07. Přechodová balistika SŠ-COPT Uherský Brod Ing. Štursa Petr Název SŠ: SŠ-COPT Uherský Brod Autor: Ing. Štursa Petr Název prezentace: 07. Přechodová balistika 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: 25. 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 probíhá přechodová balistika Tato sleduje pohyb střely bezprostředně po opuštění vývrtu hlavně až do okamžiku, kdy na ni přestanou působit plynné produkty výstřelu, střela se v této fázi urychlí asi 5% a délka přechodové balistiky se udává 10-20x ráže zbraně. Po opuštění ústí hlavně působí na střelu z počátku prachové plyny, vytékající z hlavně rychlostí větší, než je rychlost střely. Předbíhají střelu, avšak tento stav trvá velmi krátce. Po celou tuto dobu však působí na dno střely a urychlují velikost její rychlosti až do hodnoty vypočtené a označované v0 . Při experimentech bylo zjištěno, že je maximální rychlost střely dosahováno ve vzdálenosti přibližně 10-20 ráží od ústí hlavně. Toto období se nazývá obdobím dodatečného působení prachových plynů a tvoří předmět řešení přechodové balistiky.

Čím se zabývá přechodová balistika Přechodová balistika se zabývá ději, které se odehrávají před ústím malorážové zbraně. Rychle unikající a rozpínající se spalné plyny dále urychlují pohybující se střelu. Současně s těmito spalnými plyny z ústí vylétají povýstřelové zplodiny. Všechny tyto vedlejší produkty výstřelu lze částečně, nebo úplně eliminovat. K tomuto slouží různá úsťová ústrojí, které zlepšují činnost a funkci hlavně. Můžeme je rozdělit: - kompenzátory zpětného rázu (úsťové brzdy) - kompenzátory zdvihu - zesilovače zpětného rázu - tlumiče plamene - tlumiče hluku - úsťové deflektory

Kompenzátory zpětného rázu   Kompenzátor a úsťová brzda jsou podobná úsťová zařízení palných zbraní, která vytváří při výstřelu korekční síly, eliminující nežádoucí vliv standardně působících sil od výstřelu. Zjednodušeně lze říci, že kompenzátor i úsťová brzda omezují nežádoucí pohyb zbraně při výstřelu. Obě zařízení se umísťují na ústí hlavně zbraně a pracují na principu reaktivního působení z hlavně vytékajících plynů, u nichž je modifikován směr výtoku z hlavně, popř. je využito působení plynů na vhodně orientované funkční plochy. Je tedy zřejmé, že funkce těchto zařízení se uplatní až poté, co střela opustila hlaveň. Mohou být vyrobena jako součást hlavně, nebo jako přídavné zařízení malorážové zbraně.

Úsťová brzda Poněkud jinou funkci má úsťová brzda, která je někdy také nazývána kompenzátorem (tlumičem) zpětného rázu. Základní funkce brzdy spočívá v působení vytékajících plynů na plochu orientovanou kolmo k ose hlavně, některé brzdy také otáčí z hlavně vytékající plyny o více než 90° a vytváří reakci působící ve směru osy hlavně. Síla od brzdy působí vždy ve směru osy hlavně směrem dopředu a eliminuje tedy pohyb zbraně vzad, který je nežádoucí nejen tím, že působí na střelce, ale i tím, že odchyluje zbraň do nežádoucích směrů. Střelba ze zbraně vybavené kompenzátorem zdvihu nebo úsťovou brzdou je pohodlnější a míra pohodlí roste s balistickým výkonem systému. Někdy to však může být pohoda jen zdánlivá.

Kompenzátory zdvihu Kompenzátory zdvihu eliminují zdvih ústí hlavně. A to takovým způsobem, že při střelbě s využívají změny směru proudění prachových plynů, které vytékajících z hlavně a expandují na ústí hlavně při výstřelu. Kompenzátory jsou konstruovány tak, že část vytékajících plynů z hlavně otáčí ve směru kolmém k ose hlavně vzhůru. Vytvořená reakce působí proti klopnému momentu vyvolanému silou a zpětným rázem vznikajícím při výstřelu. 

