Внутренняя баллистика. Выстрел и его периоды

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);

• второй;

• 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/см². 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.

Прямая линия, являющаяся продолжением оси канала ствола наведенного оружия, называется линией возвышения.

Вертикальная плоскость, проходящая через линию возвышения называется плоскостью стрельбы.

Угол, заключенный между линией возвышения и горизонтом оружия называется углом возвышения. Если этот угол отрицательный, то он называется углом 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 называется точкой падения.

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

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

Скорость пули в точке падения называется окончательной скоростью.

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

Наивысшая точка траектории называется вершиной траектории.

Кратчайшее расстояние от вершины траектории до горизонта оружия называется высотой траектории.

Часть траектории от точки вылета до вершины называется восходящей 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, называется прицельной дальностью.

Угол, заключенный между линией возвышения и линией прицеливания, называется углом прицеливания.

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

Дата добавления: 2014-01-11