PIIPUN VÄRÄHTELYSTÄ

1. Ongelmasta

Väitetään, että aseen piipun painopisteen muutoksella olisi vaikutusta aseen käyntiin, mutta todistaminen ei olekaan helppoa. Teoreettisia tutkimuksia ei helpolla löydy. SAKO on tutkinut käyntiä tyylillä "piipusta pätkä pois ja uusi kasa". NOPTEL:lta löyty yksi kenttäkokeilu. Lisäksi apua on löytynyt asekonstruktioihin perehtyneiltä ystäviltäni.

Ongelma on melko monimutkainen. Painopisteen muuttaminen vaikuttaa eittämättä aseen värähtelyyn. Lisäksi ampuja-ase-yhdistelmänkin painopiste muuttuu, jolloin hitausvoimat (vast) vaikuttavat rekyylin suuruuteen ja suuntaan. Tällä tuskin on suurta merkitystä.

Ampujan hankkittua aseeseensa (tietyin varustein) käyvän patruunan on hän samalla jo ratkaissut pitkälti värähtelykysymyksen. Värähtely ei muuttune tasalaatuisilla patruunoilla, joten sen todelliset vaikutukset lienevät pienet.

2. Painopisteen muutos vaikuttaa värähtelyyn

Tarkasteltaessa aluksi esimerkkiä, jossa pienoiskiväärillä ammuttaessa luodin keskinopeus 50 metrin matkalla on 300 m/s. Lentoaika on tällöin noin 0,166 sekuntia ja piipun pään radiaalinen nopeus on 0,1 m/s. Tällöin poikkeama saadaan vektoritarkastelussa 1,7 senttimetriksi. Värähtelyn muutokset aiheuttanevat huomattavasti tätä pienemmän hajonnan.

Teoreettisesti tutkittaessa luodin painoeron vaikutus lähtönopeuseroon on vähäinen: painoeron ollessa 0,01 grammaa (2,6 gramman luoti) se vaikuttaa lähtönopeuseroon noin 0,5 m/s. Vaikutukset taululla lienevät todella pienet, koska v_o-hajonnat voivat olla jopa ±3 m/s. Kyseinen ero on 1% keskinopeudesta, joten poikkeamakin muuttuu prosentin verran, noin 0,2 millimetriä. Patruunoiden painojen tarkka punnitseminenkaan (kuten Korean Lee teki Barcelona 92:a varten) ei siis ratkaise käyntiä, mutta matkalla äärimmäiseen tarkkuuteen asiaa voi harkita.

Seuraavaksi tarkastelemme tilannetta, jossa ammuttiin ilmapistoolilla. Noptel tutki kehitystyössään värähtelyn vaikutusta laserin kohdistukseen. Kohdistusmuodossa suunnattu lähetin ei enää ampumamuodossa "vienyt" samaan paikkaan. Kenttähavainnot osoittivat, että iskemät menevät jonnekin ylös! Ase lähettimineen kiinnitettiin ruuvipenkkiin. Koe toistettiin muutamia kertoja siten, että lähetin oli sekä piipun yläpuolella että sivulla. Asetta lauottiin tyhjänä.

Värähtelyliike oli molemmilla tavoilla samanlainen. Pystysuuntainen värähtely saavutti ensimmäisen huippunsa (ääriasento) ylöspäin noin 10 ms iskurin toimimisen jälkeen. Poikkeama oli rengasväli (1,0 pist). Toisen huippunsa, alas, värähtely saavutti 20 ms tapahtumasta. Sen jälkeen värähtely vaimeni nopeasti. Sivusuuntainen, puolen rengasvälin (0,5 pist) suuruinen huippu saavutettiin vasemmalle noin 10 ms laukaisun jälkeen. Toinen vastakkaispuolelle tullut huippu oli epämääräinen.