Zesilovače zpětného rázu Zařízení sloužící ke zrychlení zákluzového pohybu hlavně. Jejich účinek je přesně opačný, jako u úsťových brzd. Používají se především u malorážových zbraní, které využívají pro svou funkci automatický chod. Hlavně u zbraní s krátkým zákluzem hlavně. Z tohoto důvodu je nezbytné zvětšit rychlost tohoto zákluzu. Využívá se tlaku plynů na čelo hlavně v plynové komoře.Jako svérázný zesilovač zpětného rázu může sloužit i tlumič plamene.

Tlumiče plamene Teplota plynů, které vytékají z hlavně se pohybuje okolo 2 500°C. Současně tyto vytékající plyny obsahují oxid uhelnatý, metat a vodík. Je zřejmé že po smísení se vzdušným kyslíkem dojde k zapálení těchto plynů, což se projeví výšlehem plamene z ústí hlavně. Je proto nutné snížit teplotu těchto expandujících plynů pod zápalnou teplotu. Tlumiče plamene proto mívají tvar komolého kužele, čímž dojde k mechanickému odclonění plamene. Otvory v zadní části tlumiče směrem k ústí zbraně, přisávají studený vzduch, čímž dojde k jejich ochlazení pod zápalnou teplotu. Proto se používají tlumiče plamene štěrbinového tvaru, které mají taktéž funkci úsťové brzdy.

Tlumiče hluku Kromě plamene je výstřel z malorážové zbraně doprovázený silným akustickým jevem Nejsilnější je úsťový hluk vyvolaný rázovou vlnou plynů vytékajících z hlavně nadzvukovou rychlostí. U malorážových zbraní se tato hladina pohybuje okolo 140-160 dB a překračuje práh bolestivosti. Z tohoto důvodu je při střelbě z palných zbraní bezpodmínečně nutná ochrana sluchu. Účinné a reálné je tlumení zvuku pouze u zbraní, které mají menší úsťovou rychlost než je rychlost zvuku. Plyny expandují do tlumiče, kde se ochladí a vytékají do okolní atmosféry již pomalu. U zbraní s vyšší úsťovou rychlostí než je rychlost zvuku, zůstává ještě balistický třesk střely. V podstatě lze utlumit pouze střelbu se subsonickým střelivem.

Úsťové deflektory Jsou zařízení, která v podstatě zabraňují vychýlení hlavně automatické zbraně po výstřelu. Ve většině případů se používají u ručních zbraní k eliminaci jejich zdvihu. Vyvolávají u ústí hlavně reaktivní sílu, která vytváří moment síly proti zdvihu zbraně. Jejich konstrukce je jednoduchá. Ve většině případů se jedná o jednoduchou úpravu ústí hlavně. Základní konstrukční principy úsťových deflektorů: - šikmé sklonění ústí hlavně - otvory, nebo drážky před ústím hlavně - nasazení bodáku na konec hlavně

Jevy odehrávající se před hlavní Základním jevem odehrávajícím se před ústím hlavně při výstřelu z malorážové zbraně, je expanze produktů hoření prachové náplně. Skládá se ze dvou na sebe navazujících period: - perioda primární expanze vytékajících plynů - perioda sekundární expanze vytékajících plynů

Doprovodné jevy - elektromagnetické záření - záblesk plamene na ústí hlavně - kouřový efekt hořících plynů - hluk doprovázející výstřel

Perioda primární expanze Po zážehu prachové náplně se střela hnaná vznikajícími prachovými plyny pohybuje postupně se zvyšující rychlostí směrem k ústí malorážové zbraně. Před sebou vytlačuje vzduchový sloupec obsažený ve vývrtu hlavně, který musíme zvětšit o objem plynů, které předbíhají střelu nedokonalostí utěsnění ve vývrtu. Zhuštění vytvořené v hlavni před střelou tato postupně vytlačuje a tím na ústí vytváří kulovou primární tlakovou vlnu. Když tato dosáhne dostatečně vysokou rychlost, vytvoří se před ústím hlavně malorážové zbraně malá quazistatická lahvovitá vlna. Její velikost se společně s rostoucí rychlostí vzduchového sloupce zvětšuje.

