Когда мы говорим об огнестрельном оружии, то обычно представляем себе мощную и точную систему, способную поразить цель на большом расстоянии. Но что делает выстрел настолько эффективным? Конечно же, винтовые нарезы в канале ствола!
Нарезка — это не просто система спиралевидных канавок, расположенных на внутренней поверхности ствола. Это настоящее искусство, которое позволяет пуле вращаться и сохранять устойчивость в полете. Благодаря нарезке, пуля летит точно в цель, преодолевая сопротивление воздуха и другие внешние воздействия.
Нарезка — это как танец, где каждый шаг символизирует вращение пули, а каждое движение — это путь к цели. Это мастерство, требующее высокой точности и идеального баланса между силой и устойчивостью.
В данной статье мы подробно рассмотрим, как работает нарезка, какие ее виды существуют и как они влияют на характеристики оружия. Мы также обратимся к истории развития нарезных стволов и их значению в современном вооружении.
Присоединяйтесь к нам в этом увлекательном путешествии по миру оружия!
Что это такое
Нарезкой называют спиралевидные канавки, которые создают на внутренней поверхности ствола огнестрельного оружия. Эти канавки служат для придания пуле или снаряду вращения, что улучшает их аэродинамическую устойчивость и точность при стрельбе.
Также этот термин применяют в качестве глагола, когда речь идёт о процессе создания таких канавок.
Нарезное оружие — это вид огнестрельного оружия, в канале ствола которого имеются винтовые нарезы, предназначенные для придания снаряду (пуле) вращательного движения. Это, в свою очередь, обеспечивает устойчивость снаряда на траектории, его дальность полёта и кучность стрельбы.
В момент выстрела ведущий поясок снаряда или оболочка пули, изготовленные из мягкого металла, например, латуни или биметалла с верхним слоем из латуни, врезаются в винтообразные нарезы канала ствола. Диаметр пули для нарезного оружия должен соответствовать диаметру канала ствола, замеренному по нарезам (т. е. быть больше диаметра канала).
Благодаря этому исключается прорыв пороховых газов между стенками ствола и пулей, и снаряд, продвигаясь по каналу ствола, имеет возможность поворачиваться вокруг своей продольной оси и приобретать вращательное движение. Именно наличие винтовых нарезов и дало название этому виду оружия — винтовка.
Нарезное оружие характеризуется скоростью вращения пули, которая определяется расстоянием, пройденным ею за один полный оборот. Это расстояние выражается в виде отношения к определённому значению, например, 1:10 дюймов, что соответствует 25,4 см. Чем меньше это расстояние и, соответственно, чем меньше отношение, тем выше скорость вращения пули и, следовательно, её устойчивость при движении.
Скорость вращения, необходимая для гироскопической стабилизации пули, зависит от её длины, веса и формы. Для стволов, предназначенных для коротких пуль большого диаметра, требуется низкая скорость вращения, например, один оборот за 48 дюймов (122 см). В стволах, рассчитанных на длинные пули малого диаметра, такие как пули диаметром 0,223 дюйма (5,2 г, 5,56 мм), используется более высокая скорость закручивания — один оборот за 8 дюймов (20 см) или выше.
Нарезка, которая становится более крутой по мере продвижения по стволу, называется усиленной или прогрессивной.
Не рекомендуется использовать нарезку, чья крутизна уменьшается по длине ствола, так как она не может обеспечить надёжную стабилизацию пули во время её движения по каналу ствола.
Чрезвычайно длинный снаряд, например, флешетта, требует очень высокой скорости вращения для стабилизации. Вместо этого его часто стабилизируют аэродинамически. Снаряд с аэродинамической стабилизацией можно выстрелить из гладкоствольного ствола без потери точности.
Начало
Мушкеты — это разновидность огнестрельного оружия, которое стреляет круглыми пулями. Скорость полёта пули относительно невелика.
