Что такое баллистика определение. Сведения по баллистике: внутренняя и внешняя баллистика

Баллистика делится на внутреннюю (поведение снаряда внутри оружия), внешнюю (поведение снаряда на траектории) и преградную (действие снаряда по цели). В данной теме будут рассмотрены основы внутренней и внешней баллистики. Из преградной баллистики будет рассмотрена раневая баллистика (действие пули на тело клиента). Существующий также раздел судебной баллистики рассматривается в курсе криминалистики и в данном пособии освещен не будет.

Внутренняя баллистика

Внутренняя баллистика зависит от типа используемого пороха и типа ствола.

Условно стволы можно разделить на длинные и короткие.

Длинные стволы (длина боле 250 мм) служат для увеличения начальной скорости пули и ее настильности на траектории. Повышается (по сравнению с короткими стволами) точность. С другой стороны, с длинным стволом всегда более громоздко, чем короткоствольное.

Короткие стволы не придают пуле той скорости и настильности, чем длинные. Пуля имеет большее рассеивание. Но короткоствольное оружие удобно в носке, особенно скрытой, что наиболее целесообразно для оружия самообороны и полицейского оружия. С другой стороны, стволы можно условно разделить на нарезные и гладкие.

Нарезные стволы придают пуле большую скорость и устойчивость на траектории. Такие стволы повсеместно используются для пулевой стрельбы. Для стрельбы пулевыми охотничьими патронами из гладкоствольного оружия часто применяются различные нарезные насадки.

Гладкие стволы . Такие стволы способствуют увеличению рассеивания поражающих элементов при стрельбе. Традиционно используются для стрельбы дробью (картечью), а также для стрельбы специальными охотничьими патронами на небольшие дистанции.

Различают четыре периода выстрела (рис. 13).

Предварительный период (П) длится от начала горения порохового заряда до полного врезания пули в нарезы. В течение этого периода в канале ствола создается давление газов, необходимое для того, чтобы сдвинуть пулю с места и преодолеть сопротивление ее оболочки врезанию в нарезы ствола. Это давление называется давлением форсирования и достигает 250-500 кг/см 2 . Принимают, что горение порохового заряда на этом этапе происходит в постоянном объеме.

Первый период (1) длится от начала движения пули до полного сгорания порохового заряда. В начале периода, когда скорость движения пули по каналу ствола еще невелика, объем газов растет быстрее, чем запульное пространство. Давление газов достигает своего пика (2000-3000 кг/см 2). Это давление называется максимальным давлением. Затем вследствие быстрого увеличения скорости движения пули и резкого увеличения запульного пространства давление несколько падает и к концу первого периода составляет примерно 2/3 от максимального давления. Скорость движения же постоянно растёт и достигает к концу этого периода примерно 3/4 начальной скорости.
Второй период (2) длится от момента полного сгорания порохового заряда до вылета пули из ствола. С началом этого периода приток пороховых газов прекращается, но сильно сжатые и нагретые газы расширяются и, оказывая давление на дно пули, увеличивают ее скорость. Спад давления в этом периоде происходит достаточно быстро и у дульного среза - дульное давление - составляет 300-1000 кг/см 2 . У некоторых образцов оружия (например, Макарова, да и большинство образцов короткоствольного оружия) второй период отсутствует, поскольку к моменту вылета пули из ствола пороховой заряд до конца не сгорает.

Третий период (3) длится от момента вылета пули из ствола до момента прекращения действия на нее пороховых газов. В течение этого периода пороховые газы, истекающие из канала ствола со скоростью 1200-2000 м/с, продолжают воздействовать на пулю, придавая ей дополнительную скорость. Наибольшей скорости пуля достигает в конце третьего периода на удалении нескольких десятков сантиметров от дульного среза ствола (например, при стрельбе из пистолета расстояние около 3 м). Этот период заканчивается в тот момент, когда давление пороховых газов на дно пули будет уравновешено сопротивлением воздуха. Далее пуля летит уже по инерции. Это к вопросу о том, почему пуля, выпущенная из пистолета ТТ, не пробивает броню 2-го класса при выстреле в упор и пробивает ее на удалении 3-5 м.

Как уже упоминалось, для снаряжения патронов используются дымный и бездымный порох. Каждый изних имеет свои особенности:

Дымный порох . Этот тип пороха сгорает очень быстро. Его горение похоже на взрыв. Он используется для мгновенного скачка давления в канале ствола. Такой порох обычно используется для гладких стволов, так как трение снаряда о стенки ствола в гладком стволе не столь велико (по сравнению с нарезным стволом) и время нахождения пули в канале ствола меньше. Поэтому в момент вылета пули из ствола достигается большее давление. При применении дымного пороха в нарезном стволе первый период выстрела получается достаточно коротким, за счет чего давление на дно пули уменьшается весьма значительно. Необходимо также отметить, что давление газов сгоревшего дымного пороха примерно в 3-5 раз меньше, нежели у бездымного. На кривой давления газов очень резкий пик максимального давления и достаточно резкий спад давления в первом периоде.

Бездымный порох. Такой порох сгорает медленнее, чем дымный, и поэтому используется для постепенного увеличения давления в канале ствола. Ввиду этого для нарезного оружия стандартно используется бездымный порох. Ввиду вкручивания в нарезы время на полет пули по стволу увеличивается и к моменту вылета пули пороховой заряд полностью сгорает. За счет этого на пулю воздействует полное количество газов, при этом второй период подбирается достаточно небольшим. На кривой давления газов пик максимального давления несколько сглаженный, с пологим спадом давления в первом периоде. Кроме того, полезно обратить внимание на некоторые числовые методы оценки внутрибаллистических решений.

1. Коэффициент могущества (kМ). Показывает энергию, которая приходится.на один условный кубический мм пули. Используется для сравнения пуль однотипных патронов (например, пистолетных). Измеряется в Джоулях на миллиметр в кубе.

KМ = E0/d 3 , где E0 - дульная энергия, Дж, d - пули,мм. Для сравнения: коэффициент могущества для патрона 9х18 ПМ равен 0,35 Дж/мм 3 ; для патрона 7,62х25 ТТ - 1,04 Дж/мм 3 ; дляпатрона.45АСР - 0,31 Дж/мм 3 . 2. Коэффициент использования металла (kme). Показывает энергию выстрела, которая приходится на один грамм оружия. Используется для сравнения пуль патронов под один образец или для сравнения относительной энергии выстрела для различных патронов. Измеряется в Джоулях на грамм. Часто коэффициент использования металла принимают как упрощенный вариант расчета отдачи оружия. kme=E0/m, где Е0 - дульная энергия, Дж, m - масса оружия, г. Для сравнения: коэффициент использования металла для пистолета ПМ, автомата и винтовки соответственно равны 0,37, 0,66 и 0,76 Дж/г.

Внешняя баллистика

Для начала необходимо представить полную траекторию полета пули (рис. 14).
В пояснение к рисунку необходимо отметить, что линия вылета пули (линия бросания) будет иная, нежели направление ствола (линия возвышения). Это происходит из-за возникновения при выстреле колебаний ствола, которые влияют на траекторию полета пули, а также из-за отдачи оружия при выстреле. Естественно, что угол вылета (12) будет крайне мал; более того, чем лучше выделка ствола и расчет внутрибаллистических характеристик оружия, тем угол вылета будет меньше. Примерно первые две трети восходящей линии траектории можно считать прямой. Ввиду этого выделяют три дистанции ведения огня (рис. 15). Таким образом, влияние сторонних условий на траекторию описывается простым квадратным уравнением, а в графике представляет собой параболу. Кроме сторонних условий на отклонение пули от траектории также влияют и некоторые конструктивные особенности пули и патрона. Ниже будет рассмотрен комплекс событий; отклоняющих пулю от первоначальной траектории. Баллистические таблицы этой темы содержат данные по баллистике пули патрона 7,62x54R 7H1 при стрельбе из винтовки СВД. Вообще, влияние сторонних условий на полет пули можно показать следующей диаграммой (рис. 16).

Рассеивание

Нужно еще раз заметить, что благодаря нарезному стволу пуля приобретает вращение вокруг своей продольной оси, что придает большую настильность (прямолинейность) полету пули. Поэтому дистанция кинжального огня несколько увеличивается по сравнению с пулей, выпущенной из гладкого ствола. Но постепенно к дистанции навесного огня из-за уже упомянутых сторонних условий ось вращения несколько смещается от центральной оси пули, поэтому в поперечном разрезе получается круг разлета пули - среднее отклонение пули от первоначальной траектории. Учитывая такое поведение пули, ее возможную траекторию можно представить в виде одноплоскостного гиперболоида (рис. 17). Смещение пули от основной директрисы за счет смещения оси ее вращения называется рассеиванием. Пуля с полной вероятностью оказывается в круге рассеивания, диаметр (по
перечник) которого определяется для каждой конкретной дистанции. Но конкретная точка попадания пули внутри этого круга неизвестна.

В табл. 3 приведены, радиусы рассеивания для стрельбы на различные дистанции.

Таблица 3

Рассеивание

Дальность огня (м)	Диаметр рассеивания (см)

• Учитывая размер стандартной головной мишени 50х30 см, а грудной - 50х50 см, можно отметить, что максимальная дистанция гарантированного попадания составляет 600 м. На большей дистанции рассеивание не позволяет гарантировать точность выстрела.

• Деривация

• За счет сложных физических процессов вращающаяся пуля в полете несколько отклоняется от плоскости стрельбы. Причем в случае правосторонних нарезов (пуля вращается по часовой стрелке, если смотреть сзади) пуля отклоняется вправо, в случае левосторонних - влево.
  В табл. 4 показаны величины деривационных отклонений при стрельбе на различные дальности.
• Таблица 4
• Деривация

• Дальность огня (м)	Деривация (см)
  1000
  1200

  • Учесть при стрельбе деривационное отклонение проще, чем рассеивание. Но, учитывая обе эти величины, необходимо отметить, что центр рассеивания несколько сместится на величину деривационного смещения пули.

  • Смещение пули ветром

  • Среди всех сторонних условий, влияющих на полет пули (влажность, давление и т. д.), необходимо выделить наиболее серьезный фактор - влияние ветра. Ветер достаточно серьезно сносит пулю, особенно в конце восходящей ветви траектории и далее.
    Смещение пули боковым ветром (под углом 90 0 к траектории) средней силы (6-8 м/с) показано в табл. 5.
  • Таблица 5
  • Смещение пули ветром

  • Дальность огня (м)	Смещение (см)

    • Для выяснения смещения пули сильным ветром (12-16 м/с) необходимо удвоить значения таблицы, для слабого ветра (3-4 м/с) табличные значения делят пополам. Для ветра, дующего под углом 45° к траектории, табличные значения также делятся пополам.

    • Время полета пули

    Для решения простейших баллистических задач необходимо отметить зависимость времени полета пули от дальности стрельбы. Не учитывая этого фактора, достаточно проблематично будет попасть даже в медленно движущуюся мишень.
    Время полета пули до цели представлено в табл. 6.
    Таблица 6

    Время полета пули до цели

    • • Дальность огня (м)	Время полета (с)
        	0,15
        	0,28
        	0,42
        	0,60
        	0,80
        	1,02
        	1,26

        Решение баллистических задач

      • Для этого полезно изготовить график зависимости смещения (рассеивания, времени полета пули) от дальности стрельбы. Такой график позволит легко вычислять промежуточные значения (например, на 350 м), а также позволит предположить затабличные значения функции.
        На рис. 18 представлена простейшая баллистическая задача.
      • Стрельба ведется на дистанцию 600 м, ветер под углом 45° к траектории дует сзади-слева.

        Вопрос: диаметр круга рассеивания и смещение его центра от цели; время полета до цели.

