Что изучает внутренняя и внешняя баллистика

Основы стрельбы: введение в баллистику

Что такое баллистика.

Баллистика – это наука, изучающая поведение снаряда (пули). Исходя из того, на каком этапе находится пуля во время выстрела, различают:

Точность стрельбы зависит от баллистики внешней и внутренней. Раневая баллистика имеет значение только в боевых условиях или на охоте, так как рассматривает действие пули на средства защиты и поражение объекта.

Внутренние процессы в стволе.

Основными факторами, влияющими на пулю в стволе после воспламенения заряда, являются:

От этих показателей зависит начальная скорость, сильно влияющая на внешнюю баллистику. При движении по каналу пуля в нарезном оружии ещё и начинает вращение, которое обеспечивает точность стрельбы.

После воспламенения пороха, в начале пути пули по ствольному каналу, давление резко возрастает. По мере приближения снаряда к дульному срезу пороховой заряд сгорает, а давление постепенно падает. На расстоянии от 20 до 50 см от дульного среза пороховые газы перестают оказывать влияние на пулю.

Гравитация неминуемо отклоняет пулю к земле, вследствие чего, она всегда летит по параболе. Путь пули от ствола до цели называется траекторией. На небольших дистанциях пули с небольшой массой и высокой скоростью прилетают в цель почти без отклонений (так называемый, прямой выстрел).

Чем дальше от стрелка до цели, тем сильнее это отклонение, поэтому на прицельных приспособлениях, и оптических, и механических, всегда есть возможность внесения поправок для различных дистанций, рассчитанных на использование стандартных патронов.

Сопротивление воздуха постепенно замедляет пулю. Степень уменьшения скорости зависит от:

Например, тупоконечная пуля большого калибра теряет скорость намного быстрее, чем остроконечная с небольшой поперечной площадью.

Помимо основных сил, на траекторию пули влияют и дополнительные факторы:

Если не брать экстремальные условия по влажности и атмосферному давлению, их влияние на траекторию не столь значительно, как воздействие ветра. При боковом ветре снос пули на значительных дистанциях может быть очень большим.

Для высокоточной стрельбы используются баллистические калькуляторы, которые позволяют вносить горизонтальные и вертикальные поправки в зависимости от расстояния до цели, типа боеприпаса, температуры, влажности, давления, направления и скорости ветра, а также угла места цели.

Прицеливание.

Этот раздел изучает останавливающее и проникающее действие пули на объект, например, зверя на охоте. В большинстве случаев необходим разумный компромисс между этими двумя показателями.

Проникающее действие характеризуется способностью пули преодолевать преграды при вхождении в объект. На охоте от этого зависит надёжное поражение различных важных органов зверя, защищённых костями скелета, жиром или шкурой. На этот показатель влияет как тип пули (оболочечная, полуоболочечная, тупо- или остроконечная), так и скорость снаряда при попадании в цель.

Останавливающее действие характеризуется способностью передавать объекту энергию (динамический удар) и создавать обширный раневой канал. Такими способностями обладают тяжёлые пули с большой поперечной площадью. Для повышения останавливающего действия используются полуоболочечные пули (экспансивные), способные разворачиваться при попадании, увеличивая свою площадь.

Источник

БАЛЛИСТИКА

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

Ствольные системы ускорения.

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.)

Газовая пушка.

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

Вакуумные траектории.

Траектории материальной точки.

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.

Траектории твердого тела.

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.

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.

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

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.

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.

Осколки и пробивная способность.

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.

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.

Шапиро Я.М. Внешняя баллистика. М., 1946
Серебряков М.Е. Внутренняя баллистика. М., 1949
Костров А.В. Движение асимметричного баллистического аппарата. M., 1984

Источник

Что изучает внутренняя и внешняя баллистика

Внутренняя баллистика

Выстрел

Динамика выстрела. При ударе бойка по капсюлю боевого патрона, досланного в патронник, ударный состав капсюля взрывается, при этом, образуется пламя, которое через затравочные отверстия в дне гильзы передается пороховому заряду и воспламеняет его. При одномоментном сгорании боевого (порохового) заряда, образуется большое количество нагретых пороховых газов, которые создают высокое давление на дно пули, дно и стенки гильзы, а также на стенки канала ствола и затвор.

Выстрел происходит в сверхкороткий промежуток времени: от 0,001 до 0,06 секунды и делится на четыре последовательных периода:

Внутренняя баллистика: выстрел, четыре периода выстрела

Затем, вследствие очень быстрого увеличения скорости движение пули, объем запульного пространства увеличивается быстрее притока новых газов, вследствие чего давление начинает падать: к концу периода оно равно приблизительно 2/3 максимального давления. Скорость движения пули постоянно возрастает и к концу периода достигает приблизительно 3/4 начальной скорости. Пороховой заряд полностью сгорает незадолго до того, как пуля вылетит из канала ствола.

Начальная скорость пули

Вес пули. Чем он меньше, тем больше ее начальная скорость.

Длина ствола. Чем она больше, тем больший промежуток времени пороховые газы действуют на пулю, соответственно, тем больше ее начальная скорость.

Влажность порохового заряда. При ее повышении, уменьшается скорость горения пороха, соответственно, скорость пули снижается.

