При просмотре видеороликов или прочтение очередной статьи об оружии сталкиваешься с стереотипными высказываниями авторов: «…этот порох позволяет снизить дульное давление и уменьшить отдачу на 10-15%; благодаря наличию газоотводного механизма отдача снижена на 20-25% и тому подобное. К сожалению, эти цифры имеют мало общего с реальностью. При этом для измерения величины отдачи используются размерность энергии (Дж кгс/см²), что далеко не всегда корректно отображает реальную, ощущаемую нами отдачу.
Начнём с физики.
Для упрощения модели процесса будем считать, что оружие в момент выстрела не прижато или слабо прижато к плечу. Если оружие прижато к плечу очень плотно это слабо сказывается на восприятие и отдачи и никак не отражается на результатах при стрельбе из различного оружия различными боеприпасами.
«Сила действия равна и противоположна по направлению силе противодействия» - третий закон Ньютона. Есть неподвижное ружьё с патронами. Если дробь или пуля, также пыжи определённой массы покинули ствол ружья с определённой скоростью, затем ствол покинули пороховые газы определённой массы с определённой скоростью, то ружьё определённой массы с неподвижным стволом приобретёт в противоположном направлении скорость, которая определяется по формуле, где:
M руж – масса ружья;
V руж – скорость движения ружья (с неподвижным стволом) в обратном направлении;
M дп – общая масса дроби (пули) и пыжа;
V др – скорость вылета из ствола M дп;
M пор – масса пороха;
V пор – скорость вылета пороха из ствола
Mруж х Vруж = Мдп х Vдр + Мпор х Vпор
Так как до выстрела оружие было неподвижно и общий импульс (произведение массы тела на его скорость) был равен нулю, то после выстрела импульс ружья должен уравнять импульс дроби, пыжей и пороховых газов, чтобы сумма была по-прежнему равна нулю. При этом не надо разбираться каким образом происходили внутренние процессы при выстреле и знать их параметры (давление газов, длину и диаметр ствола и т.д.). Есть масса дроби, пороховых газов и их скорость - тогда произведение массы ружья на его скорость определяется однозначно. Больше пороха и дроби - однозначно больше импульс ружья. При равной длине стволов, одинаковой сверловке и одинаковых боеприпасах более лёгкое ружьё получит большую скорость, но импульс ружья останется примерно одинаковым для оружия различной массы.
Если быть совсем точным, то небольшие различия всё же есть. У более лёгкого ружья начальная скорость дроби и импульс будут чуть-чуть меньше, так как чуть большая часть энергии пороха расходуется на сообщение чуть большей кинетической энергии этому ружью. У «газоотводки» части энергии (очень маленькую) отбирает работа механизма перезаряжания. Но эти различия невелики и находятся в пределах 1-1,5%. После вылета снаряда и истечения пороховых газов ружьё останавливается плечом, которое прикладывает к нему определённую силу, эту силу и ощущает плечо. Произведение средней силы отдачи на время, в течение которого она воздействует называют импульсом силы отдачи, которые в нашем случае должен погасить импульс ружья до нуля. То есть импульс силы отдачи равен импульсу ружья. Соответственно увеличение массы пороха или дроби патроны приводит к увеличению импульса и скорости ружья и, значит, ощущаемой отдачи.
В процессе восприятия отдачи можно условно выделить два этапа:
- Происходит удар ружья в плечо, гашение большей части импульса и скорости ружья. Сила отдачи при этом достигает максимума. За этот период плечо вместе с верхней частью туловища приобретает некоторую скорость и продолжает двигаться с ружьём назад.
- Этот этап продолжительнее первого по времени (если человек относительно лёгкой комплекции и использует достаточно мощные патроны) и ощущаемая сила отдачи будет очень невелика, так как основная часть импульса ружья уже была погашена. При стрельбе из нарезного оружия или гладкоствольного малых калибров с небольшим импульсом отдачи второй этап может быть более коротким и практически незаметным.
Один и тот же импульс силы отдачи можно получить за меньший промежуток времени основного воздействия, имея большее максимальное значение силы отдачи или за большее время при меньшей максимальной силе отдачи. Очевидно, что во втором случае ощущаемая отдача будет меньше.
