Объективными факторами влияющими на полет пули гранаты снаряда по траектории является
Добавил пользователь Алексей Ф. Обновлено: 19.09.2024
Свободным полётом снаряда называется фаза его движения после выстрела до попадания в твёрдое препятствие (цель, грунт) или до дистанционного подрыва. В этом процессе на снаряд действуют только сила тяжести и силы, возникающие при движении тела в газообразной среде (атмосфере Земли). В общем случае в атмосфере Земли также могут существовать упорядоченные движения масс воздуха (ветер), которые оказывают определённое влияние на полёт снаряда.
Так как размеры снаряда много меньше преодолеваемой им дистанции, то его движение можно рассматривать как движение материальной точки по кривой, называемой траекторией полёта. Однако для определения всех сил, действующих на снаряд в полёте, приближения материальной точки недостаточно; необходимо рассмотрение снаряда как тела с конечными размерами [1] .
Принято считать за траекторию полёта снаряда кривую, которую при движении описывает его центр масс. Эта кривая также имеет название баллистической. В самом общем случае она не является ни прямой, ни параболической, ни даже плоской. Как правило, форма этой кривой задаётся таблично по результатам опытных стрельб при нормальных условиях, а впоследствии по большому статистическому материалу строится эмпирическая модель для этой траектории. Однако в ряде предельных случаев форма баллистической кривой может быть близка к одному из упомянутых выше случаев.
Согласно первому закону Ньютона при отсутствии действия на снаряд внешних сил он будет двигаться прямолинейно и равномерно. Такая ситуация возможна при стрельбе из артиллерийских орудий в глубоком космосе, вдали от источников тяготения при пренебрежимо малом сопротивлении межзвёздной среды. Однако такая возможность на текущий момент возможна лишь в фантастической литературе. При движении снаряда в гравитационном поле с начальной скоростью, неколлинеарной вектору напряжённости этого поля, траектория снаряда будет кривой линией. Если гравитационное поле однородно и сопротивление среды отсутствует, то баллистическая кривая принимает форму параболы. Это может выполниться при стрельбе на небольшую дальность на поверхности крупного небесного тела, не обладающего атмосферой, например Луны. Для земных условий это приближение как правило не выполняется — даже снаряды весьма маломощных орудий испытывают большие силы сопротивления со стороны воздуха. Поэтому даже для таких орудий параболическая форма траектории является очень грубым приближением. При стрельбе в условиях неоднородного гравитационного поля в отсутствие сопротивления среды форма траектории может быть любой, даже замкнутой. Подобные опыты проводились на одной из советских орбитальных станций серии "Салют", оснащённой малокалиберной авиационной скорострельной пушкой конструкции А.Э.Нудельмана. Большого военного значения они не имели, но наблюдения за выпущенными снарядами и их вхождением в атмосферу Земли под различными углами помогли в совершенствовании наблюдательных методик метеорной астрономии.
Для сугубо земных практических условий стрельбы снаряд выпускается под некоторым углом бросания к горизонту и во время его движения на него действуют сила тяжести и аэродинамическая сила. Первая направлена к земной поверхности и сообщает снаряду ускорение, направленное вертикально вниз. Так как снаряд представляет собой тело сложной геометрической формы, то её точкой приложения является центр масс снаряда. Положение центра масс зависит от формы снаряда и распределения масс внутри него.
Аэродинамическая сила относительно вектора скорости снаряда традиционно разбивается на две составляющие — силу сопротивления среды, направленную точно против вектора скорости и подъёмную (или прижимающую) силу в поперечном направлении к вектору скорости. Последняя компонента не оказывает заметного влияния на полёт снаряда и на практике ею можно пренебречь (так как снаряд имеет симметричную форму, а угол атаки α снаряда весьма невелик). Точкой приложения этой силы к снаряду является так называемый центр давления, обычно не совпадающий с центром масс. Положение центра давления зависит только от формы снаряда.
Как следствие возникает момент сил, стремящийся опрокинуть снаряд и заставить его кувыркаться в воздухе. Кувыркание снаряда на несколько порядков повышает силу сопротивления среды и резко уменьшает дальность стрельбы. Для борьбы с этим явлением применяются следующие методы: оснащение снаряда оперением, придание снаряду вращения вдоль оси симметрии или изготовление снаряда в форме шара. Последнее широко применялось в артиллерии XIV-XVIII веков — сферическая форма снаряда сама по себе исключает кувыркание, а сила сопротивления движению не зависит от ориентации снаряда в пространстве. Однако сферическая форма очень невыгодна с аэродинамической точки зрения — большая сила сопротивления движению сводит на нет преимущества от отсутствия кувыркания. Поэтому в современной артиллерии применяются другие способы стабилизации снаряда в полёте. Для гладкоствольных орудий используются оперённые снаряды, у которых опрокидывающий момент компенсируется силами давления набегающего воздуха на элементы оперения. Вторым подходом является придание снаряду вращения вокруг оси симметрии посредством нарезов в канале ствола орудия. Как известно, вращающийся волчок стремится сохранить неизменным направление оси своего вращения. За счёт этого осуществляется стабилизация полёта, однако при этом возникает побочный эффект ухода снаряда в сторону закрутки — равнодействующая сил тяжести и сопротивления имеет ненулевую проекцию на ось вращения и ненулевое плечо относительно центра масс снаряда. В результате появляется боковая сила, действующая перпендикулярно плоскости, образованной осью вращения и равнодействующей сил тяжести и сопротивления (у гироскопа с шарнирно закреплённой осью эта же причина приводит к прецессии). Поэтому у снарядов нарезных орудий баллистическая кривая не является плоской кривой. Боковой уход нарезных снарядов — так называемая деривация — учитывается при стрельбе на большие дистанции путём внесения заранее затабулированных поправок в угол доворота орудия. Оперённые снаряды гладкоствольных орудий свободны от этого недостатка, для них баллистическая кривая при спокойной атмосфере является плоской.