Отдача

Внешняя баллистика

Внешняя баллистика изучает процессы и явления сопровождающие движение пули, возникающие после того, как на нее прекращается воздействие пороховых газов. Основной задачей этой поддисциплины является изучение закономерностей полета пули и изучение свойств траектории ее полета.

Траектория полета пули

Траектория полета пули, полет пули в пространстве

При полете в пространстве, на пулю воздействуют две силы: сила тяжести и сила сопротивления воздуха.

Сопротивление воздуха полету пули вызывается тем, что воздух представляет собой упругую среду и потому на движение в этой среде затрачивается некоторая часть энергии пули.

Сила сопротивления воздуха вызывается тремя основными факторами:

Форма, свойства и типы траектории

Форма траектории зависит от величины угла возвышения. С увеличением угла возвышения, высота траектории и полная горизонтальная дальность полета пули увеличиваются, но это происходит до определенного предела, по достижении которого высота траектории продолжает увеличиваться, а полная горизонтальная дальность начинает уменьшаться.

Типы траектории полета пули

Настильность траектории характеризуется наибольшим ее превышением над линией прицеливания. При данной дальности траектория тем более настильная, чем меньше она поднимается над линией прицеливания. Кроме того, о настильности траектории можно судить по величине угла падения: траектория тем более настильна, чем меньше угол падения.

Настильность траектории влияет на величину дальности прямого выстрела, поражаемого, прикрытого и мертвого пространства.

Элементы траектории полета пули

Элементы траектории полета пули

Горизонт оружия — горизонтальная плоскость, проходящая через точку вылета.

Плоскость стрельбы — вертикальная плоскость, проходящая через линию возвышения.

Линия бросания — прямая линия, являющаяся продолжением оси канала ствола в момент вылета пули.

Угол бросания — угол, заключенный между линией возвышения и линией бросания.

Угол вылета — угол, заключенный между линией возвышения и линией бросания.

Полная горизонтальная дальность — расстояние от точки вылета до точки падения.

Окончательная скорость — скорость пули в точке падения.

Полное время полета — время движения пули от точки вылета до точки падения.

Восходящая ветвь траектории — часть траектории от точки вылета до вершины.

Линия прицеливания — прямая линия, проходящая от глаза стрелка через середину прорези прицела на уровне с ее краями и вершины мушки в точку прицеливания.

Угол прицеливания — угол, заключенный между линией возвышения и линией прицеливания.

Прицельная дальность — расстояние от точки вылета до пересечения траектории с линией прицеливания. Превышение траектории над линией прицеливания — кратчайшее расстояние от любой точки траектории до линии прицеливания.

Линия цели — прямая, соединяющая точку вылета с целью.

Наклонная дальность — расстояние от точки вылета до цели по линии цели.

Точка встречи — точка пересечения траектории с поверхностью цели (земли, преграды).

Угол встречи — угол, заключенный между касательной к траектории и касательной к поверхности цели (земли, преграды) в точке встречи. За угол встречи принимается меньший из смежных углов, измеряемый от 0 до 90°.

Прямой выстрел, прикрытое пространство, поражаемое пространство, мертвое пространство

Дальность прямого выстрела зависит от двух факторов: высоты цели и настильности траектории. Чем выше цель и чем настильнее траектория, тем больше дальность прямого выстрела и тем на большем протяжении местности цель может быть поражена с одной установкой прицела.

Также, дальность прямого выстрела может определяться по стрелковым таблицам путем сравнения высоты цели с величинами наибольшего превышения траектории над линией прицеливания или с высотой траектории.

В пределах дальности прямого выстрела, в напряженные моменты боя, стрельба может вестись без перестановки значений прицела, при этом точка прицеливания по высоте, как правило, выбирается на нижнем краю цели.

Прямой снайперский выстрел в городских условиях

Прямой снайперский выстрел в городских условиях

Практическое применение

Вышеописанный способ ведения огня может пригодиться в уличных боях, когда относительно открытые для обзора расстояния в городе составляют примерно 150-250 метров.

Поражаемое пространство

При стрельбе по целям, находящимся на расстоянии большем дальности прямого выстрела, траектория вблизи ее вершины поднимается выше цели и цель на каком-то участке не будет поражаться при той же установке прицела. Однако около цели будет такое пространство (расстояние), на котором траектория не поднимается выше цели и цель будет поражаться ею.

Глубина поражаемого пространства зависит от:

Для увеличения глубины поражаемого пространства на наклонной местности огневую позицию нужно выбирать так, чтобы местность в расположении противника по возможности совпадала с линией прицеливания.

Прикрытое, поражаемое и мертвое пространство

Прикрытое, мертвое и поражаемое пространство

Разность между определенной дальностью стрельбы и дальностью до укрытия представляет собой величину глубины прикрытого пространства.

Деривация

Это достаточно сложный процесс. Вследствие одновременного воздействия на пулю вращательного движения, придающего ей устойчивое положение в полете и сопротивления воздуха, стремящегося опрокинуть пулю головной частью назад, ось пули отклоняется от направления полета в сторону вращения.

В результате этого, пуля встречает большее сопротивление воздуха одной из своих сторон, а поэтому отклоняется от плоскости стрельбы все больше и больше в сторону вращения. Такое отклонение вращающейся пули в сторону от плоскости стрельбы называется деривацией.

На дистанциях стрельбы до 300 метров включительно, деривация не имеет практического значения.

Источник