BA pääkansikuva

Lapua Ballistic Tips / vinkki 8: Stabiliteettilaskurin hyödyntäminen

Julkaistu
Perusteet

a)Stabiliteettilaskurilla voidaan arvioida luodin lennon aikaista stabiilisuutta eli vakautta. Tällä puolestaan on olennainen merkitys luodin tarkkuuteen. Luodin vakautumiseen vaikuttaa moni asia, joista ylivoimaisesti tärkeimmät ovat aseen piipun rihlan nousu ja luodin pituus. Vähäisemmässä määrin tähän vaikuttavat myös mm. luodin muoto, lähtönopeus ja säätila.

b)Rihlan nousu ilmoitetaan tuumina tai millimetreinä per täysi kierros, esim. 1:10” jolloin luoti tekee täyden 360 asteen kierroksen 10 tuuman matkalla. Tämän voi itse mitata merkitsemällä puhdistuspuikon kiertymäkulman teippilipulla ja työntämällä huopatulppaa piippuun kunnes lippu on tehnyt täyden kierroksen. Puikon kulkema matka on rihlan nousu (jos tulppa seurasi rihloja täydellisesti).

c)Mikäli luoti on liian pitkä käytettyyn rihlan nousuun nähden luoti on epästabiili (vakautumaton) ja saattaa vaappua lentäessään tai kaatua täysin poikittain. Nämä on usein nähtävissä huonon osunnan lisäksi pahvitaulussa hieman soikeana reikänä tai pahimmillaan ”avaimen reiän” muotoisena reikänä. Ylistabiili (ylivakautunut) luoti taas ei seuraa lentorataansa (luodin pituusakseli ei pysy lentoradan tangentin suuntaisena) vaan lentää kärki lentoradan tangentin yläpuolella (”nokka ylhäällä”). Tämä lisää ilman vastusta ja lyhentää kantamaa. Lisäksi turhan suuri pyörimisnopeus korostaa luodissa mahdollisesti olevien pienten muoto- ja symmetriavirheiden haitallista vaikutusta,

d)Luodin vakautumista lisäävät (viitteellisessä tärkeysjärjestyksessä):
– tiukempi (lyhyempi) rihlan nousu
– lyhyempi luoti (usein myös kevyempi)
– suuri korkeus meren pinnasta (ilma ohuempaa)
– korkea lämpötila (ilma ohuempaa)
– matalapaine (ilma ohuempaa)
– suuri ilman kosteus (ilma ohuempaa, kyllä!)
Ohuempi ilma aiheuttaa vähemmän aerodynaamisia voimia luotiin, joten se pysyy helpommin stabiilina

Ylivakautunut ja vakautumaton luoti
Teoria

a)Luodin vakautumista on perinteisesti arvioitu melko yksinkertaisilla laskukaavoilla, joista yleisimmät lienevät ns. Millerin ja Greenhillin yhtälöt. Lapua Ballistics arvioi stabiilisuuden käyttäen sekä luodin dynaamista stabiliteettia Sd että gyroskooppista stabiliteettia Sg ja laskee stabiliteetin koko lentoradan matkalle.

b)Gyroskooppinen stabiilisuus Sg tarkoittaa pyörivän esineen kykyä vastustaa pyörimistasonsa muutosta. Se on melko yksinkertainen asia laskea ja sen tulee olla piipun suulla ehdottomasti yli 1,0, jotta luoti on stabiili. Käytännössä tähän on syytä lisätä hieman varmuusmarginaalia ja pyrkiä vähintään arvoon 1,4. Yli 2,0 arvot piipun suulla alkavat olla jo turhan suuria ja luodin liiasta stabiilisuudesta on haittaa, koska se lisää luodin pienien symmetriavirheiden vaikutusta ja vaikeuttaa luotia seuraamasta lentoratataansa, jolloin luoti pyrkii lentämään korostuneesti kärki ylhäällä (luoti lentää aina hieman kärki ylhäällä, mutta ylivakautunut luoti tekee sitä korostuneemmin). Gyroskooppinen stabiilisuus paranee lentomatkan mukana koska luoti menettää lentonopeuttaan selvästi nopeammin kuin pyörimisnopeuttaan.

