05. Zpětný ráz SŠ-COPT Uherský Brod Ing. Štursa Petr 05. Zpětný ráz Název SŠ: SŠ-COPT Uherský Brod Autor: Ing. Štursa Petr Název prezentace: 05. Zpětný ráz Název sady: Balistika a konstrukce hlavních dílů zbraní (pro 2. ročník předmětu SZb) Číslo projektu: CZ.1.07./1.5.00/34.0727 Datum vzniku: 15. Září 2012 Uvedení autor, není-li uvedeno jinak, je autorem tohoto výukového materiálu a všech jeho částí. Tento projekt je spolufinancován ESF a státním rozpočtem ČR.

A N O T A C E Záměrem této sady výukových materiálů s názvem Balistika a konstrukce hlavních dílů zbraní je ukázat žákům 2. ročníku SŠ-COPt, ve vyučovaném předmětu Střelné zbraně a balistika zajímavou technikou některá úskalí této zajímavé vědní disciplíny. Jednotlivé prezentace této sady popisují postupně probírané oblasti a zábavnou formou se je snaží přiblížit žákům a tak je vtáhnout do daného problému.

Kde se vezme zpětný ráz Po kontaktu zápalky náboje a zápalníku dojde k rozhoření střelného prachu. Následně se začnou překotně vyvíjet prachové plyny, které expandují a začnou vytláčet střelu z nábojnice protlačovat ji vývrtem hlavně s velmi vysokým nárůstem rychlosti. Střela se urychlí z nulové rychlosti na úsťovou rychlost (cca 1 000 m/s). Už v počátcích zážehu prachu dochází k otřesu zbraně. Ten roste se vzdáleností, kterou střela urazí od krčku nábojnice. Vlivem rostoucí expanze prachových plynů, se celá zbraň rozechvívá. Pohyb střely v hlavni vyvolává svojí hybností reakci, která vyvolává zpětný pohyb zbraně.

Rovnost obou hybností - Zpětný ráz a fyzika To vyplývá ze základních fyzikálních principů zákona akce a reakce, kdy hybnost pohybující se střely se musí vyrovnat s hybností zbraně. Lze tedy napsat: p = m * v Výpočet hybnosti - Rovnost obou hybností - m1 * v1 = m2 * v2 Legenda: m1 = hmotnost střely (g) v1 = úsťová rychlost střely (m/s) m2 = hmotnost zbraně (g) v2 = rychlost pohybu zbraně ZPĚTNÝ RÁZ (m/s)

Na čem ZR závisí Síla prachových plynů, která uděluje střele rychlost, působí také přes dno nábojnice na rameno střelce – velikost zpětného rázu zbraně je tím větší, čím: - Větší je hmotnost střely - Větší je úsťová rychlost střely - Větší je úsťový tlak působících tlakových plynů - Větší ráže zbraně - Menší je hmotnost zbraně

S čím je nutno počítat K velikosti zpětného rázu, vzniklého na základě hybnosti střely, je třeba připočítat ještě reaktivní účinek plynů. Tyto plyny se uvolní při výletu střely z hlavně. Velikost reaktivního účinku vytékajících plynů závisí na objemové hmotnosti a rychlosti vytékajících plynů. Další účinek vyplývá z úsťového tlaku plynů a plochy dna nábojnice, případně velikosti průřezu vývrtu hlavně. Reaktivní zpětný ráz zvyšuje vypočtený zpětný ráz z hybnosti asi o 20 - 30 % v závislosti na velikosti ráže.

vz = (q/Qz * vu )* 1,25 Výpočet zpětného rázu Zbraň, která před výstřelem měla nulovou rychlost, se postupně urychluje a v okamžiku kdy střela opouští hlaveň, dosahuje svojí maximální hodnoty. Tuto maximální hodnotu označujeme, jako rychlost zpětného rázu vz (m/s). Rychlost zbraně vzniklá ze zpětného rázu, by neměla přesáhnout 3 m/s.  Rychlost větší než 5m/s je nad hranicí snesitelnosti a hrozí nebezpečí ohrožení zdraví. vz = (q/Qz * vu )* 1,25

Význam jednotlivých veličin vz = rychlost zpětného rázu (m/s) vú = úsťová rychlost (m/s q = hmotnost střely (g) Qz = hmotnost zbraně (g) 1,25 = reaktivní zpětný ráz

U této zbraně bude rychlost zpětného rázu asi 3,75 m/s. Příklad Z malorážové zbraně byl vystřelen náboj o hmotnosti střely 12 g s úsťovou rychlostí 600 m/s. Hmotnost, této zbraně je 2,4 kg. Urči rychlost zpětného rázu? vz = (q/Qz * vu )* 1,25 Po dosazení do rovnice: Vz= (12/ 2 400 * 600) * 1,25 = = (12/24*6)*1,25=3*1,25=3,75 Vz = 3,75 m/s U této zbraně bude rychlost zpětného rázu asi 3,75 m/s.

Průběh výstřelu u brokových zbraní Zrychlováním zátky, a sloupce broků ve hlavni brokovnice a třením mezi stěnami hlavně vzniká síla, která stlačuje oba tyto prvky. Stlačením brokového sloupce dochází ke klínování broků. Z toho plyne deformace broků. Tyto deformace jsou zmírněné chráničem broků. Současně se zvětšuje tření mezi hlavní a chráničem broků, což vede k opotřebení vývrtu.