Таким образом, объективно отдачу (как мы её понимаем в бытовом смысле) характеризуют суммарный импульс силы отдачи и главное, максимальная величина самой силы отдачи. Важно, что эти понятия надо чётко разделять.
Подытожим физику. При одном типе оружия и одинаковых боеприпасах более лёгкое ружьё получит большую скорость, то есть оно резче ударит в плечо, воздействуя на него более короткое время. Следовательно и максимальная сила отдачи будет выше, что подтверждается практикой. Если отдача переносится тяжело, то необходимо или более тяжёлое ружье, или более слабые заряды патрона, или же самозарядное ружьё с длинным ходом ствола. Более лёгкое ружьё, имея большую скорость, будет обладать и большей кинетической энергией (при одинаковом значении импульса с более тяжёлым ружьём, имеющие меньшую скорость), так как энергия пропорциональна скорости в квадрате. То есть значение энергии ружья после выстрела может являться определённым критерием силы отдачи, но только при одинаковых типе и конструкции ружья. К примеру, если поставить на ружьё резиновые затыльник, который немного увеличит длину хода амортизации ружья при встрече с плечом и растянет время воздействия на первом этапе, то сила отдачи уменьшится. Тот же эффект обеспечит толстая куртка.
Рекомендации плотно прижимать ружья имеет тот же смысл, что заметное воздействие оружие на плечо начинается несколько раньше, ещё до вылета снаряды и ствола, немного увеличивая время основного воздействия и снижается сила отдачи. Но тут главное не переборщить. Чем закрепощение будет туловище, тем труднее плечу начать двигаться за прикладом назад, увеличивая ход и растягивая время воздействия, и уж точно нельзя прислоняться плечом к какому-нибудь упору. Это лучше всего замечается при стрельбе лёжа, когда корпус значительно скован, поэтому пристрелку оружия лучше производить из положения сидя за столом с опорой под цевьё.
Также человек с большой массой тела, при прочих равных условиях, будет испытывать большую максимальную силу отдачи. Тяжёлое плечо и корпус труднее отбрасывать назад, и общее время воздействия будет меньше, а сама отдача переносится субъективно может и легче.
Так же некоторое значение имеют и форма приклада, баланс ружья. Когда приклад является продолжением линии ствола (bullpup), отдача будет восприниматься чуть сильнее, так как при погибе приклада вниз часть импульса отдачи перераспределяется на подбрасывание оружия вверх.
Как мы видим, сила отдачи, то, как она изменяется во времени и воздействует на нас является не только объективной характеристикой оружия и патронов, но и существенно зависит от комплекции стрелка, изготовки для стрельбы и толщины одежды.
Влияние на отдачу системы ружья.
Влияние системы ружья на отдачу может быть заметным, а у самозарядок с длинным ходом ствола, радикальным.
Рассмотрим процесс отдачи у самозарядного оружия с неподвижным стволом и газоотводным механизмом. В начале всё происходит как у любых систем оружия: снаряд с основной частью пороховых газов покидает ствол, ружьё приобретает импульс и скорость, которые начинают воздействовать на плечо. Примерно в это же время под действием остаточного давления газов в газоотводной камере происходит расцепление затвора со стволом. И затвор уже движется назад отдельно и быстрее, экстрагируя гильзу. Таким образом, в основное время воздействие ружья на плечо на первом этапе и гашение его импульса затвор может участвовать лишь частично, значительно растягивая время погашение своего импульса за счёт длинного хода (экстрагирования).
Учитывая, что масса затвора составляет около 300 -350 г, примерно 10% от массы ружья, соответственно на меньшую величину может снизиться и максимальная сила отдачи, но абсолютно точно не на 20-25%!
Многие склонны приписывать уменьшение отдачи у самозарядных газоотводок отвода части пороховых газов, что является неверным. Естественно, импульс отведённых пороховых газов частично можно вычесть из общего импульса и силы отдачи, но этот эффект очень мал, не более 1%.
Во-первых, (см. далее) вклад пороховых газов в импульс гладкоствольного ружья и соответственно силу отдачи составляет максимум 10-15%. Во-вторых, отводится около 5-7% газов (7% от 15% составляет уже 1% от общего числа). А этот 1% газов, хотя и вычитываться из импульса ружья в начале, но они в основном переходят в импульс затвора и добавляются позже. И только часть их теряется в газосбросных отверстиях газовой камеры и не участвуют в отдаче.