      • Решение: Диаметр круга рассеивания 48 см (см. табл. 3). Деривационное смещение центра - 12 см вправо (см. табл. 4). Смещение пули ветром - 115 см (110*2/2 + 5% (за счет направления ветра по направлению деривационного смещения)) (см. табл. 5). Время полета пули - 1,07 с (время полета + 5% за счет направления ветра по направлению полета пули)(см.табл. 6).
      • Ответ; пуля пролетит 600 м за 1,07 с, диаметр круга рассеивания будет равен 48 см, причем его центр сместится вправо на 127 см. Естественно, данные ответа достаточно приблизительны, но их расхождение с реальными данными не более 10%.

      • Преградная и раневая баллистика

      • Преградная баллистика

      • Воздействие пули на преграды (как, впрочем, и все остальное) достаточно удобно определить некоторыми математическими формулами.
      1. Пробиваемость преград (П). Пробиваемость определяет, насколько вероятно пробитие той или иной преграды. При этом полная вероятность берется за
      1. Используется обычно для определения вероятности пробивания на различных дис
    • танциях разных классов пассивной бронезащиты.
      Пробиваемость - величина безразмерная.
    • П= Еn / Епр,
    • где En - энергия пули в данной точке траектории, в Дж; Епр - энергия, необходимая для пробития преграды, в Дж.
    • Учитывая стандартные Епр для бронежилетов (БЖ) (500 Дж для защиты от пистолетных патронов, 1000 Дж - от промежуточных и 3000 Дж - от винтовочных) и достаточную энергию для поражения человека (max 50 Дж), легко рассчитать вероятность поражения соответствующих БЖ пулей того или иного патрона. Так, вероятность пробития стандартного пистолетного БЖ пулей патрона 9х18 ПМ будет равна 0,56, а пулей патрона 7,62х25 ТТ - 1,01. Вероятность пробития стандартного автоматного БЖ пулей патрона 7,62х39 АКМ будет равна 1,32, а пулей патрона 5,45х39 АК-74 - 0,87. Приведенные числовые данные рассчитаны для дистанции 10 м для пистолетных патронов и 25 м - для промежуточных. 2. Коэффициент, удара (ky). Коэффициент удара показывает энергию пули, которая приходится на квадратный миллиметр ее максимального сечения. Коэффициент удара используется для сравнения патронов одного или различных классов. Измеряется он в Дж на квадратный миллиметр. ky=En/Sп, где Еn - энергия пули на данной точке траектории, в Дж, Sn - площадь максимального поперечного сечения пули, вмм 2 . Таким образом, коэффициенты удара для пуль патронов 9х18 ПМ, 7,62х25 ТТ и.40 Auto на дистанции 25 м будут равны соответственно 1,2; 4,3 и 3,18 Дж/мм 2 . Для сравнения: на этой же дистанции коэффициенту удара пуль патронов 7,62х39 АКМ и 7,62x54R СВД соответственно равны 21,8 и 36,2 Дж/мм 2 .

      Раневая баллистика

      Как же ведет себя пуля, попадая в тело? Выяснение этого вопроса является важнейшей характеристикой для выбора оружия и боеприпаса для конкретной операции. Разделяются два вида воздействия пули на цель: останавливающее и проникающее, в принципе,эти два понятия имеют обратную зависимость. Останавливающее воздействие (0В). Естественно, что максимально надежно противник останавливается, когда пуля попадает в определенное место на теле человека (голова, позвоночник, почки), но некоторые типы боеприпасов имеют большое 0В и при попадании во второстепенные цели. В общем случае 0В прямо пропорционально калибру пули, ее массе и скорости в момент встречи с целью. Также 0В увеличивается при использовании свинцовых и экспансивных пуль. Нужно помнить, что увеличение 0В сокращает длину раневого канала (но увеличивает ее поперечник) и снижает действие пули по защищенной бронеодеждой цели. Один из вариантов математического расчета ОВ предложен в 1935 году американцем Ю. Хатчером: 0В = 0,178*m*V*S*k, где m - масса пули, г; V- скорость пули в момент встречи с целью, м/с; S - поперечная площадь пули, см 2 ; k - коэффициент формы пули (от 0,9 цельнооболочечных до 1,25 для экспансивных пуль). По таким расчетам, на дистанции 15 м пули патронов 7,62х25 ТТ, 9х18 ПМ и.45 имеют ОБ соответственно 171, 250 в 640. Для сравнения: ОБ пули патрона 7,62х39 (АКМ) = 470, а пули 7,62х54 (ОВД) = 650. Проникающее воздействие (ПВ). ПВ можно определить как возможность пули проникнуть на максимальную глубину в цель. Проникающая способность выше (при прочих равных условиях) у пуль малого калибра и слабо деформирующихся в теле (стальных, цельнооболочечных). Высокое проникающее воздействие улучшает действие пули по защищенным бронеодеждой целям. На рис. 19 показано действие стандартной оболочечной пули ПМ со стальным сердечником. При попадании пули в тело образуются раневой канал и раневая полость. Раневой канал - канал, пробитый непосредственно пулей. Раневая полость - полость повреждений волокон и сосудов, вызванных натяжением и разрывом их пулей. Огнестрельные ранения подразделяются на сквозные, слепые, секущие.
      
      

      Сквозные ранения

      Сквозное ранение возникает при прохождении пули насквозь через тело. При этом наблюдается наличие входного и выходного отверстий. Входное отверстие небольшое, меньше калибра пули. При прямом попадании края раны ровные, а при попадании через плотную одежду под углом - с небольшим надрывом. Часто входное отверстие достаточно быстро затягивается. Следы кровотечения отсутствуют (кроме поражения крупных сосудов или при положении раны внизу). Выходное отверстие большое, может превышать калибр пули на порядки. Края раны рваные, неровные, разошедшиеся в стороны. Наблюдается быстро развивающаяся опухоль. Зачастую наблюдается сильное кровотечение. При несмертельных ранениях быстро развивается нагноение. При смертельных ранениях кожа вокруг раны быстро синеет. Сквозные ранения характерны для пуль с высоким проникающим воздействием (преимущественно для автоматных и винтовочных). При прохождении пули через мягкие ткани внутреннее ранение осевое, с небольшим повреждением соседних органов. При ранениях пулей патрона 5,45х39 (АК-74) стальной сердечник пули в теле может выйти из оболочки. В результате возникают два раневых канала и, соответственно, два выходных отверстия (от оболочки и сердечника). Такие ранения чаще все го возникают при попадании через плотную одежду (бушлат). Зачастую раневой канал от пули слепой. При попадании пули в скелет обычно возникает слепое ранение, но при большой мощности боеприпаса вероятно и сквозное. В этом случае наблюдаются большие внутренние повреждения от осколков и частей скелета с увеличением раневого канала к выходному отверстию. При этом раневой канал может «ломаться» за счет рикошета пули от скелета. Сквозные ранения в голову характеризуются растрескиванием или разломом костей черепа, часто неосевым раневым каналом. Череп растрескивается даже при попадании свинцовых безоболочечных пуль калибра 5,6 мм, не говоря уже о более мощных боеприпасах. В большинстве случаев такие ранения смертельны. При сквозных ранениях в голову часто наблюдается сильное кровотечение (длительное вытекание крови из трупа), разумеется, при положении раны сбоку или внизу. Входное отверстие довольно ровное, а выходное - неровное, с множеством растрескиваний. Смертельная рана достаточно быстро синеет и опухает. В случае растрескивания возможны нарушения кожного покрова головы. На ощупь череп легко проминается, чувствуются осколки. При ранениях достаточно сильными боеприпасами (пули патронов 7,62х39, 7,62х54) и ранениях экспансивными пулями возможно очень широкое выходное отверстие с долгим вытеканием крови и мозгового вещества.

      Слепые ранения

      Такие ранения возникают при попадании пуль менее мощных (пистолетных) боеприпасов, использовании экспансивных пуль, прохождении пули через скелет, ранение пулей на излете. При таких ранениях входное отверстие также достаточно небольшое и ровное. Слепые ранения обычно характеризуются множественными внутренними повреждениями. При ранении экспансивными пулями раневой канал очень широкий, с большой раневой полостью. Слепые ранения зачастую не осевые. Это наблюдается при попадании более слабыми боеприпасами в скелет - пуля уходит в сторону от входного отверстия плюс повреждения от осколков скелета, оболочки. При попадании таких пуль в череп последний сильно растрескивается. Образуется большое входное отверстие в кости, и сильно поражаются внутричерепные органы.

      Секущие ранения

      Секущие ранения наблюдаются при попадании пули в тело под острым углом с нарушением только кожного покрова и внешних частей мышц. В большинстве своем ранения неопасные. Характеризуются разрывом кожи; края раны неровные, рваные, часто сильно расходятся. Иногда наблюдается достаточно сильное кровотечение, особенно при разрыве крупных подкожных сосудов.

Баллистика - это наука о движении, полете и влиянии снарядов. Она разделена на несколько дисциплин. Внутренняя и внешняя баллистика имеют дело с движением и полетом снарядов. Переход между этими двумя режимами называется промежуточной баллистикой. Терминальная баллистика касается воздействия снарядов, отдельная категория охватывает степень поражения цели. Что изучает внутренняя и внешняя баллистика?

Пушки и ракеты

Пушечные и ракетные двигатели являются типами теплового двигателя, частично с превращением химической энергии в апропеллент (кинетическую энергию снаряда). Пропелленты отличаются от обычных видов топлива тем, что их сгорание не требует атмосферного кислорода. В ограниченном объеме производство горячих газов с помощью горючего топлива вызывает увеличение давления. Давление продвигает снаряд и увеличивает скорость горения. Горячие газы имеют тенденцию к эрозии ствола пистолета или горла ракеты. Внутренняя и внешняя баллистика стрелкового оружия изучает движение, полет и влияние, которое снаряд оказывает.

Когда заряд пропеллента в камере пистолета воспламеняется, газы сгорания сдерживаются выстрелом, поэтому давление возрастает. Снаряд начинает двигаться, когда давление на него преодолевает его сопротивление движению. Давление продолжает расти некоторое время, а затем падает, а выстрел ускоряется до высокой скорости. Быстрое горючее ракетное топливо вскоре исчерпано, и со временем выстрел выбрасывается из дула: скорость выстрела до 15 километров в секунду достигнуты. Откидные пушки выпускают газ через заднюю часть камеры, чтобы противодействовать силам отдачи.

Баллистической является ракета, которая направляется в течение относительно короткого начального активного участка полета, чья траектория впоследствии регулируется законами классической механики, в отличие, например, от крылатых ракет, которые направляются аэродинамическим образом в полете с работающим двигателем.

Траектория выстрела

Снаряды и пусковые установки

Снаряд - любой объект, проецируемый в пространство (пустое или нет) при приложении силы. Хотя любой объект в движении в пространстве (например, брошенный мяч) является снарядом, термин чаще всего относится к оружию дальнего боя. Математические уравнения движения используются для анализа траектории снаряда. Примеры снарядов включают шары, стрелы, пули, артиллерийские снаряды, ракеты и так далее.

Бросок - это запуск снаряда вручную. Люди необычайно хороши в метании из-за их высокой ловкости, это развитая черта. Свидетельство человеческого метания датируется 2 миллионами лет. Скорость метания 145 км в час, найденная у многих спортсменов, намного превышает скорость, с которой шимпанзе могут бросать предметы, что составляет около 32 км в час. Эта способность отражает способность человеческих плечевых мышц и сухожилий сохранять эластичность, пока она не понадобится для продвижения объекта.

Внутренняя и внешняя баллистика: кратко о видах оружия

Одними из самых древнейших пусковых устройств были обычные рогатки, лук и стрелы, катапульта. Со временем появились ружья, пистолеты, ракеты. Сведения из внутренней и внешней баллистики включают в себя информацию о различных видах оружия.