Perioda sekundární expanze Po výstupu střely z hlavně nastává prudké rozpínání rozpínajících se prachových plynů do okolního prostředí. Tím dochází ke vzniku sekundární tlakové vlny. Tato sekundární tlaková vlna není kulovitá, jak by se dalo předpokládat. Hlavním důvodem je to, rozpínající se hnací plyny mají daleko větší rychlost jako samotná pohybující se střela. Toto dovoluje vzniku tlakového rázu, který působí na dno střely. Toto působení nám nadále zvyšuje rychlost střely, z rychlosti úsťové, na rychlost maximální. Tento krátký povýstřelový děj probíhá po přímce totožné s osou hlavně na úseku dlouhém dvacetinásobku ráže hlavně. Teprve v dalším úseku pohybu střely tato přechází na balistickou křivku

Perioda sekundární expanze U brokových zbraní s hromadnou střelou, mají rozpínající se tlakové plyny nemalý vliv na jejich rozptyl. Těsně před ústím hlavně vzniká sekundární hlavňová vlnoplocha, a současně s ní Machův disk. Po následujícím poklesu rychlosti hnacích plynů se postupně zmenšuje velikost sekundární hlavňové vlnoplochy. Když dosáhne velikosti průměru ráže hlavně, tak se vrací zpět do hlavně, čímž začne vznikat za dnem střely podtlaková vlna. Její pohyb je směrem od ústí hlavně k nábojové komoře. Je-li rychlost střely, která opouští hlaveň větší než je rychlost zvuk (cca 340 m/s), proniká střela sekundární hlavňovou vlnoplochou a na jejím hrotu vzniká Machův kužel, který je příčinou aerodynamického třesku.

Úsťová charakteristika hlavně Tyto úsťové charakteristiky hlavně lze ovlivňovat několika způsoby, a to buďto přídavnými úsťovými mechanizmy, nebo úpravou prachové slože náboje. Nejúčinnější je však kombinace obou způsobů: - mechanická úsťová zařízení chemická aditiva střelného prachu (tlumiče plamene)

Pohled na ústí při výstřelu Na 1. obrázku je zobrazen boční pohled na ústí hlavně v okamžiku výstřelu ze zbraně se subsonickým střelivem. Dříve než střela začne vystupovat z hlavně, vytékají z hlavně plyny, které profoukly kolem střely při jejím zařezávání do drážek vývrtu. Tudíž ji předběhly ve fázi volného běhu střely. Profouknutí rozpínajících se plynů kolem střely je poměrně masivní a plyny se příliš nepodobají zplodinám hoření bezdýmného prachu.

Pohled na ústí při výstřelu

Pohled na střelu opouštějící hlaveň Střela r. 7,65 povylézá z ústí hlavně podzvukovou rychlostí cca 300 m/s. V horní části střely je vidět expandující prachové plyny, které svědčí o špatně vyrobeném ústí hlavně dané zbraně. Tyto plyny mají vyšší rychlost, než samotná střela. Prachové plyny, které předběhly střelu, se rozpínají do okolní atmosféry a srovnávají tak tlak s okolím. Po opuštění hlavně na střelu krátkodobě působí prachové plyny, které mají v tomto okamžiku větší rychlost než střela a způsobují její zanedbatelné zrychlení. Vysoký úsťový tlak může negativně působit na přesnost střely, zpětný ráz a akustický třesk. Vyjímku tvoří zbraně osazené kompenzátory.

Pohled na střelu vystupující z hlavně

Střela v oblasti přechodové balistiky Střela krátce po opuštění hlavně. Za ní vytékají vysokou rychlostí (výrazně vyšší, než má samotná střela) expandující prachové plyny. Současně jsou na obrázku zřetelná neshořelá prachová zrna (důsledek krátké hlavně), které se nachází v těsně před ústím zbraně. Experimentálně ani teoreticky nelze zjistit skutečnou rychlost na ústí hlavně, proto se uvažuje vyšší počáteční rychlost střely, než je skutečná rychlost střely v ústí hlavně. Při zkušebních střelbách se stanoví počáteční rychlost tak, aby se na konci období dodatečného působení plynů, určená rychlost rovnala rychlosti skutečné. Tedy k dodatečnému působení prachových plynů se přihlíží nepřímo. Je vidět mírný pohyb hlavně, který začíná ještě v době, kdy je střela v hlavni. Toto je důsledek velmi nízké hmotnosti neuzamčeného závěru pistole. Současně je jednou z příčin zvětšeného rozptylu dané zbraně.

Střela v oblasti přechodové balistiky

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.