Отдача

[aleksey_lvov]

Тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению.
(Третий закон Ньютона).
Никакие внутренние силы не в состоянии изменить суммарный импульс системы.
(Одна из формулировок закона сохранения импульса).

Для начала определимся с терминами:

1. Отдачей называется движение оружия (ствола) назад во время выстрела. (Основы стрельбы из стрелкового оружия).
2. Откат стрелкового оружия. Откат (Недопустимо -- отдача стрелкового оружия) -- Перемещение стрелкового оружия под действием сил, возникающих при выстреле. (ГОСТ 28653-90 Оружие стрелковое. Термины и определения)
3. Отдача стрелкового оружия. Отдача. -- Силовое воздействие стрелкового оружия на стрелка, станок или установку в результате выстрела. (ГОСТ 28653-90 Оружие стрелковое. Термины и определения).

Как видно ГОСТ разделяет собственно перемещение оружия и силовое воздействие на стрелка, станок или установку. Для упрощения я буду использовать термин отдача в его устоявшемся первом значении приведенном в «Основах стрельбы...».

Параметры отдачи.
Отдача характеризуется несколькими параметрами:

1. Импульс.
2. Энергия.
3. Сила.
4. Мощность.

1. Импульс отдачи.
В силу третьего закона Ньютона два тела взаимодействующие друг с другом приобретают импульсы равные по величине и противоположные по направлению. Численно импульс силы равен p=Ft, где p - импульс, F - сила, t - время взаимодействия. Так же импульс тела равен p=mv, где m -- масса тела, v -- скорость. С импульсом выстрела все немного сложнее, т.к. из ствола вылетает не только пуля, но и пороховые газы, поэтому импульс отдачи вычисляется по эмпирической формуле



где m - масса пули, v0 - начальная скорость пули, w - масса порохового заряда, g - ускорение свободного падения, нужно для перевода из системы СИ в техническую систему единиц (из Н*с в кгс*с).
Согласно закону сохранения импульса (ЗСИ) суммарный импульс закрытой системы (не взаимодействующей с внешними телами) является константой. Т.е. никакая автоматика не в силах изменить импульс оружия который оно получило в результате выстрела. Единственный способ повлиять на импульс отдачи это воздействовать на пороховые газы с помощью, например, ДТК.
2. Энергия отдачи.
Ни для кого не секрет, что стрельба одинаковым патроном из более тяжелого оружия явялется более комфортной. Причиной этого является энергия отдачи численно равная


, где p - импульс отдачи, а M - вес оружия, g- ускорение свободного падения. В технической системе единиц  энергия измеряется в килограмм-метрах (кгм). Т.к. вес оружия у нас задан и является величиной постоянной, в пределах допуска при производстве, то согласно все тому же ЗСИ никакая автоматика не в силах изменить энергию отдачи оружия.
3. Сила отдачи.
Еще раз вернемся к формуле импульса p=Ft, p=const, но есть у нас величина на которую мы можем влиять - это время взаимодействия t. Тогда согласно все тому же ЗСИ увеличив время взаимодействия в 10 раз мы уменьшим силу отдачи в те же 10 раз.
Этот эффект давно используется в артиллерии, когда связь между стволом орудия и лафетом осуществляется через тормоз отката. Время выстрела исчисляется тысячными долями секунды за это время ствол с затвором и получает импульс отдачи, но воздействие, через тормоз отката, ствола на лафет осуществляется на пару порядков дольше, соответственно и сила воздействия на лафет во столько же раз меньше.
4. Мощность отдачи.
Тут все просто.



И как мы видим здесь в формуле тоже фигурирует время воздействия и как не трудно догадаться увеличив время, например, в 100 раз можно уменьшить мощность отдачи в те же 100 раз.

Связь отдачи и автоматики
Отдача связана только с той автоматикой которая приводится в действие непосредственно отдачей. Это свободный и полусвободный затвор, отдача ствола при коротком или длинном ходе и т.д. Особняком стоят системы не имеющие автоматики вообще или имеющие автоматику не связанную с отдачей:

1. Характерный пример первого случая это трехлинейка. У нее вообще нет автоматики, тем не менее отдача вполне себе есть, как ни удивительно для некоторых людей которые считают, что отдача это только когда автоматика работает.
2. Системы с газоотводной автоматикой и жестким запиранием ствола. Самый распространенный случай в индивидуальном стрелковом оружии пехоты - автомате. Автоматика там приводится в действие газовым двигателем независимо от отдачи.

