Баллистика и ее практическое значение

При стрельбе боек наносит удар по капсюлю, который от удара воспламеняется и поджигает пороховой заряд. При горении порохового заряда образуются газы, которые давят через пыжи на снаряд, перемещают его по каналу ствола, придавая ему определенную скорость, и выбрасывают его из ствола, после чего снаряд летит в воздухе к цели. Все процессы, происходящие в оружии при выстреле, изучает, описывает и рассчитывает внутренняя баллистика. Процессы, происходящие со снарядом вне оружия во время его полета до цели, описывает и рассчитывает внешняя баллистика.

Внутренняя баллистика. В момент выстрела при сгорании порохового заряда а зависимости от типа применяемого пороха образуется то или иное количество пороховых газов с температурой более 2000°С.

От момента воспламенения пороха до начала перемещения снаряда проходит какое-то время, в течение которого увеличивающееся давление пороховых газов достигает определенной величины, называемой давлением форсирования. Оно тем выше, чем более прочно сидит снаряд в гильзе.При сгорании дымного пороха образуется 40% газов, а остальные продукты горения представляют собой твердые частицы, поэтому при выстреле много дыма. Объем образующихся при выстреле газов примерно в 300 раз превышает объем порохового заряда (бездымного — в 900 раз). Увеличение объема пороховых газов повышает давление в стволе.

Это же способствует более полному сгоранию порохового заряда. Иначе говоря, чем лучше закрутка или закрепление снаряда в металлической гильзе, тем более полно сгорит порох, а значит, больше скорости получит снаряд. Изменение давления Р в канале ствола и наращивание скорости снаряда v приведены на рис. 39. В момент выстрела замеряют максимальное давление пороховых газов и, исходя из этой величины, рассчитывают прочность всего оружия (рис. 40).

Охотник должен четко усвоить, что, увеличивая навеску пороха, он тем самым повышает давление газов, и, если прочность ствола не рассчитана на увеличенный заряд, оружие может разрушиться.

В гладкоствольном оружии величина максимального давления может достигать величины 700—800 кгс/см² (в среднем — 400—600 кгс/см²), в нарезном — 3000— 4000 кгс/см². В результате давления газов снаряд перемещается по каналу ствола с непрерывно возрастающей скоростью, Давление газов на дно гильзы вызывает движение оружия назад, а стенки гильзы давлением газов плотно прижимаются к патроннику, препятствуя прорыву пороховых газов в сторону затвора. Одновременно при выстреле возникает колебательное движение ствола и его нагрев. Раскаленные частицы несгоревшего пороха и газы, покидающие канал ствола вслед за снарядом, образуют пламя и ударную волну, которая является источником звука и отдачи. Давление газов в канале ствола, создаваемое при прохождении снарядом дульного среза, называется дульным. Величина его у гладкоствольного оружия равна примерно 30—50 кгс/см², у нарезного — значительно выше.

При стрельбе из самозарядного оружия, устройство которого основано на принципе использования энергии пороховых газов, отводимых через отверстие в стенке ствола (например, карабин «Медведь»), часть пороховых газов после прохождения снарядом (пулей) газоотводного отверстия устремляется через него в газовую камеру, ударяет в поршень и отбрасывает затвор и другие подвижные части назад, За счет этого перезаряжается карабин. В системах, где для перезарядки используется энергия отдачи (например, МЦ21), потери энергии не происходит, так как используется та ее часть, которая обычна ударяет в плечо охотника.

Рис. 39. Кривые изменения скорости и давления в канале ствола при стрельбе дробью в разных температурных условиях порохом «Сокол»: 1, 2, 3 — v соответственно при t=+50; + 20; -50°С; 4, 5, 6 — р соответственно при t = + 50;+ 20;-50°С

Иногда после удара бойка по капсюлю выстрела не происходит или он несколько опаздывает. Первый случай — осечка, второй — затяжной выстрел. Осечка может произойти из-за слабого удара бойка по капсюлю, из-за отсыревшего или пришедшего в негодность капсюльного состава или пороха. Поэтому следует оберегать патроны от сырости и содержать оружие в исправности. Затяжной выстрел — следствие медленного развития процесса воспламенения порохового заряда. Обычный выстрел происходит за очень короткий промежуток времени (тысячные доли секунды), при затяжном — процесс замедляется. Поэтому после осечки нельзя сразу открывать затвор, необходимо переждать секунд 30—40, иначе выстрел может произойти при открытом затворе, и гильза, попав в стрелка, может его ранить или убить.

При сгорании порохового заряда примерно 25—35% выделяемой энергии затрачивается на сообщение необходимой начальной скорости снаряду. Для грубого подсчета дульной энергии снаряда (а по ней можно легко определить скорость у дула) следует считать, что при сгорании 1 г пороха снаряд получает 110 кгс * м дульной энергии. 15—25% энергии затрачивается на врезание пули в нарезы, преодоление трения о стенки канала ствола при движении снаряда, нагрев стенок ствола, гильзы и снаряда, перемещение подвижных частей оружия с газоотводным механизмом, перемещение частиц несгоревшего пороха и газов. Примерно 40% энергии теряется после вылета снаряда из ствола (в том числе и на отдачу).

Практический вывод такой: держите канал оружия всегда в чистоте, чтобы уменьшить потери и увеличить процент полезно затрачиваемой энергии.

Рис. 40. Периоды выстрела: Р₀— давление форсирования; Р_м — максимальное давление; Р_к и V_к— давление газов и скорость пули в момент конца горения пороха; Р_д V_д — давление газов и скорость пули в момент вылета ее из канала ствола; V_м — максимальная скорость пули; P_атм — давление, равное атмосфер ному; 0, 1, 2, 3 — периоды соответственно предварительный, пер вый, второй и после действия газов

Практический вывод такой: держите канал оружия всегда в чистоте, чтобы уменьшить потери и увеличить процент полезно затрачиваемой энергии.

А. А. Зернов¹ приводит интересные данные, которые показывают, как влияют различные факторы на начальную скорость дроби. Возможные отклонения начальной скорости, м/с:

Энергия отдачи — важный фактор при выборе ружья. С. А. Бутурлин приемлемую для человека отдачу подразделяет на сильную (12—20 кгс- м), среднюю (4— 5 кгс*м) и малую (2—3 кгс*м)². Для уменьшения неприятного ощущения при отдаче следует иметь приклад, соответствующий телосложению стрелка, а также крепко прижимать его к плечу. Отдачу уменьшают дульные тормоза (компенсаторы), резиновые затыльники-амортизаторы. Самозарядное оружие обладает меньшей отдачей при прочих равных условиях стрельбы.

Итак, внутренняя баллистика дает данные о начальной или дульной скорости снаряда, который должен поразить цель. От внешней же баллистики зависит, попадает ли охотник в эту цель и сумеет ли ее поразить.

Процессы, происходящие у дульной части ствола. Перед прохождением пулей дульного среза канала ствола в стволе имеется достаточно высокое давление, которое, после того как пуля покинет канал ствола, еще некоторое время воздействует на дно пули и несколько увеличивает ее скорость (примерно на 6 м/с). При дробовом снаряде дульное давление пороховых газов отрицательно сказывается на кучности боя и равномерности осыпи. Поэтому чем оно меньше, тем лучше патрон.

При выстреле ствол, совершающий колебательные движения своей дульной частью, в момент вылета пули может отклониться от первоначального положения в любую сторону (вверх, вниз, вправо, влево). Величина этого отклонения зависит от длины ствола, его профиля (особенно в преддульной части), используемого патрона, степени загрязнения ствола, применения упора при стрельбе и других факторов. Таким образом, сочетание влияния вибрации ствола, силы отдачи, применяемого патрона приводит к образованию угла между направлением оси канала ствола до выстрела и ее направлением в момент вылета снаряда (пули, дроби, картечи) из канала ствола. Этот угол называется углом вылета.. Влияние угла вылета на точность попадания в цель устраняется пристрелкой оружия на необходимые дистанции, т. е. введением необходимых изменений в прицельные приспособления или заменой патрона.

Внешняя баллистика. Покинув канал ствола под действием пороховых газов, пуля или дробовой снаряд продолжают полет к цели по инерции. При этом центр тяжести пули или дробинки (картечины) летит по определенной кривой линии, которая называется траекторией (рис. 41). Траектория представляет собой кривую линию, неравномерно изогнутую под воздействием силы сопротивления воздуха и силы тяжести на летящий снаряд. Сила тяжести постепенно понижает траекторию пули, а сила сопротивления воздуха уменьшает скорость движения пули, т. е. происходит потеря скорости.

Сила сопротивления воздуха возникает под действием трех основных факторов (рис. 42). Во-первых, она создается трением о воздух летящего снаряда; во-вторых, образованием разреженного пространства, за счет чего появляется разность давлений на головную и донную части пули. Эта разность образует силу, направленную в сторону, противоположную движению пули (рис. 43). Частицы воздуха при этом стремятся заполнить разрежение за пулей и образуют завихрение. Все это замедляет скорость полета пули. В-третьих, при полете пуля сталкивается с частицами воздуха и заставляет их колебаться, в результате чего уплотняется воздух перед пулей и образуются звуковые волны. Если скорость пули меньше скорости звука³, эти волны незначительно влияют на полет пули, но если она выше, то от набегания звуковых волн друг на друга создается волна сильно уплотненного воздуха (баллистическая волна), которая значительно замедляет полет пули, ибо часть энергии идет на образование этой волны. Точка приложения силы сопротивления воздуха — центр сопротивления. Сила сопротивления воздуха очень велика. Так, при стрельбе из винтовки калибра 7,62 мм (пуля образца 1930 г.) при угле бросания 15° и начальной скорости 800 м/с пуля — в безвоздушном пространстве — улетела бы на расстояние 32 620 м, в воздушной среде она летит на 3900 м. Сила сопротивления воздуха зависит от скорости полета пули, ее формы, массы, калибра, а также поверхности пули и плотности воздуха. С увеличением плотности воздуха, калибра и скорости сопротивление воздуха возрастает.

При сверхзвуковых скоростях для сохранения скорости пули (нарезное оружие) оптимальной является удлиненная головная часть, а форма хвостовой части не имеет значения; при дозвуковых скоростях (гладкоствольное оружие) выгодны снаряды с удлиненной хвостовой частью, сужающейся к концу. При одной и той же начальной скорости пуля, картечь, крупная и мелкая дробь во время полета по траектории ведут себя различно. Например, мелкая дробь скорее потеряет скорость, а значит, и энергию снаряда у цели, чем крупная дробь.

Для расчета траектории приняты определенные обозначения ее элементов (рис. 44). Точка вылета — центр дульного среза ствола — является началом траектории. Горизонт оружия — это горизонтальная плоскость, проходящая через точку вылета. Линия возвышения — продолжение оси канала ствола. Угол возвышения — положительный угол между линией возвышения и горизонтом оружия. Угол склонения — отрицательный угол между линией возвышения и горизонтом оружия (при стрельбе сверху вниз, например в горах). Линия бросания — прямая, являющаяся продолжением оси канала ствола в момент вылета пули. Угол бросания — угол между линией бросания и горизонтом оружия. Угол вылета — угол между линией возвышения и линией бросания. Точка падения — пересечение траектории с горизонтом оружия. Угол падения — угол между касательной к траектории в точке падения и горизонтом оружия. Полная горизонтальная дальность — расстояние от точки вылета до точки падения. Скорость пули в точке падения называется окончательной скоростью. Полное время полета — время полета пули от точки вылета до точки падения. Наивысшая точка траектории называется вершиной траектории. Высота траектории — расстояние от вершины траектории до горизонта оружия. Та часть траектории, которая заключена между точкой вылета и вершиной, называется восходящей ветвью, а другая, до точки падения, — нисходящей ветвью.

Точка, в которую наводят оружие, вернее, прицельное приспособление, называется точкой прицеливания. Линией прицеливания служит прямая, соединяющая глаз стрелка, целик, мушку и точку прицеливания. Угол прицеливания находится между линией возвышения и линией прицеливания. Угол места цели образуется линией прицеливания и горизонтом оружия. 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, соединяющая цель с точкой вылета, называется линией цели, а длина этой линии — наклонной дальностью. При стрельбе на охотничьи дистанции линия цели почти совпадает с линией прицеливания, а наклонная дальность — с прицельной дальностью. Точка пересечения траектории с поверхностью цели называется точкой встречи, а угол между касательной к траектории и касательной к поверхности цели в точке встречи — углом встречи. За угол встречи принимается меньший из смежных углов, измеряемый от 0 до 90°. От него зависит, произойдет ли рикошетирование пули или нет. Чем меньше угол встречи, тем больше возможность рикошета при попадании в твердую преграду, а иногда и в поверхность воды.

Особое значение для охотника имеет так называемый прямой выстрел, при котором траектория полета пули не поднимается над линией прицеливания выше цели на всем своем протяжении. Иначе говоря, где бы ни находилась в этот момент цель (естественно, ближе дальности прямого выстрела), она будет поражена без перестановки прицела (прицел установлен на дальность прямого выстрела).

Продолжение