Tanım olarak Balistik; fırlatılan bir cismin uçuş davranışını ve çarpma özelliklerini inceleyen bir mekanik dalı olup, hızlanan cisimlerin bilim ve tasarım sanatını içermektedir. Çoğu zaman da mermi, güdümsüz bomba ve roketler için kullanılmaktadır.
Balistik kelimesinin kökeni Roma İmparatorluğuna dayanmaktadır. Roma ordusu tarafından kuşatmalarda, büyük ok ve gülleri kale surlarına ve istihkâmlara atmak için kullanılan mancınığa Latincede “Balista” denilmekteydi. Bu silahı kullanan personelin hedefe isabeti sağlamak amacıyla hesaplamalar yapması ve silahı ayarlaması, modern balistiğin ilk uygulamalarını oluşturdu. Ateşli silahlarda balistik 1800 lü yıllarda başlayıp, 1900 lü yıllarda bir bilim haline geldi.
Balistik fırlatılan her cisim içi söz konusudur, fırlatılan bir taşın bile balistiği vardır. Golf topunun, dünya kupası için tasarlanan futbol toplarının bile balistiği çok iyi araştırılmıştır. Yivli mermilerin olduğu kadar çok maksatlı kullanımı olan yivsiz tüfeklerin saçma ve tek kurşunların da balistik özellikleri mevcuttur. Yakın ve sınırlı mesafelerde kullanılan yivsiz tüfek için pek de önemsenmiş, üzerinde çok da durulmamıştır. Ancak isabetli atışın sırları da balistik biliminde yatmaktadır. Yivsiz mühimmatının bu özelliklerini bilirsek daha uygun fişek doldurabiliriz, daha etkili atış yapabiliriz.
Ateşli silahlar ilk kez, MS 1250 yıllarında, Çin’de kullanılmaktadır. İlk atılan cisimler gülle mermi türleri değil de, oklardı. 14. yüzyıldan sonra, Avrupa’da çeşitli topların kullanıldığını gösteren belgeler bulunmuştur. 1340’ta bazı belgelerde elde tutulup ya da omuza dayanıp ateşlenen silahlardan söz edilmektedir. ‘El silahları’ terimi, bundan ancak kırk yıl kadar sonra ortaya çıkmıştır. Tüfeğe benzer ilk ateşli silah 1400’lerde yapılan ve arkebüz olarak adlandırılan küçük bir toptu. 1500’lerde daha gelişmiş tüfekler yapıldı. Bunlar ağızdan dolduruluyor ve fitilli ya da çakmaklı bir ateşleme sistemiyle ateşleniyordu. Bu tüfeklere çakmaklı tüfekler de denir. 1807’de çarpmalı ateşleme sistemi geliştirildi. Bu sistemde, çarpmayla alev alan bir kapsül haznedeki barutu ateşliyordu. 1840’larda çakmaklı ve fitilli tüfeklerin yerini çarpmalı ateşleme sistemiyle donatılmış silahlar aldı.
Balistik olaylar 4 bölümde incelenir:
- İç balistik (Namlu içinde olanlar)
- Geçiş balistiği (Namlu çıkışında olanlar)
- Dış Balistik (Havada seyir halinde olanlar)
- Son Balistik (Hedefe çarptığında olanlar)
İÇ BALİSTİK
İç balistik; tetik çekildikten, yük namluyu terk edinceye kadar geçen süredeki namlu içinde gerçekleşen olayları içermektedir. Aşağıdaki tabloda namlu içinde oluşan durumu kabaca bir izleyelim:
Bu evrelere bakarsak
- İğnenin kapsülü ateşlemesi ile barutun yanması
- Barutun yanması sonucu çıkan gazların hacim artışı dolayısıyla basınç ve ısı
- Sıkının ilerlemesi ve bu sırada sürtünme
- Geri tepme
- Namlu salınımı (Namlu harmonikleri)
ortaya çıkmaktadır.
Tetik çekilip, horozun iğneye vurması, iğnenin kapsüle çarpması, kapsüldeki basınca duyarlı kimyasalın (fulminat, bkz kapsül) ateşlenmesi ile sonuçlanır. Kapsülden çıkan alev barutu ateşler. Barutun hızla yanması ile yüksek basınçlı gazlar oluşur. Barutun yanması genellikle saniyenin binde 1-2 si kadar bir sürede olur.
Barutun yanarak yüksek ısı ve gaza dönüşmesi atım yatağında yer alan kovan içindeki dar alanda kimyadaki gaz yasaları, Boyle yasası (P1.V1=P2.V2) uyarınca ısınan gazların hacmının daha da artması ile süratle basıncın yükselmesine sebep olur. Yüksek basınçlı gazlar önündeki tapanın ağzının açılması ve yükün hareket etmesine kadarki sürede basıncını arttırmaya devam eder. Yük namluda ilerlemeye başlayınca Boyle yasasına uyarak basınç düşmeye bu arada öndeki yük (tapa ve sıkı) ivme kazanarak ilerlemeye başlar. Bu olay namlu çıkışına kadar devam eder.
