В настоящее время, все пулевые охотничьи системы (ствол + патрон) делятся на два непересекающихся класса – на нарезные и гладкоствольные. В нарезных, для предотвращения опрокидывания пули вследствие удара по ней пороховых газов, истекающих из ствола, со скоростью большей, чем скорость пули (см. рис) , и для сохранения этой ориентации в процессе полета, применяется гироскопическая стабилизация пули, достигаемая за счет нанесения нарезов на внутренние стенки ствола, и за счет врезания в эти нарезы внешней оболочки пули. Однако, за счет неустранимой несимметричности пули, ее вращение приводит к неизбежной гироскопической деривации (см. рис), а на нисходящем участке траектории – и к отклонению оси вращения от направления движения на недопустимо большой угол (см. рис), что не только ставит вопрос о применимости термина “аэродинамика” к такому “полету боком”, но и за счет сопротивления воздуха, неизбежно приводит к ее опрокидыванию.
Кроме того, гироскопическая стабилизация, достигается путем “врезания” оболочки пули (до того – прецизионно откалиброванной по диаметру !) в нарезы канала ствола, причем с такой силой и на такую глубину, что по этим шрамам на пуле, даже уже после ее попадания в цель, возможна персональная идентификация “обработавшего” ее ствола.
Подобное технологическое “решение” не только приводит к ускоренному износу и “обмеднению” ствола, и к непроизводительной трате энергии метательного заряда на взаимную борьбу пули и ствола (с даже не трением, а чистой “механообработкой“), но и применимо только для легких пуль, с небольшим моментом угловой инерции (более тяжелые – будут просто “ошкурены“).
Однако, легкие пули, практически применимы только для спортивной пулевой стрельбы, или для охоты на небольших, в основном пушных зверей.
Для охоты на же крупных промысловых зверей, а так же для охоты, при которой невозможно точное прицеливание (на птицу) применяется гладкий ствол большого калибра, в сочетании со снарядами, не имеющими явно выраженной стабилизации. (на крупного зверя – безоболочечные калиберные пули + картечь, на дичь – дробь)
Данные виды безоболочечных, свинцовых снарядов, не только не имеют никакой внятной стабилизации при движении в воздухе, но и сильно деформируются под воздействием (давления + температуры) раскаленных пороховых газов, что приводит к чрезмерному нарушению их, и так не идеальной симметрии и геометрии (см. рис (литера “б” – “вид” после выстрела)), что приводит к полету в чисто баллистическом режиме (как у утюга, или ботинка).
Небольшие свинцовые снаряды, имеющие оболочку (оцинкованная картечь и дробь), сохраняют свою геометрию, но в силу сферичности – имеют исходно неприемлемую аэродинамику, что приводит к быстрой потере кинетической энергии.
Кроме того, летят они – бесформенной кучей, на начальном отрезке – вперемешку с лепестками-сегментами дробового контейнера.
Также, для предотвращения прогара дна контейнера и прорыва раскаленных пороховых газов, это дно приходится делать достаточно толстым, а сам контейнер – отделять от метательного заряда дополнительным пыжом, вылетающим из канала ствола вместе со всем остальным “хозяйством“, и изрядно “пинающим” при этом основной “рой” дроби.
Аэродинамика полета пуль (предельно упрощенно). При движении снаряда в воздухе с небольшой скоростью, происходит его аэродинамическое обтекание, с турбулентностью в кормовой части (но – без отрыва потока), и без образования упругой волны перед ним (см. рис). При увеличении скорости движения, перед телом возникает упругая параболическая волна в виде скачка давления/температуры (и как следствие – коэффициента преломления света, благодаря чему этот скачек и становится виден), а за телом – происходит падение давления, с образованием зоны значительной турбулентности (см. рис). При дальнейшем увеличении скорости, и достижения скорости звука – упругая параболическая волна превращается в прямую ударную волну (конус Маха) а за телом – создается зона разряжения, с давлением существенно меньшим, чем окружающее (см. рис). При дальнейшем повышении скорости, – происходит полный отрыв потока, с кавитацией (схлопыванием) вакуумного коридора, и образованием вторичной ударной волны (см. рис). При движении с большой скоростью тупых (незаостренных, широких) предметов, за ним – создается значительная кавитационная полость, а перед ними – участок плоской ударной волны, что приводит к существенной потере энергии движения (см. рис). Кроме того, в силу геометрической несимметричности самих предметов (при потере гироскопической стабилизации), их обтекание (и возникающие при этом силы) – так же несимметрично, что приводит к непредсказуемости траектории их движения.
