Maximiza la energía, minimiza el impulso

El retroceso es una función del impulso de una ronda disparada y es proporcional a la masa y la velocidad del proyectil. La energía cinética del proyectil, por otro lado, es proporcional a la masa y la velocidad al cuadrado . Para un arma de fuego convencional, la tasa de expansión de los gases en combustión pone un límite a las velocidades de salida prácticas. Pero un cañón de riel puede convertir efectivamente la energía eléctrica directamente en energía cinética (con pérdidas) y no tiene tal limitación.

Entonces, la solución es simple: use una ronda muy liviana y maximice su velocidad inicial mientras minimiza su masa. Una carga de rifle típica de 7,62 x 51 mm dispara un proyectil de 10 g a una velocidad de 833 m/s y representa un límite superior práctico para el retroceso del rifle. Reduzca el tamaño del proyectil a 2,5 gy la velocidad hasta 3332 m/s, y el impulso sigue siendo el mismo mientras que la energía de la boca aumenta en un factor de cuatro.

Esta es una ronda muy liviana, tan masiva como una .22LR , por lo que puede tener dificultades para retener energía a distancia. Pero su gran velocidad lo compensa con creces, ya que ahora tiene una energía de boca máxima de más de trece kilojulios. El problema principal ahora es que las rondas rápidas pero ligeras tienden a penetrar en exceso (atraviesan el objetivo en lugar de transferir su energía), pero también tenemos una solución para eso.

(Editar: un comentarista ha señalado que los impactos de hipervelocidad se comportan de manera diferente a la balística convencional, por lo que la penetración excesiva puede no ser un problema. Un impacto de micrometeorito parece una buena analogía para esta pequeña bala de alta velocidad).

Ajusta tus parámetros de disparo

Simplemente ajuste la energía de la boca para la tarea dada. A larga distancia, usa el disparo de máxima potencia para obtener una trayectoria plana y maximizar la precisión. Contra objetivos blindados, usa también el disparo de máxima potencia para maximizar la penetración del blindaje.

Pero a corta distancia, contra objetivos sin armadura o con armadura ligera, puedes reducir la energía del cañón y aumentar la velocidad de disparo. Si el ejemplo anterior se reduce a 417 m/s, cada proyectil tiene 1/64 de la energía inicial del proyectil de máxima potencia, y tiene una masa y una velocidad comparables a las de un .22LR. Eso no es muy impresionante, pero ahora puede aumentar su velocidad de disparo en un factor de 64 , mientras sigue consumiendo tanta energía como antes de su fuente de energía.

Tenga en cuenta que el retroceso general aumentará en un factor de 8, pero dado que cada disparo individual tendrá mucho menos retroceso, será más un fuerte empujón que un impacto que romperá los huesos. Como referencia, la ametralladora American-180 tenía una velocidad de disparo de 20 rondas por segundo y es extremadamente fácil de controlar . Una cadencia de tiro mucho más alta debería ser práctica en una configuración de rifle.

Pero hay un truco más que podemos hacer.

Prepara el rifle

Un bípode ayudará inmensamente. Las armas tan grandes como los rifles antitanque de 20 mm son manejables con un bípode y una culata adecuadamente acolchada, y esta es la configuración común para las ametralladoras ligeras. Un rifle con un retroceso de 7.62 como el que describí puede ser difícil de manejar en automático completo desde una posición de pie, pero una ametralladora del mismo calibre puede dispararse cómodamente en ráfagas precisas.

Pero si es posible, coloque el rifle en un soporte de trípode dedicado. Ahora, esa misma ametralladora puede disparar con precisión en modo automático tan rápido como el mecanismo del arma pueda soportar sin que el tirador reciba retroceso. La potencia de fuego de su arma ahora solo está limitada por lo que puede manejar el sistema de retroceso del trípode.