c)Dynaaminen stabiilisuus Sd tarkoittaa luodin kykyä vähentää heilahteluja lentosuunnastaan matkan edetessä. Dynaamisesti stabiilissa luodissa heilahtelut vähenevät ja epästabiilissa heilahtelut kasvavat. Sd on huomattavasti vaikeampi arvioida kuin Sg ja se vaatii 6 DOF laskentaa. Tämän vuoksi useimmat ballistiikkalaskurit eivät kykene sitä tekemään, ne arvioivat ainoastaan gyroskooppista stabiliteettia Sg. Sg antaa hyvän arvion lyhyille ampumaetäisyyksille, mutta silloin kun saavutetaan transsooninen alue, on Sd ratkaisevassa asemassa luodin stabiilisuuteen. Lapua Ballistics pystyy arvioimaan molempia ainoana ballistiikkaohjelmana, joka on käytännössä kuluttajien saatavilla. Stabiliteettikäyrän pystyakseli kuvaa gyroskooppista stabiliteettia ja vaaka-akseli dynaamista stabiliteettia. Stabiilisuuden kannalta suotuisa alue on kuvattu vaalean sinisellä värillä.

d)Dynaamiseen stabiliteettiin vaikuttaa mm. luodin pituus ja muoto sekä massakeskipisteen ja painekeskipisteen paikat sekä niiden välinen etäisyys, koska tällä etäisyydellä on olennainen vaikutus luodiin lennon aikana kohdistuvien sitä kaatavien aerodynaamisten momenttien suuruuteen. Ilman tiheydellä on myös merkittävä vaikutus asiaan – korkealla vuoristossa ja lämpimällä kelillä stabiliteetti on parempi. Myös piipun rihlan jäljet luodin pinnassa vaikuttavat hieman dynaamiseen stabiilisuuteen ja kiihdyttävät luodin pyörimisnopeuden hidastumista. Dynaaminen epästabiilisuus on yleensä ongelma ainoastaan pitkillä ja erittäin pitkillä ampumamatkoilla – etenkin silloin kun luoti on transsoonisella alueella.

e)Stabiliteetti ei ole ON/OFF ilmiö vaan Sg ja Sd kuvaavat taipumusta/riskiä epästabiilisuuteen. Tämän vuoksi kuvaajakaan ei ole mustavalkoinen vaan vaalean sininen / tumman sininen. Luoti voi lentää ja usein lentääkin vakaasti ja tarkasti pitkälle myös tumman sinisellä alueella. Peukalosääntönä voidaan sanoa että mitä myöhemmin (matka eli pallukoiden lukumäärä) ja mitä enemmän yläviistoon käyrä poistuu vaalen siniseltä alueelta sen paremmin luoti pystyy vastustamaan ulkoisia häiriöitä ilman että se menettää stabiilisuutensa niin että osunta selvästi kärsii.

f)Stabiliteettilaskurin arvo soveltuu enemmän eri vaihtoehtojen (rihlan nousu, käytetty luoti, lähtönopeus, jne.) vertaamiseen stabiilisuuden kannalta, kuin että sillä yritettäisiin näyttää yksiselitteisesti että luoti on stabiili tai epästabiili.

Käytännön yksinkertaisettu ohje stabiliteetin varmistamiseen

a)Pyri käyttämässäsi systeemissä gyroskooppisen stabiliteetin arvoon 1,4 – 1,8 piipun suulla. Älä koskaan mene arvon 1,2 alle ja vältä arvoja selvästi yli 2,0. Tämä pätee sekä lyhyen että pitkän matkan patruunoille. Useimmille ampujille riittää tämä ja dynaamisen stabiliteetin voi unohtaa.

b)Ampuessasi pitkille (yli 600 m) ja etenkin erittäin pitkille (yli 1 km) matkoille kiinnitä huomiota myös luodin dynaamiseen stabiliteettiin. Stabiliteettikäyrän tulisi kaartua mahdollisimman myöhään ja loivasti vasemmalle. Mikäli käyrä kääntyy lähes 90 astetta vasemmalle on tilanne stabiilisuuden kannalta selvästi heikompi kuin jos se kaartuu n. 45 asteen kulmassa vasemmalle. Pitkän matkan ammuntaan tarkoitettujen ballistisesti hyvien luotien stabiliteettikäyrä kääntyy aina selvästi vasemmalle.

c)Pitkät ja hyvin teräväkärkiset ns. VLD luodit (Very Low Drag) voivat olla ongelmallisia transsoonisen alueen stabiilisuudessa. Lyhyemmät luodit selvittävät tämän alueen yleensä selvästi paremmin, mutta toisaalta ne saavuttavat transsoonisen alueen aiemmin huonomman ballistiikkansa takia. Transsoonisen alueen stabiliteettia voidaan parantaa hieman rihlan nousua tiukentamalla, mutta tästä voi olla myös aiemmin mainittuja haittoja osuntaan yleensä.