Полет сферических предметов, в силу их симметрии, – более предсказуем, но так же – связан с большими потерями энергии движения на бестолковое перемешивание воздуха, что особенно ощутимо при полете небольших тел(дроби)(см. рис). Для повышения продуктивности расходования энергии метательного заряда, требуется значительное улучшение аэродинамических качеств снаряда.
Это возможно за счет уменьшения аэродинамического сопротивления снаряда. При движении цилиндрического тела в газе, энергия движения тратится на образование ударной волны, на лобовое сопротивление (на его преодоление), и на кормовое сопротивление, причем два последних – прямо пропорциональны аэродинамическому (поперечному) сечению тела, и слабо зависят от продольной длинны тела (при отсутствии на нем неровностей вязкое трение мало) (см. рис). Объем цилиндрического тела равен произведению его длинны на площадь его поперечного сечения : V = S x L. Таким образом, при сохранении массы/объема снаряда, можно прямо пропорционально снижать его аэродинамическое сопротивление за счет его удлинения/утоньшения.
Для подобных снарядов, в силу их длинны, гироскопическая стабилизация неприменима, и вместо нее – применяется стабилизация аэродинамическая, с выносом центра масс перед центром аэродинамического давления (см. рис). Стреловидные пули, имея аэродинамическую стабилизацию, и высокую аэродинамическую плотность (соотношение лобового сопротивления к массе), имеют баллистические характеристики, в принципе недостижимые для снарядов любых других типов.
Данные виды пуль имеют минимально низкое аэродинамическое сечение (мидель), их продольная ось по определению всегда совпадает с направлением движения, что приводит к минимальным потерям энергии на бесполезное перемешивание воздуха.
Высокая скорость полета, создает настильную траекторию (а на значительном начальном участке – и вовсе прямую), и как следствие – отсутствие потребности в прицельных приспособлениях, и как следствие – ошибок в прицеливании.
Кроме того, полет не “по параболе“, а по прямой, устраняет рассеивание пуль вследствие объективно, технологически неустранимых расхождений в параметрах разных патронов даже одной партии (массе разных пуль, навески пороховых зарядов, свойств метательных зарядов разных партий), при стрельбе на разной высоте (с разным атмосферным давлением), при разной температуре окружающего воздуха и т.д. и т.п.
Отсутствие же врезания пули в нарезы канала ствола – приводит к кратному повышение живучести ствола, существенному снижению его нагрева, упрощению его производства (вследствие отсутствия самих нарезов), снижению его стоимости, и повышению скорости пули на выходе.
Низкое аэродинамическое сопротивление позволяет использовать данные типы снарядов на гиперзвуковых скоростях.
При движении тела в газе (если тело имеет ненулевое поперечное сечение), в полном соответствии с теорией Навье-Стокса, сила лобового сопротивления его движению (в сжимаемой среде) равна : Fc= (?•V**2/2)•Cx•S (V – скорость тела, Сx – коэффициент лобового сопротивления, S – площадь миделя). То есть – пропорциональна площади, и квадрату скорости. Коэффициент лобового сопротивления учитывает потери на вязкое трение газа, при обтекании тела, и зависит от формы тела. Однако при увеличении скорости, картина обтекания меняется. При движении тела с большой скоростью за счет скоростного соударения материала тела с молекулами газа, происходит образование фронта ударной волны (конуса Маха). (с – скорость звука в этом месте, “М” – число Маха M=v/c) Скорость звука зависит от давления/влажности/температуры, и в среднем принимается 330 м/с. Давление в ударной волне – существенно больше, чем перед ее фронтом, а за ней – меньше (в непосредственной близости от тела). При сверхзвуковом обтекании тела, существенное значение имеет форма ее головной части.
Даже небольшой по толщине выступ (аэродинамическая игла), помещенный перед телом, рассекает поток, способствуя его отрыву от поверхности тела, что приводит к существенному уменьшению лобового сопротивления. Применение аэродинамической иглы при гиперзвуковых скоростях движения приводит к тому, что само тело движется в зоне существенного разряжения (каверне), и затраты энергии на вязкое обтекание – минимальны.
Высокоскоростные пули при выстреле создают меньшую отдачу, при той же, или даже большей, дульной энергии, а при попадании в цель – отдают бОльшую часть своей энергии (разница “кинетическая-импульс“), при этом – отдают ее за меньшее время (“длинна раневого канала / скорость“), с существенно бОльшей мощностью.
Кроме того, пульсирующая полость, оказывающая основное поражающее действие, формируется не за счет образования раневого канала, а за счет ударных волн в материале цели.
По этой причине, пули, двигающиеся со сверхзвуковыми, а тем более – гиперзвуковыми скоростями, при попадании в цель, бОльшую часть энергии расходуют не на образование раневого канала, а на генерирование ударных волн.