Průběh výstřelu u kulových zbraní Kulová střela se má začat zařezávat do drážek bezprostředně po svém uvolnění spojení s nábojnicí, kdy nemá téměř žádnou rychlost. Střela urazí určitou dráhu – volný chod střely. Dříve než se začne zařezávat do drážek získá určitou rychlost se kterou narazí na začátek drážek vývrtu. Pokud je rychlost střely příliš velká, (veliká délka přechodového kužele) může dojít ke stržení střely. To znamená, že střela se neroztočí, čímž ztratí rotační stabilitu. Po průletu střely ústím, za ní vyrazí z hlavě rozpínající se prachové plyny s tlakem Pú. Ve volném prostoru tlak rychle klesá až na hodnotu atmosférického tlaku.

Důsledek zpětného rázu Vlivem uvedených jevů se zbraň zákonitě pohybuje téměř okamžitě po zážehu střelného prachu v náboji a to v každém případě dříve než střela opustí ústí hlavně. Proto tato část zpětného rázu ovlivňuje, a někdy velmi výrazně, přesnost střelby. Po opuštění střely zbraně ústím hlavně dojde k prudké expanzi plynů, která je doprovázena silným zvukovým třeskem a vytváří další silný reaktivní účinek se zpětným pohybem zbraně. Vzhledem k tomu, že silný reaktivní účinek úsťovým plynů a silný třesk výstřelu je dominantní v celém průběhu vývinu rány, střelci subjektivně splývá v jeden celek i s jevy vnitřní balistiky popsanými výše a tak jsou důsledky vnitřní balistiky často podceňovány nebo vůbec pomíjeny.

Co působí současně se zpětným rázem Před hlavní se rozpínající hnací plyny o vysokém tlaku, se šíří v podobě kulové vlnoplochy rychlostí vyšší než rychlost vzduchu. Naším subjektivním dojmem vnímáme tento zvuk jako ránu výstřelu. Tato tlaková vlna, která se šíří všemi směry, a tudíž i proti samotným hnacím plynům. Těsně u ústí hlavně může být rychlost tlakové vlny rovna rychlosti pohybu hnacích plynů. V takovém případě se může část tlakové vlny, která se vrací zpět stát quazistatickou. Tato část má složitý lahvovitý tvar a označujeme ji jako lahvovitá vlna. Její postupně se rozšiřující část se nazývá hlavňová vlnoplocha a slabě zaoblená základna nese pojmenování Machův disk. Hlavňová vlnoplocha postupně zaniká v ústí hlavně.

Výstřel a akustika Výsledný zvukový efekt, který střelec vnímá u střel s podzvukovou rychlostí (pod 340m/s) je pouze rána výstřelu. U střel s nadzvukovou rychlostí k ráně výstřelu přistupuje ještě třesk. Jeho zdrojem je prudké stlačení vzduchových částic před pohybující se špičkou střely. Akustický třesk můžeme pozorovat např. u letadel nebo střel, které se pohybují nadzvukovou rychlostí. Akustický třesk – Jev nastávající v okamžiku, kdy se rychlost zvuku a rychlost zdroje zvuku rovnají.

Stínové radarové snímky Na následujících obrázcích jsou stínové radarové snímky dvou letících střel. První (r.7,62x54R) se pohybuje nadzvukovou rychlostí 830 m/s. Na obrázku jsou zřetelné tři rázové vlny. Velikost úhlu první rázové vlny nám udává závislost na Machovém čísle. Čím menší úhel, tím větší rychlost. Za spodní částí střely je patrné silné víření, které zpomaluje let střely. Druhý (r.7,65x17B) se pohybuje podzvukovou rychlostí 230 m/s. Nejsou patrné žádné rázové vlny (aerodynamický třesk). Za spodní částí střely je patrné velmi malé víření.  

Střela 7,62 x 54R

Střela 7,65 x 17 B

Závislost na Machovým číslem Úhel m = 84° se nazývá Machův kužel   m = arsin c/v kde: c – rychlost zvuku (cca 340 m/s) v – rychlost střely Při pohybu střel obvyklých tvarů vzniká čelní balistická rázová vlna, která má tvar rotačního hyperboloidu.

Eliminace zpětného rázu K eliminaci zpětného rázu se používají různé přípravky k úpravě zbraně. Jsou to zejména různé úsťové nástavce nebo tlumiče s protizávažím umístěné v pažbě. Je třeba zdůraznit, že obecně jsou tlumiče zpětného rázu určeny především na zbraně se skutečně vysokým výkonem určené k lovu např. tropické zvěře. Tlumiče zpětného rázu mají i řadu nevýhod. U úsťových brzd je to především značné zesílení třesku výstřelu, který střelec vnímá a jejich poměrně malá účinnost. Pažbové tlumiče zpětného rázu zase značně zvyšují hmotnost zbraně. Tlumiče zpětného rázu tlumí pouze část zpětného rázu, která je sice nejsilnější, tj. po opuštění střely ústí hlavně, ale na přesnost střelby nemají zásadní vliv.

Použitá literatura Ing. FRENZL Jiří – Ruční palné zbraně Uherský Brod 1993 Ing. KŘÍBEK Jan – Střelné zbraně I + II Brno 1994 Ing. STROUHAL Karel – Civilní ruční zbraně a střelivo Alexandr B. Žuk – Pušky a samopaly Moskva 1987 Alexandr B. Žuk – Revolvery a pistole Moskva 1983

Použitá literatura Prof. Ing. Fišer Miloslav CSc. – Konstrukce loveckých, sportovních a obraných zbraní Ostrava 2009 Prof. Ing. Fišer Miloslav CSc. Doc. Ing. Procházka Stanislav CSc. – Projektování loveckých, sportovních a obraných zbraní Ostrava 2007 Plíhal Bohumil, Beer Stanislav, Komenda Jan, Jedlička Luděk, Kuda Bohuslav - Balistika Brno 2003 Firemní literatura, odborná periodika, sbírky zákonů a ostatní normy.