• Сплинг - оружие, обычно используемое для выброса тупых снарядов, таких как камень, глина или свинцовая «пуля». У стропы имеется небольшая колыбель (сумка) в середине соединенных двух длин шнура. Камень помещается в сумку. Средний палец или большой палец помещается через петлю на конце одного шнура, а вкладка на конце другого шнура помещается между большим и указательным пальцами. Слинг качается по дуге, а табуляция выпускается в определенный момент. Это освобождает снаряд, чтобы лететь к цели.
• Лук и стрелы. Лук - это гибкий кусок материала, который стреляет аэродинамическими снарядами. Тетива соединяет два конца, и, когда она оттягивается назад, концы палки сгибаются. Когда струна отпущена, потенциальная энергия согнутой палки преобразуется в скорость стрелки. Стрельба из лука - это искусство или спорт стрельбы из луков.
• Катапульта - это устройство, используемое для запуска снаряда на большом расстоянии без помощи взрывных устройств - особенно различных типов древних и средневековых осадных двигателей. Катапульта использовалась с древних времен, поскольку она оказалась одним из наиболее эффективных механизмов во время войны. Слово «катапульта» происходит от латинского, которое, в свою очередь, происходит от греческого καταπέλτης, что означает «бросать, швырять». Катапульты были изобретены древними греками.
• Пистолет - обычное трубчатое оружие или другое устройство, предназначенное для выпуска снарядов или другого материала. Снаряд может быть твердым, жидким, газообразным или энергичным и может быть свободным, как с пулями и артиллерийскими снарядами, так и с зажимами, как с зондами и китобойными гарпунами. Средство проецирования варьируется в соответствии с конструкцией, но обычно осуществляется действием давления газа, создаваемого путем быстрого сжигания пропеллента, или сжимается и хранится механическими средствами, работающими внутри трубки с открытым концом в виде поршня. Конденсированный газ ускоряет подвижный снаряд по длине трубки, придавая достаточную скорость, чтобы поддерживать движение снаряда, когда действие газа прекращается в конце трубки. В качестве альтернативы можно использовать ускорение посредством генерации электромагнитного поля, в этом случае можно отказаться от трубки и заменить направляющую.
• Ракета - это ракета, космический корабль, самолет или другое транспортное средство, которое получает удар от ракетного двигателя. Выхлоп двигателя ракеты полностью сформирован из пропеллентов, перевозимых в ракете перед использованием. Ракетные двигатели работают действием и реакцией. Ракетные двигатели выталкивают ракеты вперед, просто бросая их выхлопы назад очень быстро. Хотя они сравнительно неэффективны для использования на низкой скорости, ракеты относительно легки и мощны, способны генерировать большие ускорения и достигать чрезвычайно высоких скоростей с разумной эффективностью. Ракеты не зависят от атмосферы и отлично работают в космосе. Химические ракеты являются наиболее распространенным типом высокопроизводительной ракеты, и они обычно создают их выхлопные газы при сжигании ракетного топлива. Химические ракеты хранят большое количество энергии в легко высвобождаемой форме и могут быть очень опасными. Однако тщательный дизайн, тестирование, конструкция и использование минимизируют риски.

Основы внешней и внутренней баллистики: основные категории

Баллистика может быть изучена с помощью высокоскоростной фотографии или высокоскоростных камер. Фотография выстрела, сделанная с сверхвысокой скоростью вспышки воздушного зазора, помогает рассмотреть пулю без размытия изображения. Баллистика часто разбивается на следующие четыре категории:

• Внутренняя баллистика - изучение процессов, изначально ускоряющих снаряды.
• Переходная баллистика - изучение снарядов при переходе на безналичный полет.
• Внешняя баллистика - изучение прохождения снаряда (траектории) в полете.
• Терминальная баллистика - изучение снаряда и его последствий по мере его завершения

Внутренняя баллистика является изучением движения в виде снаряда. В пушках она покрывает время от зажигания ракетного топлива до тех пор, пока снаряд не выйдет из ствола орудия. Это то, что изучает внутренняя баллистика. Это важно для дизайнеров и пользователей огнестрельного оружия всех типов, от винтовок и пистолетов, до высокотехнологичной артиллерии. Сведения из внутренней баллистики для ракетных снарядов охватывает период, в течение которого ракетный двигатель обеспечивает тягу.

Переходная баллистика, также известная как промежуточная баллистика, - это исследование поведения снаряда с момента его выхода из дула до тех пор, пока давление за снарядом не будет уравновешено, поэтому оно находится между понятием о внутренней и внешней баллистике.

Внешняя баллистика изучает динамику атмосферного давления вокруг пули и является частью науки о баллистике, которая занимается поведением снаряда без питания в полете. Эта категория часто ассоциируется с огнестрельным оружием и связана с незанятой фазой свободного полета пули после того, как она выходит из ствола пистолета и до того, как попадет в цель, поэтому она находится между переходной баллистикой и баллистикой терминала. Однако внешняя баллистика также касается свободного полета ракет и других снарядов, таких как шары, стрелы и так далее.

Терминальная баллистика - это исследование поведения и эффектов снаряда, когда он достигает цели. Данная категория имеет значение как для снарядов малого калибра, так и для снарядов большого калибра (стрельба из артиллерии). Изучение чрезвычайно высоких скоростных воздействий все еще очень новое и в настоящее время применяется в основном к проектированию космических аппаратов.

Судебная баллистика

Судебная баллистика включает в себя анализ пуль и пулевых воздействий для определения информации об использовании в суде или в другой части правовой системы. Отдельно от информации о баллистике, экзамены по огнестрельному оружию и инструментальной метке («баллистическая отпечатка пальца») предусматривают анализ доказательств огнестрельного оружия, боеприпасов и инструментов, чтобы установить, использовалось ли какое-либо огнестрельное оружие или инструмент при совершении преступления.

Астродинамика: орбитальная механика

Астродинамика - применение баллистики оружия, внешней и внутренней, и орбитальной механики к практическим проблемам движения ракет и других космических аппаратов. Движение этих объектов, как правило, рассчитывается из законов движения Ньютона и закона всемирного тяготения. Это основная дисциплина в области проектирования и контроля космической миссии.

Путешествие снаряда в полете

Основы внешней и внутренней баллистики касаются путешествия снаряда в полете. Путь полета пули включает: движение вниз по стволу, путь по воздуху и путь через цель. Основы внутренней баллистики (или исходной, внутри пушки) различаются в соответствии с типом оружия. Пули, выпущенные из винтовки, будут иметь больше энергии, чем аналогичные пули, выпущенные из пистолета. Еще больше порошка можно также использовать в ружейных патронах, потому что пулевые камеры могут быть спроектированы так, чтобы выдерживать большее давление.

Для более высокого давления требуется более крупная пушка с большей отдачей, которая медленнее загружается и генерирует больше тепла, что приводит к большему износу металла. На практике трудно измерить силы внутри ствола орудия, но один легко измеряемый параметр - это скорость, с которой пуля выходит из ствола (начальная скорость). Регулируемое расширение газов от горящего пороха создает давление (сила/площадь). Здесь находится база пули (эквивалентная диаметру ствола) и является постоянной. Поэтому энергия, передаваемая пуле (с заданной массой), будет зависеть от массового времени, умноженного на временной интервал, на котором применяется сила.

Последний из этих факторов является функцией длины ствола. Пулевое движение через пулеметное устройство характеризуется увеличением ускорения, когда расширяющиеся газы нажимают на него, но уменьшают давление в стволе при расширении газа. До точки уменьшения давления, чем дольше баррель, тем больше ускорение пули. Когда пуля проходит по стволу пистолета, происходит небольшая деформация. Это происходит из-за незначительных (редко крупных) недостатков или вариаций в нарезке или меток в стволе. Главной задачей внутренней баллистики является создание благоприятных условий для избежания подобных ситуаций. Эффект на последующей траектории полета пули обычно незначителен.

От пушки до цели

Внешнюю баллистику кратко можно назвать путешествием от пушки до цели. Пули обычно не следуют по прямой линии к цели. Действуют вращательные силы, которые удерживают пулю от прямой оси полета. Основы внешней баллистики включают такое понятие, как прецессия, которая относится к вращению пули вокруг центра масс. Нутация - это небольшое круговое движение на кончике пули. Ускорение и прецессия уменьшаются по мере увеличения расстояния от пули от ствола.

Одной из задач внешней баллистики является создание идеальной пули. Чтобы уменьшить сопротивление воздуха, идеальная пуля была бы длинной тяжелой иглой, но такой снаряд прошел бы прямо через цель, не рассеивая большую часть своей энергии. Сферы будут отставать и высвобождать больше энергии, но могут даже не попасть в цель. Хорошая аэродинамическая компромиссная форма пули - это параболическая кривая с низкой лобовой областью и формой ветвления.

Лучшей пулевой композицией является свинец, который имеет высокую плотность и дешев для получения. Его недостатки - тенденция к размягчению со скоростью > 1000 кадра в секунду, что приводит к тому, что он смазывает ствол и уменьшает точность, также свинец имеет тенденцию полностью расплавиться. Легирование свинца (Pb) с небольшим количеством сурьмы (Sb) помогает, но реальный ответ заключается в том, чтобы связать свинцовую пулю с жестким стальным бочонком через другой металл, достаточно мягкий, чтобы запечатать пулю в стволе, но с высокой температурой плавления. Медь (Cu) лучше всего подходит для этого материала в качестве «пиджака» для свинца.

Баллистика терминалов (попадание в цель)

Короткая, высокоскоростная пуля начинает резко рычать, поворачиваться и даже вращаться при входе в ткань. Это приводит к тому, что больше ткани смещается, увеличивается сопротивление и придает большую часть кинетической энергии цели. Более длинная, более тяжелая пуля может иметь больше энергии в более широком диапазоне, когда она попадает в цель, но она может проникать так хорошо, что она выходит из цели с большей частью своей энергии. Даже пуля с низкой кинетикой может принести значительный урон ткани. Пули производят повреждение тканей тремя способами:

1. Разрушение и дробление. Диаметр повреждения при раздавливании в ткани - это диаметр пули или фрагмента, вплоть до длины оси.
2. Кавитация - «постоянная» полость вызвана траекторией (дорожкой) самой пули с дроблением ткани, тогда как «временная» полость образована радиальным растяжением вокруг пулевой дорожки от непрерывного ускорения среды (воздуха или ткани) в результате пули, заставляя раневую полость растягиваться наружу. Для снарядов, движущихся с низкой скоростью, постоянные и временные полости почти одинаковы, но с большой скоростью и с пулевым рысканием временная полость становится больше.
3. Ударные волны. Ударные волны сжимают среду и движутся впереди пули, а также по сторонам, но эти волны длится всего несколько микросекунд и не вызывают глубоких разрушений с малой скоростью. При большой скорости генерируемые ударные волны могут достигать до 200 атмосфер давления. Однако перелом кости из-за кавитации является чрезвычайно редким событием. Баллистическая волна давления от дальнего пулевого удара может вызвать у человека сотрясение, что вызывает острые неврологические симптомы.

Экспериментальные методы для демонстрации повреждения тканей использовали материалы с характеристиками, подобными мягким тканям и коже человека.

Дизайн пули

Конструкция пули важна в потенциале ранения. Гаагская конвенция 1899 года (и впоследствии Женевская конвенция) запрещала использование расширяющихся, деформируемых пуль в военное время. Поэтому у военных пуль есть металлическое облачение вокруг свинцового ядра. Разумеется, договор был в меньшей степени связан с соблюдением, чем тот факт, что современные военные штурмовые винтовки стреляют снарядами с высокой скоростью, а пули должны быть покрыты медной оболочкой, поскольку свинец начинает плавиться из-за тепла, создаваемого со скоростью > 2000 кадров в секунду.