Из-за сложности производства и необходимости быстрой перезарядки через дуло, пули не всегда плотно прилегают к стволу. Это приводит к тому, что во время выстрела они отклоняются от стенок ствола, и траектория полёта становится менее предсказуемой.
Для улучшения точности стрельбы использовали комбинация пули и патча, которая обеспечивает более плотное прилегание. Это позволяло достичь большей точности на небольших расстояниях, но не гарантировало точности на дальних дистанциях.
Как и в случае с изобретением пороха, имя создателя нарезного ствола остаётся неизвестным. Однако прямые нарезы начали использоваться в огнестрельном оружии по крайней мере с 1480 года. Они были предназначены для улавливания остатков пороха.
Считается, что нарезной ствол был впервые изобретён в Германии. По одним данным, это произошло в Лейпциге в 1498 году, по другим — в Вене. Пуля вгонялась в ствол с помощью молотка.
Однако в течение нескольких веков подобное оружие практически не использовалось в военных целях из-за сложности и длительности процесса заряжания. Оно применялось в основном на охоте, где скорострельность не имела большого значения.
Наиболее удачный образец военного нарезного ружья был разработан в 1832 году Бернером из Брауншвейга. Канал ствола имеет два широких винтовых нареза, расположенных друг напротив друга. Ствол изготовлен из «красного железа», длина ствола составляет 83,8 см, калибр оружия — 17,7 мм.
Первые образцы оружия с винтовой нарезкой ствола появились в начале XVI века. В России до XVIII века такие ружья назывались винтовыми пищалями, а затем — винтовыми ружьями, или штуцерами. В 1856 году нарезное ружьё получило официальное название — винтовка.
Скорость вращения
Чтобы добиться максимальной точности, ствол должен обладать достаточной крутизной нарезов, способной стабилизировать вращение любой пули. Пули большего диаметра более устойчивы, поскольку больший радиус обеспечивает большую инерцию. Длинные пули, как правило, тяжелее, и их стабилизация требует больших усилий, поскольку аэродинамическое давление действует на них как на более длинный рычаг.
Оружие, предназначенное для стрельбы круглыми пулями, имеет самый низкий шаг нарезов, составляющий примерно 1 дюйм на 72 дюйма (180 см) или чуть больше. Однако для типичной винтовки наиболее распространенной является шаг нарезов, равная 1 дюйму на 48 дюймов (120 см).
Существует три способа описать скорость вращения:
- Традиционный способ — выразить скорость вращения в терминах «хода», то есть длины, необходимой для завершения одного полного оборота пули в нарезном стволе. Этот способ не даёт понимания, является ли скорость скручивания высокой или низкой при сравнении отверстий разного диаметра.
- Второй способ — описать «шаг нарезов», необходимый для полного оборота пули в калибрах или диаметрах ствола.
- Третий способ — просто сообщить угол наклона канавок относительно оси отверстия, измеренный в градусах.
Последние два способа позволяют выразить скорость вращения в виде соотношения и понять, является ли скорость вращения высокой или низкой, даже при сравнении отверстий разного диаметра.
В 1879 году профессор математики в Королевской военной академии Джордж Гринхилл разработал формулу для расчёта оптимальной скорости вращения свинцовых пуль. Эта формула использует длину пули и не требует учёта веса или формы носа.
Формула Гринхилла, которая используется до сих пор, выглядит так:
TR = C ⋅ D² / L ⋅ √SG10.9
где — 150 (используйте 180 для дульной скорости выше 2800 футов/с); — диаметр пули в дюймах; — длина пули в дюймах; — удельный вес пули (10,9 для пуль со свинцовым сердечником).
Исходное значение составляло 150, что соответствует скорости вращения в дюймах на оборот при диаметре и длине пули в дюймах. Это значение подходит для скоростей около 840 м/с (2800 футов/с); при более высоких скоростях следует использовать 180.
