Эту статью могут комментировать только участники сообщества.
Вы можете вступить в сообщество одним кликом по кнопке справа.
Сергей Сергучев перепечатал из bratishka.ru 25 июля 2015, 10:18
2 оценок, 1701 просмотр Обсудить (8)
СЛОВО «выстрел» в артиллерии употребляется в нескольких значениях и обозначает: совокупность процессов, протекающих в стволе огнестрельного оружия; комплект боеприпасов, предназначенных для стрельбы из этого оружия; момент вылета пули (снаряда) из канала ствола оружия энергией газов, образующихся при сгорании порохового заряда. Во внутренней баллистике слово «выстрел» употребляется в его первом значении. Явлением выстрела называется совокупность механических, физических, химических, термодинамических и газодинамических процессов, проходящих в оружии от момента начала воспламенения заряда до момента окончания истечения пороховых газов из канала ствола оружия после вылета снаряда.
Явление выстрела включает следующие процессы:
— образование пороховых газов;
Галилео | Эксперимент. Что раньше упадёт: пуля или гильза?
— врезание ведущих поясков в нарезы;
— поступательное движение пули (снаряда);
— трение ведущих поясков о поверхность канала ствола;
— вращательное движение пули (снаряда);
— расширение пороховых газов;
— движение пороховых газов;
— движение элементов боевого заряда;
— изменение состава пороховых газов;
— теплопередача от пороховых газов к стенкам ствола;
— деформация ствола, пули (снаряда), гильзы;
— износ и разгар канала ствола;
— вытеснение воздуха из канала ствола;
— движение подвижных частей автоматики оружия;
— истечение пороховых газов из канала ствола;
— образование дульной волны;
— образование дульного пламени.
Перечисленные процессы могут протекать в одном или в нескольких периодах. Так, воспламенение пороха и врезание ведущих поясков в нарезы происходит в предварительном периоде, образование дульной волны — в периоде последействия. А движение пороховых газов протекает в четырех периодах — предварительном (пиростатическом), пиродинамическом, термодинамическом и последействия. Наибольшее число процессов совершается одновременно в пиродинамическом периоде, поэтому он является наиболее сложным и общим.
Перечисленные процессы не равноценны по их роли при решении основной задачи пиродинамики, т. е. с точки зрения раскрытия характера движения снаряда в канале ствола орудия. К основным процессам явления выстрела относятся:
— образование пороховых газов;
— расширение пороховых газов;
— поступательное движение снаряда;
— истечение пороховых газов из канала ствола.
Эти процессы во внутренней баллистике изучаются подробно.
Следует отметить, что горение пороха происходит сначала в постоянном объеме, а с момента начала движения пули (снаряда) — в переменном объеме, расширение пороховых газов происходит как при горении пороха, так и после его горения.
Во время выстрела из стрелкового оружия происходят следующие явления. При спуске курка с боевого взвода боек ударяет по капсюлю боевого патрона, досланного в патронник, вызывая этим мгновенный взрыв ударного состава капсюля. Возникающее при этом сильное пламя через затравочные отверстия в дне гильзы проникает к пороховому заряду, воспламеняя со всех сторон зерна пороха.
КАК ВЫЛЕТАЕТ ПУЛЯ? // ПРОИСХОЖДЕНИЕ ВЫСТРЕЛА
Пороховой (боевой) заряд, почти одновременно загораясь, выделяет большое количество сильно нагретых упругих пороховых газов, создающих в канале ствола высокое давление на дно пули, дно и стенки гильзы, а также на стенки ствола и затвор. По мере сгорания заряда пороховым газам становится тесно в пороховой камере (патроннике).
Стремясь расшириться, они давят во все стороны с одинаковой силой, в том числе и на пулю. Встречая сопротивление прочных стенок ствола и дна гильзы, упирающейся в личинку затвора, пороховые газы распространяются в сторону наименьшего сопротивления, толкая перед собой пулю.
В результате давления газов на дно пули 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 движение оружия (ствола) назад. От давления газов на стенки гильзы и ствола происходит их растяжение (упругая деформация), и гильза, плотно прижимаясь к патроннику, препятствует прорыву пороховых газов в сторону затвора. Одновременно при выстреле возникает колебательное движение (вибрация) ствола и происходит его нагревание. Раскаленные газы и частицы несгоревшего пороха, истекающие из канала ствола вслед за пулей, при встрече с воздухом образуют пламя и ударную волну, которая является источником звука при выстреле.