Важным фактором, влияющим на траекторию и, как следствие, дальность стрельбы является состояние атмосферы Земли — температура воздуха, его давление и скорость упорядоченного движения. Поправки на эти факторы учитываются в таблицах стрельбы в виде приращений к значениям элементов траектории при нормальных условиях стрельбы (температура воздуха +15 градусов Цельсия, давление 750 мм рт. ст., отсутствие ветра). Для противотанковых орудий достаточно знать метеоусловия в приземном слое атмосферы, но для гаубиц и дальнобойных пушек этого уже недостаточно — их снаряды в верхней точке баллистической кривой имеют высоту над поверхностью порядка 5-6 км. Температура, давление, направление и скорость ветра меняются с высотой сложным и не всегда предсказуемым образом. Поэтому для точной стрельбы проводят высотное зондирование атмосферы; по его данным вычисляют усреднённые, так называемые баллистические, параметры и по ним из таблиц стрельбы находят поправки на дальность и боковой ветровой снос снарядов. Следует отметить, что оперённые снаряды гладкоствольных орудий подвержены боковому ветровому сносу существенно сильнее, чем снаряды нарезных орудий.
При стрельбе на очень большие дистанции также необходимо учитывать тот факт, что Земля не является инерциальной системой отсчёта и в связанной с ней системе координат на снаряд в полёте действует сила Кориолиса (второй компонентой, связанной с неравномерностью вращения Земли можно пренебречь). Поэтому при наличии проекции скорости снаряда на направление "север — юг" будет некоторый снос снаряда в направлении "запад — восток". Этот фактор также учтён в таблицах стрельбы и методиках расчёта поправок.
Учёт всего комплекса описанных выше явлений входит составной частью в метод полной подготовки данных для стрельбы. Он позволяет заранее рассчитать все установки для стрельбы и нанести внезапный огневой удар по противнику без пристрелки и иной раз даже без помощи артиллерийской разведки. Соответственно минимизируется время нахождения на огневой позиции и вероятность успешной контрбатарейной стрельбы противника. С другой стороны, метод полной подготовки требует высокого уровня подготовки артиллеристов и понимания сущности всех учитываемых этим методом явлений и процессов.
25. Внешняя баллистика — это наука, изучающая движение пули (гранаты) после прекращения действия на нее пороховых газов.
Вылетев из канала ствола под действием пороховых газов, пуля (граната) движется по инерции. Граната, имеющая реактивный двигатель, движется по инерции после истечения газов из реактивного двигателя.
Траектория и её элементы
26. Траекторией называется кривая линия, описываемая центром тяжести пули (гранаты) в полете (рис. 5).
Пуля (граната) при полете в воздухе подвергается действию двух сил: силы тяжести и силы сопротивления воздуха. Сила тяжести заставляет пулю (гранату) постепенно понижаться, а сила сопротивления воздуха непрерывно замедляет движение пули (гранаты) и стремится опрокинуть ее.
Рис. 5. Траекторя пули (вид сбоку)
В результате действия этих сил скорость полета пули (гранаты) постепенно уменьшается, а ее траектория представляет собой по форме неравномерно изогнутую кривую линию.
Рис. 6. Образование силы сопратевления воздуха
27. Сопротивление воздуха полету пули (гранаты) вызывается тем, что воздух представляет собой упругую среду, поэтому на движение в этой среде затрачивается часть энергии пули (гранаты).
Сила сопротивления воздуха вызывается тремя основными причинами (рис. 6): трением воздуха, образованием завихрений и образованием баллистической волны,
28. Частицы воздуха, соприкасающиеся с движущейся пулей (гранатой), вследствие внутреннего сцепления (вязкости) и сцепления с ее поверхностью создают трение и уменьшают скорость полета пули (гранаты).
29. Примыкающий к поверхности пули (гранаты) слой воздуха, в котором движение частиц изменяется от скорости пули (гранаты) до нуля, 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 разреженное пространство, вследствие чего появляется разность давлений 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.
30. Пуля (граната) при полете сталкивается с частицами воздуха и заставляет их колебаться. Вследствие этого перед пулей (гранатой) повышается плотность воздуха, и образуются звуковые волны. Поэтому полет пули (гранаты) сопровождается характерным звуком. При скорости полета пули (гранаты), меньшей скорости звука, образование этих волн оказывает незначительное влияние на ее полет, так как волны распространяются быстрее скорости полета пули (гранаты). При скорости полета пули, большей скорости звука, от набегания звуковых воли друг на друга создается волна сильно уплотненного воздуха — баллистическая волна, замедляющая скорость полета пули, так как пуля тратит часть своей энергии па создание этой волны.
31. Равнодействующая (суммарная) всех сил, образующихся вследствие влияния воздуха на полет пули (гранаты), составляет силу сопротивления воздуха. Точка приложения силы сопротивления называется центром сопротивления.
Действие силы сопротивления воздуха на полет пули (гранаты) очень велико; оно вызывает уменьшение скорости и дальности полета пули (гранаты). Например, пуля обр. 1930 г. при угле бросания 15° и начальной скорости 800 м/с в безвоздушном пространстве полетела бы на дальность 32620 м; дальность полета этой пули при тех же условиях, но при наличии сопротивления воздуха равна лишь 3900 м.