Если используется недостаточная скорость вращения, пуля начинает рыскать по горизонтали, а затем кувыркаться. Обычно это проявляется в виде «удлиненных отверстий», когда пули оставляют в мишени вытянутые отверстия, попадая в неё под углом.
Если скорость вращения слишком высока, это тоже может вызвать проблемы. Чрезмерное вращение может привести к быстрому износу ствола. Кроме того, в сочетании с высокой скоростью, оно создаёт очень высокую скорость вращения, которая может разорвать оболочку пули.
Пули, изготовленные из цельнометаллических материалов, почти не могут достичь таких скоростей полёта и вращения, при которых они распадаются в полёте из-за высокой скорости вращения.
Формы
Ствол с круглым сечением не способен придать пуле вращательное движение, поэтому нарезные стволы имеют особую форму поперечного сечения, отличную от круга. Обычно они оснащены одним или несколькими винтовыми нарезами, проходящими по всей длине, что придает сечению форму внутренней шестерни, хотя иногда оно может быть многоугольным с закругленными углами.
Поскольку сечение ствола не круглое, его сложно описать одним диаметром. Калибр в нарезном стволе может указываться как по диаметру ствола (по гребням или верхушкам нарезов), так и по диаметру углублений (гладких канавок). Это различие в обозначениях патронов иногда вызывает путаницу. Например, патрон .303 British по диаметру чуть больше, чем .308 Winchester, так как «.303» определяет диаметр ствола в дюймах (у пули 0,312 дюйма), а «.308» — диаметр самой пули (7,92 мм и 7,82 мм соответственно).
Несмотря на разнообразие форм, главная функция нарезов — обеспечить точное попадание пули в цель. Помимо вращения пули, ствол должен надежно удерживать пулю и точно его центрировать при движении. Для качественной работы нарезы должны соответствовать нескольким важным требованиям:
- Размер нарезов должен быть таким, чтобы пуля расширялась или заполняла ствол при выстреле.
- Диаметр необходимо поддерживать постоянным, не допуская его увеличения к дульному срезу.
- Нарезы должны быть равномерными по всей длине, без изменений ширины или интервалов.
- Ствол должен быть гладким, без поперечных царапин, которые могли бы соскребать материал с пули.
- Нарезы должны плавно направлять и выводить пулю из канала.
Иногда нарезы начинаются не сразу перед патронником. Перед ним может находиться гладкое дульное отверстие, чтобы патроны можно было вставлять, не вдвигая пулю в нарезы. Это уменьшает усилие при зарядке и предотвращает застревание пули в нарезах при извлечении неиспользованного патрона. Диаметр отверстия может быть чуть больше диаметра нарезов и увеличиваться при стрельбе, если горячие пороховые газы начинают разъедать внутреннюю поверхность ствола.
Свободный ход — это длина гладкой части канала перед началом нарезов. Он позволяет пуле избежать начального сопротивления скольжения и набрать импульс, прежде чем она столкнется с вращением. Свободный ход может способствовать более эффективному использованию пороха, снижая начальное давление до перемещения пули в стволе. Стволы, в которых длина свободного канала превышает нарезную часть, известны под разными названиями, такими как «парадокс».
Как это делается
Нарезы представляют собой продолговатые спиральные углубления, которые проходят вдоль канала ствола. Они могут быть направлены как справа налево, так и слева направо.
Каждый нарез имеет две стороны и дно. Сторона, на которую опирается пуля при вращении, называется боевой и видна с казённой части ствола. Противоположная сторона называется холостой и хорошо видна с дульной части ствола.
Промежутки между нарезами называются полями нарезов. В прошлом поля делали намного уже самих нарезов, чтобы уменьшить износ ствола. В этом случае пуля, соприкасаясь с нарезами, меньше деформировалась и, следовательно, меньше изнашивала канал ствола при прохождении через него. Например, у винтовки Бердана поля были в три раза уже, чем нарезы. Однако с появлением более качественных материалов нарезы стали делать такой же ширины, как поля, или даже уже.