В этом и состоит явление выстрела. Он протекает очень быстро. Так, пуля в стволе 7,62 мм магазинной винтовки Мосина образца 1891/30 гг. движется всего лишь около 0,0015 сек.
При выстреле из автоматического оружия, устройство которого основано на принципе использования энергии пороховых газов, отводимых через отверстие в стенке ствола (например, автомат Калашникова АК-74, ручной пулемет Калашникова РПК-74; снайперская винтовка Драгунова СВД; единый пулемет Калашникова ПКМ), часть пороховых газов после прохождения пулей газоотводного отверстия устремляется через него в газовую камеру, ударяет в поршень и отбрасывает поршень с затворной рамой (толкатель с затвором) назад. Пока затворная рама (стебель затвора) не пройдет определенное расстояние, обеспечивающее вылет пули из канала ствола, затвор продолжает запирать канал ствола. После вылета пули из канала ствола происходит его отпирание; затворная рама и затвор, двигаясь назад, сжимают возвратную (возвратно-боевую) пружину; затвор при этом извлекает из патронника гильзу. При движении вперед под действием сжатой пружины затвор досылает очередной патрон в патронник и вновь запирает канал ствола.
При выстреле из автоматического оружия, устройство которого основано на принципе использования энергии отдачи (например, пистолет Макарова ПМ, автоматический пистолет Стечкина АПС, пистолет-пулемет Шпагина образца 1941 года ППШ), давление газов через дно гильзы передается на затвор и вызывает движение затвора с гильзой назад. Это движение начинается в момент, когда давление пороховых газов на дно гильзы преодолевает инерцию затвора и усилие возвратно-боевой пружины. Пуля к этому времени уже вылетает из канала ствола. Отходя назад, затвор сжимает возвратно-боевую пружину, затем под действием энергии сжатой пружины затвор движется вперед и досылает очередной патрон в патронник.
В некоторых образцах оружия (например крупнокалиберный пулемет Владимирова КПВ, станковый пулемет «Максим» обр. 1910 года) под действием давления пороховых газов на дно гильзы вначале движется назад ствол вместе со сцепленным с ним затвором (замком). Пройдя некоторое расстояние, обеспечивающее вылет пули из канала ствола, ствол и затвор расцепляются, после чего затвор по инерции отходит в крайнее заднее положение и сжимает (растягивает) возвратную пружину, а ствол под действием пружины возвращается в переднее положение.
Явление выстрела характеризуется кратковременностью и сложностью, оно длится десятые и даже сотые доли секунды (0,001—0,06 сек), причем за столь короткий промежуток времени происходит множество процессов различной природы, связанных друг с другом. Во время выстрела развиваются высокие давления, достигающие тысяч атмосфер, и высокие температуры до 3000 °C.
При сгорании порохового заряда примерно 25—35% 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.
Несмотря на кратковременность явления выстрела, его можно разделить на четыре последовательных периода.
Предварительный (или пиростатический) период длится от момента начала горения порохового заряда до полного врезания оболочки пули в нарезы ствола. В течение этого периода в канале ствола по мере горения пороха количество пороховых газов увеличивается, в связи с чем быстро нарастает и давление газов, необходимое для того, чтобы сдвинуть пулю (снаряд) с места и преодолеть сопротивление ее оболочки врезанию в нарезы ствола.
Когда оно достигает определенной величины, достаточной для преодоления сил сопротивления движению (обжимки пули в дульце гильзы, врезания пули в нарезы и др.), пуля начинает свое движение. Давление пороховых газов, которое необходимо для полного врезания пули в нарезы, называется давлением форсирования. В стрелковом оружии оно колеблется в пределах 25—50 МПа (250—500 кг/кв.см) при стрельбе оболочечными пулями, в зависимости от устройства нарезов, массы пули и твердости ее оболочки (например, у стрелкового оружия под 7,62 мм автоматный патрон образца 1943 года давление форсирования равно около 30 МПа (300 кг/кв.см). Горение порохового заряда в этот период происходит в постоянном объеме, оболочка (поясок) пули (снаряда) врезается в нарезы мгновенно, а ее движение начинается сразу же при достижении в канале ствола давления форсирования.
