مع فوهات المدافع .. مفاهيم سرعة الفوهة وطاقة الفوهة .

مــع فوهــــات المدافــــع .. مفاهيــــم سرعــــة الفوهــــة وطاقــــة الفوهــــة

بشكل عام ، عند تطوير قذائف الطاقة الحركية لمدفع الدبابة ، فإنه يتم التأكيد على عنصرين مهمين ومتلازمين في أداء المقذوف ، هما سرعة الفوهة Muzzle velocity ، وطاقة الفوهة Muzzle energy . سرعة الفوهة تعني السرعة التي يخرج بها المقذوف من فوهة السبطانة ، ويمكن لهذه أن تبلغ في المدافع الحديثة بالنسبة لمقذوفات الطاقة الحركية ، نحو 1750 م/ث (أي أعلى من سرعة الصوت التي تبلغ 330 م/ث بأكثر من 5 أضعاف) وهي السرعة القريبة إلى الحد الممكن انجازه بشحنات الدفع الكيميائية التقليدية chemical propellants . وتتحدد سرعة الفوهة بعدد من العوامل ، أهمها نوعية وخصائص شحنة الدافع من حيث حجمها وكميتها وسرعة احتراقها وتمددها . كذلك هناك عامل كتله المقذوف ، فأي مقذوف أثقل أطلق بنفس وزن ونوع الدافع ، سيكون له سرعة فوهة أقل قياساً بمقذوف أخف أطلق في ذات الشروط . درجة حرارة شحنة الدافع ومحتوى الرطوبة moisture content لها دور كبير أيضاً في تحديد سرعة الفوهة ، حيث تتسبب هذه في اختلافات في حجم الطاقة المتحصلة عند الاحتراق (نموذجياً تغير في درجة حرارة الدافع لنحو 10 درجات فهرنهايت ، من شأنه تغيير من سرعة الفوهة لنحو 0.5%) . من العوامل التي تؤثر على سرعة الفوهة أيضاً معدل إهتراء السبطانة Barrel wear ، حيث تنخفض سرعة فوهة السبطانة بالعدد الكلي للقذائف المطلقة . فمن المعروف أنه مع سبطانة وصلت نسبة إهترائها الطبيعي لمقدار 3% من قطرها ، فإن ذلك يمثل خسارة نحو 5% من سرعة فوهتها ، حيث يؤدي تآكل تجويف السبطانة erosion إلى حدوث اتساع وتزايد لحجم الثقب أو التجويف الداخلي ، مما يتسبب في هروب غازات الدافع وبذلك ينخفض ضغط الغاز وبالتالي سرعة الفوهة . وأخيراً من العوامل التي تؤثر على سرعة الفوهة هو طول سبطانة السلاح barrel length ، فعند استخدام شحنات دافع بطيئة الاحتراق slower burning ، فإننا نحتاج لسبطانات أطول لتحقيق كامل الاحتراق ، وبالتالي يمكن إطلاق مقذوفات أثقل . أما مع شحنات الدفع سريعة الاحتراق ، فإنها تستطيع تعجيل وتسريع المقذوفات الأخف إلى السرعات العالية ، إذا استخدمت نفس كمية المادة الدافعة . وتوفر السبطانات الأطول فرصة أكبر لغازات الاحتراق للعمل على دفع المقذوف لمسافة أبعد ، وبالتالي تزود السبطانات الأطول سرع أعلى للمقذوف قياساً بالسبطانات القصيرة ، مع ملاحظة أن ضغوط غازات الدفع مع تمددها في جوف السبطانة ، فإنها تبدأ في الانخفاض وتقليل دفعها للمقذوف . إن المقذوف يكون في قمة سرعته عند فوهة السبطانة نتيجة ضغوط غازات الدفع ، وتتهاوي هذه السرعة وتنخفض بثبات وتدرج ، نتيجة التأثيرات خارجية ، مثل قوى الجاذبية الأرضية ، ومقاومة الهواء air resistance .. وبشكل عام ، تفقد المقذوفات الأخف وزناً سرعتها بشكل اكبر من المقذوفات الأثقل . 

أما طاقة الفوهة Muzzle energy ، فهي الطاقة الحركية KE للمقذوف عند مغادرته فوهة السلاح . وكقاعدة عامة بالنسبة لمقذوفات الطاقة الحركية ، كلما زادت كتلة المقذوف وازدادت سرعته ، فإن طاقة الفوهة تزداد (تحسب هذه على أساس كتلة المقذوف المشتمل على الخارق والكعب المحيط به) وتتعاظم أضرارها المحتملة على الهدف المقصود . لذلك يتم التأكيد هنا أيضاً على نوعية الدافع ، وحجمه ، وكتله المقذوف ، وأخيراً طول السبطانة . يمكن حساب طاقة فوهة مدافع الدبابات بوحدة قياس للطاقة تسمى "ميغا جول" megajoule ، والتي هي وحدة قياس للطاقة تعادل مليون جول ، أو تقريباً الطاقة الحركية لعربة تزن طن واحدة وتتحرك بسرعة 160 كلم/س . عملية الحساب هذه في أحد أشكالها تكون بضرب كتلة المقذوف (كيلوغرام) ، في مربع سرعة الفوهة (متر/ثانية) ، ثم نقسم الناتج على 2000 ، لتظهر لنا طاقة الفوهة . على سبيل المثال لحساب طاقة الفوهة لمقذوف الطاقة الحركية الخاص بالقذيفة الأمريكية M829A1 ، نجد أن كتلة المقذوف كما حددتها العديد من المصادر تبلغ 9 كجم ، وسرعة الفوهة تبلغ 1575 م/ث ، فإننا نقول أن (9×1575×1575) ÷ 2000 = 11162812 جول ، أو للاختصار 11 ميغا جول . كما يمكن تحصيل طاقة الفوهة وفق معادلة الطاقة الحركية المبسطة التالية :

Kinetic Energy = 0.5 x Mass x Velocity x Velocity

ويلاحظ أنه لتطوير طاقة الفوهة فأن سرعة الفوهة muzzle velocity أهم بكثير من كتلة المقذوف ، فمضاعفة سرعة الفوهة للقذيفة تربع طاقتها ، في حين أن مضاعفة كتلة القذيفة تضاعف من طاقة حركتها ، لذلك يركز مصممو القذائف على زيادة سرعة اصطدامها بالهدف لتحقيق أكبر طاقة ممكنة .