Incluso un trípode de metal simple sin un sistema de retroceso especial puede soportar un retroceso mucho mayor que el hombro del operador y nos permitirá aumentar la velocidad de salida, la velocidad de disparo o ambas, según sea necesario. Diseñe un trípode portátil adecuado, y cada fusilero de su ejército puede tener a su disposición la potencia de fuego de un MMG combinado con un rifle antimaterial combinado con la ametralladora más furiosa del mundo.

Tu desafío es averiguar cómo llevar suficiente munición.

Me sorprende que nadie haya mencionado esto hasta ahora: la atracción de los cañones de riel no es solo que pueden alcanzar velocidades de salida más altas; es como lo hacen.

Un cañón de riel puede dar a su proyectil una aceleración continua siempre que esté entre los rieles, mientras que un cañón de propulsor químico recibe la mayor parte del empuje inicialmente, cayendo a medida que el gas se expande. Por lo tanto, un cañón de riel podría alcanzar la misma velocidad inicial que un arma de fuego convencional con un retroceso más manejable, porque es un empujón relativamente bajo durante un período de tiempo más largo, en lugar de una patada sólida que se estrecha bruscamente. Las armas que usan amortiguadores básicamente hacen esto, usando la patada inicial para comprimir un resorte o pistón que luego entrega el retroceso al tirador como una fuerza sostenida en lugar de un impulso corto, lo que demuestra que sí ayuda.

Para abordar el problema desde el otro lado, si toma la fuerza instantánea máxima que un tirador puede controlar de manera confiable, encontrará que un arma de fuego, en virtud de cómo se expande el propulsor, alcanzará este límite por un breve momento y luego caerá. lejos a medida que el gas se expande por el barril. Un cañón de riel, por otro lado, podría permanecer en este límite durante todo el tiempo que la bala esté dentro del cañón. Aplicar la misma fuerza durante más tiempo significa que tu ronda alcanzará una mayor velocidad.

Mire los sistemas de armas de alta energía de hoy para ver cómo hacerlo.

Específicamente, el arma tipo bazooka/RPG/LAW. El motor de lanzamiento produce demasiada energía para que el usuario la maneje, por lo que la energía se expulsa por la parte posterior del lanzador. La mayoría lo hace con una ráfaga de fuego por la parte trasera, pero hay una versión en la que se expulsa material inerte para que pueda dispararse en el interior sin poner en peligro al operador. (No es que realmente pueda usar un arma de este tipo en interiores: la cabeza nuclear pondría en peligro al operador. La intención es permitir que se dispare por una ventana).

Su cañón de riel deberá funcionar de manera similar. Cuando el proyectil avanza, una masa más pesada es expulsada más lentamente. (Probablemente en forma de arena o polvo para que no haga agujeros en lo que esté detrás).

Dirigiéndose a los comentarios:

Sí, significa una gran zona de no quedarse aquí, aunque podría usarse en interiores, como los juegos de rol que expulsan una masa de reacción inerte en lugar de llamas.

La masa de reacción debe ser expulsada, de lo contrario, simplemente convierte una fuerte patada en un empujón más prolongado, aún demasiado para que el operador lo soporte.

Estoy de acuerdo en que ha aumentado sustancialmente el peso de su munición, pero una ronda demasiado pesada es mejor que una ronda que no se puede disparar sin matar al operador.

Tenga en cuenta que podría reducir un poco el problema de logística al hacer que el peso sea agua y permitir la carga de agua en el campo.

Dado que estamos tratando de lidiar con un gran retroceso, podríamos ver algo hoy que necesita lidiar con un gran retroceso: la artillería.

Las piezas de artillería usan algo llamado recuperador hidroneumático (creo que la terminología estadounidense para esto es diferente, pero no sé qué es) Es esencialmente un amortiguador especializado que usa un cilindro hidráulico para absorber el retroceso y un sistema neumático para regréselo a su posición.

El gran problema con esto es el peso que podría requerir el desarrollo de un sistema completamente neumático como un amortiguador cargado con gas. O el desarrollo de la pistola de bobina podría haber ido de la mano con el de un exoesqueleto que hace que el peso adicional sea un punto discutible.