Первый (или основной) пиродинамический период длится от начала движения пули (снаряда) до момента полного сгорания порохового заряда. В этот период горение порохового заряда происходит в быстро изменяющемся объеме.
В начале периода, когда пуля (снаряд) еще не приобрела большую скорость движения по каналу ствола, количество газов растет значительно быстрее, чем объем запульного (заснарядного) пространства (пространство между дном пули (снаряда) и дном гильзы), в силу чего давление газов в канале ствола быстро повышается и достигает наибольшей величины. Например, у стрелкового оружия, рассчитанного на использование 7,62 мм автоматного патрона образца 1943 года — 280 МПа (2800 кг/кв.см), а под 7,62 мм винтовочный патрон — 290 МПа (2900 кг/кв.см).
Это давление называется максимальным давлением. Оно создается у стрелкового оружия при прохождении пулей 4—6 см пути (снарядом 4—10 калибров). Затем, вследствие значительного увеличения скорости движения пули (снаряда), объем запульного пространства увеличивается быстрее притока новых газов, и давление в канале ствола начинает постепенно снижаться.
В конце горения пороха давление пороховых газов составляет примерно 2/3 максимального давления. Скорость движения пули постоянно возрастает и к концу периода достигает примерно 3/4 начальной скорости. Пороховой заряд полностью сгорает незадолго до того, как пуля вылетит из канала ствола. Максимальное давление, которое развивают пороховые газы в стволе 7,62 мм магазинной винтовки Мосина образца 1891/30 гг. при стрельбе легкой пулей — 285 МПа (2850 кг/кв.см), при стрельбе тяжелой пулей — до 320 МПа (3200 кг/кв.см).
Максимальное давление пороховых газов в стволе 5,6 мм малокалиберной винтовки и пистолета равно 130 МПа (1300 кг/кв.см), а в стволе 7,62 мм револьвера «Наган» образца 1895 года — 110 МПа (1100 кг/кв.см).
Второй термодинамический период длится от момента полного сгорания порохового заряда до момента вылета пули (снаряда) из канала ствола. С началом этого периода приток пороховых газов прекращается, однако сильно сжатые и нагретые газы расширяются и дальнейшее движение пули (снаряда) происходит под действием постоянного, свободно расширяющегося количества пороховых газов, которые, благодаря своей упругости, обладают еще большим запасом энергии; продолжая расширяться, они увеличивают скорость движения пули. Спад давления во втором периоде происходит быстрее, чем в конце первого периода, и у дульного среза дульное давление (т. е. давление пороховых газов в момент вылета пули из канала ствола) составляет у орудия 1/3, у различных образцов стрелкового оружия — 1/5 максимального давления — от 20 (200 кг/кв.см до 90 МПа (900 кг/кв.см). Например, у 5,6 мм малокалиберной винтовки ТОЗ-8 — около 20 МПа (200 кг/кв.см); у 7,62 мм магазинной винтовки Мосина образца 1891/30 гг. оно равно 41,6 МПа (416 кг/кв.см); у 7,62 мм самозарядного карабина Симонова СКС — 39 МПа (390 кг/кв.см), у 7,62 мм станкового пулемета Горюнова — 57 МПа (570 кг/кв.см). Скорость пули в момент вылета ее из канала ствола (дульная скорость) несколько меньше начальной скорости.
Характер изменения давления пороховых газов в канале ствола и нарастания скорости движения пули при стрельбе из винтовки обр. 1891/30 гг. и малокалиберной винтовки показан в таблице 1. У некоторых видов стрелкового оружия, особенно короткоствольных (например у пистолета Макарова ПМ), второй период отсутствует, так как пуля вылетает из канала ствола раньше, чем успевает полностью сгореть пороховой заряд.
