SAÇMA DIŞ BALİSTİĞİ

[Sabri]

Yivsiz av tüfeği, çok çeşitli mühimmat kullanabilme özelliği olsa da esas olarak hareketli hedeflere saçma adını verdiğimiz küçük güllecikler atma amacıyla kullanılır. Dergimizin önceki sayısında yivsiz tek kurşunların balistiğinden söz etmiştim. Yivsiz tek kurşunlar, yivli tek kurşunlara benzer davranış gösterirken, saçma konusuna girince işler biraz değişiyor. Farklı fizik özellikler, seyir esnasında farklı davranışlar, hele bir de namlu ucunda şok işin içine girince saçmaların davranışını daha karmaşık hale getiriyor.

Küre şeklindeki cisimlerin namludan çıktıktan sonraki seyir özelliklerini tekilden, çoğula doğru incelemeye çalışalım. Önce tek bir güllenin balistik özellikleri ile başlayalım. Küre şeklindeki cisimler en küçük hacım içinde en yüksek hacım ve yoğunluk taşıyabilen geometrik yapılardır. Küre şeklindeki cisimler geometrik olarak düz yüzeyli cisimlere göre az olsa da daha aerodinamik şekle sahip tek kurşunlara göre yüksek sürüklenme katsayısına sahip, dolayısıyla balistik katsayıları düşük cisimlerdir. Çapları küçüldükçe balistik katsayıları daha da düşüp, bozulur. Bu da hava içindeki seyrini kötüleştirir, menzili ve hedefteki enerjisini azaltır.

Gülle (Misket) hava içinde ilerlerken, kat ettiği havayı yararak seyrederken gülle etrafında akım özellikleri belirir. Özellikle gülleye bitişik hava katmanları arkaya doğru süzülürken hıza bağlı olarak değişik akım özellikleri yaratır. Önce gülle etrafında hava akımı ayrışarak yol alır.

Hız arttığında bitişik hava güllenin arkasına doğru dönerek girdap akımları (vortex) meydana getirmeye başlar. Hız arttıkça en arkada boş bir alan da düşük basınç ortaya çıkar. Bu Newton'un hareket kanunlarının 3. göre şiddetli bir çekmeye sebep olur, gülleyi hızla yavaşlatır.

Aerodinamik hareketler akışkanların (burada hava) viskozitesi ile karmaşık bir şekilde alakalıdır. Eylemsizlik güçlerinin/viskozite güçlerine oranına Reynold sayıları adı verilir. Reynold sayıları “kürenin hızının, kürenin çapı ile çarpımı” nın, hava viskozitesine bölümü" ile elde edilir. Yüksek Reynold sayılarında direnç iyice düşecektir. Aşağıdaki resimde değişik Reynold sayılarında güllenin gerisinde oluşan hava akımı özelliklerini görebilirsiniz:

Yüksek hızlarda, Reynold sayısı 106 olduğunda arkadaki hava akımı (wake) daralarak çekme, dolayısı ile sürüklenme azalır. Ancak güllenin bu Reynold sayılarına ulaşması mevcut namlu çıkış hızları ile olası değil. Saçmaların seyri genellikle 103-105 Reynold sayılarındadır. Arkalarında daha çok, dengesiz türbülan (burgaçlı) hava akımları ortaya çıkar. Güllenin gerisinde oluşan girdap akımları çok şiddetli olduğunda, eğer gurup halinde saçma atıyorsak arkasından gelen saçmanın sapmasına sebep olur. Namludan çıktıktan sonra 5-10 metre toplu giden saçmaların dağılmasındaki etkenlerden biri de bence bu olaydır. (Havaalanlarında uçakların inmesinde, jet motorlarının yarattığı şiddetli girdap akımlarının, arkadan gelen uçağın dengesini bozmaması için girdabın zayıflayacağı süre kadar bir mesafe verilir, bu mesafe öndeki uçağın büyüklüğü ve motor gücüne bağlı olarak kule tarafından değiştirilir)

Şimdi saçmaların biri biri ile etkilenmesine bakmaya çalışalım:

Deneysel çalışmalar saçmaların birbiri ile etkileşimini incelenmiştir. Lee’nin yaptığı rüzgar tüneli çalışmalarda 104 Reynold sayılarında iki kürenin aerodinamik etkileşimi incelenmiştir. 