32. Величина силы сопротивления воздуха зависит от скорости полета, формы и калибра пули (гранаты), а также от ее поверхности и плотности воздуха.
Сила сопротивления воздуха возрастает с увеличением скорости полета пули, ее калибра и плотности воздуха.
Рис. 7. Действие силы сопротевления воздуха на полёт пули:
ЦТ - центр тяжести; ЦС - центр сопротивления 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. При дозвуковых скоростях полета гранаты, когда основной причиной сопротивления воздуха является образование разреженного пространства и завихрений, выгодны гранаты с удлиненной и суженной хвостовой частью.
Чем глаже поверхность пули, тем меньше сила трения и сила сопротивления воздуха.
Разнообразие форм современных пуль (гранат) во многом определяется необходимостью уменьшить силу сопротивления воздуха.
33. Под действием начальных возмущений (толчков) в момент вылета пули из канала ствола между осью пули и касательной к траектории образуется угол (б) и сила сопротивления воздуха действует не вдоль оси пули, а под углом к ней, стремясь не только замедлить движение пули, но и опрокинуть ее (рис. 7).
Для того чтобы пуля не опрокидывалась под действием силы сопротивления воздуха, ей придают с помощью нарезов в канале ствола быстрое вращательное движение.
Например, при выстреле из автомата Калашникова скорость вращения пули в момент вылета из канала ствола равна около 3000 оборотов в секунду.
При полете быстро вращающейся пули в воздухе происходят следующие явления. Сила сопротивлении воздуха стремится повернуть пулю головной частью вверх и назад.
Рис. 8. Медленное конисеское движений пули
Но головная часть пули в результате быстрого вращения согласно свойству гироскопа стремится сохранить приданное положение и отклониться не вверх, а весьма незначительно в сторону своего вращения под прямым углом к направлению действия силы сопротивлении воздуха, т. е, вправо. Как только головная часть пули отклонится вправо, изменится направление действия силы сопротивления воздуха — она стремится повернуть головную часть пули в право и назад, но поворот головной части пули произойдет не вправо, а вниз и т. д. Так как действие силы сопротивления воздуха непрерывно, а направление ее относительно пули меняется с каждым отклонением оси пули, то головная часть пули описывает окружность, а ее ось — конус с вершиной в центре тяжести. Происходит так называемое медленное коническое, или прецессионное движение, и пуля летит головной частью вперед, т. е. как бы следит за изменением кривизны траектории (рис. 8).
34, Ось медленного конического движения несколько отстает от касательной к траектории (располагается выше последней). Следовательно, пуля с потоком воздуха сталкивается больше нижней частью, и ось медленного конического движения отклоняется в сторону вращения (в право при правой нарезке ствола). Отклонение пули от плоскости стрельбы в сторону ее вращения называется деривацией (рис. 9).
Таким образом, причинами деривации являются: вращательное движение пули, сопротивление воздуха и понижение под действием силы тяжести касательной к траектории.
Рис. 9. Деревация (вид траектории сверху)
При отсутствии хотя бы одной из этих причин деривации не будет.
В таблицах стрельбы деривация дается как поправка направления в тысячных. Однако при стрельбе из стрелкового оружия величина деривации незначительная (например, на дальности 500 м она не превышает 0,1 тысячной) и ее влияние на результаты стрельбы практически не учитывается.
35. Устойчивость гранаты на полете обеспечивается наличием стабилизатора, который позволяет перенести центр сопротивления воздуха назад, за центр тяжести гранаты (рис. 10). Вследствие этого сила сопротивления воздуха поворачивает ось гранаты касательной к траектории, заставляя гранату двигаться головной частью вперед.
Для улучшения кучности некоторым гранатам придают за счет истечения газов медленное вращение.
Рис. 10. Действие силы сопротивления воздуха на полёт гранаты
Вследствие вращения гранаты моменты сил, отклоняющие ось гранаты, действуют последовательно в разные стороны, поэтому кучность стрельбы улучшается.
38. Для изучения траектории пули (гранаты) приняты следующие определения (рис. 11).
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.
Рис. 11. Элементы траектории
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 (φ).
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 (0О).
Угол, заключенный между линией возвышения и линией бросания, называется углом вылета (у).
Точка пересечения траектории с горизонтом оружия называется точкой падения.
Угол, заключенный между касательной к траектории в точке падения и горизонтом оружия, называется углом падения (Ос).
Расстояние от точки вылета до точки падения называется полной горизонтальной дальностью (X).
Скорость пули (гранаты) в точке падения называется окончательной скоростью (vc).
Время движения пули (гранаты) от точки вылета до точки падения называется полным временем полета (Г).
Наивысшая точка траектории называется вершиной траектории.
Кратчайшее расстояние от вершины траектории до горизонта оружия называется высотой траектории (У).
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 ее, в которую наводится оружие, называется точкой прицеливания (наводки).
Прямая линия, проходящая от глаза стрелка через середину прорези прицела (на уровне с ее краями) и вершину мушки в точку прицеливания, называется линией прицеливания.
Угол, заключенный между линией возвышения и линией прицеливания, называется углом прицеливания (а).
Угол, заключенный между линией прицеливания и горизонтом оружия, называется углом места цели (ε). Угол места цели считается положительным (+), когда цель выше горизонта оружия, и отрицательным (—), когда цель ниже горизонта оружия. Угол места цели может быть определен с помощью приборов или по формуле тысячной:
где ε угол места цели в тысячных;
В — превышение цели над горизонтом оружия в метрах;
Д — дальность стрельбы в метрах.