Третий период, или период последействия газов, длится от момента вылета пули (снаряда) из канала ствола до момента окончания истечения пороховых газов из канала ствола и прекращения действия пороховых газов на пулю (снаряд). В течение этого периода пороховые газы, вырываясь из канала ствола со скоростью 1200—2000 м/сек (значительно большей, чем скорость пули), продолжают на некотором расстоянии от дульного среза оружия (до 20 см) оказывать давление на дно пули и сообщают ей дополнительную скорость — до тех пор, пока сопротивление окружающей воздушной среды не станет равным давлению газов на дно пули. Следовательно, по мере продвижения пули в канале ствола скорость ее движения непрерывно возрастает, достигая наибольшей (максимальной) в конце третьего периода на удалении нескольких десятков сантиметров от дульного среза ствола. Этот период заканчивается в тот момент, когда давление пороховых газов на дно пули (снаряда) будет уравновешено сопротивлением воздуха.
В образцах стрелково-артиллерийского вооружения обычно имеют место все перечисленные периоды и только в редких случаях, когда окончание горения пороха происходит после вылета снаряда, отсутствует термодинамический период. В минометах, как правило, отсутствует период форсирования.
После прохождения дульного среза оружия пуля (снаряд) имеет максимальную скорость.
Нужно отметить, что характер нарастания давления пороховых газов в канале ствола в значительной мере зависит от плотности порохового заряда. С увеличением плотности заряда резко повышается скорость горения пороха, а следовательно, и нарастание давления газов, вплоть до возникновения детонации. Поэтому, во избежание несчастных случаев, не следует стрелять патронами с глубоко посаженными пулями.
Иногда после удара бойка по капсюлю выстрела может не произойти или он последует с некоторым запозданием. В первом случае происходит осечка, а во втором — затяжной выстрел.
Причиной осечки чаще всего бывает отсыревание ударного состава капсюля или порохового заряда, а также слабый удар бойка по капсюлю. Как известно, с повышением процента влажности порох горит медленнее, отчего и нарастание давления пороховых газов в канале ствола может происходить также замедленней.
Поэтому при отсыревшем пороховом заряде возможен затяжной выстрел, при котором между ударом бойка по капсюлю и звуком выстрела проходит заметный промежуток времени. При повышенной влажности заряда, а также недостаточной мощности капсюля луч пламени от взрыва капсюльного состава не может произвести одновременное зажжение всех пороховых зерен, а воспламеняет лишь близлежащие слои пороха, от которых следующие слои загораются через некоторый промежуток времени. В связи с этим, если после спуска курка выстрела не последовало, стрелок не должен торопиться с перезаряжанием оружия, а выждать несколько секунд, чтобы не мог произойти взрыв порохового заряда при открытом затворе и как следствие ранение стрелка и порча оружия. Если осечка произойдет при стрельбе из станкового гранатомета СПГ-9, то перед его разряжанием необходимо выждать не менее одной минуты.
В этом отношении наибольшую осторожность нужно проявлять при стрельбе патронами, длительное время хранившимися без герметической упаковки и в недостаточно сухом месте. Поэтому необходимо оберегать боеприпасы от влаги и содержать оружие в исправном состоянии.
Источник: maxpark.com
Начальная скорость пули: факторы влияния
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. 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.
| 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) |
|
| Материал | Проникание пули, см |
| Стальная плита | 0,6 |
| Железная плита | 1,2 |
| Слой гравия или щебня | 10-12 |
| Кирпичная кладка | 15-20 |
| Сосновые доски (по 2,5 см каждая), поставленные с промежутками в 2,5 см |
35 досок |
| Дерево по торцу | до 150 |
| Стенка из дубового дерева | 70 |
| Слой мягкой глины | 70-80 |
| Земля | 60-70 |
| Слой утрамбованного снега | до 350 |
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.
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 (оржавлению), 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.
Впрочем, здесь речь идет об обыкновенных пассажирских самолетах и об артиллерийских снарядах, летящих со средней скоростью.
Если же взять для сравнения, с одной стороны, самый «медленный» снаряд, а с другой — современный реактивный самолет, то разница будет уже не так велика, и притом не в пользу снаряда: реактивные самолеты летят со средней скоростью около 900 километров в час, то есть около 250 метров в секунду, а очень «медленный» снаряд, например снаряд 152-миллиметровой самоходной гаубицы «Мста» 2 С19, при наименьшем заряде пролетает в первую секунду всего лишь 238 метров.
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.
| 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 |
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.
Сколько бы раз мы так ни стреляли, в цель мы не попадем никогда: всякий раз снаряд будет падать на землю и разрываться, пролетев всего лишь метров 200-300. Если мы будем продолжать опыты, то скоро придем к такому выводу: чтобы попасть, нужно направить ствол не в цель, а несколько выше ее.