Algunas respuestas divertidas:

cavar en la tierra

Su rifle podría ser de mano y causar una cantidad X de daño, pero si necesita derribar, por ejemplo, un edificio o un tanque, despliegue algún tipo de punta del arma y péguela en el suelo/pared cercana, permitiendo que eso suceda. sujetar la mayor parte del retroceso

contra tiro

La bala sale de tu arma en una dirección, haciendo que retroceda en la otra dirección. En su lugar, haz que el arma dispare dos proyectiles, uno al objetivo y otro en la dirección opuesta. Mientras tus amigos no estén detrás de ti, ahora hay una situación perfecta sin retroceso.

Si desea minimizar el daño detrás de usted, conviértalo en un proyectil muy pesado, mientras hace que el proyectil que mira hacia adelante sea muy liviano. La bala delantera se disparará, mientras que la pesada solo irá unos 10 m detrás de ti.

Nuevamente, esta contrabala podría ser opcional: solo se usa cuando realmente necesita potencia de fuego. Es posible que solo necesite uno o dos proyectiles pesados ​​y reutilícelos (suponiendo que 1 o 2 disparos harán todo el daño que necesita para terminar la pelea, o que está a cubierto).

Solo asegúrese de que la contrabala pase por encima de su hombro o a su alrededor, pero no a través de usted.

Los "rifles químicos" actuales usan amortiguadores (muelles y cantoneras acolchadas en las culatas de los hombros) más masa adicional para contrarrestar el retroceso. Los electroimanes podrían contrarrestar el retroceso de un cañón de riel.

(Tenga en cuenta que cuestiono el valor de los "rifles de riel" enormemente poderosos. Dado que el combate de infantería se libra a corta distancia, los soldados no necesitan armas de hombro enormemente poderosas. 7.62 La OTAN es más que lo suficientemente poderosa. Lo que necesitan es mucha munición , que es por eso que se desarrollaron metralletas y cartuchos intermedios como 7.62x39 y 5.56 OTAN).

Además de las mejoras del "lado del arma" de Catgut, propondría la idea del exoesqueleto. En realidad, fue mi primera idea después de leer una pregunta y está tomada de uno de los libros de StatCraft (sin embargo, no sé cuál, hace mucho tiempo que leí esto).

En el libro se explica que una persona debe tomar cierta postura antes de disparar un arma. La armadura "reconoce" esta postura y ayuda a compensar el retroceso (tomando la mayor parte del retroceso para adaptarse a sí mismo en lugar de entregar este retroceso al usuario). No sé si se hizo utilizando algún material autoendurecible a pedido (por ejemplo, músculos artificiales), hidráulicos (que seguramente había muchos), o simplemente un simple bloqueo mecánico de las piezas.

Por lo tanto, mi propuesta sería tal: dale a tu soldado un exoesqueleto. Dependería de su historia si fuera un traje de cobertura total estilo marinero, o una versión ligera como el levantador de pesas que usó Ellen Louise Ripley en una de las películas de Alien.

Así que me imagino este esqueleto trabajando en algo como esto: el soldado se pone en posición de disparar y levanta el arma hasta el hombro (podría tener un hueco para cortar la parte posterior del arma, para una mejor transmisión del retroceso). El exoesqueleto reconoce este patrón, bloquea ciertas articulaciones (como la articulación del hombro, la articulación del vientre con las piernas, las articulaciones de las piernas, básicamente todo lo necesario para transferir el retroceso del arma al traje y al suelo), y el retroceso va al exoesqueleto rígido, en lugar de a uno suave. carne de soldado y termina en un suelo.

Ahora mismo puedo ver, sin embargo, algunos problemas con tal traje:

• Mecanismo de bloqueo en sí
• Mecanismo para reconocer la necesidad de bloqueo
• Problemas del propio exoesqueleto (peso, requisitos de potencia, precio,...)