Внешняя и внутренняя баллистика ПМ (пистолета Макарова) отличается от баллистики так называемых «разрушаемых» пуль, предназначенных для разрушения при ударе по твердой поверхности. Такие пули обычно изготавливают из металла, отличного от свинца, такого как медный порошок, уплотненный в виде пули. Расстояние мишени от дула играет большую роль в способности к ранению, поскольку большинство пуль, выпущенных из пистолетов, потеряли значительную кинетическую энергию (КЭ) на расстоянии 100 ярдов, в то время как высокоскоростные военные орудия по-прежнему имеют значительный КЭ даже на 500 ярдах. Таким образом, внешняя и внутренняя баллистика ПМ и военных и охотничьих ружей, предназначенных для доставки пуль с большим количеством КЭ на большее расстояние, будут различаться.

Проектирование пули для эффективной передачи энергии конкретной цели не является простым, поскольку цели отличаются. Понятие внутренней и внешней баллистики включает в себя также дизайн снаряда. Чтобы проникнуть в толстую шкуру и жесткую кость слона, пуля должна быть небольшого диаметра и достаточно прочной, чтобы противостоять дезинтеграции. Однако такая пуля проникает в большинство тканей, как копье, нанося немного больше урона, чем ножевая рана. Пуля, предназначенная для повреждения тканей человека, потребует определенных «тормозов», чтобы вся КЭ передавались цели.

Легче конструировать функции, которые помогают замедлить большую, медленную движущуюся пулю в тканях, чем небольшая, высокоскоростная пуля. К таким мерам относятся модификации формы, такие как круглая, сплющенная или куполообразная. Круглые носовые пули обеспечивают наименьшее торможение, обычно покрыты оболочкой и полезны главным образом в пистолетах с малой скоростью. Сплющенная конструкция обеспечивает наибольшее торможение только от формы, не покрывается оболочкой и используется в пистолетах с малой скоростью (часто для целевой практики). Конструкция купола является промежуточной между круглым и режущим инструментом и полезна при средней скорости.

Конструкция пули полых точек облегчает поворот пули «наизнанку» и выравнивание фронта, называемое «расширением». Расширение надежно происходит только при скоростях, превышающих 1200 кадров в секунду, поэтому подходит только для пистолетов с максимальной скоростью. Разрушаемая пуля, состоящая из порошка, предназначена для дезинтеграции при ударе, доставки всего КЭ, но без значительного проникновения, размер фрагментов должен уменьшаться по мере увеличения скорости удара.

Потенциал ранения

Тип ткани влияет на потенциал ранения, а также на глубину проникновения. Удельный вес (плотность) и эластичность являются основными тканевыми факторами. Чем выше удельный вес, тем больший урон. Чем больше эластичность, тем меньше урон. Таким образом, легкая ткань с низкой плотностью и высокой эластичностью повреждается меньше мышц с более высокой плотностью, но с некоторой эластичностью.

Печень, селезенка и мозг не имеют эластичности и легко травмируются, как и жировая ткань. Заполненные жидкостью органы (мочевой пузырь, сердце, большие сосуды, кишечник) могут лопнуть из-за создаваемых волн давления. Пуля, поражающая кость, может привести к фрагментации кости и / или к образованию многочисленных вторичных ракет, каждая из которых вызывает дополнительное ранение.

Баллистика пистолета

Это оружие легко скрывается, но трудно прицелиться точно, особенно в местах преступления. Большинство стрельб из стрелкового оружия происходят на расстоянии менее 7 ярдов, но даже в этом случае большинство пуль пропускают намеченную цель (только 11% патронов нападавших и 25% пуль, выпущенных полицейскими, попадают в намеченную цель в одном исследовании). Обычно оружие низкого калибра используется в преступлениях, потому что они дешевле и легче носить и легче контролировать во время стрельбы.

Уничтожение тканей может быть увеличено любым калибром с использованием пули с расширяющимися полыми точками. Двумя основными переменными в баллистике пистолетов являются диаметр пули и объем пороха в корпусе картриджа. Картриджи более старого дизайна были ограничены давлениями, которые они могли выдержать, но достижения в металлургии позволили удвоить и утроить максимальное давление, чтобы можно было генерировать больше кинетической энергии.

Баллистика изучает метание снаряда (пули) из ствольного оружия. Баллистику делят на внутреннюю, которая изучает явления происходящие в стволе в момент выстрела, и внешнюю, объясняющую поведение пули после вылета из ствола.

Основы внешней баллистики

Знание внешней баллистики (далее баллистики) позволяет стрелку еще до выстрела с достаточной для практического применения точностью знать, куда попадет пуля. На точность выстрела влияет масса взаимосвязанных факторов: динамическое взаимодействие деталей и частей оружия между собой и телом стрелка, газа и пули, пули со стенками канала ствола, пули с окружающей средой после вылета из ствола и многое другое.

После вылета из ствола пуля летит не по прямой, а по так называемой баллистической траектории, близкой к параболе. Иногда на малых дистанциях стрельбы отклонением траектории от прямолинейной можно пренебречь, однако на больших и предельных дистанциях стрельбы (что характерно для охоты) знание законов баллистики абсолютно необходимо.

Заметим, что пневматическое оружие обычно придает легкой пуле небольшую или среднюю скорость (от 100 до 380 м/с), поэтому искривление траектории полета пули от разных воздействий значительнее, чем для огнестрельного оружия.

вебсайт

На пулю, вылетевшую из ствола с определенной скоростью, в полете действуют две основные силы: сила тяжести и сила сопротивления воздуха. Действие силы тяжести направлено вниз, оно заставляет пулю непрерывно снижаться. Действие силы сопротивления воздуха направлено навстречу движению пули, оно заставляет пулю непрерывно снижать скорость полета. Все это приводит к отклонению траектории вниз.

Для повышения устойчивости пули в полете на поверхности канала ствола нарезного оружия имеются спиральные канавки (нарезы), которые придают пуле вращательное движение и тем самым предотвращают ее кувыркание в полете.

Вследствие вращения пули в полете

Вследствие вращения пули в полете, сила сопротивления воздуха действует неравномерно на разные части пули. В результате пуля встречает большее сопротивление воздуха одной из сторон и в полете все больше и больше отклоняется от плоскости стрельбы в сторону своего вращения. Это явление называется деривацией . Действие деривации неравномерно и усиливается к концу траектории.

Мощные пневматические винтовки могут придать пуле начальную скорость выше звуковой (до 360-380 м/с). Скорость звука в воздухе не постоянна (зависит от атмосферных условий, высоты над уровнем моря и т.д.), но ее можно принять равной 330-335 м/с. Легкие пули для пневматики с малой поперечной нагрузкой испытывают сильные возмущения и отклоняются от своей траектории, преодолевая звуковой барьер. Поэтому целесообразно стрелять более тяжелыми пулями с начальной скоростью приближающейся к скорости звука.

На траекторию полета пули также влияют метеоусловия - ветер, температура, влажность и давление воздуха.

Ветер считается слабым при его скорости 2 м/c, средним (умеренным) - при 4 м/c, сильным - при 8 м/c. Боковой умеренный ветер, действующий под углом 90° к траектории, уже весьма значительно влияет на легкую и "малоскоростную" пулю, выпущенную из пневматического оружия. Воздействие ветра той же силы, но дующего под острым углом к траектории - 45° и менее - вызывает вдвое меньшее отклонение пули.

Ветер, дующий вдоль траектории в ту или иную сторону, замедляет или ускоряет скорость пули, что нужно учитывать при стрельбе по движущейся цели. На охоте скорость ветра можно оценить с приемлемой точностью при помощи носового платка: если взять платок за два угла то при слабом ветре он будет слегка колыхаться, при умеренном - отклоняться на 45°, а при сильном - развиваться горизонтально поверхности земли.

Нормальными метеоусловиями считаются: температура воздуха - плюс 15°С, влажность - 50%, давление - 750 мм ртутного столба. Превышение температуры воздуха над нормальной приводит к повышению траектории на той же дистанции, а понижение температуры - к понижению траектории. Повышенная влажность приводит к понижению траектории, а пониженная - к повышению траектории. Напомним, что атмосферное давление изменяется не только от погоды, но и от высоты над уровнем моря - чем выше давление, тем ниже траектория.

Для каждого "дальнобойного" оружия и боеприпаса существуют свои таблицы поправок, позволяющие учитывать влияние метеоусловий, деривации, взаиморасположение стрелка и цели по высоте, скорости пули и других факторов на траекторию полета пули. К сожалению, для пневматического оружия подобные таблицы не публикуются, поэтому любители стрелять на предельные дистанции или в малоразмерные цели вынуждены составлять такие таблицы сами - их полнота и точность являются залогом успеха на охоте или соревнованиях.

При оценке результатов стрельбы нужно помнить, что на пулю с момента выстрела и до конца ее полета действуют некоторые случайные (не учитываемые) факторы, что приводит к небольшим отклонениям траектории полета пули от выстрела к выстрелу. Поэтому даже в "идеальных" условиях (например, при жестком закреплении оружия в станке, постоянстве внешних условий и т.п.) попадания пуль в цель имеют вид овала, сгущающегося к центру. Такие случайные отклонения называются девиацией . Формула ее расчета приведена ниже в этом разделе.

А теперь рассмотрим траекторию полета пули и ее элементы (см. рисунок 1).

Прямая линия, представляющая продолжение оси канала ствола до выстрела, называется линией выстрела. Прямая линия, являющаяся продолжением оси ствола при вылете из него пули, называется линией бросания. Из-за колебаний ствола его положение в момент выстрела и в момент вылета пули из ствола будет отличаться на угол вылета.

В результате действия силы тяжести и силы сопротивления воздуха пуля летит не по линии бросания, а по неравномерно изогнутой кривой, проходящей ниже линии бросания.

Началом траектории является точка вылета. Горизонтальная плоскость, проходящая через точку вылета, называется горизонтом оружия. Вертикальная плоскость, проходящая через точку вылета по линии бросания, называется плоскостью стрельбы.

Чтобы добросить пулю до любой точки на горизонте оружия, необходимо линию бросания направить выше горизонта. Угол, составленный линией выстрела и горизонтом оружия, называется углом возвышения. Угол, составленный линией бросания и горизонтом оружия, называется углом бросания.

Точка пересечения траектории с горизонтом оружия называется (табличной) точкой падения. Расстояние по горизонту от точки вылета до (табличной) точки падения называется горизонтальной дальностью. Угол между касательной к траектории в точке падения и горизонтом оружия называется (табличным) углом падения.

Самая высокая точка траектории над горизонтом оружия называется вершиной траектории, а расстояние от горизонта оружия до вершины траектории - высотой траектории. Вершина траектории делит траекторию на две неравные части: восходящую ветвь - более длинную и пологую и нисходящую ветвь - более короткую и крутую.

Рассматривая положение цели относительно стрелка, можно выделить три ситуации :

Стрелок и цель расположены на одном уровне.
- стрелок расположен ниже цели (стреляет вверх под углом).
- стрелок расположен выше цели (стреляет вниз под углом).

Для того, чтобы направить пулю в цель, необходимо придать оси канала ствола определенное положение в вертикальной и горизонтальной плоскости. Придание нужного направления оси канала ствола в горизонтальной плоскости называется горизонтальной наводкой, а придание направления в вертикальной плоскости - вертикальной наводкой.

Вертикальная и горизонтальная наводка производится с помощью прицельных приспособлений. Механические прицельные приспособления нарезного оружия состоят из мушки и целика (или диоптра).

Прямая линия, соединяющая середину прорези целика с вершиной мушки, называется прицельной линией.

Наводка стрелкового оружия с помощью прицельных приспособлений осуществляется не от горизонта оружия, а относительно расположения цели . В связи с этим элементы наводки и траектории получают следующие обозначения (см. рисунок 2).

Точка, по которой наводится оружие, называется точкой прицеливания. Прямая линия, соединяющая глаз стрелка, середину прорези целика, вершину мушки и точку прицеливания, называется линией прицеливания.