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.
Сергей Монетчиков
Фото Владимира Николайчука
и из архива автора
Братишка 08-2009
Источник: arsenal-info.ru
Что быстрее: пуля или снаряд?
Пули, как снаряды бывают разные, соответственно и тактико-техниче характеристики у них отличаются.
Возьмём для сравнения обычый патрон 5.45 для автомата Калашникова. Скорость пули около 900 м/с
И скорость снаряда танковой пушки. Самые распространенные боеприпасы это осколочно-фунасные и кумулятивные.
Первые достаточно тяжёлые и развивают скорость менее 800 м/с, кумулятивные более 900 м/с. Из-за большого размера даже можно визуально проследить полет снаряда метров через пятсот после вылета из ствола, как снижается скорость. Автоматную пулю не отследить.
Используются подкалиберные снаряды, у них скорость около 1800 м/с.
Пуля пистолета Макарова имеет начальную скорость вообще в три раза меньше автоматной.
Если сравнивать в общем, не вдаваясь сильно в детали, то снаряд летит быстрее и дальше.
автор вопроса выбрал этот ответ лучшим
в избранное ссылка отблагодарить
alexm12 [248K]
«Автоматную пулю не отследить.»
Трассирующие очень даже отслеживаются. — более года назад
Денис Мирный [187K]
Отслеживается след, а не сама пуля. — более года назад
комментировать
Алекс андр Самар а [77.9K]
более года назад
Как вы понимаете, артиллерийские орудия и стрелковое оружие бывают очень разные.
К примеру, у пистолета Макарова скорость вылета пули — 315 метров в секунду.
А у автомата Калашникова (АКМ) — 715 м/с. Есть разница, правда?
У противотанковой пушки 1942 года — 870 м/с.
А у гаубицы, которая бьёт большим калибром по навесной траектории, снаряд вылетает на скорости 500-600 м/с.
А зенитка КМ-52 пуляла 49-килограммовый снаряд со скоростью 1030 м/с.
Но бывают и дальнобойные винтовки, у которых пуля вылетает тоже быстрее 1000 м/с.
Так что, возвращаясь к вашему вопросу, я бы тут предположил «боевую ничью».
в избранное ссылка отблагодарить
Денис Мирный [187K]
Однако самая быстрая пуля 220 Swift имеет скорость 1422 м/с, что не дотягивает до обычного подкалиберного снаряда. — более года назад
Александр Самара [77.9K]
Ну, это самая быстрая, она такая одна.
А если взять основную массу стрелковых и артиллерийских систем, то получится примерный «паритет». — более года назад
комментировать
Выбор Сдела н [31.8K]
более года назад
В этом случае нужно посмотреть на задачи которые выполняют пули, снаряды и как это осуществляется.
Есть смысл сравнивать пули с подкалиберными снарядами, т.к. они устроены по одному принципу — не несут внутри заряд и предназначены для пробивного действия. Т.е. разрушающее действие которое они выполняют производится за счёт их собственной энергии (массы и скорости).
E=mV²/2 в этой формуле скорость имеет вторую степень, это значит при увеличении массы вдвое пробивное действие увеличится в 2 раза, а при увеличении скорости вдвое пробивное действие увеличится в 4 раза. Значит эффективность в значительной степени зависит от скорости.
Для снаряда цель — броня сотни миллиметров, для пули — считанные миллиметры или не броня. Для снаряда дальность полёта — сотни и тысячи метров, для пули десятки и сотни метров.
Из этого всего простой и наглядный вывод: в обычных условиях пуле нет никакого смысла летать быстрее снаряда.
Источник: www.bolshoyvopros.ru
Дульная энергия пневматического оружия – теория и практика мощности
Дульная энергия – это кинетическая энергия пули или снаряда, поскольку она выталкивается из дульной части. Измеренная и обозначенная Джоулями на международном уровне имеет тенденцию стать точным представлением мощности оружия.
В России ограничивают владение оружием на основе дульной энергии, а не скорости пули.
Федеральным законом Российской Федерации “Об оружии”, оружием принято считать с дульной энергией более 3 Дж. Если более 7,5 Дж необходимы разрешительные документы.