Laskettaessa komponenttien yhteisvaikutus 10 ms:n kohdalla saadaan ylös vasemmalle noin 1,1 rengasväliä eli 0,1 rengasväliä jokaisella millisekunnilla. Mikäli piippuaika on luokkaa 3 - 5 ms (esim Feinwerkbau m/100 noin 4 ms) on värähtelyn vaikutukset taululla 0,3 - 0,5 pistettä. Tähtäimet toki huomioivat tämän vaikutuksen, mutta entäpä, jos luodista tai vapautuvasta kaasun määrästä johtuva värähtely muuttuu! Luodin v_o-ero voi olla jopa 5 m/s. Tällöin luoti viipyy piipussa reilut 0,1 tuhannesosaa kauemmin; siis kasan koko ei paljoakaan kasvane.

Värähtelyyn vaikuttaa varmastikin sekin, että luoti kiertyy rihloja pitkin eteenpäin. Samalla luoti hakee kunnollista kiinnittymistä rihloihin. Nämä tekijät aiheuttanevat jonkin verran piipun kiertymistä rihlojen suuntaan sekä oletettavasti epämääräistä lisävärähtelyä.

Piipun pään kuluminen aikojen saatossa voi korostaa värähtelyn vaikutusta. Väliballistiikan (ts. juuri kun luoti on jättämässä piipun) aikana tapahtuvat värähtelyhäiriöt (värähtelyssä vaihtelua) lisäävät vapautuvien ruutikaasujen ("loppupuhallus") kanssa luodin lähtökulman muutoksia. Tosin luoti hakenee nopeasti oman vakavuuteensa ja häiriön merkitys pienenee.

Eräässä tutkimuksessa kokeiltiin äänenvaimentimien vaikutusta lähtönopeusmuutoksiin ja kasojen kokoon (7 eri kaliiperia .22LR:stä 9,3x62:en). Tutkimustulosten perusteella voidaan todeta, että äänenvaimennin ei muuttanut merkittävästi, osalla aseista nousi ja osalla laski, luodin lähtönopeuksia. Lähtönopeuden keskihajonnat olivat samoin lähes samankaltaisia (+- 30%) äänenvaimentamattoman ammunnan kanssa. Sen sijaan äänenvaimenninkasat olivat keskimäärin noin 75% (äärimuutokset 58% (243WIN) ja 97% (30-06)) äänenvaimentamattoman aseen tekemistä kasoista. Kasojen miitaustulosten perusteella ei patruuna-ase-yhdistelmät edustaneet kilpa-ammunnalle asetettavia vaatimuksia. Esimerkiksi .308-aseen (Ruger) kasa 150 metrillä oli 11,0 senttimetriä vaimentamattomana, kun laadukkailla kilpa-aseilla on päästy helposti 3 sentin kasoihin 300 metriltä.Vastaavasti pienoiskiväärin kasa oli 50 metriltä 4,1 senttimetriä. Kuitenkin joku tekijä, kenties värähtelyn muutos, aiheutti huomattavan kasan pienentymisen.

Kiinnitysruuvien tiukkuus vaikuttaa värähtelyyn. Kiinnitys voi toimia sopivana tai sopimattomana vaimentimena rauta- ja puuosien välillä.

3. Lisää painopisteen muutoksesta

Samalla kun aseen ominaisvärähtely muuttuu piipun painopistettä muutettaessa, muuttuu myös ase-ampuja-yhdistelmän painopiste. Myös tämä seikka huomioitava.

Painopisteen muuttamisen vaikutuksia on tarkasteltava useassa tasossa. Perinteisesti ampujaa on tarkasteltu sivulta ja takaa. Painopisteen muuttumisen aiheuttama pystysuuntainen voimavektori vahvistuu/heikentyy, joten asetta laukaisuhetkellä kohottavan vektorin vaikutus pienenee/suurenee. Se tarkoittaa sitä, että "tähtäyspisteen" liike muuttuu. Kyseinen fysiikan ilmiö on liikemäärän (massa * nopeus) säilymisen laki.

Takaa katsottuna varsinkin asetta kallistavilla ampujilla voi väärin (epäsymmetrisesti tai asetta sivuttain vääntävä) asetettu lisäpaino muuttaa rekylin suuntaa. Tämänlaatuiset ongelmat ovat varmaankin monelle tuttuja jo pelkästään ampuma-asennon huonosta suuntaamisesta tai rentouden puuttumisesta.

Vähätellä ei myöskään sovi ampujan henkilökohtaisia mieltymyksiä. Raskaasti etupainoisella aseella ampumaan tottuneet henkilöt ovat "lyötyjä", mikäli painopistettä muutetaan paljon aikaisemmasta.

Kaiken tämän perustelun kumonnee kenties se, että käynti muuttuu myös penkistäkin ammuttaessa. Tämähän on tuttua! Tarkasteltaessa huolellisemmin useita penkkejä voimme todeta, että itseasiassa niissäkin on pieni liikkumavara pitkittäissuunnassa (rekyylin vaimennus) eli pelkistetysti voimme todeta niiden muistuttavan ase-ampuja-yhdistelmää. Tosin vaikutukset ovat huomattavasti pienemmät kuin luonnollisessa tapauksessa.

4. Lopuksi

Epäselväksi yhä jää värähtelyn ja siinä esiintyvien poikkeavuuksien todellinen vaikutus aseen käyntiin. Jos piipun suu värähtelee laukaisuhetken jälkeen vaimenevan sini-aallon kaltaisesti, olisi aseen rakenne/patruunan valinta toteutettava siten, että luoti jättää piipun värähtelyn jommassa kummassa ääriasennossa (tai ainakin mahdollisimman lähellä sitä). LAPUA:lla olen muistaakseni kuullut, että piipun vakavuus olisi heikoin värähtelyn laskuvaiheessa. Tällöin ylävaihe olisi paras!

Värähtelyvirheiden eliminointi perustuu siihen, että ääriasennossa piipun nousu/lasku aikayksikössä on huomattavasti pienempi kuin huippujen keskivaiheilla. Tämmöisen tutkimiseen patruunaa valittaessa tuskin kellään on resursseja; valinta onkin tehty oikein silloin, kun ase käy muutenkin samaan reikään (tavoite). Kuten aikaisemmin mainitsin tähtäimet korvaavat osan värähtelyn epämääräisistä vaikutuksista.

Uskoisin, että suurempia vaikutuksia on lähtönopeuseroilla, luodin paino- ja muotoeroilla yms sekä käytännön tilanteessa ampujalla itsellään. Ongelmaa haittaa lisäksi se, että optimikäynti "romuttuu", jos testaus/kilpailu toteutetaan huomattavasti eri lämpötilassa (lämpölaajenemisongelmat). Kesäoloissa yhden asteen muutos lämpötilassa muuttanee lähtönopeutta noin 1 m/s. Sen vuoksi aseen käynti olisikin tarkastettava keskimääräisessä kilpailulämpötilassa.

Näyttänee siltä, että värähtelyn vaikutuksista ei vieläkään saatu tosiasiallista tietoa. Koska penkkikokeet kertovat karua totuutta painopisteen muuttumisen vaikutuksista, on totuutta yhä jatkossakin metsästettävä. Matkalla äärimmäiseen tarkkuuteen jää siis vastaus yhä saamatta. Totuutta odottaville voin lohduksi todeta sen, että SAKO ja VTT ovat suunnitelleet värähtelykokeita käsiaseilla.




LÄHTEET:
1. Noptelin värähtelymittaukset 24 - 26.2.1988, Oulu.
2. Rekyyliteoria ja laukaisuvakavuus, MPKK:n luentomoniste.
3. Maj Markku Lainevirta, MPKK.
4. Tuotekehityspäällikkö Kari Kuparinen, SAKO.
5. Erkki Kauppi, SAKO.
6. Heikki Taipalus; Edustusvalmentajakoulutus 1993.
7. Osmo Ala-Honkola; Edustusvalmentajakoulutus 1993.
8. Juha Eväsoja, Patruunatehdas, Lapua.
9. Toht Utriainen, TKK.
10.Yleinen Aseoppi 1970, Oy Länsi-Savo, Mikkeli.
11.Olympiavoittaja Lee (pkiv 60) Barcelona 1992
12. Jyrki Havas, Metsästäjä 5/2008..

Updated 01.09.2008