Расстояние от точки вылета до пересечения траектории с линией прицеливания называется прицельной дальностью (Дп).
Кратчайшее расстояние от любой точки траектории до линии прицеливания называется превышением траектории над линией прицеливания.
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 — q 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 (μ). За угол встречи принимается меньший из смежных углов, измеряемый от 0 до 90°.
37. Траектория пули в воздухе имеет следующие свойства:
— нисходящая ветвь короче и круче восходящей;
— угол падения больше угла бросания;
— окончательная скорость пули меньше начальной;
— наименьшая скорость полета пули при стрельбе под большими углами бросания — на нисходящей ветви траектории, а при стрельбе под небольшими углами бросания — в точке падения;
— время движения пули по восходящей ветви траектории меньше, чем по нисходящей;
— траектория вращающейся пули вследствие понижения пули под действием силы тяжести и деривации представляет собой линию двоякой кривизны.
38. Траекторию гранаты в воздухе можно разделить на два участка (рис. 12): активный — полет гранаты под действием реактивной силы (от точки вылета до точки, где действие реактивной силы прекращается) и пассивный полет гранаты по инерции. Форма траектории гранаты примерно такая же, как и у пули.
Сложности баллистики. Средняя точка попадания — СТП.
Баллистика как наука в общем смысле изучает закономерности свободного полета тела над землей, основанная на математике и физике. В современном мире в большей степени это касается изучения закономерностей полета снарядов, выпущенных из огнестрельного оружия, поскольку именно в этой области баллистика имеет самый прикладной и сложный характер.
Для снайпера баллистика — главный аналитический аппарат, описывающий траекторию пули и позволяющей таким образом предсказывать и корректировать точку попадания. Также под термином баллистика часто подразумевается баллистическая специфика конкретного стрелкового оружия, т.е. параметры траектории пули, выпущенной из него. Именно поэтому данная наука является главным пунктом в теоретической подготовке снайпера. Однако на дистанциях до 100м траекторию пули классического нарезного оружия можно считать прямой линией. Ее отклонение будет ничтожным, и прицел, настроенный простым лазерным бор-сайтером, придаст выстрелу хорошую точность.
На средних дистанциях ввод расчетных баллистических поправок в прицел также может обеспечить хорошую точность, поскольку искажение траектории с расстоянием растет нелинейно и для попадания в ростовую фигуру погрешность будет вполне приемлемой. Достаточно использовать качественный, пристрелянный прицел, точно определить расстояние до цели и ввести соответствующие баллистические поправки в систему наведения (см. рисунок).
Однако для снайпера такие дистанции неинтересны.
Что же касается снайперских дистанций, близких к километру, то все гораздо сложнее. Пуля испытывает воздействие большого комплекса сил, включая внешние полевые условия. Только с учетом этих сил можно "спланировать" точный выстрел, поскольку искажение траектории на таком удалении от цели будет существенным. Понимание баллистики помогает снайперу сделать соответствующие корректировки. А даже при нынешнем развитии науки и технологий нет ни одного прибора, позволяющего быстро и точно навести на цель с учетом предполагаемой траектории.
Попасть в одну и ту же точку в одних и тех же условиях практически невозможно. По этой причине кучность боя оценивается таким параметром, как СТП — средняя точка попадания. И чем длиннее дистанция, тем шире СТП, которая оценивает вероятность точного поражения цели. Если область СТП для различных дистанций конкретной винтовки и конкретного патрона можно определить априори, то конечный результат все равно будет зависеть от действий снайпера и специфики условий стрельбы. Именно поэтому известный оружейный эксперт А.Потапов сказал, что искусство боевого снайпера граничит с мистикой. А баллистика пули не только сложна, но и в некоторых случаях просто необъяснима.
По этой причине данная статья дает лишь общее представление о траекториях на дальних дистанциях. Детальному изучению посвящается огромное количество научных работ, к которым можно обратиться для полноценной теоретической подготовки снайпера.
Ввод вертикальных баллистических поправок на прицеле ПСО-1М2-1 (4х24). Данный прицел выпускался в двух версиях — ВСС 9х39 и СВД 7,62x54R. Шкала барабанчика размечена в единицах дистанции соответствующего калибра.
Универсальный лазерный бор-сайтер в стволе оружия.
Траектория пули: описание и факторы формирования баллистической траектории. Пристрелка. Определение СТП.
Траектория, или путь, по которому летит пуля, может быть описана математическими формулами только в упрощенных случаях. Гравитация без воздействия прочих сил заставит пулю взлететь и упасть, описав предсказуемую кривую в виде полуэллипса, гиперболы или параболы. В реальности траекторию формирует множество постоянных и переменных сил, часть которых прогнозируется неточно. Поэтому расчет и описание баллистической траектории — отдельная и, пожалуй, самая главная тема в снайперском деле. В данной публикации ее необходимо затронуть, чтобы дать хотя бы общее представление о сложностях баллистики и прицеливания.
Пуля при полете в воздухе подвергается действию двух основных сил: силы тяжести и силы сопротивления воздуха. Сила тяжести заставляет пулю снижаться, а сила сопротивления воздуха замедляет ее движение. Поэтому траектория представляет собой кривую линию, близкую по форме к параболе. В реальности ветви этой параболы искажены и несимметричны (см. рисунок). Начальная часть траектории от точки вылета до вершины выглядит относительно пологой, а вторая, нисходящая, часть выглядит более крутой. Снижение происходит более резко, чем восхождение, из-за потери скорости.