Кроме того, пули, двигающиеся со скоростью большей, чем скорость звука в воде (1500 м/сек), при попадании в водосодержащие ткани, вообще не смогут образовать никаких раневых каналов, и всю энергию (разница “кинетическая-импульс“) – отдадут в виде одной ударной волны в материале цели.
Однако, при всех своих достоинствах, стреловидные пули имеют (имели) существенный недостаток в виде отсутствия приемлемой технологии массового промышленного изготовления. Применявшиеся для их изготовления резка (головная часть), прессовка/приварка (хвостового оперения) и чуть ли не токарная обработка (пазов-выемок-колец для сегментов пыжа), с учетом очень небольших линейных размеров пуль, и соответствующей сложности крепежной оснастки, приводили к существенной стоимости изготовления, и невозможности массового, однотипного производства. Что привело к прекращению работ по подкалиберным пулям. Применение же охотничьих “среднекалиберных” стреловидных пуль, типа пуль компании Sauvestre (см. рис) или пуль патрона “Зенит” (см. рис) связано во первых с крайне нетехнологичным, и ненадежным совмещением металлических частей с пластмассовым оперением, а во вторых – с огромными потерями полезного внутреннего пространства патрона на сегменты охватывающего пыжа. (дополнительно – у пули патрона “Зенит” – наличие донного (толкающего) пыжа, обгоняющего пулю при выстреле, и сильно по ней при этом бьющего, а у пули Sauvestre – очень неудачная аэродинамика свинцовой болванки, не сильно превосходящая традиционную пулю Полева.)
Для устранения данных недостатков, требуется полностью отказаться от использования пластмассы, полностью отказаться от технологических операций, требующих существенного давления на объект (резки и прессовки), сократить до минимума любые операции силового формования, с уменьшением до минимума величины усилий воздействия, и как следствие – по возможности отказаться от необходимости силовой фиксации/закрепления изделия в процессе изготовления (и как следствие – предотвратить деформацию изделия).
Данная задача решается путем одновременного совмещения в одной технологической операции трех разных конструкторских операций – фиксации сердечника в корпусе пули, формирования хвостового оперения пули, и формирования головной части пули. Сама предлагаемая технологическая операция состоит в зажиме заготовки (трубчатая + сердечник) (см. рис.) между двумя формовочными матрицами (см. рис.). При этом – технологические отходы производства – отсутствуют, а крепеж изделия при производстве операции – минимален, в силу отсутствия необходимости преодолевать нескомпенсированное сопротивление материала (давление матриц – взаимно компенсируется).
С целью улучшения аэродинамики пули, она может быть снабжена аэродинамической иглой, выполненной в самом материала сердечника (см. рис.). Использование аэродинамической иглы (при должной скорости пули) позволяет создавать перед пулей гиперзвуковой конус Маха, с М>3,5-4, с полетом пули в образовываемой гиперзвуковой каверне, и соответственными минимально возможными потерями на движение в газе.
Для избежания отходов производства, и упрощения технологического цикла – игла может изготавливаться путем прокатки на волках заготовки – сердечника, локально и кратковременно разогретого микроволновым излучением в передней части.
В силу меньших размеров иглы, по сравнению с диаметром основного тела сердечника, – ее наличие – не затрудняет помещение сердечника в трубчатую заготовку (перед обжимом).
Кроме того, данная игла (раз уж она выступает за край трубчатой заготовки) – может даже с пользой применена для удержания всей конструкции в процессе обжима.
Точно так же, игла после этого – может быть использована и для закрепления произведенной пули в патроне, – в сегментах дульного пыжа-контейнера. А раз уж она может служить для закрепления в патроне – она дополнительно может нести в себе и функцию “извлекателя” пули из гильзы при выстреле (см. рис.). Использование именно дульного пыжа, – избавляет от необходимости наносить на корпус пули, какие бы то ни было “насечки”, за которые “недульный” пыж должен был бы в противном случае “цепляться” для продвижения пули по каналу ствола. Кроме того, – внутреннее пространство патрона – не пропадает впустую, и может быть занято более продуктивно, например – метательным зарядом. При этом, сама пуля – не сидит затычкой в гильзе, как в обычных патронах нарезного оружия (см. рис.) , а располагается на всю длину патрона (гильзы), что позволяет придать ей минимально возможное поперечное сечение, и соответственно – лобовое сопротивление. Кроме того – отпадает потребность в технологически достаточно сложной операции вальцовки (обжатия) дульца гильзы.
При наличии опасений в прочности фиксации пули в пыже (люфта), – конструкция может быть усилена за счет крепежной пружины, более прочно связывающей пулю и сегменты пыжа.
В пружину, в ее свободном, несжатом состоянии помещают пулю, свободные концы пружины – помещают в пазы сегментов пыжа, после чего пружину сжимают (зажимая пулю), и всю конструкцию – помещают в гильзу.