Угол, образованный линией прицеливания и линией выстрела, называется углом прицеливания. Этот угол при наводке получается путем установки прорези прицела (или мушки) по высоте, соответствующей дальности стрельбы.

Точка пересечения нисходящей ветви траектории с линией прицеливания называется точкой падения. Расстояние от точки вылета до точки падения называется прицельной дальностью. Угол между касательной к траектории в точке падения и линией прицеливания называется углом падения.

При расположении оружия и цели на одинаковой высоте линия прицеливания совпадает с горизонтом оружия, а угол прицеливания - с углом возвышения. При расположении цели выше или ниже горизонта оружия между линией прицеливания и линией горизонта образуется угол места цели. Угол места цели считается положительным , если цель находится выше горизонта оружия и отрицательным , если цель находится ниже горизонта оружия.

Угол места цели и угол прицеливания вместе составляют угол возвышения. При отрицательном угле места цели линия выстрела может быть направлена ниже горизонта оружия; в этом случае угол возвышения становится отрицательным и называется углом склонения.

В своем конце траектория пули пересекается либо с целью (преградой), либо с поверхностью земли. Точка пересечения траектории с целью (преградой) или поверхностью земли называется точкой встречи. От угла, под каким пуля попадает в цель (преграду) или в землю, их механических характеристик, материала пули зависит возможность рикошета. Расстояние от точки вылета до точки встречи называется действительной дальностью. Выстрел, при котором траектория не поднимается над линией прицеливания выше цели на всем протяжении прицельной дальности, называется прямым выстрелом.

Из всего вышесказанного ясно, что до начала практической стрельбы оружие нужно пристрелять (иначе - привести к нормальному бою). Пристрелку следует проводить с тем же боеприпасом и в тех же условиях, какие будут характерны при последующих стрельбах. Обязательно нужно учитывать размер цели, позицию стрельбы (лежа, с колена, стоя, из неустойчивых положений), даже толщину одежды (при пристрелке винтовки).

Линия прицеливания, проходящая от глаза стрелка через вершину мушки, верхний обрез целика и цель, является прямой линией в то время как траектория полета пули неравномерно искривленная книзу линия. Линия прицеливания расположена выше ствола на 2-3 см в случае открытого прицела и гораздо выше в случае оптического.

В простейшем случае, если линия прицеливания горизонтальна, траектория пули дважды пересекает линию прицеливания: на восходящей и нисходящей части траектории. Оружие обычно пристреливают (настраивают прицельные приспособления) на горизонтальное расстояние, на котором нисходящая часть траектории пересекает линию прицеливания.

Может показаться, что существуют всего две дистанции до цели - там, где траектория пересекает линию прицеливания - на которых гарантируется попадание. Так спортивная стрельба производится на фиксированной дистанции 10 метров, на которой траекторию полета пули можно считать прямолинейной.

Для практической стрельбы (например, охоты) обычно дальности стрельбы значительно больше и приходится учитывать кривизну траектории. Но здесь играет стрелку играет на руку тот факт, что размеры цели (убойного места) по высоте в этом случае может достигать 5-10 см и более. Если подобрать такую горизонтальную дальность пристрелки оружия, что высота траектории на дистанции не превысит высоты цели (так называемый прямой выстрел), то целясь под обрез цели, мы сможем поражать ее на всем протяжении дистанции стрельбы.

Дальность прямого выстрела, на которой высота траектории не поднимается над линией прицеливания выше высоты цели, весьма важная характеристика любого оружия, определяющая пологость траектории.
Точкой прицеливания обычно выбирают нижний обрез мишени или ее центр. Более удобно целиться под обрез, когда вся цель видна при прицеливании.

При стрельбе обычно приходится вводить вертикальные поправки, если:

• размер цели меньше, чем обычно.
• дистанция стрельбы превышает дистанцию пристрелки оружия.
• дистанция стрельбы ближе, чем первая точка пересечения траектории с линией прицеливания (характерно для стрельбы с оптическим прицелом).

Горизонтальные поправки обычно приходится вводить в процессе стрельбы в ветреную погоду или при стрельбе по движущейся цели. Обычно поправки для открытых прицелов вводятся путем стрельбы с упреждением (выносом точки прицеливания вправо или влево от цели), а не подстройкой прицельных приспособлений.

Внутренняя и внешняя баллистика.

Выстрел и его периоды. Начальная скорость пули.

Занятие № 5.

«ПРАВИЛА СТРЕЛЬБЫ ИЗ СТРЕЛКОВОГО ОРУЖИЯ»

1. Выстрел и его периоды. Начальная скорость пули.

Внутренняя и внешняя баллистика.

2. Правила стрельбы.

Баллистика – это наука о движении тел, брошенных в пространстве. Она занимается, главным образом, исследованием движения снарядов, выпущенных из огнестрельного оружия, ракетных снарядов и баллистических ракет.

Различают внутреннюю баллистику, занимающуюся исследованием движения снаряда в канале орудия, в противоположность внешней баллистике, исследующей движение снаряда по выходе из орудия.

Мы будем рассматривать баллистику как науку о движении пули при стрельбе.

Внутренняя баллистика – это наука, занимающаяся изучением процессов, которые проходят при выстреле и, в особенности, при движении пули по каналу ствола.

Выстрелом называется выбрасывание пули из канала ствола оружия энергией газов, образующихся при сгорании порохового заряда.

При выстреле из стрелкового оружия происходят следующие явления. От удара бойка по капсюлю боевого патрона, посланного в патронник, взрывается ударный состав капсюля и образуется пламя, которое через отверстие в дне гильзы проникает к пороховому заряду и воспламеняет его. При сгорании порохового (или т.н. боевого) заряда образуется большое количество сильно нагретых газов, создающих в канале ствола высокое давление на дно пули, дно и стенки гильзы, а также на стенки ствола и затвор. В результате давления газов на пулю, она сдвигается с места и врезается в нарезы; вращаясь по ним, продвигается по каналу ствола с непрерывно возрастающей скоростью и выбрасывается наружу по направлению оси канала ствола. Давление газов на дно гильзы вызывает отдачу – движение оружия (ствола) назад. От давления газов на стенки гильзы и ствола происходит их растяжение (упругая деформация) и гильзы, плотно прижимаясь к патроннику, препятствуют прорыву пороховых газов в сторону затвора. Одновременно при выстреле возникает колебательное движение (вибрация) ствола и происходит его нагревание.

При сгорании порохового заряда примерно 25-30% выделяемой энергии затрачивается на сообщение пуле поступательного движения (основная работа); 15‑25% энергии – на совершение второстепенных работ (врезание и преодоление трения пули при движении по каналу ствола, нагревание стенок ствола, гильзы и пули; перемещение подвижных частей оружия, газообразной и несгоревшей частей пороха); около 40% энергии не используется и теряется после вылета пули из канала ствола.

Выстрел проходит в очень короткий промежуток времени: 0,001‑0,06 секунды. При выстреле различают четыре периода:

Предварительный;

Первый (или основной);

Третий (или период последействия газов).

Предварительный период длится от начала горения порохового заряда до полного врезания оболочки пули в нарезы канала ствола. В течение этого периода в канале ствола создается давление газов, необходимое для того, чтобы сдвинуть пулю с места и преодолеть сопротивление ее оболочки врезанию в нарезы ствола. Это давление (зависит от устройства нарезов, веса пули и твердости ее оболочки) называется давлением форсирования и достигает 250‑500 кг/см 2 . Принимают, что горение порохового заряда в этом периоде происходит в постоянном объеме, оболочка врезается в нарезы мгновенно, а движение пули начинается сразу же при достижении в канале ствола давления форсирования.

Первый (основной) период длится от начала движения пули до момента полного сгорания порохового заряда. В начале периода, когда скорость движения пули по каналу ствола еще невелика, количество газов растет быстрее, чем объем запульного пространства (пространство между дном пули и дном гильзы), давление газов быстро повышается и достигает наибольшей величины. Это давление называется максимальным давлением. Оно создается у стрелкового оружия при прохождении пулей 4-6 см пути. Затем, вследствие быстрого увеличения скорости движения пули, объем запульного пространства увеличивается быстрее притока новых газов и давление начинает падать, к концу периода оно равно примерно 2/3 максимального давления. Скорость движения пули постоянно возрастает и к концу периода достигает 3/4 начальной скорости. Пороховой заряд полностью сгорает незадолго до того, как пуля вылетит из канала ствола.

Второй период длится от момента полного сгорания порохового заряда до момента вылета пули из канала ствола. С началом этого периода приток пороховых газов прекращается, однако сильно сжатые и нагретые газы расширяются и, оказывая давление на пулю, увеличивает скорость ее движения. Скорость пули на вылете из канала ствола (дульная скорость ) несколько меньше начальной скорости.

Начальной скоростью называется скорость движения пули у дульного среза ствола, т.е. в момент её вылета из канала ствола. Она измеряется в метрах в секунду (м/с). Начальная скорость калиберных пуль и снарядов составляет 700‑1000 м/с.

Величина начальной скорости является одной из важнейших характеристик боевых свойств оружия. Для одной и той же пули увеличение начальной скорости приводит к увеличению дальности полета, пробивного и убойного действия пули , а также к уменьшению влияния внешних условий на ее полёт.

Пробивное действие пули характеризуется её кинетической энергией: глубиной проникновения пули в преграду определенной плотности.

При стрельбе из АК74 и РПК74 пуля со стальным сердечником 5,45 мм патрона пробивает:

o стальные листы толщиной:

· 2 мм на дальности до 950 м;

· 3 мм – до 670 м;

· 5 мм – до 350 м;

o стальной шлем (каска) – до 800 м;

o земляную преграду 20-25 см – до 400 м;

o сосновые брусья толщиной 20 см – до 650 м;

o кирпичную кладку 10-12 см – до 100 м.

Убойность пули характеризуется ее энергией (живой силой удара) в момент встречи с целью.

Энергия пули измеряется в килограмм-сила-метрах (1 кгс·м – энергия, которая необходима для совершения работы по подъему 1 кг на высоту 1 м). Для нанесения поражения человеку необходима энергия, равная 8 кгс·м, для нанесения такого же поражения животному – около 20 кгс·м. Энергия пули у АК74 на 100 м равна 111 кгс·м, а на 1000 м – 12 кгс·м; убойное действие пули сохраняется до дальности 1350 м.

Величина начальной скорости пули зависит от длины ствола, массы пули и свойств пороха. Чем длиннее ствол, тем большее время на пулю действуют пороховые газы и тем больше начальная скорость. При постоянной длине ствола и постоянной массе порохового заряда начальная скорость тем больше, чем меньше масса пули.

У некоторых видов стрелкового оружия, особенно короткоствольных (например, пистолет Макарова), второй период отсутствует, т.к. полного сгорания порохового заряда к моменту вылета пули из канала ствола не происходит.

Третий период (период последействия газов) длится от момента вылeтa пули из канала ствола до момента прекращения действия пороховых газов на пулю. В течение этого периода пороховые газы, истекающие из канала ствола со скоростью 1200-2000 м/с, продолжают воздействовать на пулю и придают ей дополнительную скорость. Наибольшей (максимальной) скорости пуля достигает в конце третьего периода на удалении нескольких десятков сантиметров от дульного среза ствола.

Раскаленные пороховые газы, истекающие из ствола вслед за пулей, при встрече с воздухом вызывают ударную волну, которая является источником звука выстрела. Смешивание раскаленных пороховых газов (среди которых есть окиси углерода и водорода) с кислородом воздуха вызывает вспышку, наблюдаемую как пламя выстрела.

Давление пороховых газов, действующее на пулю, обеспечивает придание ей поступательной скорости, а также скорости вращения. Давление, действующее в противоположную сторону (на дно гильзы), создает силу отдачи. Движение оружия назад под действием силы отдачи называется отдачей . При стрельбе из стрелкового оружия сила отдачи ощущается в виде толчка в плечо, руку, действует на установку или грунт. Энергия отдачи тем больше, чем мощнее оружие. У ручного стрелкового оружия отдача обычно не превышает 2 кг/м и воспринимается стреляющим безболезненно.