От чего зависит мощность выстрела пневматики
Затрагивая тему мощности или силы выстрела, необходимо отделить эти понятия от физических величин. Из школьных курсов нам известно, что первая переменная выражается в Ваттах, вторая — в Ньютонах. В каждом случае участвует вес тела и его скорость. Однако в оружейном производстве принято использовать силу начальной кинетический (дульной) энергии, которая выражается в Джоулях.
Из формулы Е=1/2*m*v^2 видно, что основополагающими параметрами выступают скорость и масса снаряда. Поскольку вес пули всегда остается неизменным, зависящим от калибра, то эту величину можно считать постоянной.
Остается единственная переменная, на которую можно влиять физическим воздействием. В качестве инициатора толчка, придающего дроби начальное ускорение, выступает сменная пружина оружия. От ее внутреннего напряжения при сжимании зависит, с какой скоростью вылетит пуля из ствола.
В разных видах вооружения понятие калибр трактуется по-разному. Для огнестрельного оружия калибр — это расстояние между нарезами, для гладкоствольных ружей — диаметр канала ствола.
Из формулы видно, что для получения одного и того же показателя начальной кинетической энергии необходимо менять одну из переменных. Однако увеличивать массу до бесконечности физически невозможно, поэтому остается только одно — повышать ускорение. Чем выше будет скорость, тем выше будет пробивная способность и больше дальность полета пули. Поэтому превратить обычную винтовку в грозное оружие можно путем смены пружины.
В чем сила, брат?
Здесь мы попытаемся определить, в каких же единицах нужно измерять «дурь» пневматических пистолетов и винтовок, от которой зависит, что он способен пробить и чего натворить. К слову, оценивать мощность по способности пробивать «ну очень толстые» бутылки не стоит, в этом отношении пневматика делится только на два класса – пробивает и не пробивает.
Так в чем же сила?
Многие спецы с абсолютной и непоколебимой уверенностью будут доказывать вам, что дело в скорости. И чем скорость больше, тем ствол мощнее. В рамках одного боеприпаса это, безусловно, правда. Но при использовании пуль различной массы в итоговой мощности пистолета начинается разброс, причем весьма заметный.
Чтобы компенсировать этот фактор, и дать объективную оценку силе и мощности пистолета оружейники обращаются к школьной физике. Именно оттуда к нам приходит знаменитая формула кинетической энергии, называемой в законе «Об оружии» Дульной энергией.
где m – масса пули (в кг), v – скорость вылета пули (измеряем по хронографу), E – итоговая дульная энергия.
В физике сила измеряется в Ньютонах, мощность в Ваттах, а наша итоговая энергия в Джоулях (Дж). Так что, когда говорят что-то про «силу выстрела пневматики» или «мощность пневматического пистолета» не придираемся к словам, а понимаем, что речь идет про те самые Джоули.
Расчет дульной энергии пневматики
Владельцы пневматического оружия, а также желающие его приобрести, часто задаются вопросом, насколько оно мощное. Следует сразу отметить, что пробивная способность пули зависит от многих факторов, таких как прочность материалов, дальность цели и другие. Но основным все же является дульная энергия, измеряемая в Джоулях.
Она равна произведению половины массы на квадрат скорости: E=1/2*m*v^2, где m – вес, v – начальная скорость.
К примеру, кинетическая энергия пули пистолета Макарова при весе 6,3 грамма и скорости 330 м/с составляет 343 Дж, автомата Калашникова при скорости 900 м/с равна 1377 Дж. И это не предел для боевого оружия. У духовых ружей эти показатели намного меньше.
Для того чтобы узнать мощность пневматической винтовки или пистолета, необходимо знать калибр дроби и скорость ее вылета. С первым параметром все ясно, так как производители указывают вес пулек на упаковках. Для вычисления скорости потребуется хронограф. Существуют электронные модели, которые выдают результат уже в джоулях.
Поэтому владельцу даже не потребуется выполнять расчет самостоятельно. При отсутствии нужного инструмента в качестве параметра можно использовать заявленную производителем скорость. Ее часто указывают в техническом паспорте изделия. Владельцу лишь остается подставить нужные цифры и получить конечный результат.