Остановимся на самозарядках с длинным ходом ствола (MЦ 21-12, Browning Auto-5 и тому подобные). Учитывая, что длинный откат ствола значительно увеличивает время воздействия на первом основном этапе и примерно во столько же раз снижает максимальную силу отдачи. Можно привести аналоги пушки или гаубицы, где без системы отката ствола опоры вырвало бы из земли.
Проведём расчёт. Если у ружья с неподвижным стволом длина хода амортизации на первом этапе составляет с учётом упругости резинового затыльника, мышцы плеча, и начала движения плеча назад около 2,5 см, то у самозарядки с откатом ствола около 8 см (ход ствола) плюс те же 2,5 см. Разница в длине хода амортизации будет отличаться в 4-6 раз. Так как масса ствола у самозарядки составляет примерно половину массы всего ружья, то ствол будет отброшен назад после выстрела примерно с вдвое большей скоростью, чем ружьё с неподвижным стволом. Соответственно разница в ходе амортизации в 4-6 раз за счёт большей в 2 раза скорости ствола перейдёт в увеличение времени воздействия уже в 2-3 раза, примерно во столько же раз увеличится и максимальная сила отдачи.
Разделим этот процесс на 3 этапа:
- Основной этап, на котором отброшенный ствол воздействует на ружьё и плечо через усилие возвратной пружины плюс сила трения тормоза о трубку магазина вплоть до прихода в крайнее заднее положение. Фактически на этом этапе гасится почти весь импульс ствола, так как плечо, в отличие от выстрела из ружья с неподвижным стволом, значительно меньше отбрасывает назад за счёт в несколько раз меньшей силы отдачи.
- Плечо воспринимает усилие возвратной пружины ствола - сила трения тормоза (поэтому получается ступенька), которая досылает ствол обратно вперёд. Так как суммарное усилие меньше и ствол досылается вперёд с меньшей средней скоростью, то время воздействия на этом этапе в разы больше. Так как сила отдачи здесь очень невелика, то практически мы воспринимаем это не как отдачу, а скорее, как давление на плечо. Это можно заметить при выстреле из артиллерийского оружия - очень быстрый откат ствола назад и медленный накат вперёд.
- Этот этап воспринимается уже не плечом, а руками как относительно небольшой толчок вперёд, при этом гасится подброс ствола вверх.
Можно было бы добавить и 4 этап, при котором досылается следующий патрон в патроне, но это уже малозначительный фактор.
Казалось бы, общее время отдачи для оружия с длинным ходом ствола в несколько раз больше, но это не особо заметно, так как это время относительно невелико. Более того, такая самозарядка позволяет легче контролировать ружьё при выстреле, фактически сразу после прекращения действия отдачи, и значительно быстрее произвести повторные прицеливание так как её меньше отбрасывает назад и вверх. А при стрельбе из ружей с неподвижным стволом мы вынуждены после гашения отдачи больше отвлекаться на возвращение подкинутых стволов в точку прицеливания.
Конечно, при стрельбе из двустволки, когда всего два выстрела, остаётся время для возврата подкинутых стволов и второго прицельного выстрела, поэтому этот момент остаётся незаметным. Но при стрельбе из самозарядки по стае гусей пятью очередными выстрелами, преимущество системы с длинным ходом ствола в быстром повторном прицеливании весьма ощутимо.
Влияние на отдачу пороха и дульных компенсаторов.
Для этого необходимо хотя бы приблизительно оценить вклад пороховых газов в общий импульс отдачи, например ружья 12 калибра. При массе пороха около 2,2 г (скорость дроби при вылете составляет около 390 м/с), а средняя скорость пороховых газов (в начале она максимальна, а потом сразу падает по мере падения давления) в первом приближении составит 700 800 м/с.
Если вернуться к формуле в начале статьи и перемножить массы дробового снаряда и пороха на их скорости, то импульс пороховых газов и их вклад в отдачу примерно в 7-10 раз меньше импульса дроби, то есть составляет не более 10-15% в импульсе отдачи. Примерно такое же соотношение будет и для гладкоствольных пуль, и для гладкостволок других калибров. Поэтому, если даже поставить "идеальный" дульный компенсатор, рассеивающий все пороховые газы вбок и исключающий их участие в отдаче, сама отдача снизится максимум на 10-15%, что реально достигается только отчасти. И для гладкостволок эффект снижения отдачи реально не превышает 3-5%.