​Влияние отдачи и автоматики на кучность автоматического огня.

Для начала следует поговорить о корректности сравнения отдачи различных образцов оружия.
Сравнивать два образца по импульсу отдачи корректно только при приблизительно равных массах и схемах автоматики. Например АКМ, АК74, М16, G36 имеют близкую массу и газоотвод с жестким запиранием и их сравнение по импульсу отдачи будет корректным. В тоже время сравнение автомата и ручного пулемета под одинаковый патрон корректно проводить по энергии отдачи, т.к. при равном или большем (у пулемета) импульсе энергия отдачи пулемета будет меньше чем автомата из-за бОльшей массы пулемета. Так же не стоит забывать о наличии различных дульных устройств которые могут как уменьшать отдачу (дульный тормоз), препятствовать уводу ствола с линии стрельбы (компенсатор), так и усиливать отдачу (усилитель отдачи). И наконец самое корректное сравнение по мощности отдачи, только так можно достаточно объективно сравнить оружие с газоотводом с жестким запиранием и оружие с отдачей ствола при длинном ходе или газоотводом с торможением отката стреляющего агрегата.

Особенности рассеивания при автоматическом огнеКлассическая картинка из наставления...



Особенностью рассеивания при стрельбе автоматическим огнем, особенно из малоустойчивых и неустойчивых положений, является то, что основная причина рассеивания это отдача и в какой-то мере влияние автоматики.
Рассмотрим процесс подробнее:

1. Оружие наведено на цель, производится спуск курка и следует первый выстрел очереди.
2. Пуля вылетает из ствола и полученный импульс отдачи начинает отклонять ствол автомата вправо-вверх, тем временем происходит страгивание и разгон затворной рамы.
3. Газы разгоняющие затворную раму, согласно третьему закону Ньютона, действуют не только на поршень, но и на переднюю стенку газовой камеры. Они не только толкают раму назад, но и с той же силой корпус автомата вперед стремясь повернуть ствол вниз.
4. Затворная рама с затвором приходит в крайнее заднее положение и наносит удар в затыльник ствольной коробки пытаясь отклонить ствол вверх.
5. Затворная рама досылает патрон и наносит удар в переднем положении дополнительно отклоняя ствол.
6. Наконец следует второй выстрел и вся история повторяется.

Так какую часть возмущений вносит отдача, а какую автоматика? Обратимся к монографии Дворянинова.



На иллюстрации представлены графики зависимости площади сердцевины рассеивания от импульса отдачи.
В 1964 г А.С. Неугодовым были проведены работы по определению зависимости рассеивания автоматического огня от импульса отдачи. Опыты показали, что с уменьшением импульса отдачи уменьшается и площадь рассеивания, т.е. при стрельбе патроном 7,62х39 основным возмущающим фактором является именно отдача, но при уменьшении импульса отдачи вклад автоматики увеличивается (точнее вклад отдачи значительно уменьшается). Подтверждением этого служит то, что автоматы со сбалансированной автоматикой под малоимпульсный патрон имеют кучность в 2-3 раза лучше чем у АК74, а испытывавшийся в 70-х годах автомат со сбалансированной автоматикой по 7,62-мм патрон никаких особых отличий от АКМ не показал. Импульс отдачи 7,62-мм патрона перебил все старания сбалансированной автоматики.

Небольшое отступление про сбалансированную автоматику. Широко распространено мнение, что сбалансированная автоматика уменьшает/компенсирует или еще как-то влияет на отдачу. Это не так. Эта автоматика приводится в действие не отдачей, а газовым двигателем и уже по этой причине никак на нее влиять не может. Просто при стрельбе пороховые газы давят не на переднюю стенку газовой камеры (стенки нет), а на поршень подвижной противомассы, именно по этому работа автоматики оказывает минимальное воздействие на корпус оружия, а удары рамы и противомассы происходят одновременно в противоположных направлениях и взаимно нейтрализуются. Отдача же действует при выстреле на затвор, а через него на корпус оружия и время ее воздействия определяется временем выстрела, оружие получает импульс отдачи задолго до того как начинает работать автоматика.

