Bakgrunder
Konsten att spiralräffla pipor är inte ny. Det finns uppgifter på att tekniken användes till jaktvapen redan i slutet av 1400 talet. Alltså redan på luntlåsti- den och då som nu var skälet att få bästa möjliga precision på vapnet.
Nu går det inte att göra direkta jämförelser mellan rundkulor av bly och moderna projektilkonstruktioner, och då avses de typer som använts de senaste 110 åren. Men grundtekniken och de naturlagar som gör det möjligt att skjuta projektiler som är tre, fyra gånger längre än sin egen diameter med stor precision på långa avstånd är precis den samma idag som för femhundra år sedan.
De matematiska teorierna som beskriver en gyrorörelse och stabilitetsvill- koren för en rotationskropp är komplicerade. Men hur de fungerar i praktiken kan man göra sig en uppfattning om genom att studera en enkel leksakssnurra. Som modell för att åskådliggöra den statiska stabiliseringen av projektiler används den stående snurrans ekvation.
Alla som någon gång lekt med en sådan förstår att hur symmetriskt en snurra än är tillverkad kan den aldrig fås att balansera på sin spets om den inte sätts i rotation runt sin egen axel med en viss fart.
Hur fort den måste rotera för att kunna balansera på spetsen beror för- hållandet mellan dess längd och diameter samt hur högt tyngdpunkten är pla- cerad från spetsen. I sakens natur ligger att en lång och smal snurra måste rotera med en väldig hastighet för att kunna balansera på sin spets utan att välta.
Är snurran kort, d v s har låg tyngdpunkt och stor diameter i förhållande till sin längd kan rotationshastigheten sänkas betydligt utan att den blir insta- bil och välter. Orsaken är att masströghetskrafterna blir stora då periferihas- tigheten blir hög även vid låga varvtal. Om den roterande massan befinner sig långt från snurrans centrumaxel förstärks den gyroskopiska effekten och en låg tyngdpunkt gör att hävstången för det vältande momentet blir kort och den välter inte även om den lutar kraftigt under vad som kallas precessionsrö- relsen.
En snurra som har rätt diameter i förhållande till sin rotationshas- tighet kan balansera på ett pappersark utan att välta.
Det ligger därför i sakens natur att två symmetriskt lika rotationskroppar med olika specifik vikt når sitt stabilitetsläge vid olika rotationshastigheter. Den med låg specifik vikt måste rotera snabbare än den med högre specifik vikt. Om rotationshastigheten inte kan påverkas måste rotationskroppen med den lägsta specifika vikten göras kortare, det vill säga få en tyngdpunkt som är lägre för att kompensera effekten av det vältande momentet. Principen kan överföras till projektiler för kulvapen och är en förenklad förklaring till pro- blematiken med att i vissa kalibrar byta ut mantlade blyprojektiler mot pro- jektiler av koppar.
Att använda ett material med lägre specifik vikt än bly i en given kaliber innebär med naturnödvändighet att den projektilen fysiskt måste bli längre för att få samma vikt som en blyprojektil.
Specifika problem med vanligt förekommande kalibrar
För vissa kalibrar, i första hand .222 Remington, 6,5 x 55 och 7x57R som är mycket vanliga i Sverige innebär detta att kopparprojektiler, vid av NV före- skrivna minimivikter, blir så långa att de inte kan stabiliseras tillräckligt vid de utgångsfarter som kan uppnås med hänsyn till respektive patrons ladd- ningskapacitet, maximalt tillåtna kammartryck och den av C.I.P föreskrivna räffelstigning för patrontypen.
Det finns bara två möjligheter att påverka en projektils rotationshastighet och påverka den statiska stabiliteten. Det ena är att vid en given utgångsfart använda en pipa med större räffelvinkel. Då blir räfflelstigningen mindre vil-
N AT U R V Å R D S V E R K E T
Rapport 5624 • Underlagsrapporter till regeringsuppdraget om bly i ammunition
ket innebär att den sträcka som tas i anspråk för att vrida projektilen ett varv blir kortare än normalt.
Den andra är att öka utgångsfarten i den mån som det finns möjlighet utan att överskrida högsta tillåtna kammartryck för patronen. Något som bara kan påverkas marginellt med de aktuella patronerna.