Поскольку пуля выпущена из нарезного оружия, вращательный момент придает траектории еще одну составляющую, которая вызвана гироскопическим эффектом. Вращение снаряда вокруг своей оси позволяет стабилизировать его траекторию — снаряд всегда ориентирован вдоль оси вращения подобно юле, которая сохраняет вертикальное положение и не падает во время движения. Такая строгая ориентация улучшает аэродинамику и, как следствие, существенно продлевает траекторию.
Деривация. С другой стороны, вращение придает траектории еще одну составляющую, которая уводит пулю в сторону от исходного направления движения, заданного стволом винтовки. Этот эффект у снайперов называется деривация. Данное отклонение на ближних дистанциях практически не ощущается. С увеличением расстояния боковое отклонение нелинейно нарастает. Эффект деривации следует учитывать и закладывать в баллистические поправки при стрельбе на 300 и более метров. Например, на дистанции 1000 метров пуля, выпущенная из винтовки СВД или "Тигр", может отклониться вбок от исходной траектории на 40-60см. А это всего-навсего только одна объективная составляющая в большом наборе факторов, уводящих пулю в сторону от прямой линии.
Влияние внешних факторов, таких как ветер, температура и даже влажность, на точность стрельбы еще больше усложняет задачу. На удалении 1000м боковой ветер силой 5м/с может отклонить пулю в сторону на целых 30-40см. По отдельности силы, действующие на снаряд в полете, подчиняются определенным физическим законам и описаниям. Однако в совокупности эти силы дают сложную комбинацию, которая делает траекторию слабо предсказуемой.
Кроме перечисленных факторов, существует еще такое понятие, как рассеивание. Под этим термином понимается влияние различных субъективных факторов на отклонение траектории от точки прицеливания. Как уже упоминалось, даже опытный снайпер в самых благоприятных условиях не сможет попасть в одну и ту же точку, особенно, на значительном удалении от цели. Поэтому при горячей пристрелке рекомендуется сделать несколько выстрелов, чтобы определить по ним среднюю точку попадания (СТП). Если одна пробоина отстоит на значительном расстоянии от общей группы, считается, что отклонение вызвано случайными причинами. Такие попадания в расчете СТП не учитываются (см. рисунок). СТП выводится графически по наиболее "кучной" группе пробоин. Понятно, что, чем больше выстрелов мы сделаем, тем точнее будет статистика для пристрелки прицела и дальнейших оперативных баллистических корректировок системы наведения прицела.
Основные фазы и векторы баллистической траектории.
Деривация — отклонение траектории пули или артиллерийского снаряда в горизонтальной плоскости под воздействием вращения, придаваемого нарезами ствола.
Определение средней точки попадания (СТП) по трем пробоинам. Точка прицеливания (ТП), отмеченная крестом, находится в стороне от СТП, значит, прицел нуждается в настройке.
Аэродинамика пули. Зависимость траектории от формы пули.
Аэродинамика — основной научный раздел внешней баллистики выпущенного снаряда, поскольку устанавливает закономерности формирования траектории в зависимости от формы снаряда и условий полета. К сожалению, аэродинамика пули — дисциплина больше экспериментально-описательная, чем теоретическая. Действие некоторых факторов на траекторию по сегодняшний день объясняется весьма условно. По этой причине нет смысла углубляться в теоретические основы аэродинамики. Достаточно рассмотреть несколько интересных примеров, чтобы понять, как влияет воздушная среда на формирование траектории и, соответственно, на дальность и прочие параметры выстрела.
Пуля шарообразной формы долгое время оставалась единственным вариантом заряда для оружейников первого поколения военной истории прошлых веков. Изготовить такой заряд просто, а аэродинамическая форма обеспечивает стабильную траекторию
Пуля Минье, появившаяся в середине XIX века, стала первым шагом в разработке огнестрельных зарядов другого формата. На смену шарикам пришли конусы. Французский офицер Клод Этьенн Минье предложил боеприпас, который оказался оптимальным из конических разработок того времени. Пуля Минье долгое время была на пике популярности в армиях многих стран мира.
Войны и развитие технологий хорошо мотивировали появление новых вариантов оружейных патронов. Да, и само понятие аэродинамики стало приобретать статус реально востребованной, прикладной науки. Особенно, это коснулось авиации и артиллерии.
Всемирно известные инженеры-оружейники конца XIX века, такие как Джон Браунинг, уже не смогли бы создать свои разработки без изучения аэродинамических закономерностей. Инженерные исследования в этой области заставили по-новому рассматривать эффективность таких параметров снаряда, как вес, калибр, структура, материал, внешняя форма и пр. Нюансов, влияющих на формирование траектории, оказалось много. Достаточно упомянуть тот факт, что незначительное изменение только формы пули при полной неизменности прочих параметров может дать заметное изменение дальности выстрела (см. рисунок). Такой пример хорошо подчеркивает, насколько аэродинамическая форма пули влияет на формирование ее траектории.
Аэродинамические свойства пули зависят от ее формы. На рисунке видно, что пули одного калибра и веса, но различной формы, летят по разным траекториям и, соответственно, обеспечивают разную дальность выстрела.
Источники информации.
Стрелковое дело отличается многообразием методик и нюансов. Мастерство снайпера постигается годами на стыке науки и искусства. А задача данной статьи только обозначить сложности, с которыми мы сталкиваемся на этом пути. Существует огромное количество источников информации по каждой теме. Они помогут сориентироваться в выборе наиболее подходящих методик для баллистических настроек.