Рис. 1. Подбрасывание дульной части ствола оружия вверх при выстреле

в результате действия отдачи.

Действие отдачи оружия характеризуется величиной скорости и энергии, которой оно обладает при движении назад. Скорость отдачи оружия примерно во столько раз меньше начальной скорости пули, во сколько раз пуля легче оружия.

При стрельбе из автоматического оружия, устройство которого основано на принципе использования энергии отдачи, часть ее расходуется на сообщение движения подвижным частям и на перезаряжание оружия. Поэтому энергия отдачи при выстреле из такого оружия меньше, чем при стрельбе из неавтоматического оружия или из автоматического оружия, устройство которого основано на принципе использования энергии пороховых газов, отводимых через отверстия в стенке ствола.

Сила давления пороховых газов (сила отдачи) и сила сопротивления отдаче (упор приклада, рукоятки, центр тяжести оружия и т.д.) расположены не на одной прямой и направлены в противоположные стороны. Образующаяся при этом динамическая пара сил приводит к возникновению углового перемещения оружия. Отклонения могут также происходить вследствие влияния действия автоматики стрелкового оружия и динамического изгиба ствола при движении по нему пули. Эти причины приводят к образованию угла между направлением оси канала ствола до выстрела и ее направлением в момент вылета пули из канала ствола – угла вылета . Величина отклонения дульной части ствола данного оружия тем больше, чем больше плечо этой пары сил.

Кроме того, при выстреле ствол оружия совершает колебательное движение – вибрирует. В результате вибрации дульная часть ствола в момент вылета пули может также отклониться от первоначального положения в любую сторону (вверх, вниз, вправо, влево). Величина этого отклонения увеличивается при неправильном использовании упора для стрельбы, загрязнении оружия и т.п. Угол вылета считается положительным, когда ось канала ствола в момент вылета пули выше ее положения до выстрела, отрицательным, когда ниже. Величина угла вылета дается в таблицах стрельбы.

Влияние угла вылета на стрельбу у каждого экземпляра оружия устраняется при приведении его к нормальному бою (см. Руководство по 5,45‑мм автоматам Калашникова… – Глава 7 ). Однако при нарушении правил прикладки оружия, использования упора, а также правил ухода за оружием и его сбережения изменяются величина угла вылета и бой оружия.

В целях уменьшения вредного влияния отдачи на результаты в некоторых образцах стрелкового оружия (например, автомат Калашникова) применяются специальные устройства – компенсаторы.

Дульный тормоз-компесатор представляет собой специальное приспособление на дульной части ствола, действуя на которое, пороховые газы после вылета пули уменьшают скорость отдачи оружия. Кроме того, истекающие из канала ствола газы, ударяясь о стенки компенсатора, несколько опускают дульную часть ствола влево и вниз.

В АК74 дульный тормоз-компенсатор уменьшает отдачу на 20%.

1.2. Внешняя баллистика. Траектория полёта пули

Внешняя баллистика – это наука, изучающая движение пули в воздухе (т.е. после прекращения действия на нее пороховых газов).

Вылетев из канала ствола под действием пороховых газов, пуля движется по инерции. Для того чтобы определить, как же движется пуля необходимо рассматривать траекторию ее движения. Траекторией называется кривая линия, описываемая центром тяжести пули во время полета.

Пуля при полете в воздухе подвергается действиям двух сил: силы тяжести и силы сопротивления воздуха. Сила тяжести заставляет постепенно понижаться, а сила сопротивления воздуха непрерывно замедляет движение пули и стремится опрокинуть ее. В результате действия этих сил скорость полета пули постепенно уменьшается, а ее траектория представляет собой по форме неравномерно изогнутую кривую.

Сопротивление воздуха полету пули вызывается тем, что воздух представляет собой упругую среду, поэтому в этой среде затрачивается часть энергии пули, что вызывается тремя основными причинами:

· трением воздуха;

· образованием завихрений;

· образованием баллистической волны.

Равнодействующая этих сил составляет силу сопротивления воздуха.

Рис. 2.Образование силы сопротивления воздуха.

Рис. 3.Действие силы сопротивления воздуха на полет пули:

ЦТ – центр тяжести; ЦС – центр сопротивления воздуха.

Частицы воздуха, соприкасающиеся с движущейся пулей создают трение и уменьшают скорость полета пули. Примыкающий к поверхности пули слой воздуха, в котором движение частиц изменяется в зависимости от скорости называется пограничным слоем. Этот слой воздуха, обтекая пулю, отрывается от ее поверхности и не успевает сразу же сомкнуться за донной частью.

За донной частью пули образуется разряженное пространство, вследствие чего появляется разность давления на головную и донную части. Эта разность создает силу, направленную в сторону обратную движению пули, и уменьшающую скорость ее полета. Частицы воздуха, стремясь заполнить разрежение, образовавшееся за пулей, создают завихрение.

Пуля при полете сталкивается с частицами воздуха и заставляет их колебаться. Вследствие этого перед пулей повышается плотность воздуха и образуется звуковая волна. Поэтому полет пули сопровождается характерным звуком. При скорости полета пули, меньшей скорости звука, образование этих волн оказывает незначительное влияние на ее полет, т.к. волны распространяются быстрее скорости полета пули. При скорости полета пули, большей скорости звука, от набегания звуковых волн друг на друга создается волна сильно уплотненного воздуха – баллистическая волна, замедляющая скорость полета пули, т.к. пуля тратит часть своей энергии на создание этой волны.

Действие силы сопротивления воздуха на полет пули очень велико: оно вызывает уменьшение скорости и дальности полета. Например, пуля при начальной скорости 800 м/с в безвоздушном пространстве полетела бы на дальность 32620 м; дальность же полета этой пули при наличии сопротивления воздуха равна лишь 3900 м.

Величина силы сопротивления воздуха в основном зависит от:

§ скорости полета пули;

§ формы и калибра пули;

§ от поверхности пули;

§ плотности воздуха

и возрастает с увеличением скорости полета пули, ее калибра и плотности воздуха.

При сверхзвуковых скоростях полета пули, когда основной причиной сопротивления воздуха является образование уплотнения воздуха перед головной частью (баллистической волны) выгодны пули с удлиненной остроконечной головной частью.

Таким образом, сила сопротивления воздуха уменьшает скорость движения пули и опрокидывает её. В результате этого пуля начинает «кувыркаться», возрастает сила сопротивления воздуха, уменьшается дальность полета и понижается её действие по цели.

Стабилизация пули в полете обеспечивается приданием пуле быстрого вращательного движения вокруг своей оси, а также – хвостовым оперением гранаты. Скорость вращения при вылете из нарезного оружия составляет: пуль 3000-3500 об/с, проворачивание оперенных гранат 10-15 об/с. Вследствие вращательного движения пули, воздействия силы сопротивления воздуха и силы тяжести происходит отклонение пули в правую сторону от вертикальной плоскости, проведенной через ось канала ствола, – плоскости стрельбы . Отклонение пули от нее при полете в сторону вращения называется деривацией .

Рис. 4. Деривация (вид траектории сверху).

В результате действия этих сил пуля совершает полет в пространстве по неравномерно изогнутой кривой линии, называемой траекторией .

Продолжим рассмотрение элементов и определений траектории пули.

Рис. 5. Элементы траектории.

Центр дульного среза ствола называется точкой вылета. Точка вылета является началом траектории.

Горизонтальная плоскость проходящая через точку вылета называется горизонтом оружия. На чертежах, изображающих оружие и траекторию сбоку, горизонт оружия имеет вид горизонтальной линии. Траектория дважды пересекает горизонт оружия: в точке вылета и в точке падения.

наведенного оружия , называетсялинией возвышения .

Вертикальная плоскость, проходящая через линию возвышения называетсяплоскостью стрельбы.

Угол, заключенный между линией возвышения и горизонтом оружия называетсяуглом возвышения. Если этот угол отрицательный, то он называетсяуглом склонения (снижения).

Прямая линия, являющаяся продолжением оси канала ствола в момент вылета пули , называется линией бросания .

Угол, заключенный между линией бросания и горизонтом оружия, называется углом бросания .

Угол, заключенный между линией возвышения и линией бросания, называется углом вылета .

Точка пересечения траектории с горизонтом оружия называетсяточкой падения.

Угол, заключенный между касательной к траектории в точке падения и горизонтом оружия называетсяуглом падения.

Расстояние от точки вылета до точки падения называется полной горизонтальной дальностью.

Скорость пули в точке падения называетсяокончательной скоростью.

Время движения пули от точки вылета до точки падения называется полным временем полета.

Наивысшая точка траектории называетсявершиной траектории.

Кратчайшее расстояние от вершины траектории до горизонта оружия называетсявысотой траектории.

Часть траектории от точки вылета до вершины называетсявосходящей ветвью, часть траектории от вершины до точки падения называется нисходящей ветвью траектории.

Точка на цели (или вне её), в которую наводится оружие, называется точкой прицеливания (ТП).

Прямая линия от глаза стрелка до точки прицеливания называется линией прицеливания.

Расстояние от точки вылета до пересечения траектории с линией прицеливания, называетсяприцельной дальностью.

Угол, заключенный между линией возвышения и линией прицеливания, называетсяуглом прицеливания.

Угол, заключенный между линией прицеливания и горизонтом оружия называетсяуглом места цели.

Прямая, соединяющая точку вылета с целью, называется линией цели .

Расстояние от точки вылета до цели по линии цели называется наклонной дальностью . При стрельбе прямой наводкой линия цели практически совпадает с линией прицеливания, а наклонная дальность – с прицельной дальностью.

Точка пересечения траектории с поверхностью цели (земли, преграды) называется точкой встречи .

Угол, заключенный между касательной к траектории и касательной к поверхности цели (земли, преграды) в точке встречи, называется углом встречи .

Форма траектории зависит от величины угла возвышения. С увеличением угла возвышения высота траектории и полная горизонтальная дальность полета пули увеличивается. Но это происходит до известного предела. За этим пределом высота траектории продолжает увеличиваться, а полная горизонтальная дальность начинает уменьшаться.

Угол возвышения, при котором полная горизонтальная дальность полета пули становится наибольшей, называется углом наибольшей дальности (величина этого угла составляет около 35°).

Различают настильные и навесные траектории:

1. Настильной – называется траектория, получаемая при углах возвышения меньших угла наибольшей дальности.

2. Навесной – называется траектория, получаемая при углах возвышения больших угла наибольшей дальности.

Настильная и навесная траектории, получаемые при стрельбе из одного и того же оружия при одной и той же начальной скорости и имеющие одинаковую полную горизонтальную дальность, называются – сопряжёнными .

Рис. 6. Угол наибольшей дальности,

настильные, навесные и сопряжённые траектории.

Траектория более настильна, если она меньше поднимается над линией цели, и чем меньше угол падения. Настильность траектории влияет на величину дальности прямого выстрела, а также на величину поражаемого и мертвого пространства.

При стрельбе из стрелкового оружия и гранатометов используются только настильные траектории. Чем настильнее траектория, тем на большем протяжении местности цель может быть поражена с одной установкой прицела (тем меньшее влияние на результаты стрельбы оказывает ошибка в определении установки прицела): в этом заключается практическое значение траектории.