Yivsiz tüfeklerdeki fişeklerde kullanılan barutları yanma özelliklerine göre; hızlı yanışlı ve yavaş yanışlı olarak sınıflandırılır. Hızlı yanışlı barutlarda basınç daha ani yükselip, daha hızlı düşerken, yavaş yanışlı barutlarda basınç daha yavaş yükselip, daha yavaş düşer.
İdeal gaz yasasına göre çıkan gazın hacmı V = nRT / p formülü ile hesaplanabilir. (V gazın işgal ettiği ortamın hacmı, n = mol değerinde gaz miktarı R= Sabit, T=ısı, p= basınç). Bu formüle göre yanma başladığında atım yatağı hacmı sabit olduğudan basınç yüksektir. Yeni gaz üretmediğimize göre, sıkının ilerlemesi ile hacım artacağından basınç dramatik bir şekilde düşecektir.
Karabarut kömür (yakıt) Güherçile (Potasyum nitrat = KN03) (oksitleyici) ve Kükürt (dengeleyici) karışımından oluşur. Eğer oksitleyici olmasa Kömürün yanması normalde ocaktaki gibi yavaştır. Ocakta havanın oksijeni yerine, güherçile karabarutta bu görevi yapar. Kapsül tarafından ateşleme yapılınca önce kükürt yanmaya başlar ve kömürü tutuşturur artan ısı güherçile (potassyum nitrat) moleküllerini harekete geçirir, yanma reaksiyonu aniden hızlanır. Bunun sonucunda nitrojen ve karbondioksit gazları, ısı enerjsi ve potasyum nitrit ortaya çıkar. (Bkz Barut)
Oda sıcaklığında karabarut normal hacmının 380 katı kadar gaz meydana getirir. Sıcak hava balonu gibi, ısınan gazlar süratle genişler, normal barut hacmının 3000 katı kadar genişler. Tüm bunlar 25 milisaniye (bir saniyenin ¼ ü) içerisinde gerçekleşir ve biz bir patlama duyarız. Dumansız barutlar ise hacımlarına göre karabarutun 3 katı daha fazla gaz üretirler.
Dumansız barutların çoğu Nitroselüloz tabanlıdır. Çift bazlı barutlarda Nitrogliserin de bulunur. Her ikisi de aslında iyi yanarlar. Dumansız barutların hepsi ayni kimyasal yapıya sahip olsa da yanış hızları barut taneciklerinin şekli, boyutu, kalınlığı ve üzerindeki kaplama malzemeleri ile farklılaşır.
Barutun yanması sonucu çıkan gazlar atım yatağının her tarafına eşit basınç yaratır. Bu arada ortaya çıkan ısı da gazların genişleme ve dolayısı ile basıncını arttırır. Isının her 10o (K) artışı basıncı katlar. Ayım yatağındaki basınç, duvarlarda bir hareket yaratamayacağı için önündeki yükü ittirir. Buradaki basınç fizikteki Paskal kanununa göre P= F/A olarak ( Basınç= Kuvvet/Kesit alanı) olarak hesaplanır. Basınç Paskal cinsinden, kuvvet Kg ve alan m2 olarak hesaplanır. (Basıncın diğer birimleri Bar, Atmosfer, Torr ya da PSI olarak ifade edilir)
Yukarıdaki şekilde görüleceği gibi kuvvet uygulanan alan ile basınç arasında bir ters ilişki mevcut. Ayni miktar kuvvet alan daraldıkça daha çok basınç üretiyor. Buradan şunu çıkartabiliriz. Namlu çapı daraldıkça ayni miktar barut ile daha yüksek basınç ortaya çıkmaktadır.
Atım yatağı basıncının güvenli miktarları yivsiz tüfekler için de SAAMI (Sportif Silahlar ve mühimmat üreticileri Enstitüsü) tarafından belirlenmiştir. SAAMI standartlarına göre bu miktarlar aşağıdaki gibidir:
| Yivsiz Tüfek Çapı | PSI | Barr |
| 10 Gauge | 11.000 | 760 |
| 12 Gauge 12 Gauge (Magnum) | 11.500 14.000 | 793 965 |
| 16 Gauge | 11.500 | 793 |
| 20 Gauge | 12.000 | 827 |
| 28 Gauge | 12.500 | 861 |
| .410 çap .410 çap (Magnum) | 12.500 13.500 | 861 930 |
Tablodan görüleceği gibi atım yatağı basıncının güvenlik sınırı yivsiz tüfekler için ortalama 800-900 Bar arasındadır. Aslında yivsiz tüfek imalatçıları, güvenlik sınırını bu değerlerin üstünde tutmakla birlikte özellikle kendi dolumlarını yapanlar için bu basınçlar önemlidir. Basınç değerlerinin aşılması aşırı geri tepme ile konforsuz bir atış getirmenin ötesinde, ahşap dipçik kırılması, tetik grubunun bazı parçalarının bozulması, daha ötesi metal yorgunluğu ile (hayati tehdit yaratabilecek) atım yatağının parçalanması ile sonuçlanabilir. Namluyu tıkayan tapa, kurşun, çamur vs. gibi nedenlerle de, daha düşük basınçlarla da namlunun parçalanmasına sebep olacağını akılda tutmak gerekir.
Atım yatağı basıncı ancak özel laboratuvarlarda bazı düzeneklerle ölçülebilir. Bizim ölçmemiz mümkün değil. Ancak kovan metal dipliğine bakarak, aşırı basınç olup olmadığını bazı dolaylı bulgu ve belirtilerle anlayabiliriz (Bkz Kovan).
Atım yatağında aniden artan basınç, önündeki yükü ittirir dedik. Namlu içindeki olayları dışarıdan gözlememiz mümkün değil. Bunu ancak Röntgen ışınları ile izleyebiliriz.
Yapılan simülasyon çalışmalarında da gösterilmiştir. Basıncın artması ile önce tapa ezlir, bunu takiben fişek kıvrılması açılır, basınç en tepe noktasına geldiğinde fişek henüz 8-10 cm yol almış ve nihai hızının yaklaşık üçte birine ulaşmıştır. Bundan sonra hız giderek artar, ancak fişeğin gerisindeki basınç ta hızla düşerken, namlunun 35-40 cm sinde namlu çıkış hızına yaklaşmıştır. Bundan sonrasında ancak namlu boyunun her 5 cm si için yaklaşık 6-7 m/s hız kazanır. Yivsiz fişekler için namlu çıkış hızı 71 cm namlu boyu için verilir.
Patlayan barut gazlarının yaklaşık %32 si mermiyi itmeye harcanırken, %30 u ısıya dönüşür, ancak %1-2 si sürtünmeye harcanır, kalan gazlar namludan boşalır.
Fişeğin gaz kaçağı olup ittirme basıncının düşmemesi için namluya sıkı sıkıya oturması arzu edilir. Namluya sıkı sıkıya oturma sonucu sürtünme kaçınılmaz bir şekilde ortaya çıkar. İki çeşit sürtünmeden söz edebiliriz. Birincisi statik sürtünmedir. Sıkının ilerleyebilmesi harekete geçirilmesi için yenilmesi gereken bir sürtünme kuvvetidir. Yivsizlerde statik sürtünmeye ilaveten, kovanın açılması, birleştirme konisinin aşılması için bir güç gerekecektir. Tüm bunlar sıkının sürtünmesi ile başlangıçtaki ilk hareketi başlatacak güce bağlıdır. Özellikle hızlı yanışlı barut ve hafif sıkılarda namlu çıkış hızını etkileyecektir.
Diğer bir sürtünme ise sıkının namlu içinde ilerlerken namlu duvarı ile meydana gelen kinetik sürtünmedir. Namlu duvarlarına olan bu sürtünme namlu çıkış hızına ihmal edilebilecek kadar çok az bir etkisi vardır. Önemli olan namlu duvarlarına sürtünme sonucu ortaya çıkan ısıdır. 300 m/s (980 fps) hızlarda sürtünmeden oluşan ısı kurşunu eritmeye başlar. Kurşun namlu duvarlarına sıvaşarak birikmeye başlar. Namlu çapını daraltmaya başlar.460 m/s (1500 fps) eğer çekirdek bakır ile kaplıysa iz bırakmaya, 760 m/s (2500 fps) hızlarda bakır da eriyerek namlu duvarına sıvaşmaya başlar. Namlu kirlenmesinin başlıca sebebi (barut gazı ve artıkları dışında) bu olaydır.
Namlu içindeki tüm bu olanları birçok faktör etkiler:
- Fişekteki barut miktarı, yoğunluğu, türü, yanma özelliği
- Atılan merminin, türü, çapı, ağırlığı
- Namlunun çapı ve uzunluğu
- Barut ateşlenmeden önceki ortam sıcaklığı
İç balistiğin sonucunda ortaya çıkan GERİ TEPME ve NAMLU SALINIMI gibi olayları, başka bir başlık altında inceleyeceğiz
Mehmet S Mutluer
Silah & Fişek 