cm. Pri kombinaciji težke, 13 g krogle in hitrega smodnika je hitrost pri krajšanju 65cm na 40,5cm padla le za 57m/s, torej za 11.4 m/s na 5 cm cevi. Tovarniškemu Hornady je hitrost padla za 90m/s, torej za 18 m/s na 5cm cevi.

Naboj kal. 6,5 x 55 je polnil z lažjo 5,5 g in težjo 9.1g kroglo; pri obeh pa je uporabil hitrejši IMR-3031 ter počasnejši Reloader 22. Hornady Light Magnum z 8.4 g kroglo, je bila njegova tovarniška polnitev. Ker je Wieland pri kal. 6,5 x 55 začel z 71 cm dolgo cevjo je dobil rahlo drugačne rezultate, vendar so bili končni rezultati hitrosti neverjetni podobni tistim pri kal. .30-06. Tovarniški Hornady je imel v 71 cm dolgi cevi 819 m/s hitrosti, pri skrajšavi cevi na 40,5cm je hitrost padla na 709 m/s. Kombinacija 9.1 g krogle s počasnim smodnikom je imela v 71cm cevi hitrost 775 m/s, ki je padla na 687m/s pri 40,5 cm dolgi cevi. Spet je imela največji padec hitrosti (-91 m/s) kombinacija lahke krogle in počasnega smodnika, pri čemer je kar tretjina celotne izgube nastala šele pri krajšanju z 45,7 na 40,5cm.

Ko je Wieland vse skupaj seštel je ugotovil, da je imel kal. .30-06 v povprečju 16.6 m/s izgube hitrosti na 5 cm cevi, medtem, ko je imel kal. 6,5 x 55 v povprečju 15.8 m/s izgube na 5 cm. Navedeno se odlično ujema s splošnim pravilom 15 m/s na vsakih 5 cm cevi.

3) Podoben preskus⁶ Angleža Bruce Potts-a s kalibrom .223 (5,56 x 45) je pokazal, da je 60 cm dolga cev s 1037 m/s pri skrajšavi na 51cm izgubila le 45 m/s. Pri 46 cm pa je bila hitrost 946 m/s, vendar je pri tem že opazil moteč pok in blisk na ustju cevi. Podobno je bilo, ko je krajšal 60 cm dolgo cev v kal. .308 (7,62 x 51). Krogla teže 9.7 g, ki je imela v 60 cm dolgi cevi hitrost 885 m/s, je imela pri skrajšavi na 46 cm le 48 m/s izgube. Potts pri zagovarjanju razloga za morebitno skrajšavo cevi pravi: »Izračunal sem zmanjšanje teže 372 g pri cevi .223 in 338 g pri cevi .308. To pa je kar precejšnje zmanjšanje teže za tako malo izgube hitrosti.«

4) Preglednica v 45-ti izdaji priročnika Lyman⁷ predstavlja spremembe hitrosti glede na hitrost naboja. Ponovi se pravilo da »hitrejša krogla povprečno izgubi več na 1″ kot počasnejša«. Rezultati so za cevi dolžin 50 – 65 cm, prikazana je povprečna sprememba na 5 cm cevi:

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

Triinštirideseta izdaja je postregla s konkretnimi primeri specifičnih kombinacij. Lymanovi tehniki so merili hitrost nekaterim hitrejšim nabojem v puškah s cevmi skrajšanimi od 65 cm na 55 cm, preglednica pa predstavlja povprečen padec hitrosti na vsakih 5 cm:

.243 Win./krogla 6,5 g	17.6 m/s
.264 Win. Mag8./krogla 9,1 g	19.4 m/s
.300 H&H Mag./krogla 14,2 g	15.2 m/s

Nato so merili hitrost standardnim nabojem v puškah s cevmi skrajšanimi z 60 cm na 50 cm, preglednica predstavlja povprečen padec hitrosti na vsakih 5cm:

.270 Win./krogla 8,4 g	22.6 m/s
.270 Win./krogla 9,7 g	19.2 m/s
.300 Savage/krogla 11,5 g	10.4 m/s
.30-06/krogla 11,5 g	9.2 m/s
.35 Rem/krogla 13,0 g	6.6 m/s

Tudi njihova ugotovitev je bila, da pri krajšanju (enako dolge cevi) hitri naboji z visokimi pritiski izgubijo več hitrosti, kot je izgubijo počasnejši naboji z večjim premerom cevi.