И снова формулы
С матчастью вроде ознакомились, теперь перейдем к практике. Итак, есть одна формула с тремя переменными. А значит, мы ее можем использовать для трех разных случаев (все это уже писал на форуме, здесь только повторюсь):
1. Известна масса пули, замерена скорость выстрела – определяем дульную энергию оружия:
2. Уже известна примерная дульная энергия (по прошлому пункту), меняем массу пули на другую – вычисляем возможную скорость вылета:
3. Известна дульная энергия, хотим определить массу пули для достижения нужной скорости – вычисляем:
Но знать математику, конечно, хорошо, но лучше, когда за вас уже что-то считает. Предлагаю калькулятор для решения вышестоящих задач:
Классификация пневматики по энергии
Любое изделие поддается классификации и определению. Пневматическое оружие в том числе. По принципу устройства их делят на:
- пружинно-поршневые. Кинетическую энергию пуле придает механизм, состоящий из пружины и поршня. Головка сжимает воздух, который впоследствии выталкивает снаряд из ствола. Перезаряжение производится за счет мускульной силы стрелка;
- электропневматические. Принцип действия совпадает с вышеописанным, но сжатие пружины происходит за счет энергии аккумуляторов;
- газобаллонные. Газ, находящийся под давлением в баллоне, во время стрельбы выталкивает шарики из ствола. Такие ружья часто используют в пейнтболе;
- предварительно накачиваемые. Сжатый воздух стрелок накачивает самостоятельно с помощью мускульной силы или компрессорного оборудования.
Во всех вышеперечисленных конструкциях начальную скорость пуле придает сжатый воздух. Поэтому оружие часто классифицируют по дульной энергии. Такое разделение необходимо с юридической составляющей. По мощности выстрела можно определить, на сколько оно опасно для человека и, соответственно, требует получение лицензии.
До 3 Дж, без указания калибра
Такие ружья и пистолеты больше используют для развлечения и отработки меткости стрельбы. Они не обладают убойной силой и не способны нанести существенного вреда человеку. Для его покупки не требуется получение разрешения, поэтому оно находится в свободной продаже.
До 3 Дж, кал. 6-8 мм
Эта категория оружия относится к группе мягкой пневматики. На жаргонном языке ее еще называют «Аэрсофт». Изготавливается с полной имитацией боевых видов стрелкового вооружения. В качестве боеприпасов выступают пластиковые шарики диаметром от 6 до 8 миллиметров. Заряжающий механизм приводится в действие с помощью электропривода, работающего от съемных аккумуляторов.
Широкое применение оружие нашло в игре «Страйкбол».
3,5 Дж, кал. 10 мм
Еще одна категория безопасного оружия, используемого для развлечения. Также присутствует внешняя имитация боевых видов. Шарики из ствола выталкивает сжатый газ, обычно углекислый, который предварительно закачивают в специальные баллоны. Используют оружие для игр в «Пейнтбол».
до 7,5 Дж, кал. 4,5 мм
Спортивно-развлекательное оружие для обучения навыкам стрельбы и игры в «Хардбол». К этой категории относятся практически все виды разрешенного пневматического оружия. Они не требуют получения специального разрешения в МВД.
14 Дж, кал. 17,3 мм
Оружие, обладающее дульной энергией 14 Дж, относится к категории спортивного снаряжения. Используется для тренировки и участия в соревнованиях.
До 25 Дж, любого калибра
Сюда относятся спортивные и охотничьи ружья, пистолеты. Убойная сила такого оружия достаточно высока, поэтому его приравнивают к боевому огнестрельному. Требует получения разрешения и лицензии.
Длина ствола и дульная скорость
Фото Андрея Таланова
Правда, для этого потребовался бы ствол очень большой длины. В действительности приходится довольствоваться скоростью около 400 м/с, но и длина ствола сокращается до 700-750 мм. Таким образом, «коэффициент полезного действия» порохового выстрела составляет всего 30% от всей энергии пороха, а 70% энергии тратится на трение скольжения снаряда в стволе, на аэродинамическое сопротивление воздуха перед снарядом, на тепловые потери с уходящими пороховыми газами и на отдачу. Последняя составляющая невелика – около 0,5%.