Раскрытию пружины при движении конструкции по каналу ствола – препятствуют стенки ствола, а при выходе всей конструкции из канала ствола – упругое раскрытие пружины, создает дополнительное усилие для раскрытия/разъединения сегментов пыжа, и более быстрого освобождению пули.
Кроме того, закрепление пружины в пыже предотвращает совместный неконтролируемый полет сегментов пыжа и пули при вылете из канала ствола, и удар по кормовой части пули.
Для уменьшения потерь энергии на разгон пружины, – ее масса/толщина может быть существенно уменьшена за счет использования в качестве метательного заряда сегментов/шашек твердого пороха (нитроцелюлозы),закрепляющих пулю и в патроне (по аналогией с пулей патрона винтовки G11 Хеклер-Коха), и при ее движении по каналу ствола (по крайней мере – на начальном отрезке, пока они не сгорели полностью), что дополнительно – снижает нагрузку на пыж-контейнер.
Если состав/конструкция сегментов/шашек будет подобрана таким образом, что они (в отличии от G11) будут сгорать не сразу, а по мере продвижения внутренности патрона по каналу ствола, то помимо закрепляющего эффекта, будет достигнут, во первых, эффект существенного снижения пикового давления пороховых газов в начальный момент выстрела (и как следствие – толщина стенок казенной части ствола), а во вторых – возможен разгон пули до бОльших скоростей, необходимых для начала возникновения эффекта гиперзвуковой каверны.
Данная конструкция (патрона и пули), на существенной дистанции – позволяет достигать энергии пули и точности выстрела, принципиально недостижимые для всех существующих видов нарезного охотничьего оружия (а свинцовые “пули-затычки“, – туда просто не долетят).
Использование стреловидной дроби (по сравнению с традиционной сферической) позволяет существенно улучшить аэробаллистические характеристики патрона.
Объем сферического снаряда (картечи, дроби) равен 4/3(пR**3) (R- радиус), а его мидель – пR**2.
Если, сохраняя объем снаряда, его “растянуть” хотя бы до 4 “корпусов” (4 диаметра, 8R), то полученный цилиндр будет иметь площадь сечения (мидель) – (4/3(пR**3))/8R=(1/12)пR**2.
То есть, вытягивание круглой дроби/картечи в цилиндр на “4 корпуса“, уменьшает ее лобовое сопротивление в 12 раз.
Если же еще и снабдить полученные стреловидные пульки небольшими аэродинамическими иглами (без извлекателей), отделяющими конус Маха от передней части корпуса, то лобовое сопротивление уменьшится еще больше.
Кроме того, – весь “пакет” стреловидной дроби (в отличии от сферических) – летит не “облаком/роем“, а диском (все пульки – в одной плоскости), что повышает его эффективность (вследствие отсутствия бесполезного прохождения одной и той же точки, несколькими пульками из пакета, и практически одновременным их попаданием в цель).
Особенно эффективно стреловидная высокоскоростная “дробь” может быть применена для непромыслового, санитарного отстрела летящей птицы на больших дистанциях/высотах, на которых стандартная сферическая дробь , в силу своей аэродинамики неприменима.
Это может быть использовано для борьбы с заболеваниями, переносимыми дикими птицами, ручной отлов и вакцинация которых затруднительны.
Данная технология, без существенных изменений, позволяет изготовлять и “традиционные” калиберные, и “слабо”подкалиберные пули для охоты на крупного зверя, на ближних дистанциях. При этом, во избежание накола капсюля патрона на передок следующего в магазине патрона (из-за отдачи ружья при выстреле, для ружей с трубчатым магазином), передок пуль может быть изготовлен как путем выпуска части мягкого свинцового сердечника за пределы трубчатой заготовки, так и путем помещения перед сердечником демпфирующей резиновой крышки-прокладки. (см. рис.) И в том и в другом случае, волнистые края трубчатой заготовки заподлицо утапливаются в мягкий материал сердечника/крышки, и не ухудшают аэродинамические качество пули, и ее потребительские свойства.
Предлагаемые технология и конструкция – позволяет не только технологично, а главное – с минимальной себестоимостью изготовлять качественные и полностью идентичные стреловидные пули, но и дает возможность для одного и того же ствола (ружья) иметь боеприпасы, специально ориентированные (соответственно – высокоэффективные) на решение совершенно разных задач, начиная с прицельной стрельбы пулей на большую дистанцию по крупному зверю, и заканчивая применением самой мелкой дроби (стреловидной) по мелкой добыче.
Что облегчает задачу комплектования охотничьего снаряжения, и существенно снижает соответствующие расходы, при значительно выигрыше в характеристиках.