På befintliga vapen kan räffelstigningen inte förändras annat än genom att byta ut pipan. Och även om det är tekniskt möjligt att tillverka pipor med mindre stigning än vad som anges i C.I.P: s normer för respektive kaliber så är det ingen rimlig teknisk lösning som kan tillämpas på vapen för civilt bruk som okontrollerat kan komma att användas med både alternativ ammunition och blyammunition.
För att få den funktion som önskas går det inte att i alla avseenden att matematiskt jämföra en rotationsstabiliserad projektil med en snurra som bara rör sig kring sin egen axel.
En projektil rör sig också framåt med hög hastighet och då utsätts den för betydande luftkrafter som skapar ett mer eller mindre stort vältande moment på projektilen.
En projektil som är extremt lång i förhållande till sin diameter måste ges en mycket hög rotationshastighet för att bli statiskt stabil. Resultatet kan då bli att projektilen blir överstabiliserad. Det vill säga att projektilen inte kommer att följa den naturliga kastbanan med sin längdaxel utan ställer sig i en mer eller mindre stor vinkel mot bantangenten. Fartvinden får då en större radiell angreppsyta än om projektilen rör sig med spetsen parallellt med kastbanan.
Till vänster en 6,5 mm kopparprojektil som väger 9 gram
Den är betydligt längre än de tre 6, 5 mm blypro- jektilerna till höger som väger 10,1 gram. Rillorna i kopparprojektilen gör att den roterande massan i periferin blir mindre än om
den vore helt slät. Sammantaget blir en sådan projektil mycket svårstabiliserad
i nästan alla förekommande patronkombinatio- ner och standardräffelstigningar
Då det är fråga om projektiler som normalt rör sig i mer än den dubbla ljud- hastigheten kan angreppspunkten för luftmotståndet på en lång projektilens teoretiska tryckcentrum komma att ligga så långt framför dess fysiska tyngd- punkt att den blir dynamiskt instabil.
Det tidigare nämnda begreppet ”stabilitetsfaktor” innebär att det alltid måste ske en avvägning mellan projektilens statiska och dynamiska stabilitet som i sin tur är en funktion av dess längd i förhållande till sin diameter och rotationshastighet. Något som i sin tur är en funktion av vapnets räffelstig- ning och den utgångsfart som är tekniskt möjligt att åstadkomma med en given kombination av projektil och patronhylsans storlek i den aktuella kali- bern.
tetsfaktorn behöver vara minst 1,2 till 1,3 för att ge en god precision. För jak- tpatroner bör projektilens stabilitetsfaktor som ett absolut minimum inte understiga 1,5. Helst bör den vara betydligt högre gärna 2- 2,5 speciellt om projektilen saknar blyets plastiska egenskaper.
Det mest markanta tecknet på att en projektil är instabil är att kulhålen blir mer eller mindre ovala vid provskjutning mot en tavla. Men då är grän- serna för vad som är rimligt ur djurskyddssynpunkt vid jakt redan passerade. Måttlig kulvältning behöver i sig inte innebära att precisionen blir onormalt dålig samtidigt som ett perfekt runt hål i tavlan inte är någon säker indikation på att projektilen har en stabilitetsfaktor som är tillräckligt hög för att vara lämplig att användas till jakt.
Till vänster ses kulhålen efter en dåligt stabiliserad 9 gram tung kopparprojektil skjuten i ett vapen med 228 mm stigning (9”) vilket är 8 mm mer än föreskriven standard. Mittenbilden visar kulhålen efter samma projektil skjuten i ett vapen med korrekt stigning enligt C.I.P som är 220 mm. Redan på 85 meters avstånd syns dock tydliga tendenser till kulvältning. Till höger ses det ovala ingångs- hålet efter samma projektiltyp i 6:e revbenet på en dovhjort som visar att projektilen börjat välta direkt i anslaget och som initierade provskjutning på tavla. Vapnen som användes hade korrekt räf- felstigning och patronen handladdad till föreskrivna värden. Skjutavstånd 60 meter. Flyktsträcka 110 m avfångningsskott krävdes.
Formen på ett återfunnet fragment av kop- parprojektilens främre del visar att den inte expanderat normalt utan krökts och sedan brutits sönder.