Он резного оружия (соответственно для патронов Magnum), где отношение массы пороха к массе пули может составлять 1/2 - 1/3, установка дульного тормоза снижает импульс отдачи на величину до 20-25%, несмотря на большие начальные скорости пули.
Если использовать более современные пороха, которые обеспечат одинаковые начальные скорости при меньших навесках (1,7 г вместо 2,2), что примерно на 20% меньше, то пропорционально (на 20% от 10-15%), то есть в целом на 2-3% снизится и отдача. Вряд ли мы сможем объективно почувствовать это небольшое уменьшение. И главный эффект от более современных порохов будет заключаться в снижении их воздействия за счёт меньшей массы и меньшего дульного давления на дробовой сноп и создание предпосылок для увеличения кучности и равномерности дробовой осыпи.
Короткий ствол - звук громче, отдача мягче.
Прочно устоявшаяся мнения, что чем короче ствол, тем больше отдача, является ошибочным. Некомпетентными людьми приводятся следующие аргументы: при более коротких стволах возрастает дульное давление и увеличивается максимальная и средняя скорости вылета пороховых газов (это абсолютно верно). И поэтому отдача возрастает. А это уже неверно, так как почему-то забывается, что одновременно снижается и скорость дробового заряда. Хотя снижение скорости дроби (её импульса и, следовательно, вклада в отдачу) относительно невелико, но также невелико и повышение скорости вылетающих газов с ростом дульного давления. Разобраться в том, какой эффект (снижения скорости дробового заряда или повышение скорости пороховых газов) перевешивают во влиянии на отдачу не очень сложно.
В начале было сказано о том, что определить импульс ружья можно, зная скорость дробового снаряда и среднюю скорость вылета пороховых газов, не вдаваясь во внутреннюю баллистику. Но тот же импульс ружья и отдачи можно определить, зная график равнодействующий всех сил, действующих на ружьё. Посчитав площадь под графиком, то есть импульс этой силы, мы получим импульс, который получило ружьё.
На ружьё действует основная сила, которая действует и на дробовой снаряд, и на сами вылетающие пороховые газы. Из этой силы вычитывается сила трения дроби и пороховых газов о канал ствола. Равнодействующая сила при прочих равных условиях будет пропорциональна давлению в казённой части, и, зная график давления от времени в более коротком или длинном стволе, можно сказать, как изменится импульс и отдача.
Всем хорошо известен график давление пороховых газов в зависимости от точки нахождения дробового снаряда по длине ствола (1 на рис.). График величины давления от времени (2 на рис.) будет иметь похожий вид, но только как бы "смазанный", это связано с тем, что дробь, разгоняясь в стволе, проходит последующие участки за меньшие промежутки времени. После вылета дроби давление относительно резко падает до нуля, так как выталкивать только пороховые газы значительно легче.
Понятно, что в стволах, различающихся только длиной и при одинаковых патронах давление и скорость дроби в начале будут абсолютно одинаковыми. Но при более коротком стволе дробь, покинет ствол раньше по времени, и давление начнёт резко падать до нуля раньше (3 на рис.). Этот эффект очень незначителен даже при переходе от ствола длиной 75 см к 50 см – это единицы процентов, так как вклад давления на конечном участке ствола в суммарный импульс очень мал, само давление мало, и время действия мало (разогнавшаяся дробь пролетает его очень быстро).
Но всё же, почему так устойчиво убеждение в повышении отдачи при коротких стволах? Дело в психологии - значительно больший "грохот» вылетающих пороховых газов заставляет рефлекторно думать, что отдача соответственно возросла. Вероятно, именно поэтому также приписывается заметное снижение отдачи более современным порохам и сниженным дульным давлением, и иным звуком выстрела.
Вместо P.S.
Очень хочется надеяться, что понятие и эффект отдачи будет восприниматься не только через сухие понятия "импульса" и "энергии", массы и типа оружия, но и особенности индивидуальной манеры стрельбы.