Содержание статьи

БАЛЛИСТИКА, комплекс физико-технических дисциплин, охватывающих теоретическое и экспериментальное исследование движения и конечного воздействия метаемых твердых тел – пуль, артиллерийских снарядов, ракет, авиационных бомб и космических летательных аппаратов. Баллистика разделяется на: 1) внутреннюю баллистику, изучающую методы приведения снаряда в движение; 2) внешнюю баллистику, изучающую движение снаряда по траектории; 3) баллистику в конечной точке, предметом изучения которой являются закономерности воздействия снарядов на поражаемые цели. Разработка и проектирование видов и систем баллистического оружия основываются на применении математики, физики, химии и конструкторских достижений для решения многочисленных и сложных задач баллистики. Основателем современной баллистики принято считать И.Ньютона (1643–1727). Формулируя законы движения и рассчитывая траекторию материальной точки в пространстве, он опирался на математическую теорию динамики твердого тела, которую разработали И.Мюллер (Германия) и итальянцы Н.Фонтана и Г.Галилей в 15 и 16 вв.

Классическая задача внутренней баллистики, которая состоит в расчете начальной скорости снаряда, максимального давления в стволе и зависимости давления от времени, для стрелкового оружия и пушек решена теоретически довольно полно. Что касается современных артиллерийских и ракетных систем – безоткатных орудий, газовых пушек, артиллерийских ракет и систем с реактивной тягой, – то здесь ощущается потребность в дополнительном уточнении баллистической теории. Типичные задачи баллистики с наличием аэродинамических, инерционных и гравитационных сил, действующих на снаряд или ракету в полете, за последние годы стали более сложными. Гиперзвуковые и космические скорости, вхождение носового конуса в плотные слои атмосферы, огромная длина траектории, полет за пределами атмосферы и межпланетные космические полеты – все это требует обновления законов и теорий баллистики.

Истоки баллистики теряются в древности. Самым первым ее проявлением было, несомненно, метание камней доисторическим человеком. Такие предшественники современного оружия, как лук, катапульта и баллиста, могут служить типичным примером самых ранних видов применения баллистики. Прогресс в конструировании оружия привел к тому, что в наши дни артиллерийские орудия стреляют 90-килограммовыми снарядами на расстояния более 40 км, противотанковые снаряды способны пробивать стальную броню толщиной 50 см, а управляемые ракеты могут доставить исчисляемую в тоннах боевую нагрузку в любую точку земного шара.

На протяжении многих лет использовались разные способы ускорения метательных снарядов. Лук ускорял стрелу за счет энергии, запасенной в согнутом куске дерева; пружинами баллисты служили скручиваемые сухожилия животных. Были опробованы электромагнитная сила, сила пара, сжатого воздуха. Однако ни один из способов не был столь успешен, как сжигание горючих веществ.

ВНУТРЕННЯЯ БАЛЛИСТИКА

Внутренняя баллистика – это раздел баллистики, изучающий процессы приведения снаряда в поступательное движение. Такие процессы требуют: 1) энергии; 2) наличия рабочего вещества; 3) наличия устройства, управляющего подводом энергии и разгоняющего снаряд.Устройством для разгона снаряда может служить орудийная система или реактивный двигатель.

Ствольные системы ускорения.

Общая классическая задача внутренней баллистики в применении к ствольным системам начального ускорения снаряда состоит в отыскании предельных соотношений между характеристиками заряжания и баллистическими элементами выстрела, которыми в совокупности полностью определяется процесс выстрела. Характеристики заряжания – это размеры пороховой каморы и канала ствола, конструкция и форма нарезов, а также массы порохового заряда, снаряда и орудия. Баллистические элементы – это давление газа, температура пороха и пороховых газов, скорость газов и снаряда, расстояние, преодолеваемое снарядом, и количество действующих в данный момент газов. Орудие, в сущности, представляет собой однотактный двигатель внутреннего сгорания, в котором снаряд движется как свободный поршень под давлением быстро расширяющегося газа.

Давление, возникающее вследствие превращения твердого горючего вещества (пороха) в газ, очень быстро повышается до максимального значения, составляющего от 70 до 500 МПа. При продвижении снаряда по каналу ствола давление довольно быстро падает. Длительность действия высокого давления – порядка нескольких миллисекунд для винтовки и нескольких десятых долей секунды для оружия большого калибра (рис. 1).

Характеристики внутренней баллистики ствольной системы ускорения зависят от химического состава метательного взрывчатого вещества, скорости его горения, формы и размера порохового заряда и от плотности заряжания (массы порохового заряда на единицу объема каморы орудия). Кроме того, на характеристиках системы могут сказываться длина ствола орудия, объем пороховой каморы, масса и «поперечная плотность» снаряда (масса снаряда, деленная на квадрат его диаметра). С точки зрения внутренней баллистики, желательна малая плотность, так как при этом снаряд достигает большей скорости.

Для удержания орудия с откатом в равновесии во время выстрела требуется прилагать значительную внешнюю силу (рис. 2). Внешняя сила, как правило, обеспечивается противооткатным механизмом, состоящим из механических пружин, гидравлических устройств и газовых амортизаторов, рассчитанных так, чтобы гасился направленный назад импульс ствола и казенной части с затвором орудия. (Импульс, или количество движения, определяется как произведение массы на скорость; по третьему закону Ньютона импульс, сообщаемый орудию, равен импульсу, передаваемому снаряду.)

В безоткатном орудии не требуется внешней силы для поддержания равновесия системы, так как здесь полное изменение импульса, сообщаемого всем элементам системы (газам, снаряду, стволу и казенной части) за заданное время, равно нулю. Чтобы оружие не давало отдачи, импульс движущихся вперед газов и снаряда должен быть равен и противоположно направлен импульсу газов, движущихся назад и выходящих наружу через казенную часть.

Газовая пушка.

Газовая пушка состоит из трех основных частей, показанных на рис. 3: секции сжатия, ограничительной секции и пускового ствола. Обычный пороховой заряд поджигается в каморе, что заставляет поршень двигаться по стволу секции сжатия и сжимать газообразный гелий, заполняющий канал ствола. Когда давление гелия нарастает до определенного уровня, разрывается диафрагма. Резкий прорыв газа под высоким давлением выталкивает снаряд из пускового ствола, а ограничительная секция останавливает поршень. Скорости снаряда, выпущенного газовой пушкой, могут достигать 5 км/с, тогда как для обычного орудия это максимум 2000 м/с. Более высокая эффективность газовой пушки объясняется малой молекулярной массой рабочего вещества (гелия) и соответственно высокой скоростью звука в гелии, воздействующем на донную часть снаряда.

Реактивные системы.

Реактивные пусковые установки выполняют в основном те же функции, что и артиллерийские орудия. Такая установка играет роль неподвижной опоры и обычно задает начальное направление полета реактивного снаряда. При пуске управляемой ракеты, имеющей, как правило, бортовую систему наведения, точная наводка, необходимая при стрельбе из орудия, не требуется. В случае же неуправляемых ракет направляющие пусковой установки должны вывести ракету на траекторию, ведущую к цели.

ВНЕШНЯЯ БАЛЛИСТИКА

Внешняя баллистика занимается движением снарядов в пространстве между пусковой установкой и целью. Когда снаряд приведен в движение, его центр масс прочерчивает в пространстве кривую, называемую траекторией. Основная задача внешней баллистики состоит в том, чтобы описать эту траекторию, определив положение центра масс и пространственное положение снаряда в функции времени полета (времени после запуска). Для этого нужно решить систему уравнений, в которых учитывались бы силы и моменты сил, действующие на снаряд.

Вакуумные траектории.

Самый простой из частных случаев движения снаряда – движение снаряда в вакууме над плоской неподвижной земной поверхностью. В этом случае предполагается, что на снаряд не действуют никакие другие силы, кроме земного тяготения. Уравнения движения, соответствующие такому предположению, легко решаются и дают траекторию параболической формы.

Траектории материальной точки.

Другой частный случай – движение материальной точки; здесь снаряд рассматривается как материальная точка, и учитываются его лобовое сопротивление (сила сопротивления воздуха, действующая в обратном направлении по касательной к траектории и замедляющая движение снаряда), сила тяжести, скорость вращения Земли и кривизна земной поверхности. (Вращение Земли и кривизну земной поверхности можно не учитывать, если время полета по траектории не очень велико.) Следует сказать несколько слов о лобовом сопротивлении. Сила лобового сопротивления D , оказываемого движению снаряда, дается выражением

D = rSv 2 C D (M ),

где r – плотность воздуха, S – площадь поперечного сечения снаряда, v – скорость движения, а C D (M ) – безразмерная функция числа Маха (равного отношению скорости снаряда к скорости звука в среде, в которой движется снаряд), называемая коэффициентом лобового сопротивления. Вообще говоря, коэффициент лобового сопротивления снаряда можно определить экспериментально в аэродинамической трубе или на испытательном полигоне, оснащенном точным измерительным оборудованием. Задача облегчается тем, что для снарядов разного диаметра коэффициент лобового сопротивления одинаков, если они имеют одинаковую форму.

Теория движения материальной точки (хотя в ней не учитываются многие силы, действующие на реальный снаряд) с очень хорошим приближением описывает траекторию ракет после прекращения работы двигателя (на пассивном участке траектории), как и траекторию обычных артиллерийских снарядов. Поэтому она широко применяется для вычисления данных, используемых в системах прицеливания оружия такого рода.

Траектории твердого тела.

Во многих случаях теория движения материальной точки неадекватно описывает траекторию снаряда, и тогда приходится рассматривать его как твердое тело, т.е. учитывать, что он будет не только двигаться поступательно, но и вращаться, и принимать во внимание все аэродинамические силы, а не только лобовое сопротивление. Такого подхода требует, например, расчет движения ракеты с работающим двигателем (на активном участке траектории) и снарядов любого типа, выпущенных перпендикулярно траектории полета высокоскоростного самолета. В некоторых случаях вообще невозможно обойтись без представления о твердом теле. Так, например, для попадания в цель необходимо, чтобы снаряд был устойчив (двигался головной частью вперед) на траектории. И в случае ракет, и в случае обычных артиллерийских снарядов этого достигают двумя путями – при помощи хвостовых стабилизаторов или за счет быстрого вращения снаряда вокруг продольной оси. Далее, говоря о стабилизации полета, отметим некоторые соображения, не учитываемые теорией материальной точки.

Стабилизация посредством хвостового оперения – это очень простая и очевидная идея; недаром один из самых древних снарядов – стрела – стабилизировался в полете именно таким способом. Когда оперенный снаряд движется с углом атаки или рыскания (углом между касательной к траектории и продольной осью снаряда), отличным от нуля, площадь позади центра масс, на которую действует сопротивление воздуха, больше площади впереди центра масс. Разность неуравновешенных сил заставляет снаряд повернуться вокруг центра масс так, чтобы этот угол стал равен нулю. Здесь можно отметить одно важное обстоятельство, не учитываемое теорией материальной точки. Если снаряд движется с отличным от нуля углом атаки, то на него действуют подъемные силы, обусловленные возникновением разности давлений по обе стороны снаряда. (На этом основана способность самолета летать.)

Идея стабилизации вращением не столь очевидна, но ее можно пояснить сравнением. Хорошо известно, что если колесо быстро вращается, то оно оказывает сопротивление попыткам повернуть ось его вращения. (Примером может служить обычный волчок, и это явление используется в приборах систем управления, навигации и наведения – гироскопах.) Самый обычный способ привести снаряд во вращение – нарезать в канале ствола спиральные канавки, в которые врезался бы металлический поясок снаряда при разгоне снаряда по стволу, что и заставляло бы его вращаться. В ракетах, стабилизируемых вращением, это достигается при помощи нескольких наклонных сопел. Здесь тоже можно отметить некоторые особенности, не учитываемые теорией материальной точки. Если выстрелить вертикально вверх, то стабилизирующее действие вращения заставит снаряд и после достижения верхней точки полета опускаться донной частью вниз. Это, конечно, нежелательно, а потому из орудий не стреляют под углом более 65–70° к горизонту. Второе интересное явление связано с тем, что, как можно показать на основании уравнений движения, стабилизируемый вращением снаряд должен лететь с отличным от нуля углом нутации, называемым «естественным». Поэтому на такой снаряд действуют силы, вызывающие деривацию – боковое отклонение траектории от плоскости стрельбы. Одна из этих сил – сила Магнуса; именно она вызывает искривление траектории «крученого» мяча в теннисе.