Näin luet stabiliteettilaskuria
  • Gyroskooppinen stabiliteetti Sg esitetään y-akselilla (0 – 5).
  • Dynaaminen stabiliteetti Sd esitetään x-akselilla (-1 – +3).
  • Maksimiarvot esitetään myös numeroina vasemmalla ylhäällä (tässä Sd = 0,2 ja Sg = 2,6).
  • Käyrissä on pallukat 100 m välein (ensimmäinen pallukka 0 m), mutta itse käyrä lasketaan ja piirretään 10 m välein.
  • Turvallinen stabiliteettialue esitetään vaalean sinisenä alueena. Tumman sinisellä alueella riski epästabiilisuuteen kasvaa, mutta tämä ei tarkoita sitä että luodista tulisi epästabiili. Ainoastaan sen kyky korjata kohtaamiaan häiriöitä (esim. tuulenpuuska, transsoonisen alueen häiriöt) on heikentynyt.
  • Gyroskooppisen stabiliteetin piipun suulla (0 m, ensimmäinen pallukka, oranssi nuoli) tulee olla ehdottomasti yli 1,0 (punainen viiva), mutta varmuusmarginaalin vuoksi on vahvasti suositeltavaa että se olisi vahntään n. 1,4 (oranssi viiva).
  • Gyroskooppinen stabiliteetti kasvaa matkan funktiona (tässä 1,7 -> 2,6) koska luodin pyörimisliike hidastuu selvästi hitaammin kuin luodin nopeus.
  • Dynaaminen stabiliteetti alkaa heiketä 200 m matkan jälkeen, mutta heikkeneminen ei ole mitään dramaattista ja luoti pysyy varmalla stabiliteettialueella 600 m asti.

Ääriesimerkit

Alla olevassa kuvassa nähdään esimerkki kahdesta 222 Rem kaliiperin kivääriin (1:14” rihlan nousu) ladatusta luodista.

  • 222 Rem kaliiperi on suunniteltu lyhyille 55 gr FMJ-luodeille (punainen käyrä). Vaikka gyroskooppinen stabiilisuus on alussa vaarallisen alhainen (n. 1,0) se kasvaa nopeasti eikä lyhyt tasaperäinen FMJ-luoti lähde helposti kaatumaan. Yhdistelmä on käytännössä täysin toimiva ja ajan saatossa koeteltu pienriistapatruuna.
  • 69 gr Scenar luoti (sininen käyrä) on aivan liian pitkä tälle rihlan nousulle. Gyroskooppinen stabiliteetti alkaa erittäin heikosta arvosta n. 0,5 ja dynaaminen stabiliteetti alkaa myös heti heiketä voimakkaasti. Luoti ei todennäköisesti vakaudu lainkaan ja osuntaodotus on hyvin heikko jo 100 m matkalle.

Rihlan nousun vaikutus .308 Win:

Alla olevassa kuvassa nähdään rihlan nousun vaikutus gyroskooppiseen ja dynaamiseen stabiilisuuteen 308 Win kiväärissä GB422 luodilla (10,85 g Scenar). Tämä luoti on tarkoitettu ensisijaisesti lyhyen ja keskipitkän matkan ammuntaan (n. 600 m asti).

  • 1:14” rihlan nousu (punainen käyrä) on tässä kombinaatiossa liian hidas/pitkä. Gyroskooppinen stabiliteetti on piipun suulla (ensimmäinen 0 m pallukka) n. 1,0 mikä on selvästi liian alhainen. Luodilla on suuri riski olla epästabiili heti piipun suulla.
  • 1:12” rihlan nousu (sininen käyrä) on tässä kombinaatiossa sopiva, gyroskooppinen stabiliteetti on piipun suulla sopiva, n. 1,4. Luoti myös lentää ensimmäiset 500 m turvallisella stabiliteettialueella eikä tämän jälkeenkään käänny jyrkästi vasemmalle. Luodilla on hyvät edellytykset lentää vakaasti pitkälle.
  • 1:10” rihlan nousulla (keltainen käyrä) gyriskooppinen stabiliteetti on turhan suuri jo heti alussa (n. 2,0), mutta luoti toimii silti aivan hyvin ja osuntakin on todennäköisesti hyvää. Luoti on kuitenkin suuren pyörimisnopeuden vuoksi tarpeettoman herkkä pienillekin luodin symmetriavirheille.
  • Tarkat Sg ja Sd arvot on nähtävissä alavalikon lentoratataulukosta kun sinne on sarakkeiksi valittu myös Sg ja Sd.
  • Huomaa, että ohjelma laskee usein stabiliteettiarvoja pitemmälle kuin ampumaetäisyys eli viimeinen pallukka ei välttämättä ole ampumaetäisyys.
  • Toiminto on käytettävissä vain Lapuan luodeille ja patruunoille, koska tarvittava yksityiskohtainen data luodin muodosta, inertiamomenteista, painopisteen paikasta, jne. ei ole saatavilla muille luodeille.