Krajša cev ni manj natančna, kar so potrdili mnogi testi (preizkusi). Kvečjemu avtorji opozarjajo, da so pri krajšanju (po ustrezni obdelavi ustja cevi) dosegli enako ali včasih celo boljšo natančnost, kljub izgubi hitrosti.

Razlog: kratka cev je bolj toga od dolge, premer cevi na ustju pri skrajšavi pa večji, ker je premer cevi vse širši v smeri proti ležišču naboja. Zmota o »superiornosti« dolgih cevi izhaja iz časov črnega smodnika, ko je ta res potreboval dolgo cev. Merjenje preko le odprtih merkov pa je bilo tudi lažje pri čim večji razdalji med merkoma.

Izračun spremembe hitrosti

Zaradi različnih dejavnikov (različnih dimenzij ležišča naboja, cevi, polj, žlebov…) je težko primerjati različne cevi različnih pušk, četudi so vse enake dolžine. Tudi krajšanje ene same cevi včasih ne prinese čisto točnih rezultatov zaradi nihanj v hitrosti istega streliva. Eno bolj preprostih enačb, z namenom prikaza razmerja hitrost/dolžina cevi, je razvil Homer S. Powley. Ta je določil razmerje hitrost/dolžina cevi tako, da je hitrost (v) posledica teže polnitve, teže krogle in razširitvenega (ekspanzijskega) razmerja (R). Razširitveno razmerje (R) je razmerje med skupno prostornino v orožju (prostornina cevi in naboja) v razmerju do prostornine naboja. Iz te enačbe je razvidno, da je pri določenem orožju, z določeno težo smodniškega polnjenja in določeno težo krogle, hitrost na ustju odvisna le od razširitvenega razmerja. Ker je pri krajšanju cevi zmanjšana prostornina (volumen) cevi, se po enačbi zmanjša tudi razširitveno razmerje. 9 Preglednica prikazuje izračunane hitrosti pri spremembi dolžine cevi za različno hitre smodnike proizvajalca IMR.

 

Naboj	Teža krogle grami	Teža smodniške polnitve v grs.	Tip smodnika proizvajalca IMR	Hitrost v cevi dolžine 60cm 24” v m/s.	Razlika v hitrosti pri 2” (5cm) spremembe dolžine cevi, hitrost v 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« in .22lr

V enem od testov¹⁰, ko so podaljševali cev, je svinčena krogla šibkega revolverskega naboja .32 S&W (s 5,5g kroglo doseže 210m/s) potrebovala kar 9m dolgo cev, da se je krogla v njej končno zaustavila. Največja hitrost je bila pri natanko 63cm, nato je počasi upadala do zaustavitve pri 9m. To priča o delovanju razširjanja smodniških plinov. Izjema je edino le .22 Long Rifle, pri katerem so s testi dokazali, da se hitrost v cevi povečuje le do 40 cm, nato pa zelo počasi upada. Če se pri vseh drugih nabojih hitrost povečuje celo, ko cev preseže idealno dolžino, zakaj je pri .22 lr drugače? Razlog je v prostornini nabojev, ki je naboj .22 lr nima. Polnitev tega naboja se lahko razširi komaj 50 x in po 40 cm cevi upade. Razlog za to je ravno njegovo razširitveno razmerje (R), ki je merilo učinkovitosti naboja.

Zaključek

Če razumemo dogajanje v cevi, razumemo tudi razloge za dolge cevi (in proti) oz. posledice pri krajšanju. Naboj kal. .308 Win. je učinkovit z 50 cm cevjo, medtem ko bo naboj kal. 7 mm Rem. Mag. ali . 300 Win.Mag. s to dolžino cevi že nadležen. Razmišljamo o krajšanju te »magnum« cevi pa imamo pomisleke glede povečanega bliska in poka? Če sami polnimo naboje, je rešitev lahko, da uporabimo čim hitrejše smodnike. S tem zmanjšamo težo smodniške polnitve = manj tlaka in plinov na ustju. Razširitveno razmerje pojasni velik pomen razširjanja smodniških plinov. To in opis balističnega cikla pa pojasnita zakaj so krajše cevi bolj glasne (višji tlak na ustju) in zakaj povzročijo rahlo večji odsun (več plinov na ustju deluje kot šoba pri raketi – potisk nazaj). Dolžina cevi vpliva na uravnoteženost in priročnost orožja, ne vpliva pa na natančnost. Če že imate možnost dejansko izmeriti hitrost streliva v vašem orožju pa ne bodite preveč razočarani, če se ne ujema s podatki v preglednicah.

Dobro zadeta divjad razlike ne bo opazila.

Avtor: Gregor Hodnik

Opombe