チャンバー圧力

銃器において、チャンバー圧力とは、薬莢が発射されたときに薬莢の外壁が銃器のチャンバー内部に及ぼす圧力のことです。チャンバー圧力の SI 単位はメガパスカル(MPa) ですが、米国のSAAMIではポンド/平方インチ(psi、記号lbf /in ² )、欧州のCIPではバール(1 バールは 0.1 MPa に相当) が使用されています。

使用される圧力単位に関係なく、測定手順は CIP 法、SAAMI 法、NATO EPVATによって異なります。^{[説明が必要]}チャンバー圧力は異なる基準で測定されるため、直接比較することはできません。チャンバー圧力は歴史的に銅の圧力単位(たとえば、psi CUP、bar CUP、MPa CUP と表記) または鉛の圧力単位 (LUP) でも記録されてきました。^{[引用が必要]}

銃器の撃針が雷管に当たると、薬莢内の火薬に点火して爆発が起こり、50,000 PSI (344.7 MPa) を超える大きな圧力が発生する。^[1] この圧力によって弾丸が薬莢口から銃身に押し出される。爆発中に薬莢の真鍮壁が膨張し、薬室の内壁に密着する。この膨張によって薬室圧力、つまり薬莢によって薬室の内側に加えられる力が生じる。市販の薬莢の最大安全薬室圧力は、SAAMI、CIP、NATO などの団体によって公表されている。

チャンバー圧力を測定する基本的な方法は3つあります。^[2]

• 銅破砕機または鉛破砕機の使用
• ピエゾ方式​
• チャンバー前方のバレルにひずみゲージを取り付ける

1960 年代半ばまで、圧力を測定する最も一般的な方法は、銃身のチャンバーに穴を開け、チャンバーの壁にぴったり合う銅のスラグを挿入することでした。カートリッジが発射されると、銅のスラグが圧縮されます。次に、銅のスラグを取り外して測定し、元の寸法と比較します。銅の既知の特性を使用して、チャンバー圧力を計算し、銅の圧力単位 (CUP) で表すことができます。^[3] 現在ではチャンバー圧力を測定するより正確な方法がありますが、銅クラッシャー法は検証目的で依然として使用されています。^[2]

1960年代後半に開発された、チャンバー圧力を正確に測定する最も一般的な方法はピエゾ法です。チャンバーに穴を開ける銅クラッシャー法に似ていますが、銅スラグの代わりに水晶トランスデューサーを挿入し、高感度測定装置に取り付けます。^[4] この方法は、銅クラッシャー法よりも正確な測定値が得られ、トランスデューサーを再利用できるためコスト効率に優れています。

ひずみゲージ法は、機器を使用してチャンバー圧力を測定する方法の中で最も精度が低いですが、最も安価で、銃器に恒久的な改造を加える必要がないという利点があります。^[2] ひずみゲージは、チャンバーのすぐ前方の銃身に取り付けられます。発砲すると銃身が短時間伸び、この伸びがゲージによって測定されます。^[5] この方法は、ひずみゲージの読み取り値が銅クラッシャーやピエゾテストほど正確ではないため、通常、異なるカートリッジの負荷を相対的に比較する方法として使用されます。

薬室壁に作用しない力は、弾丸を銃身に押し込むのに使われる。薬莢の容積が比較的小さいため、薬室に最も近い圧力は銃身の他のどの部分よりも高くなる。燃焼する火薬の温度と比較すると、銃身内の火薬から銃身の壁に伝達されるエネルギーと熱の量は比較的少ない。したがって、プロセス全体は断熱プロセスと見なすことができ、ガスの急速な膨張中に熱が失われることはない。したがって、理想気体の法則を使用して、弾丸が銃身に沿って移動するときの圧力差を表すことができる。^[6]

P ₁ (V ₁ ) ^κ =P ₂ (V ₂ ) ^κ

または

P ₂ =P ₁ (V ₁ /V ₂ ) ^κ

どこ：

• P _1は初期圧力である
• P _{2 は}、特定の点における弾丸の尾部に作用する圧力である。
• V _1は内部ケース容量、つまり装填されたカートリッジの容積である。
• V ₂は、薬莢の内部容量と、薬室から弾丸までの銃身の容積を加えたものである。
• κはチャンバーとバレル内に含まれるガスの断熱指数である。

この熱力学方程式を見ると、ガス容積の増加により、弾丸に作用する圧力の量は銃身を移動するにつれて減少することがわかります。^[6] 同様に、銃身で最も高い圧力を受ける部分はスロート、つまり弾丸がライフリングに接触するチャンバーに最も近い点です。このため、スロートのライフリングは銃身の他の部分よりも早く侵食されます。

圧力によるスロート侵食の速度を低下させるためにはいくつかの対策を講じることができますが、そのうちのいくつかは手動充填によって達成できます。

1. 弾丸がさらに外側（つまりライフリングに近い側）に着座すると、薬莢の内部容積が増加します。理想気体の法則PV=nRTを調べると、薬莢の容積が増加すると、薬莢内部の圧力が減少することがわかります。これにより、薬室圧力とスロートにかかる力が減少します。
2. 同じ火薬を使用する場合でも、火薬の量を減らすとケース内の爆発が小さくなり、圧力も低くなります。