Темп стрельбы и зачем понадобилась лафетная схема.
Как уже написано выше основной причиной рассеивания при автоматическом огне являются отдача и работа автоматики. А вот на величину этого рассеивания влияет темп стрельбы. При темпе 600 в/мин между двумя выстрелами проходит 0,1 с, с одной стороны это очень мало (темп велик), с другой это очень много (темп мал). Рассмотрим оба случая.

1. Темп велик. 1 десятая секунды величина слишком малая, чтобы стрелок успел среагировать и вернуть ствол в положение близкое к первоначальному. Это прекрасно видно на первой иллюстрации, стрелок только к 4 выстрелу успевает приблизить автомат к первоначальному положению, причем рассеивание пуль при этом велико. Снижать темп в 3-4 раза не выход, это означает снижение скорости подвижных частей и чревато сильным снижением надежности. Кроме того при стрельбе по цели перемещающейся поперек линии стрельбы она может просто проскочить между пулями очереди из-за низкого темпа стрельбы.
2. Темп мал. 1 десятая секунды величина слишком большая и оружие успевает значительно отклониться от своего первоначального положения перед следующим выстрелом. Если повысить темп стрельбы то это позволит произвести короткую очередь раньше чем оружие успеет значительно отклониться от точки прицеливания. Повышение темпа стрельбы требует усложнения оружия, как минимум введение отсечки.

​Весь вопрос в том какой это должен быть темп стрельбы. Исследования автоматики по ОКР Абакан показали, что для выполнение требований 1,5-2 кратного увеличения эффективности стрельбы темп стрельбы должен быть:

1. Для сбалансированной автоматики 4000-6000 в/мин.
2. Для лафетной схемы ~2000 в/мин для двухпульной очереди и 3000 в/мин для трехпульной.
3. Для классической ударной автоматики даже сверхвысокий темп стрельбы 6000 в/мин и более не приведет требуемому улучшению кучности из-за высоких скоростей подвижных частей и сильных ударов в крайних положениях, что приведет к увеличению рассеивания и поломкам.

Вообще достичь темпа стрельбы даже 2000 в/мин при сохранении надежности оружия хоть и достижимая, но сложная задача. Темп же 4000-6000 в/мин приведет к таким высоким скоростям подвижных частей, что встает вопрос банальной живучести деталей, в т.ч. и пружин.
Глядя на необходимый темп становится ясно почему успеха добилась лафетная схема. У нее просто-напросто самый низкий необходимый темп стрельбы, что сразу облегчает обеспечение живучести деталей. Почему же лафетной схеме достаточно вдвое-трое более низкого темпа, в отличие от других схем автоматики? И тут стоит вернуться к началу разговора про отдачу, а конкретно к такому параметру как мощность отдачи. Особенность лафетной схемы в том, что отдачу стрелок воспринимает не напрямую как в обычной схеме или в сбалансированной автоматике, а через пружину амортизатора которая тормозит откатывающийся агрегат. В оружии с обычной или сбалансированной автоматикой время передачи импульса отдачи определяется временем выстрела, порядка нескольких тысячных долей секунды, в лафетной же схеме время определяется временем торможения отката t=1/30 секунды, что в 10-15 раз дольше и соответветственно сила и мощность отдачи в 10-15 раз меньше. Из-за этого скорость отклонения оружия значительно меньше и потому темпа 1800-2000 в/мин хватает для производства второго выстрела пока отклонение мало.
Во всей истории с конкурсом Абакан самой отстающей оказалась именно сбалансированная автоматика. Даже для классической ударной автоматики удалось обойти проблемы со сверхвысоким темпом стрельбы. Создание двуствольного автомата АО-63 позволило иметь темп двухпульной очереди в 6000 в/мин и в тоже время сохранить нормальную скорость подвижных частей автоматики. Причем АО-63 показал рекорды кучности из всех положений стрельбы.