Я попытался выяснить, в какой пропорции распределяются эти потери, но в отечественной охотничьей литературе я ничего не нашел по внутренней баллистике дробового выстрела, кроме книги Н.А. Изметинского и Л.Е. Михайлова «Ижевские ружья», (Ижевск,1995), в которой, кстати, так же этот вопрос не решен.
Правда, имеются труды по внутренней баллистике орудий, например, у И.П. Граве, Н.Ф. Дроздова, М.Е. Серебрякова и других. К сожалению, строгого аналитического решения задачи внутренней баллистики нет и, как утверждают указанные авторы, и быть не может ввиду сложности пиродинамических процессов при выстреле.
Однако очень хотелось хотя бы приближенно решить такую задачу.
Наконец, я наткнулся на книгу Дж. Корнера «Внутренняя баллистика орудий», (М, 1953), в которой было дано приблизительное аналитическое решение этой задачи. По его формулам, зная силу пороха и скорость его горения, можно было найти такие параметры, как максимум давления пороха, давление пороха в конце горения и их расстояния от дульного среза, а также дульное давление. Кроме того, в этих же точках могли быть найдены и скорости снаряда.
К сожалению, решение давалось без учета сил сопротивления, что не давало окончательного решения. После соответствующих попыток все же удалось найти приемлемое техническое решение. Общий баланс энергии выглядит следующим образом: кинетическая энергия снаряда составляет 30%, потери от трения скольжения равны 26, на аэродинамическое сопротивление тратится 20 и с теплом пороховых газов уходит 25% энергии.
Между прочим, эта информация для тех, кто ленится чистить ружье и стрелять неосаленными пыжами, а также использовать пыжи с плохими обтюрирующими свойствами. В последнем случае давление в заснарядном пространстве падает, а прорвавшиеся мимо пыжа или через пыж пороховые газы еще больше увеличивают аэродинамическое сопротивление.
А то, что это торможение действительно существенно, то вся внешняя баллистика снарядов, мин и пуль только тем и занимается, что исследует влияние на полет снаряда сопротивление воздуха в открытом пространстве и ускорение силы тяжести. Сопротивление же снаряда в полузамкнутом канале ствола возрастает раз в пять.
Увеличение длины ствола в какой-то мере способствует увеличению дульной скорости снаряда лишь до тех пор, пока сила пороховых газов превышает торможение. Но после наступления максимума дульной скорости происходит ее спад вплоть до полной остановки снаряда в стволе.
Так, по данным книги «Ижевские ружья», прирост скорости от 500 мм до 720 мм составляет всего 8 м/с. Дальнейшее увеличение длины ствола еще меньше добавит дульной скорости, так что насадка «супергусь» длиной 220 мм увеличила бы убойную дальность дроби № 0 всего на 1,5 м. По моим расчетам при длине ствола 8 м дробь вообще не покинула бы ствол.
А теперь немного не в тему. Мои приятели-охотники задали мне вопрос: «Какая пуля эффективнее, тяжелая или легкая?» С ходу я ничего не смог ответить, но после некоторых расчетов получилось следующее. Если сравнить две круглые пули с одинаковыми диаметрами 18 мм, но разными массами, 35 г и 30 г (отношение масс 1,17), скорости которых равны 400 м/с и 432 м/с соответственно (чтобы выполнялось равенство начальных кинетических энергий), то на расстоянии 120 м их скорости сравняются, но кинетическая энергия пули 35 г будет, естественно, выше, чем пуля 30 г.
Но легкая пуля на всем протяжении имеет большую скорость и, следовательно, меньшее время полета и меньшее снижение траектории полета пули. Это снижение на расстоянии 120 м у тяжелой пули составляет 73 см, а у легкой – 68 см. Выигрыш всего 5 см. Для пуль другого типа, если они отличаются только массой, будут другие цифры, но конечный результат будет аналогичен – легкая пуля с каждым метром полета будет уступать более тяжелой пуле.
Если массы пуль отличаются в меньшей степени, то выигрыш и потери будут незначительны. Например, пули Рубейкина, выточенные из латуни (плотность 8,6 кг/дм3) и из стали (плотность 7,8 кг/дм3), будут иметь отношение масс 1,1, так что их можно считать одинаковыми, но стоимость латуни значительно выше. Так что решайте сами, какие пули изготавливать и применять!
Игорь Арбузов 22 марта 2013 в 00:00
Источник: arbalet-in.ru