Впрочем, большая часть информации в этой области может показаться чересчур сложной, а в некоторых случаях спорной: разные источники дают разные определения и толкования, форумы иногда публикуют недостоверные данные, поскольку их сложно проверить. Поэтому большинство источников копирует статьи А.Потапова (часто без ссылок на автора), который по справедливости даже на сегодняшний день считается наиболее компетентным оружейным экспертом, а его книги - классикой стрелкового дела. Тем не менее, большой объем информации и его хаотичность в данной области не должны обескураживать начинающего стрелка. Ведь мастерство снайпера, в конечном счете, будет зависеть от его способностей и практики.
Для стрелка начальная скорость пули (снаряда) является едва ли не самой главной из всех величин, рассматриваемых во внутренней баллистике.
И действительно, от этой величины зависит наибольшая дальность стрельбы, дальность прямого выстрела, т.е. наибольшая дальность стрельбы прямой наводкой по видимым целям, при которой высота траектории полета пули не превосходит высоту цели, время движения пули (снаряда) до цели, ударное действие снаряда по цели и другие показатели.
Вот почему необходимо внимательно относиться к самому понятию начальной скорости, к способам ее определения, к тому, как изменяется начальная скорость при изменении параметров внутренней баллистики и при изменении условий стрельбы.
Пуля при выстреле из стрелкового оружия, начиная передвигаться по каналу ствола под действием пороховых газов все быстрее, достигает своей максимальной скорости в нескольких сантиметрах от дульного среза.
| |
Начальная скорость пули - факторы влияния
Затем, двигаясь по инерции и встречая сопротивление воздушной среды, пуля начинает терять свою скорость. Следовательно, скорость движения пули все время меняется. Учитывая это обстоятельство, скорость пули принято фиксировать только в каких-нибудь определенных фазах ее движения. Обычно фиксируют скорость пули при вылете ее из канала ствола.
Скорость движения пули у дульного среза ствола в момент вылета ее из канала ствола называется начальной скоростью.
За начальную скорость принимается условная скорость, которая несколько больше дульной и меньше максимальной. Она измеряется расстоянием, которое могла бы преодолеть пуля за 1 секунду по вылете из канала ствола, если бы на нее не действовали ни сопротивление воздуха, ни ее тяжесть. Так как скорость пули в некотором удалении от дульного среза мало отличается от скорости при вылете ее из канала ствола, при практических расчетах обычно считают, что наибольшую скорость пуля имеет в момент вылета из канала ствола, т.е. что начальная скорость пули является наибольшей (максимальной) скоростью.
Начальная скорость определяется опытным путем с последующими расчетами. Величина начальной скорости пули указывается в таблицах стрельбы и в боевых характеристиках оружия.
Так, при стрельбе из 7,62 мм магазинной винтовки системы Мосина обр. 1891/30 гг. начальная скорость легкой пули равна 865 м/сек, а тяжелой пули — 800 м/сек. При стрельбе из 5,6 мм малокалиберной винтовки ТОЗ-8 начальная скорость пули различных партий патронов колеблется в пределах 280—350 м/сек.
Величина начальной скорости является одной из самых важных характеристик не только патронов, но и боевых свойств оружия. Однако судить о баллистических свойствах оружия только по одной начальной скорости пули нельзя. При увеличении начальной скорости увеличивается дальность полета пули, дальность прямого выстрела, убойное и пробивное действие пули, а также уменьшается влияние внешних условий на ее полет.
Величина начальной скорости пули зависит от длины ствола оружия; массы пули; массы, температуры и влажности порохового заряда патрона, формы и размеров зерен пороха и плотности заряжания.
Чем длиннее ствол стрелкового оружия, тем большее время на пулю воздействуют пороховые газы и тем выше начальная скорость пули.
Также необходимо рассматривать начальную скорость пули в сочетании с ее массой. Очень важно знать, какой энергией обладает пуля, какую работу она может выполнить.
Из физики известно, что энергия движущегося тела зависит от его массы и скорости движения. Следовательно, чем больше масса пули и скорость ее движения, тем больше кинетическая энергия пули. При постоянной длине ствола и постоянной массе порохового заряда начальная скорость тем больше, чем меньше масса пули. Увеличение массы порохового заряда приводит к повышению количества пороховых газов, а следовательно, и к повышению величины максимального давления в канале ствола и увеличению начальной скорости пули. Чем больше масса порохового заряда, тем больше максимальное давление и начальная скорость пули.
Длина ствола и масса порохового заряда увеличиваются при конструировании образцов стрелкового оружия до наиболее рациональных размеров.
С повышением температуры порохового заряда увеличивается скорость горения пороха, а поэтому увеличиваются максимальное давление и начальная скорость пули. При понижении температуры заряда начальная скорость уменьшается. Увеличение (уменьшение) начальной скорости вызывает увеличение (уменьшение) дальности полета пули. В связи с этим при стрельбе обязательно нужно учитывать поправки дальности на температуру воздуха и заряда (температура заряда примерно равна температуре воздуха).
С повышением влажности порохового заряда уменьшаются скорость его горения и начальная скорость пули.
Форма и размеры пороха оказывают существенное влияние на скорость горения порохового заряда, а следовательно, и на начальную скорость пули. Они подбираются соответствующим образом при конструировании оружия.