El mecanismo de bloqueo debe ser realmente rápido para activarse en una fracción de segundo y moverse libremente justo después de disparar una bala. Esto podría solucionarse con músculos artificiales.

Reconocer el mecanismo también es bastante complicado: yo mismo no soy un experto en armas, por lo que no puedo decir si existe algún patrón general (me imagino que el arma en el hombro podría serlo, además de algunas otras). De todos modos, si lo hace o no, el usuario podría hacer cumplir el traje para fortalecerse. La orden de cumplimiento puede ser tan trivial como el botón de un arma, o tan compleja como una especie de interfaz neuronal. Preferiría esto último debido a los tiempos requeridos para la actuación del mecanismo de bloqueo.

Los problemas relacionados con el exoesqueleto son bastante conocidos, sin embargo, uno de los más grandes, los requisitos de energía, podría resolverse por sí mismo debido a la reserva de energía capaz de sostener un cañón de riel. Y si puede permitirse un cañón de riel o algo similar, un exoesqueleto que le brinde a su valioso soldado protección, la posibilidad de soportar una mayor potencia de fuego y varias otras ventajas (sensores, computadoras tácticas, podría funcionar como un traje de materiales peligrosos, ...) parece una buena inversión. también.

Puede intentar transferir el retroceso, como lo hacen con los rifles Kriss Vector , que utiliza un método único para tomar la mayor parte de la energía de retroceso y enviarla hacia abajo, luego hacia arriba, en lugar de hacia el tirador.
Del video, obtienes un poco de retroceso, luego una fuerte bajada y luego una brusca subida. Obviamente, se trata de una pistola de pólvora tradicional, y no de un cañón de riel, PERO es posible que pueda hacer algo similar con un cañón de riel haciendo que el retroceso empuje el cañón hacia atrás y use esa acción para empujar algo hacia abajo, moviendo la energía en otra dirección.

EDITAR:
Encontré un gif del mecanismo en acción para mostrar cómo funciona

Usa un cañón más largo.

La diferencia fundamental entre la tecnología de los cañones de riel y los cartuchos explosivos es el hecho de que los cañones de riel aceleran su proyectil durante un tiempo más prolongado en comparación con la aceleración (casi) instantánea proporcionada por el cartucho. Lo que esto significa es que puede haber una aceleración más baja durante un tiempo más largo para lograr la misma velocidad final.

Las siguientes ecuaciones son las pertinentes:

Con la aceleración reducida, la fuerza de retroceso se reduce drásticamente con el inconveniente de que debe resistirse durante más tiempo (la puntería constante es muy importante).

Podría tener un contrapeso que rodeara el barril y se deslizara hacia abajo sobre su propio riel. Cuando apretaste el gatillo, el contrapeso se dispararía primero pero con menos aceleración que el proyectil principal. A medida que el contrapeso se acercaba al final, el proyectil principal aceleraría, y el contrapeso se detendría y retrocedería, llevándose consigo el retroceso (la aceleración inversa del contrapeso sería tal que equilibraría la mayor parte de la aceleración del proyectil).

Una vez que el proyectil sale del cañón, el contrapeso vuelve a invertir su aceleración hasta quedarse sin carril. Entonces solo necesita absorber el retroceso del contrapeso, que está más extendido en el tiempo, por lo que es más fácil de manejar.

Como me explicaron en una clase de física de nivel universitario, el retroceso es esencialmente una colisión elástica entre la masa acelerada del proyectil y la masa acelerada (en la dirección opuesta; retroceso) del arma.

Esto significa masa del proyectil * aceleración del proyectil = masa del arma (todo MENOS el proyectil) * aceleración del arma (retroceso).