Диаметр канала ствола по полям называется калибром ствола. В некоторых странах калибр ствола определяется по дну нарезов.
Нарезы создаются несколькими способами:
- Шпалерное строгание — нарез делается по одному при протягивании специального инструмента (шпалера).
- Протяжка — нарез делается сразу для всех нарезов с использованием специального инструмента с множеством режущих кромок (протяжки).
- Дорнование — нарез продавливается с помощью специального твёрдого сердечника (дорна).
- Редуцирование — холодная ковка ствола, надетого на сердечник с нанесённой зеркальной матрицей нарезов.
- Отливка ствола вокруг сердечника с нанесённой матрицей.
- Электрохимическое травление (также известное как электрогидравлическая обработка) — вымывание металла в месте нарезов с помощью матрицы из диэлектрического материала.
Дорнование даёт грубую обработку канала ствола, но при этом быстро и дёшево. Кроме того, оно немного укрепляет канал ствола за счёт образования наклёпа при проталкивании дорна.
Стволы гладкоствольного и нарезного оружия, изготовленные методом холодной ковки, обеспечивают более стабильную стрельбу и повышенную износостойкость канала ствола при меньших затратах времени на производство. Однако качественные стволы, особенно для спортивного оружия, обычно изготавливаются с помощью протяжки резца.
Для стволов артиллерийских орудий с большим калибром часто используется электролитический метод.
Современные тенденции
Современные нарезные стволы обычно имеют канавки с острыми краями. Однако в последнее время становятся популярными полигональные нарезы, которые возвращают к более ранним моделям. Особенно это характерно для пистолетов.
Полигональные нарезы отличаются более долгим сроком службы, так как отсутствие острых краёв на полях (канавки — это углубления, а оставшиеся возвышенности — поля) снижает износ ствола. Сторонники таких нарезов утверждают, что они повышают как скорость, так и точность стрельбы.
В настоящее время полигональные нарезы используются в пистолетах марок CZ, Heckler & Koch, Glock, Tanfoglio, Kahr Arms (только серия P), а также в модели Desert Eagle.
В полевой артиллерии концепция ERFB (увеличенной дальности и полного калибра), разработанная в начале 1970-х годов Деннисом Хайаттом Дженкинсом и Луисом Паласио из компании Space Research Corporation Джеральда Булла для гаубицы GC-45, заменила традиционную нарезку специальными выступами, которые плотно прилегают к нарезам ствола. Артиллерийские системы, способные использовать такие снаряды, продемонстрировали значительное увеличение дальности, однако это сопровождалось значительным снижением точности (в 3–4 раза), что препятствовало их принятию на вооружение НАТО.
В отличие от снарядов, диаметр которых меньше диаметра ствола, использующих сабо, снаряды ERFB оптимизируют пространство канала ствола, увеличивая боевую нагрузку. Примерами таких систем являются южноафриканская G5 и немецкая PzH 2000.
Прогрессивная нарезка
Прогрессивная нарезка ствола характеризуется постепенным увеличением скорости вращения пули по мере её продвижения по каналу ствола.
Основное преимущество прогрессивной нарезки заключается в том, что она позволяет равномерно распределить нагрузку на ствол, предотвращая его быстрый износ.
Прогрессивная нарезка применялась ещё до Гражданской войны в США (1861–1865 гг.), например, в револьверах Colt Army и Navy. Однако её производство требует больше усилий и затрат по сравнению с обычной нарезкой.
Военные использовали прогрессивную нарезку в различных видах оружия, включая 20-мм пулемёт Гатлинга M61 Vulcan и 30-мм пулемёт Гатлинга GAU-8 Avenger, установленные на самолёте A10 Thunderbolt II. В этих системах прогрессивная нарезка способствует снижению давления в патроннике и обеспечивает устойчивость снарядов.
В серийном производстве прогрессивная нарезка встречается редко, но, например, она применяется в модели револьвера Smith & Wesson Model 460 (X-treme Velocity).