Üst üste giden iki küre  biri birine yakın olduğunda sürüklenme (Drag) %50 kadar artmaktadır. Aralarındaki mesafe kürelerin yarıçaplarının 3.5 katına vardığında ise sürüklenme azalmakta ve her biri kendi sürüklenme katsayısı ile hareket etmektedir:

Arka arkaya seyreden kürelerde ise arkadaki kürenin sürüklenmesi öndeki küreye göre belirgin azdır. İki küre arasındaki mesafe çaplarının 3,5 katına çıktığında arkadaki kürenin sürüklenme katsayısı süratle artmaya başlar.

Küme halinde namludan çıkan saçma gurubunun 20-50 metre mesafedeki etkilenmeleri saçma bulutunun uzunluğu (saçma dizini) ve genişliği aslında iç balistik ile ilgilidir. Ancak ilk metreler içinde kendini pek göstermez. 

Yukarıda anlattığım etkilenmeler sonuca etkili olmakla beraber saçmalar dağılmaya başladıktan sonra daha karmaşık, rastgele etkiler saçma taneleri üzerine etkili olur, karmaşık matematik formüller gerektirir. Ancak saçmaları bu rastgele hareketleri Markovian teori ile açıklanabilmektedir


Aslında saçmaların dış balistiğinin çoğu; iç balistik etkilerden kaynaklanmaktadır. Birleştirme konisi, tapa, şok dış balistiği etkileyen iç balistik etkenleridir.
 
Saçmalar namludan çıktıktan sonraki genellikle birkaç metreden sonra dağılmaya başlarlar. 3 ila 9 metre uzunluğunda bir saçma dizini oluşur. Saçma dizinini boyu kullanılan şok ile de bağlantılıdır. Dar şoklarda düşünülenin aksine daha kısa saçma dizini oluşur (Daha sonra anlatacağım)

Saçmalar dağılırken ortadaki ezilmemiş saçmalar daha önde yoğun kenarlara gittikçe daha geride ve seyrek olarak bir saçma bulutu meydana getirirler. Ben kişisel olarak bu durumu açılmış bir şemsiyeye benzetiyorum.
Eğer saçmalar Pover tapa içinde değilde namluya sürtünerek gelirse iki durum ortaya çıkar:

Birincisi sürtünme ile bir dönme meydana gelirse: Dönme sonucunda fizikteki Magnus etkisi ortaya çıkar. Fizikteki Bernoulli eşitliğinden kaynaklı bu etkide, dönme tarafına doğru küre şeklindeki cisimlerde bir sapma ve falso ortaya çıkar.

Bunun en güzel örneğini futbol maçlarında izliyoruz. Futbolcular serbest vuruşlarda topa falsolu vurarak topta meydana getirdikleri dönme hareketi ile topu düz değil de kavisli şekilde gönderirler, bu falsonun nedeni topa dönme verilerek sağlanan Magnus etkisi iledir. Namlu yüzeyine sürtünerek dönme kazanan saçmalar bundan etkilenerek namludan çıkarken yön değiştirebilirler.

Saçmaların toplu olarak en çok etkilendikleri diğer bir konu, barut gazının ani ittirmesi ile biri birbirlerine çarparak ezilmeleridir, bu ezilme en çok tapanın dip kısmındaki saçmalarda oluşur.



Yukarıdaki resimde tapa içindeki kurşunların özellikle dip kısımdakilerinin hızlı yanışlı barutlarla ani basınç yükselmesi ile ezilmesi (setback) ve bunun tapa içindeki izleri gösterilmiştir. Yüksek namlu çıkış hızlarında bu ezilme artacağı için “Hız saçmanın düşmanıdır” diyebiliriz.
Diğer bir konu ise keçe veya bior tapa ile sevk edilenlerde namlu yüzeyine sürtünerek şekillerinin bozulmasıdır.



Zaten balistik katsayısı düşük olan küre şeklindeki cisimlerin şekilleri bozulduğunda, balistiği ve aerodinamiği daha da bozulmaktadır. Saçmaların gerek basınç, gerekse sürtünme nedeniyle ezilip şekil değiştirmeleri sürüklenme katsayılarını bozarak, daha fazla hava direnci ile karşılaşmalarına, dağılma ve düzgün saçmalardan geri kalmalarına neden olur. Ezilip şekil değiştiren saçmaların sürüklenmesi (Drag), ezilmemişlerden %20-30 fazladır



Ezilmemiş saçmalar önde ve daha toplu seyrederken, balistiği bozulmuş ezilen saçmalar, saçma bulutunun daha gerisinde kalır ve yanlara doğru dağılma eğilimleri artar. Resmin solunda şekil değiştirmiş ezilmiş saçmaları görebilirsiniz. Resmin sağında ise oluşan saçma dizininde ezilmemiş saçmalar önde, ezilmiş balistiği bozulmuş saçmaların ise geride kaldığı ve yanlara açıldığı görülüyor.
Saçmaların gerek basınç, gerekse sürtünme nedeniyle ezilip şekil değiştirmeleri sürüklenme katsayılarını bozarak, daha fazla hava direnci ile karşılaşmalarına, dağılma ve düzgün saçmalardan geri kalmalarına neden olur. Ezilip şekil değiştiren saçmaların sürüklenmesi, ezilmemişlerden %20-30 fazladır
Saçmayı attınız, hedefe vardı, kağıt üzerinde gurupman da yaptınız. Hesaplar kitaplar yaptınız fevkalade iyi gurupman. Güzel de, hedefe atarken kağıt üzerindeki gibi mi oluyor?  Durağan halden, hareketli hale geçildiği zaman olay hiç de öyle göründüğü gibi değil. Buyurun aşağıdaki yavaş çekim videoyu bir inceleyin:



Bu videoda mesafe arttıkça hedefe vuran ilk saçma ile en son saçma arasında saniyenin 1/3 ü kadar bir fark olmuş. Eğer hızlı uçan bir hedefe (keklik, ördek, trap plağı) attığınızda bu fark alacağınız sonucu cidden etkiler.

Kullandığınız saçma, hızı, namlu boyunuz kullandığınız şok saçmanın gidişinde ciddi farklar yaratıyor aşağıdaki resimleri inceleyin lütfen:



Saçma küçüldükçe çekmeden çok etkileniyor çok çabuk hız, enerji ve menzil kaybediyor. Namlu çıkış hızını 150 fps arttırmakla ancak 4 metre bir menzil kazandırabiliyoruz. Saçma büyüdükçe eylemsizlik nedeniyle daha uzun mesafelerde hızını ve enerjisini koruyor. İşin içine bir de şok girince saçma balistiği iyice karışıyor: Ed Lowry'nin yaptığı çalışmalarda şoklu namlu ile atılan saçmaların önce uzun  ama toplu bir saçma dizini oluşturduğu ancak arkadan gelen saçmaların daha az sürüklenmeye maruz kalmaları nedeniyle , saçmaların birbirine yaklaşarak dizininin giderek kısaldığı da hızlı video/fotoğraf çekimleri ile gösterilmiştir


Saçmalar tapa ile daraltılmış şoktan çıkarken daha düzgün bir dizilim kazanır ve fizikteki venturi etkisi ile de hız kazanır. Şoksuz namluda ise çıkarken dağılır.


Saçmalar namludan çıktıktan sonraki 20 metreden sonra dağılmaya başlarlar. 3 ila 9 metre arasında bir saçma dizini oluşur. Saçma dizinini boyu kullanılan şok ile de bağlantılıdır. Dar şoklarda düşünülenin aksine daha kısa saçma dizini oluşur
Saçmalar dağılırken ortadaki ezilmemiş saçmalar daha önde yoğun kenarlara gittikçe daha geride ve seyrek olarak bir saçma bulutu meydana getirirler. Ben kişisel olarak bu durumu açılmış bir şemsiyeye benzetiyorum

Yapılan bilimsel araştırmalar da saçma bulutunun yapısını buna yakın tanımlıyor.

Aşağıdaki resimde 28 gram 9 numara saçma 4 numara şok ile 40 metredeki saçma bulutu dijital grafik halinde gösterilmiş. 



Koyu renk daha fazla saçma yoğunluğunu, renk açıldıkça saçma sayısının azaldığını gösteriyor

Saçmalarda numara artıp saçma ağırlığı ve çapı küçüldükçe balistik etkinliği   bozulmaktadır. Saçma küçüldükçe menzili ve enerjisi azalır

Sürüklenme katsayısı diğer yivsiz mermilere göre düşük olan saçmaların, küre şekli dolayısıyla yüksek sürüklenme katsayıları vardır

Saçmanın namlu çıkış hızını arttırdığımız zaman yüksek sürüklenme katsayısı ve yüksek Reynold sayıları nedeniyle çabuk yavaşlarlar. Namlu çıkış hızının 150 fps arttırılması ufak saçmalar için mesafeyi 5-10 metre arttırır. Hipersonik, çok hızlı saçma yararlı değildir. Zaten saçma fişekleri çoğunlukla 1200-1350 fps arasında çıkış hızında üretilirler