El rifle Springfield utilizado por los marines estadounidenses durante la Segunda Guerra Mundial tenía la capacidad de lanzar granadas. Cargó una bala en blanco y agregó un adaptador al extremo del cañón, montó la granada en el adaptador, tiró del pasador (el adaptador mantuvo el fusible / mango cerrado) y luego, deliberadamente, NO colocó el arma contra su hombro; disparar la ronda te rompería la clavícula. El aumento de la masa del proyectil, incluso con la reducción de la aceleración del proyectil de fogueo, aumentó el retroceso a más de lo que un cuerpo humano podría tolerar. El mismo rifle podría disparar rondas de calibre .30 todo el día, causando algo de fatiga y, con SUFICIENTE rondas, dolor en el área del hombro. Pero un soldado no podía tolerar UNA granada lanzada desde el hombro.

Como se ha discutido a fondo, hacer que el proyectil sea más liviano reducirá un lado de la ecuación y, por lo tanto, reducirá el otro. Otro enfoque es cargar el arma deliberadamente. Hay una razón por la cual una regla general común es hacer que el arma tenga al menos 100 veces la masa del proyectil. Eso asegura que el retroceso (aceleración del arma) no sea más de 1/100 de la aceleración del proyectil.

Al colocarle un amortiguador masivo, se reduce el JERK del arma, lo que garantiza un retroceso de mayor duración y menor intensidad en lugar de uno duro y de corta duración, lo que reduce la fatiga y las posibles lesiones del operador. Eso puede hacer que sea más fácil prepararse contra el retroceso, tanto para armas portátiles como para otras (artillería, por ejemplo). Pero todavía tienes el hecho de que masa (proyectil) * aceleración (proyectil) = masa (arma) * aceleración (arma). No se puede ignorar ese simple hecho de la física.

Las bazucas y similares (armas sin retroceso) tienen el propulsor trabajando contra el aire detrás del arma, no contra un cañón cerrado. ¿Por qué crearon armas sin retroceso? Un arma de cañón cerrado tendría una mayor velocidad inicial, sí. Pero el retroceso lesionaría, si no mataría, al operador.

Por esta razón, tengo dificultades con cualquier ciencia ficción que tenga cañones de riel portátiles. El arma tendría que ser tan pesada (no solo por la fuente de alimentación/mecanismo del cañón de riel) o el proyectil tendría que ser tan ligero que sería poco práctico.

En Starship Troopers (el libro, no la espantosa película con el mismo título), la infantería móvil usaba "trajes" pesados ​​y motorizados que, entre otras cosas, llevaban más armas y municiones de las que una persona podía llevar Y podían absorber niveles de retroceso/ impacto ningún ser humano podría sobrevivir. Tal traje, o algún tipo de exoesqueleto pesado y motorizado, podría resistir el retroceso de un cañón de riel. Pero deliberadamente estás haciendo que la maquinaria tome el retroceso, no el operador.

De lo contrario, el arma debe asentarse en el suelo (o cubierta), preferiblemente anclada, para que el operador no tenga que recibir el retroceso.

Exoesqueletos: ligeros como el sistema que se ve en 'Elysium' o una armadura de cuerpo completo son una respuesta. Otra es la compensación de retroceso gravitatorio, siendo esta una tecnología más avanzada.

Una vez me encontré con este problema en mi historia. Después de pensar y leer un poco, decidí convertirla en un arma exclusiva para robots, la única forma en que un humano común puede manejarla es:

Armadura motorizada supersegmentada
_ _ _ _ _

Cuando el usuario no lo usa, es esencialmente una hoja de placas pequeñas, conectadas entre sí por fibras de dióxido de vanadio, contenidas en un aerogel termosellado.

Siempre que sea necesario, los músculos artificiales pueden contraerse en un área específica "endureciéndolo" (es como un Rigor mortis local ), entre muchos usos, esto permitió al usuario endurecer el traje de tal manera que cuando el arma se disparó, la mayoría de la fuerza se distribuyó en puntos predeterminados.

El endurecimiento parcial podría cancelarse rápidamente, lo que permitiría al usuario apuntar a un objetivo diferente. De esta manera, es posible crear un exoesqueleto que no obstaculice el movimiento.