Skadorna på dovhjortens lungor blev obe- tydliga mot vad som kunde förväntas Ett splitter från projektilen har dock träffat i hjärtats nedre del vilket sannolikt förkor- tat flyktsträckan. Detta visar mycket tydligt vikten av att kopparprojektiler måste vara mycket väl stabiliserade och ha en väl utprovad konstruktion.
Stabilitetsfaktorn för en projektil bör därför beräknas teoretiskt i ett ballis- tiskt program där alla variablerna som kan påverka projektilen matas in.
De berörda kalibrarna har kontrollerats på detta sätt med förutsättningen att ge respektive kopparprojektil en teoretisk form som minimerar dess längd i förhållande till den vikt som krävs för att patronen ska klara NV: s gränser för minsta projektilvikt i respektive klass. Undantaget 6,5 x 55 där vikten satts till 9,1 gram då en 10 grams kopparprojektil i den kalibern, oavsett form, fullständig saknar möjlighet att fungera ytterballistiskt.
Även om en finkalibrig projektil kan fås stabil vid en korrekt minimivikt kvarstår problemet med att en ogynnsam form kan göra den ballistiska koef-
N AT U R V Å R D S V E R K E T
Rapport 5624 • Underlagsrapporter till regeringsuppdraget om bly i ammunition
ficienten (BC) så låg att den tappar så mycket fart att gränsen för minsta anslagsenergi på 100 meter inte kan uppnås. Exempelvis går det att i kaliber 7x57R att nå en rimlig stabilitetsfaktor med en projektil som ges en ur vikt- synpunkt optimal form. Den ballistiska koefficienten blir dock så låg att anslagsenergin under gynnsamma atmosfäriska betingelser endast blir c:a 2230 Joule vilket inte räcker för att den ska tillhöra klass 1.
Resultatet av beräkningen visar entydigt att det är praktiskt omöjligt att med dessa kalibrar uppfylla NV:s samtliga parametrar för respektive klass.
För att kunna ge kopparprojektiler till de aktuella kalibrarna en stabili- tetsfaktor på minst 1,5 bör vikten inte överstiga nedan angivna ungefärliga värden om vapnen har en räffelstigning som överensstämmer med C.I.P: s standard.
.222 Remington maximalt: 2,6 gram 6,5 x 55 maximalt: 7,2 gram
7 x 57R maximalt: 8,4 gram
Den anslagsenergi som teoretiskt kan uppnås på 100 meters avstånd från vapnets mynning blir med dessa projektilvikter och en realistisk utgångshas- tighet och rimlig ballistiskt koefficient som följer:
.222 Reminton E100 c:a 1050 Joule 6,5 x 55 E100 c:a 2600 Joule 7 x 57R E100 c:a 2600 Joule
Beroende på projektilernas fabrikat, utformning och konstruktion kan det självfallet förekomma variationer både uppåt och nedåt runt dessa värden. De förhållandevis höga värden på anslagsenergi som kan uppnås har sin för- klaring i att så lätta projektiler kan drivas upp i relativt höga utgångshastig- heter. Den kinetiska energin är nu som tidigare nämnts inte ensam något mått på en projektils verkan i viltet. Den måste också ha förmåga att kunna
omvandla kinetisk energi till vävnadsförstörande arbete även vid låga
inträngningsmotstånd och samtidigt ha förmåga att penetrera tillräckligt djup om den möter kraftigt motstånd från muskulatur och grövre ben.
När det gäller penetrationsförmåga har projektilens massa en avgörande betydelse. Det är momentum eller impulsen (SI- enhet Newtonsekunder) som avgör inträngningsförmågan och det är en funktion av massan räknat i kilo- gram multiplicerat med anslagshastigheten. Kopparprojektiler expanderar mindre och förlorar proportionellt sett inte lika mycket av sin ursprungsvikt som en blyprojektil av samma kaliber och det gör dem ofta överpenetrerande trots att de av ytterballistiska skäl måste göras lättare än blyprojektiler av samma kaliber.
Då det som tidigare nämnts saknas mätmetoder och fastställda paramet- rar för hur skottverkan ska mätas och bedömas finns det ingen rimlig möjlig- het att inom ramen för detta uppdrag ge entydiga svar på om det för vissa kalibrar kan anses vara rimligt eller inte att frångå NV:s nuvarande föreskrif- ter når det gäller klassning av ammunition avsedd för jaktbruk.