Плотностью заряжания называется отношение массы заряда к объему гильзы при вставленной пуле (каморы сгорания заряда). При очень глубокой посадке пули значительно увеличивается плотность заряжания, что может привести при выстреле к резкому скачку давления и вследствие этого к разрыву ствола, поэтому такие патроны нельзя использовать для стрельбы. При уменьшении (увеличении) плотности заряжания увеличивается (уменьшается) начальная скорость пули.
Пробивное действие пули (таблицы 1 и 2) характеризуется ее кинетической энергией (живой силой). Кинетическая энергия, которую сообщают пуле пороховые газы в момент вылета ее из канала ствола, называется дульной энергией. Энергия пули измеряется в джоулях.
Таблица 1
Пробивное действие легкой пули 7,62 мм снайперской магазинной винтовки
системы Мосина обр. 1891/30 гг.(при стрельбе на расстояния до 100 м)
ВИНТОВОЧНЫЕ пули обладают громадной кинетической энергией. Так, дульная энергия легкой пули при стрельбе из винтовки образца 1891/30 гг. равна 3600 Дж. Насколько велика энергия пули, видно из следующего: чтобы получить в столь короткий отрезок времени (не путем выстрела) такую энергию, потребовалась бы машина мощностью 3000 л. с.
Из всего сказанного ясно, какое большое практическое значение имеет для стрельбы большая начальная скорость и зависимая от нее дульная энергия пули. С увеличением начальной скорости пули и ее дульной энергии увеличивается дальность стрельбы; траектория пули становится более отлогой; значительно уменьшается влияние внешних условий на полет пули; увеличивается пробивное действие пули.
В то же время на величину начальной скорости пули (снаряда) большое влияние оказывает износ канала ствола. В процессе эксплуатации ствол оружия подвергается значительному износу. Этому способствует целый ряд причин механического, термического, газодинамического и химического характера.
Прежде всего пуля при прохождении по каналу ствола, вследствие больших сил трения, закругляет углы полей нарезов и производит истирание внутренних стенок канала ствола. Кроме того, движущиеся с большой скоростью частицы пороховых газов ударяют с силой в стенки канала ствола, вызывая на их поверхности так называемый наклеп. Это явление заключается в том, что поверхность канала ствола покрывается тонкой коркой с постепенно развивающейся в ней хрупкостью. Происходящая при выстреле упругая деформация расширения ствола приводит к появлению на внутренней поверхности металла мелких трещин.
Образованию таких трещин способствует и высокая температура пороховых газов, которые в силу очень короткого действия вызывают частичное оплавление поверхности канала ствола. В нагретом слое металла возникают большие напряжения, которые в конечном счете и приводят к появлению и увеличению этих мелких трещин. Повышенная хрупкость поверхностного слоя металла и наличие к тому же трещин на нем приводят к тому, что пуля при прохождении по каналу ствола производит сколы металла в местах трещин. Износу ствола в значительной мере способствует и нагар, остающийся в канале ствола после выстрела. Он представляет собой остатки сгорания капсюльного состава и пороха, а также металла, соскобленного с пули или выплавленного из нее, оторванных газами кусочков дульца гильзы и т.д.
Имеющиеся в нагаре соли обладают свойством вбирать в себя из воздуха влагу, растворяться в ней и образовывать растворы, которые, вступая в реакцию с металлом, приводят к его коррозии (ржавлению), появлению в канале ствола сначала сыпи, а затем и раковин. Все эти факторы приводят к изменению, разрушению поверхности канала ствола, что влечет за собой увеличение его калибра, особенно у пульного входа, и, естественно, снижению в целом его прочности. Поэтому отмеченное изменение параметров при износе ствола ведет к уменьшению начальной скорости пули (снаряда), а также к резкому ухудшению боя оружия, т.е. к потере им своих баллистических качеств.
Если во времена Петра I начальная скорость полета ядра доходила до 200 метров в секунду, то современные артиллерийские снаряды летят значительно быстрее. Скорость полета современного снаряда в первую секунду равна обычно 800—900 метрам, а некоторые снаряды летят еще быстрее, — со скоростью 1000 и более метров в секунду. Эта скорость так велика, что снаряд, когда он летит, даже не виден. Следовательно, современный снаряд летит со скоростью, в 40 раз превышающей скорость курьерского поезда и в 8 раз превышающей скорость самолета.
Таблица 2
Пробивное действие пули 5,6-мм малокалиберной винтовки ТОЗ-8 (при стрельбе на расстояние до 25 м)
| Материал | Проникание пули, см |
| Листовое железо | 0,2 |
| Кирпичная кладка | 2,0 |
| Сосновые доски | 8,0 |
| Фанера | 3,2 |
| Сухой дуб | 3,0 |
| Слой мягкой глины | 8,0 |
Впрочем, здесь речь идет об обыкновенных пассажирских самолетах и об артиллерийских снарядах, летящих со средней скоростью.
Получается, что реактивный самолет не только не отстанет от такого снаряда, но и перегонит его.
Пассажирский самолет пролетает за час около 900 километров. Сколько же пролетит за час снаряд, летящий в несколько раз быстрее самолета? Казалось бы, снаряд должен пролететь за час около 4000 километров.
На самом деле, однако, весь полет артиллерийского снаряда продолжается обычно меньше минуты, снаряд пролетает 15—20 километров и лишь у некоторых орудий — больше.
В чем же тут дело? Что мешает снаряду лететь так же долго и так же далеко, как летит самолет?
Самолет летит долго потому, что воздушный винт тянет или реактивный двигатель толкает его все время вперед. Двигатель работает несколько часов подряд — пока хватит горючего. Поэтому и самолет может лететь непрерывно несколько часов подряд.