Все сказанное об устойчивости полета, не охватывая полностью явлений, определяющих полет снаряда, тем не менее иллюстрирует сложность задачи. Отметим лишь, что в уравнениях движения необходимо учитывать много разных явлений; в эти уравнения входит ряд переменных аэродинамических коэффициентов (типа коэффициента лобового сопротивления), которые должны быть известны. Решение этих уравнений – очень трудоемкая задача.

Применение.

Применение баллистики в боевых действиях предусматривает расположение системы оружия в таком месте, которое позволяло бы быстро и эффективно поразить намеченную цель с минимальным риском для обслуживающего персонала. Доставка ракеты или снаряда к цели обычно разделяется на два этапа. На первом, тактическом, этапе выбирается боевая позиция ствольного оружия и ракет наземного базирования либо положение носителя ракет воздушного базирования. Цель должна находиться в пределах радиуса доставки боезаряда. На этапе стрельбы производится прицеливание и осуществляется стрельба. Для этого необходимо определить точные координаты цели относительно оружия – азимут, возвышение и дальность, а в случае движущейся цели – и ее будущие координаты с учетом времени полета снаряда.

Перед стрельбой должны вноситься поправки на изменения начальной скорости, связанные с износом канала ствола, температурой пороха, отклонениями массы снаряда и баллистических коэффициентов, а также поправки на постоянно меняющиеся погодные условия и связанные с ними изменения плотности атмосферы, скорости и направления ветра. Кроме того, должны быть внесены поправки на деривацию снаряда и (при большой дальности) на вращение Земли.

С увеличением сложности и расширением круга задач современной баллистики появились новые технические средства, без которых возможности решения нынешних и будущих баллистических задач были бы сильно ограничены.

Расчеты околоземных и межпланетных орбит и траекторий, учитывающие одновременное движение Земли, планеты-цели и космического аппарата, как и влияние различных небесных тел, были бы крайне трудны без компьютеров. Скорости сближения гиперскоростных целей и снарядов столь велики, что совершенно исключается решение задач стрельбы на основе обычных таблиц и ручное задание параметров стрельбы. В настоящее время данные для стрельбы из большинства систем оружия хранятся в электронных банках данных и оперативно обрабатываются компьютерами. Выходные команды компьютера автоматически приводят оружие в положение с азимутом и возвышением, необходимыми для доставки боезаряда к цели.

Траектории управляемых снарядов.

В случае управляемых снарядов и без того сложная задача описания траектории усложняется тем, что к уравнениям движения твердого тела добавляется система уравнений, называемых уравнениями наведения, связывающая отклонения снаряда от заданной траектории с корректирующими воздействиями. Суть управления полетом снаряда такова. Если тем или иным путем с использованием уравнений движения определяется отклонение от заданной траектории, то на основе уравнений наведения для этого отклонения рассчитывается корректирующее действие, например, поворот воздушного или газового руля, изменение тяги. Это корректирующее действие, изменяющее те или иные члены уравнений движения, приводит к изменению траектории и уменьшению ее отклонения от заданной. Такой процесс повторяется, пока отклонение не уменьшится до приемлемого уровня.

БАЛЛИСТИКА В КОНЕЧНОЙ ТОЧКЕ

Баллистика в конечной точке рассматривает физику разрушающего действия оружия на поражаемые цели. Ее данные используются для усовершенствования большинства систем оружия – от винтовок и ручных гранат до ядерных боеголовок, доставляемых к цели межконтинентальными баллистическими ракетами, а также средств защиты – солдатских бронежилетов, танковой брони, подземных укрытий и т.д. Ведутся как экспериментальные, так и теоретические исследования явлений взрыва (химических взрывчатых веществ либо ядерных зарядов), детонации, проникновения пуль и осколков в различные среды, ударных волн в воде и грунте, горения и ядерных излучений.

Взрыв.

Эксперименты в области взрыва проводятся как с химическими взрывчатыми веществами в количествах, измеряемых граммами, так и с ядерными зарядами мощностью до нескольких мегатонн. Взрывы могут производиться в разных средах, таких, как земля и скальные породы, под водой, у поверхности земли в нормальных атмосферных условиях или в разреженном воздухе на больших высотах. Главный результат взрыва – образование ударной волны в окружающей среде. Ударная волна распространяется от места взрыва сначала со скоростью, превышающей скорость звука в среде; затем с уменьшением интенсивности ударной волны ее скорость приближается к скорости звука. Ударные волны (в воздухе, воде, грунте) могут поражать живую силу противника, разрушать подземные укрепления, морские суда, здания, наземные транспортные средства, самолеты, ракеты и спутники.

Для моделирования интенсивных ударных волн, возникающих в атмосфере и у поверхности земли при ядерных взрывах, применяются особые устройства, называемые ударными трубами. Ударная труба, как правило, представляет собой длинную трубу, состоящую из двух секций. На одном ее конце расположена камера сжатия, которая заполняется воздухом или другим газом, сжатым до сравнительно высокого давления. Другой ее конец представляет собой камеру расширения, открытую на атмосферу. При мгновенном разрыве тонкой диафрагмы, разделяющей две секции трубы, в камере расширения возникает ударная волна, бегущая вдоль ее оси. На рис. 4 показаны кривые давления ударной волны в трех поперечных сечениях трубы. В сечении 3 она принимает классическую форму ударной волны, возникающей при детонации. Внутри ударных труб можно размещать миниатюрные модели, которые будут претерпевать ударные нагрузки, аналогичные действию ядерного взрыва. Нередко проводятся испытания, в которых действию взрыва подвергаются более крупные модели, а иногда и полномасштабные объекты.

Экспериментальные исследования дополняются теоретическими, и вырабатываются полуэмпирические правила, позволяющие предсказывать разрушающее действие взрыва. Результаты таких исследований используются при проектировании боезарядов межконтинентальных баллистических ракет и противоракетных систем. Данные такого рода необходимы также при проектировании ракетных шахт и подземных убежищ для защиты населения от взрывного действия ядерного оружия.

Для решения специфических задач, характерных для верхних слоев атмосферы, имеются специальные камеры, в которых имитируются высотные условия. Одна из таких задач – оценка уменьшения силы взрыва на больших высотах.

Проводятся также исследования, в которых измеряются интенсивность и длительность прохождения ударной волны в грунте, возникающей при подземных взрывах. На распространение таких ударных волн влияют тип грунта и степень его слоистости. Лабораторные опыты проводятся с химическими ВВ в количествах менее 0,5 кг, тогда как в полномасштабных экспериментах заряды могут измеряться сотнями тонн. Такие эксперименты дополняются теоретическими исследованиями. Результаты исследований используются не только для усовершенствования конструкции оружия и убежищ, но и для обнаружения несанкционированных подземных ядерных взрывов. Исследования детонации требуют проведения фундаментальных исследований в области физики твердого тела, химической физики, газодинамики и физики металлов.

Осколки и пробивная способность.

Осколочные боевые части и снаряды имеют металлическую наружную оболочку, которая при детонации заключенного в нее заряда химического бризантного ВВ разрывается на многочисленные кусочки (осколки), разлетающиеся с большой скоростью. Во время Второй мировой войны были разработаны снаряды и боеголовки с зарядами кумулятивного действия. Такой заряд обычно представляет собой цилиндр из взрывчатого вещества, на переднем конце которого имеется коническая выемка с размещенным в ней коническим металлическим вкладышем, как правило медным. Когда с другого конца заряда ВВ начинается взрыв и вкладыш сжимается под действием очень высоких давлений детонации, образуется тонкая кумулятивная струя материала вкладыша, вылетающая в направлении цели со скоростью более 7 км/с. Такая струя способна пробивать стальную броню толщиной в десятки сантиметров. Процесс формирования струи в боеприпасе с зарядом кумулятивного действия показан на рис. 5.

Если металл находится в прямом контакте с взрывчатым веществом, ему могут передаваться давления ударной волны, измеряемые десятками тысяч МПа. При обычных размерах заряда ВВ порядка 10 см длительность импульса давления составляет доли миллисекунды. Столь огромные давления, действующие кратковременно, вызывают необычные процессы разрушения. Примером таких явлений может служить «скалывание». Детонация тонкого слоя ВВ, помещенного на броневую плиту, создает очень сильный импульс давления малой длительности (удар), пробегающий по толщине плиты. Дойдя до противоположной стороны плиты, ударная волна отражается как волна растягивающих напряжений. Если интенсивность волны напряжений превысит предел прочности на растяжение материала брони, происходит разрывное разрушение вблизи поверхности на глубине, зависящей от первоначальной толщины заряда ВВ и скорости распространения ударной волны в плите. В результате внутреннего разрыва броневой плиты образуется металлический «осколок», с большой скоростью отлетающий от поверхности. Такой летящий осколок может вызвать большие разрушения.

Чтобы выяснить механизм явлений разрушения, проводят дополнительные эксперименты в области металлофизики высокоскоростной деформации. Такие эксперименты проводятся как с поликристаллическими металлическими материалами, так и с монокристаллами различных металлов. Они позволили сделать интересный вывод относительно зарождения трещин и начала разрушения: в тех случаях, когда в металле имеются включения (примеси), трещины всегда начинаются на включениях. Проводятся экспериментальные исследования пробивной способности снарядов, осколков и пуль в разных средах. Ударные скорости лежат в пределах от нескольких сотен метров в секунду для низкоскоростных пуль до космических скоростей порядка 3–30 км/с, что соответствует осколкам и микрометеорам, встречающимся с межпланетными летательными аппаратами.

На основе таких исследований выводятся эмпирические формулы относительно пробивной способности. Так, установлено, что глубина проникновения в плотную среду прямо пропорциональна количеству движения снаряда и обратно пропорциональна площади его поперечного сечения. Явления, наблюдающиеся при ударе с гиперзвуковой скоростью, показаны на рис. 6. Здесь стальная дробинка со скоростью 3000 м/с ударяется о свинцовую пластину. В разное время, измеряемое микросекундами от начала соударения, сделана последовательность снимков в рентгеновских лучах. На поверхности пластины образуется кратер, и, как показывают снимки, из него выбрасывается материал пластины. Результаты исследования соударения при гиперзвуковой скорости делают более понятным образование кратеров на небесных телах, например на Луне, в местах падения метеоритов.

Раневая баллистика.

Для имитации действия осколков и пуль, поражающих человека, производят выстрелы в массивные мишени из желатина. Подобные эксперименты относятся к т.н. раневой баллистике. Их результаты позволяют судить о характере ран, которые может получить человек. Информация, которую дают исследования по раневой баллистике, дает возможность оптимизировать эффективность разных видов оружия, предназначающегося для уничтожения живой силы противника.

Броня.

С использованием ускорителей Ван-де-Граафа и других источников проникающего излучения исследуется степень радиационной защиты людей в танках и бронеавтомобилях, обеспечиваемая специальными материалами для брони. В экспериментах определяется коэффициент прохождения нейтронов сквозь плиты из разных слоев материалов, имеющие типичные танковые конфигурации. Энергия нейтронов может лежать в пределах от долей до десятков МэВ.

Горение.

Исследования в области воспламенения и горения проводятся с двоякой целью. Первая – получить данные, необходимые для увеличения способности пуль, осколков и зажигательных снарядов вызывать загорание топливных систем самолетов, ракет, танков и т.д. Вторая – повысить защищенность транспортных средств и стационарных объектов от зажигательного действия вражеских боеприпасов. Проводятся исследования по определению воспламеняемости разных топлив под действием различных средств воспламенения – искр электрического разряда, пирофорных (самовоспламеняющихся) материалов, высокоскоростных осколков и химических воспламенителей.