Rihlan nousun vaikutus .338 Lapua Magnum:

Alla olevassa kuvassa nähdään rihlan nousun vaikutus gyroskooppiseen ja dynaamiseen stabiilisuuteen 338 Lapua Magnum kiväärissä GB528 luodilla (300 gr Scenar).

  • 1:12” rihlan nousu (punainen käyrä) on tässä kombinaatiossa liian hidas/pitkä. Gyroskooppinen stabiliteetti on piipun suulla (ensimmäinen 0 m pallukka) n. 1,0 mikä on selvästi liian alhainen. Luodilla on suuri riski olla epästabiili heti piipun suulla. Tämän kombinaation tiedetään kokemuksesta olevan toimivuuden rajoilla, joskus toimii, usein ei.
  • 1:10” rihlan nousu (sininen käyrä) on tässä kombinaatiossa sopiva, gyroskooppinen stabiliteetti on piipun suulla sopiva, n. 1,5. Luoti myös lentää ensimmäiset 800 m turvallisella stabiliteettialueella eikä tämän jälkeenkään käänny jyrkästi vasemmalle. Luodilla on hyvät edellytykset lentaa vakaasti pitkälle – ja tämän kombinaation tiedetään kokemuksesta toimivan hyvin yli 1500 m matkoille. Pitkille luodeille on tyypillista että käyrä kaartuu melko voimakkaasti vasemmalle.

Luodin pituuden vaikutus

Alla olevissa kuvissa nähdään luodin pituuden vaikutus gyroskooppiseen ja dynaamiseen stabiilisuuteen 338 Lapua Magnum kiväärissä 1:10” rihlan nousulla.

  • Lyhyempi 250 gr Scenar GB488 (punainen käyrä) säilyttää stabiliteettinsa paremmin kuin pitempi 300 gr Scenar GB528 (sininen käyrä), mutta saavuttaa transsoonisen alueen hieman aikaisemmin kuin ballistisesti parempi 300 gr luoti. Nopeuden ja energian säilymistä voi vertailla niiden kuvaajista tai lentoratataulukoista.
  • Mikäli lentoratakäyrissä näkyy selvää aaltoilua (kuva alla), on se myös merkki mahdollisesta epästabiilisuudesta. Todennäköisin syy on aseen liian alhainen rihlan nousu, jolloin luoti ei vakaudu vaan heilahtelee lentäessään puolelta toiselle ja voi kääntyä myös aivan poikittain. Tällaisessa tilanteessa varmista pahvitauluun ampumalla että luodin reiät taulussa ovat pyöreitä ja kasan koko käyttötarkoitukseen riittävän pieni.

Tilapäinen stabiilisuuden menetys

Alla olevassa kuvassa nähdään dynaamisen stabiliteetin tilapäinen heikkeneminen 650 – 750 m etäisyydellä luodilla 6 mm GB543. Ko. tilanteessa luoti tulee transsoonioselle alueelle etäisyydellä 700 m. Stabiliteetti kuitenkin palautuu tämän jälkeen ja luoti todennäköisesti jatkaa lentoaan osunnan juurikaan kärsimättä. Tätä helpottaa myös korkea gyroskooppisen stabiliteetin arvo ko. kohdassa.

Tällaisia tarkasteluja ei pysty tekemään muilla kuin 6 DOF laskentaan perustuvalla Lapua Ballistics ohjelmalla ja erittäin kalliilla (kymmeniä tuhansia eur) ammattilaisten käyttämällä PRODAS-ohjelmalla.

Teoreettisesta taustasta syvällisemmin kiinnostuneille suosittelemme mm. seuraavaa lukemista:

  • McCoy, R. Modern Exterior Ballistics, the Launch and Flight Dynamics of Symmetric Projectiles. Schiffer Publishing, 1999
  • Bryan Litz, Applied Ballistics For Long Range Shooting 3rd Edition
  • Sailaranta, T. Studies on Unmanned Atmospheric Flight. Doctoral Thesis. Aalto-University, Helsinki, Finland.