Снаряд же получает толчок в канале орудия, а дальше летит уже сам по себе, никакая сила больше не толкает его вперед. С точки зрения механики летящий снаряд будет телом, движущимся по инерции. Такое тело, учит механика, должно подчиняться очень простому закону: оно должно двигаться прямолинейно и равномерно, если только к нему не приложена больше никакая сила.
Подчиняется ли снаряд этому закону, движется ли он прямолинейно?
Представим, что за километр от нас находится какая-либо цель, например пулеметная точка противника. Попробуем навести орудие так, чтобы ствол его был направлен прямо в пулемет, потом произведем выстрел.
Выходит, что снаряд летит вперед не по прямой линии: в полете он опускается. В чем дело? Почему снаряд летит не прямолинейно? Какая сила тянет снаряд вниз?
Ученые-артиллеристы конца XVI и начала XVII века так объясняли это явление: снаряд, летящий наклонно вверх, теряет силу, подобно человеку, взбирающемуся на крутую гору. И когда снаряд окончательно потеряет силу, он на миг остановится в воздухе, а затем камнем упадет вниз. Путь снаряда в воздухе казался артиллеристам XVI века таким, как изображено на рисунке.
В наши дни все люди, изучавшие физику, зная законы, открытые Галилеем и Ньютоном, дадут более верный ответ: на летящий снаряд действует сила тяжести и заставляет его опускаться во время полета. Ведь всякий знает, что брошенный камень летит не прямо, а описывает кривую и, пролетев небольшое расстояние, падает на землю. При прочих равных условиях камень летит тем дальше, чем сильнее он брошен, чем большую скорость он получил в момент броска.
Поставим на место человека, бросающего камень, орудие, а камень заменим снарядом; как и всякое летящее тело, снаряд будет притянут при полете к земле и, следовательно, отойдет от той линии, по которой он был брошен, эта линия так и называется в артиллерии линией бросания, а угол между этой линией и горизонтом орудия — углом бросания.
Если предположить, что на снаряд при его полете действует только сила тяжести, то под действием этой силы в первую секунду полета снаряд опустится приблизительно на 5 метров (точнее — на 4,9 метра), во вторую — почти на 15 метров (точнее — на 14,7 метра) и в каждую следующую секунду скорость падения будет увеличиваться почти на 10 метров в секунду (точнее — на 9,8 метра в секунду). Таков закон свободного падения тел, открытый Галилеем.
Поэтому-то линия полета снаряда — траектория — получается не прямой, а точно такой же, как и для брошенного камня, похожей на дугу.
Кроме этого, можно задаться вопросом: нет ли связи между углом бросания и расстоянием, которое пролетает снаряд?
Попробуем выстрелить из орудия один раз при горизонтальном положении ствола, другой раз — придав стволу угол бросания 3 градуса, а в третий раз — при угле бросания 6 градусов.
В первую же секунду полета снаряд должен отойти вниз от линии бросания на 5 метров. И значит, если ствол орудия лежит на станке высотой 1 метр от земли и направлен горизонтально, то снаряду некуда будет опускаться, он ударится о землю раньше, чем истечет первая секунда полета. Расчет показывает, что уже через 6 десятых секунды произойдет удар снаряда о землю.
Снаряд, брошенный со скоростью 600—700 метров в секунду, при горизонтальном положении ствола пролетит до падения на землю всего лишь метров 300. Теперь произведем выстрел под углом бросания в 3 градуса.
Линия бросания пойдет уже не горизонтально, а под углом в 3 градуса к горизонту.
По нашим расчетам, снаряд, вылетевший со скоростью 600 метров в секунду, должен был бы через секунду подняться уже на высоту 30 метров, но сила тяжести отнимет у него 5 метров подъема, и на самом деле снаряд окажется на высоте 25 метров над землей. Через 2 секунды снаряд, не будь силы тяжести, поднялся бы уже на высоту 60 метров, на самом же деле сила тяжести отнимет на второй секунде полета еще 15 метров, а всего 20 метров. К концу второй секунды снаряд окажется на высоте 40 метров. Если продолжим расчеты, они покажут, что уже на четвертой секунде снаряд не только перестанет подниматься, но начнет опускаться все ниже и ниже. И к концу шестой секунды, пролетев 3600 метров, снаряд упадет на землю.
Расчеты для выстрела под углом бросания 6 градусов похожи на те, которые мы только что делали, но считать придется много дольше: снаряд будет лететь 12 секунд и пролетит 7200 метров.
Таким образом, мы поняли, что чем больше угол бросания, тем дальше летит снаряд. Но этому увеличению дальности есть предел: дальше всего снаряд летит, если его бросить под углом 45 градусов. Если еще увеличивать угол бросания, снаряд будет забираться все выше, но зато падать он будет все ближе.
Само собой разумеется, что дальность полета будет зависеть не только от угла бросания, но и от скорости: чем больше начальная скорость снаряда, тем дальше он упадет при прочих равных условиях.
Например, если бросить снаряд под углом 6 градусов со скоростью не 600, а 170 метров в секунду, то он пролетит не 7200 метров, а всего лишь 570.
Следовательно, реальная наибольшая начальная скорость снаряда, которую можно достичь в классическом артиллерийском орудии, принципиально не может превзойти величины 2500—3000 м/с, а реальная дальность стрельбы не превышает нескольких десятков километров. В этом заключается особенность артиллерийских ствольных систем (в том числе и стрелкового оружия), осознав которую человечество в стремлении к космическим скоростям и дальностям обратилось к использованию реактивного принципа движения.
Читайте также: