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Aussenballistik – Gravitation und Luftwiderstand

Das Geschoss verlässt an der Mündung den Lauf ins Freie und seinen ungehinderten Weg ins Ziel. Von ungehindert kann keine Rede sein. Unter Ausschluss der Atmospäre unserer Erde und deren Schwerefelder wäre das nahezu so. Sprich im Weltall ohne irdische Einflüsse würde die Flugbahn ähnlich eines Laser-Strahles sein.

Doch wir schiessen auf der Erde und unterliegen deshalb deren Einflüsse. Den grössten Einfluss der Erde auf das Geschoss hat die Gravitation. Die Gravitationsbeschleunigung im Schwerefeld der Erde übt auf jeden Körper der Erde eine Kraft aus. Wirkt eine Kraft auf einen Körper wird dieser beschleunigt.

Am Geschoss betrachtet, bedeutet das, dass das Geschoss bei Laufaustritt zum Erdmittelpunkt hin beschleunigt wird und ganz einfach ausgedrückt zur Erde zu fallen beginnt.

Gäbe es nur den Einfluss der Gravitation, würde ein Geschoss im exakten Winkel von 45° nach oben abgefeuert eine perfekte parabolische Flugbahn beschreiben und seine maximale Reichweite erreichen.

Ist die Gravitationsbeschleunigung noch einfach zu Erklären und relativ simpel zu berechnen, folgt nun ein Abschnitt der Aussenballistik, der Luftwiderstand. Der Luftwiderstand ist der zweitgrösste Einfluss auf die Flugbahn eines Geschosses. Der Luftwiderstand ist weitaus komplexer zu berechnen und wird in der Ballistik mit Näherungswerten beschrieben.

In der Erdatmosphäre erfährt das fliegende Geschoss einen Widerstand, der den Flug abzubremsen versucht. Somit ist die Flugbahn keine ideale Parabel mehr. Der zweite Teil der Flugbahn nach erreichen des Scheitelpunktes ist deutlich gestaucht. Das Geschoss wird sich schneller dem Boden nähern, da seine Geschindigkeit abnimmt und der Einfluss der Gravitation gleich bleibt.

Praxis-Tipp

Akzeptiere die Gravitation wie sie ist. Trotzdem gut zu wissen, dass die Fallbeschleunigung auf der Erde nicht überall gleich ist:

Die Erde hat eine Masse von 5,974·1024 kg. Ihr Radius beträgt an den Polen 6356 km und, wegen der Erdabplattung, 6378 km am Äquator. Daraus ergibt sich mithilfe des Gravitationsgesetzes von Newton, dass die Gravitationsbeschleunigung zwischen 9.801 ms-2 am Äquator und 9.867ms-2 an den Polen beträgt. Die tatsächlich wirksame Fallbeschleunigung weicht jedoch von dem auf diese Weise berechneten Wert ab, man spricht deshalb auch vom Ortsfaktor. Diese Ortsabhängigkeit, die auch die Richtung der Fallbeschleunigung betrifft, hängt mit der Zentrifugalwirkung, die durch die Erdrotation hervorgerufen wird, mit der Höhe des Standorts und mit lokalen Schwereanomalien zusammen. Dementsprechend ist die Gewichtskraft im Schwerefeld der Erde nicht nur eine reine Gravitationskraft im Sinne des Gravitationsgesetzes.

Trotz dieser Tatsache kann die unterschiedliche Gravitationsbeschleunigung in der ballistischen Berechnungen vernachlässigt werden.

 

Mündungsballistik

Die Mündungsballistik beschreibt die Vorgänge des Geschosses beim Verlassen des Laufes.

Verlässt das Geschoss den Lauf mit einer definierten v0, so treten einige Effekte auf, die die spätere Flugbahn und die Präzision massgeblich beeinflussen. Das Geschoss fliegt nun erstmals ungeführt auf seiner Flugbahn. Durch die Schwingung des Laufes beim Austritt hat der Lauf dem Geschoss einen bestimmter Abgangswinkel mitgegeben, der nun leider nicht von Schuss zu Schuss konstant ist. Dieser Abgangswinkel weicht von der Laufseelenachse ab und führt zu Streuung. Der Abgangswinkel ist von vielen Parametern abhängig und nur schwer vorhersagbar. So muss nicht zwingend ein leichteres Geschoss, obwohl schneller, höher auf das Ziel aufkommen.

Die Verhältnisse an der Mündung bestimmen schon entscheidend, wohin und wie präzise das Geschoss fliegt. Die Treibgase werden an der Mündung entspannt und erzeugen dadurch den Mündungsknall. Je nach Mündungsdruck haben die Gase eine höhere Geschwindigkeit als das Geschoss und die Gaswolke überholt das Geschoss. Wie bereits beschrieben hat das Geschoss ohnehin eine vom Ideal abweichende Rotationsbewegung. Die überholenden Gase verstärken diese Taumelbewegung. Mit steigendem Mündungsdruck wird dieser Effekt spürbarer.

G22A2 der Bundeswehr mit aufgesetztem Schalldämpfer ©Accuracy International
Praxis-Tipp

Wie lassen sich diese negativen Einflüsse verringern?

  1. Die Schwingungen der Mündung so gut als möglich dämpfen.
  2. Den Einfluss der Gase als weit als möglich verringern.

Ersteres gelingt mit steiferen und weniger schwingfreudigen Läufen und einem erhöhten Mündungsgewicht.

Der Einfluss der Gase lässt sich mit sehr präziser Mündungsgestaltung beeinflussen. Ein völlig rotationssymmetrischer Gasaustritt erreicht diesen Effekt. Die Mündungen von Matchgewehren ohne Mündungsbremse sind so gestaltet.

Beide Probleme auf einen Schlag zu lösen vermag der Schalldämpfer: er erhöht das Mündungsgewicht und dämpft also die Mündungsschwingungen. Er leitet einen Grossteil der Gase in seine Kammern ab und entspannt sie dort. Damit hält der Schalldämpfer die Gase auch weitgehend vom Geschoss fern und kann dadurch die Mündungsballistik positiv beeinflussen.

 

Innenballistik – Laufschwingungen

Das Geschoss versetzt de Lauf bei seinem Durchgang in Schwingungen. Diese Schwingunen breiten sich in Längsrichtung (longitudial) und Rotationsrichtung (radial) aus. Letztere Schwingungsrichtung ist hauptsächlich durch den Drall bedingt. Diese Schwingungen beeinflussen Treffpunktlage und Trefferbild massgeblich.

Nun stellt sich die Frage ob lange oder kurze Läufe besser schiessen. Die Antwort ist wie so oft: „Es kommt darauf an, was man anstrebt.“

Lange Läufe sind in der Regel zur Gewichtsersparnis schlank gehalten und somit schwingungsfähiger. Je schwingungsfähiger ein Lauf ist, desto empfindlicher reagiert er auf Variationen im innenballistischen Ablauf. Letzlich führt dies zu grösseren Abweichungen im Abgangswinkel und damit zu höherer Streuuung. Auch wenn es sich dabei um Millisekungen handelt, das Geschoss braucht einen Tick länger Zeit um den Lauf zu verlassen und damit steigt die Gefahr der Abkommensänderung. Beim Schiessen mit Ordonannzwaffen verlängert der längere Lauf auch die Visierlinie, was dem Schützen ein genaueres Zielen ermöglicht, was aber nur eine mittelbare Auswirkung des langen Laufes ist. Bei Zielfernrohren spielt die keine Rolle mehr. Ein Vorteil des langen Laufes hingegen ist, dass sich die hinter dem Geschoss wirkenden Gase bei Austritt des Geschosses weitgehend entspannt haben. Weniger Mündungsgasdruck bedeutet weniger Verwirbelung um das Geschoss beim Mündungsaustritt. Natürlich können mit einem längeren Lauf auch höhere Energien mitgegeben werden, was wiederum die Flugbahn im Überschallbereich verlängern kann oder eben auch die Zielballistik beeinflussen kann.

Praxis-Tipp

Kurzer kompakter Lauf oder langer schlanker Lauf ist eine Entscheidung der persönlichen Vorliebe: Kurzer bullig-kompakter Lauf mit erhöhter Eigenpräzision, weil nicht so schwingfreudig oder die Vorteile des langen Laufes anderweitig nutzen.

 

Innenballistik – Drall und Geschoss

Der ballistische „Wurf“ des Geschosses beginnt im Hülsenmund. Das Geschoss wird dank dem Druck der sich ausdehnenden Gase in der Hülse, die beim Abbrennen des Treibmittels in der Hülse entstehen, aus dem Hülsenmund ausgepresst, beschleunigt und tritt in die Felder/Züge des Laufes ein.

Infolge des Dralls der Züge setzt eine Drehbeschleunigung auf das Geschoss ein. Sie erzeugt eine Rotation, die immer schneller wird, bis das Geschoss den Lauf an der Mündung verlässt. Diese Rotation um die eigene Längsachse hat eine besondere Bedeutung für die weitere Flugbahn.

Selbstverständlich dreht sich das Geschoss als „Flugkörper“ nicht lehrbuchmässig um die eigene Längsachse und damit genau in der Laufachse. In Wirklichkeit wird durch die Schwerpunktverhältnisse des Geschosses und vor allem durch anfängliche fehlerhafte Ausrichtung des Geschosses beim Eintritt in die Züge des Laufes bereits die erste Abweichung der ultimativen Präzision herbeigeführt. Das Geschoss beschreibt nämlich keine schön kreisrunde Rotation, sondern eine äusserst komplexe Kreiselbewegung. Diese fehlerhafte Ausrichtung kann in der Praxis viele Ursachen haben. Die meistgesehene Ursache sind nicht fluchtig in den Hülsenmund gesetzte Geschosse oder durch Transport/Lagerung als Schüttgut versetzte Geschosse.

Die meisten bei uns gebräuchlichen Waffenläufe haben einen Rechtsdrall. Die Drehrichtung des Dralls ist ebenfalls bedeutend für die nachfolgende Flugbahn. Weil sich nun also das Geschoss sich auf der als Dralllänge bezeichneten Strecke genau einmal um seine Längsachse dreht, ergibt sich recht einfach die Umdrehungszahl aus der Geschossgeschwindigkeit geteilt durch die Dralllänge. Es gibt optimale Dralllängen, die passen zu einem bestimmten Geschoss und einer bestimmten Mündungsgeschwindigkeit sind. Diese ideale Dralllänge hängt nicht vom Geschossgewicht, sondern von der Geschosslänge ab. Als Beispiel seien hier Vollmantelgeschosse und Kupfermassivgeschosse herangezogen. Durch die unterschiedliche Dichte von Blei und Kupfer muss ein Kupfermassivgeschoss bei gleichem Geschossgewicht länger als ein Vollmantelgeschoss mit Bleikern sein. Das längere Geschoss braucht einen kürzeren Drall.

Praxis-Tipp

Erfolge lassen sich mit korrekt gelagerter und transportierter Munition erzielen. Stell sicher, dass das Geschoss fluchtig in der Hülse sitzt. Damit kannst Du selber den Ansetzfehler in die Züge beeinflussen.

Beim Wiederladen empfiehlt sich eine Rundlaufkontrolle des Geschosses im Hülsenmund mit einer Messuhr.

 

Der Begriff Ballistik

Der Begriff Ballistik leitet sich vom griechischen „ballein“ ab. Es ist die Lehre vom Wurf von Objekten. Nun ist ein Geschoss auch ein geworfenes Objekt, allerdings mit weit höherer Geschwindigkeit als ein Mensch das mit Muskelkraft selbst werfen könnte.

Die Ballistik ist eine teils empirische, teils experimentelle Wissenschaft. Sie unterliegt zig komplexen Einflüssen, die mathematische zwar beschreibbar sind, aber deren Lösungen vielmals aus der Aufstellung von Differentialgleichungen zu lösen sind. Diese Lösungen sind grösstenteils immer Näherungsgleichungen und keine exakten Lösungen.

Dennoch sind viele Verfahren so nahe an der Wirklichkeit, dass sich viele Effekte veranschaulichen und berechnen lassen. Die Möglichkeiten zur Vorhersage des ballistischen Verhaltens eines Geschosses auf seinem Flug sind mit sehr grosser Wahrscheinlichkeit gegeben.

Wissenschaftlich eingeteilt wird die Ballistik des Schiessens in vier Abschnitte, welchem dem Weg des Geschosses folgen:

  1. Innenballistik,
  2. Mündungsballistik
  3. Aussenballistik
  4. Zielballistik

Die vier Abschnitte sollen in nachfolgenden Beiträgen näher beschrieben und Ihre Einflüsse erläutert werden.

Karabiner K98k im Tarnanstrich für den Winterkrieg

In den einschlägigen Foren zu Ausrüstung der deutschen Truppe im Zweiten Weltkrieg taucht immer wieder ein kontrovers diskutiertes Thema auf. Es geht dabei um die Tarnung von Waffen und Ausrüstung im Winterkrieg. Es sind zeitgenössische Bilder auch im Internet zu finden, bei welchen Fahrzeuge, Helme und auch Handfeuerwaffen mit Kalkbleiche weiss getarnt wurden. Es wird auch immer wieder berichtet, dass bei Restaurationen Reste der weissen Tarnung in den Ritzen der Waffe gefunden wird.
Aktuell haben wir einen solchen, weiss getarnten Karabiner bei uns und sind dabei die Geschichte dieses K98k zu verifizieren. Vielleicht habt Ihr gewisse Bilder davon schon bei Bloke on the Range auf Facebook gesehen. Wir haben dort schon mal die internationale Schwarmintelligenz konsultiert. Teils sind die Stempelungen unter der Farbschicht sehr schwer auszumachen, ohne dabei die Farbe zu beschädigen.
Wir werden hier die Community auf dem Laufenden halten, was die Recherchen ergeben. Tipps und Mithilfe sind natürlich sehr willkommen.

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Der günstige Einstieg in die Welt jenseit der 1000 Meter

Bergara B14 HMR in Kaliber .300 Win Mag und 26″-Lauf sowie Mündungsgewinde M18x1

Wir haben ein neues Gewehr an Lager, dass den Einstieg in die Welt jenseits der 1000m günstig ermöglicht.

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Der Abzug ist einfach auf das ideale Abzugsgewicht des Nutzers einstellbar und überrascht mit einem trockenen, sauberen Schuss, ein wichtiges Element für Sicherheit und Präzision. (verlässt das Werk mit einem Abzugsgewicht von 1,4kg)

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