Движение пули в воздухе кратко
Обновлено: 05.07.2024
Сведения из внешней баллистики
Внешняя баллистика - это наука, изучающая движение пули (гранаты) после прекращения действия на нее пороховых газов.
Вылетев из канал а 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 ее элементы
Траекторией называется кривая линия, описываемая центром тяжести пули в полете.
Пуля при полете в воздухе подвергается действию двух сил: силы тяжести и силы сопротивления воздуха.
Сила тяжести заставляет пулю постепенно понижаться, а сила сопротивления воздуха непрерывно замедляет движение пули и стремится опрокинуть ее.
В результате действия этих сил скорость полета пули постепенно уменьшается, а ее траектория представляет собой по форме неравномерно изогнутую кривую линию.
Центр дульного среза ствола
Точка вылета является началом траектории
2. Горизонт оружия
Горизонтальная плоскость, проходящая через точку вылета
Горизонт оружия имеет вид горизонтальной линии. Траектория дважды пересекает горизонт оружия: в точке вылета и в точке падения
3. Линия возвышения
Прямая линия, являющаяся продолжением оси канала ствола наведенного оружия
4. Угол возвышения
Угол, заключенный между линией возвышения и горизонтом оружия
Если этот угол отрицательный, то он называется углом склонения (снижения)
5. Линия бросания
Прямая, линия, являющаяся продолжением оси канала ствола в момент вылета пули
6. Угол бросания
Угол, заключенный между линией бросания и горизонтом оружия
Угол, заключенный между линией возвышения и линией бросания
8. Точка падения
Точка пересечения траектории с горизонтом оружия
Угол, заключенный между касательной к траектории в точке падения и горизонтом оружия
10. Полная горизонтальная дальность
Расстояние от точки вылета до точки падения
11. Вершина траектории
Наивысшая точка траектории
12. Высота траектории
Кратчайшее расстояние от вершины траектории до горизонта оружия
13. Превышение траектории над линией прицеливания
Кратчайшее расстояние от любой точки траектории до линии прицеливания
14. Угол места цели
Угол, заключенный между линией прицеливания и горизонтом оружия
Угол места цели считается положительным (+), когда цель выше горизонта оружия, и отрицательным (-), когда цель ниже горизонта оружия.
16. Точка встречи
Точка пересечения траектории с поверхностью цели (земли, преграды)
17. Точка прицеливания (наводки)
Точка на цели или вне ее, в которую наводится оружие
18. Угол встречи
Угол, заключенный между касательной к траектории и касательной к поверхности цели (земли, преграды) в точке встречи
За угол встречи принимается меньший из смежных углов, измеряемый от 0 до 90°
19. Линия прицеливания
Прямая линия, проходящая от глаза стрелка через середину прорези прицела (на уровне с ее краями) и вершину мушки в точку прицеливания
20. Прицельная дальность
Расстояние от точки вылета до пересечения траектории с линией прицеливания
21. Угол прицеливания
Угол, заключенный между линией возвышения и линией прицеливания
Придание оси канала ствола требуемого положения в вертикальной плоскости
Часть траектории от точки вылета до вершины
Придание оси канала ствола требуемого положения в горизонтальной плоскости
Прямая, соединяющая точку вылета с целью
При стрельбе прямой наводкой линия цели практически совпадает с линией прицеливания
Расстояние от точки вылета до цели по линии цели
При стрельбе прямой наводкой наклонная дальность практически совпадает с прицельной дальностью.
Часть траектории от вершины до точки падения
Скорость пули в точке падения
Вертикальная плоскость, проходящая через линию возвышения
Полное время полета
Время движения пули от точки вылета до точки падения
Придание оси канала ствола оружия необходимого для стрельбы положения в пространстве
Для того чтобы пуля долетела до цели и попала в нее или желаемую точку на ней
Прямая линия, соединяющая середину прорези прицела с вершиной мушки
Прямым выстрелом называется выстрел, при котором траектория полёта пули не поднимается над линией прицеливания выше цели на всём своём протяжении. Дальность прямого выстрела зависит от высоты цели и настильности траектории. Чем выше цель и более настильная траектория, тем больше дальность прямого выстрела и, следовательно, расстояние, на котором цель может быть поражена с одной установкой прицела.
Практическое значение прямого выстрела заключается в том, что в напряжённые моменты боя стрельба может вестись без перестановки прицела, при этом точка прицеливания по высоте будет выбираться по нижнему обрезу цели.
Каждый стрелок должен знать величину дальности прямого выстрела по различным целям из своего оружия и умело определять дальность прямого выстрела при стрельбе.
Дальность прямого выстрела можно определить по таблицам путем сравнения высоты цели с величинами наибольшего превышения над линией прицеливания или с высотой траектории.
Прямой выстрел и округленные дальности прямого выстрела
из стрелкового оружия калибра 5,45 мм
При ведении стрельбы необходимо знать, что расстояние на местности, на протяжении которого нисходящая ветвь траектории не превышает высоты цели, называется поражаемым пространством (глубиной поражаемого пространства Ппр.).
Глубина (Ппр.) зависит:
от высоты цели (она будет тем больше, чем выше цель);
от настильности траектории (она будет тем больше, чем настильнее траектория);
от угла наклона местности (на переднем скате она уменьшается, на обратном скате – увеличивается).
Глубину поражаемого пространства (Ппр.) можно определить по таблицам превышения траекторий над линией прицеливания путем сравнения превышения нисходящей ветви траектории на соответствующую дальность стрельбы с высотой цели, а в том случае, если высота цели меньше 1/3 высоты траектории, - по формуле тысячной:
где Ппр - глубина поражаемого пространства в м; Вц - высота цели в м; β - угол падения в тысячных.
Пространство за укрытием, не пробиваемым пулей, от его гребня до точки встречи называется прикрытым пространством . Прикрытое пространство будет тем больше, чем больше высота укрытия и чем настильнее траектория.
Часть прикрытого пространства, на котором цель не может быть поражена при данной траектории, называется мертвым (непоражаемым) пространством. Мертвое пространство будет тем больше, чем больше высота укрытия, меньше высота цели и настильнее траектория. Другую часть прикрытого пространства (Пп), на которой цель может быть поражена, составляет поражаемое пространство.
Глубина мертвого пространства (Мпр.) равна разности прикрытого и поражаемого пространства:
Знание величины Пп. и Мпр. позволяет правильно использовать укрытия для защиты от огня противника, а также принимать меры для уменьшения мертвых пространств путем правильного выбора огневых позиций и обстрела целей из оружия с более навесной траекторией.
Нормальные (табличные) условия стрельбы
Табличные данные траектории соответствуют нормальным условиям стрельбы.
За нормальные (табличные) условия приняты следующие:
· атмосферное (барометрическое) давление на горизонте оружия 750 мм рт. ст.;
· температура воздуха на горизонте оружия +15° С;
· относительная влажность воздуха 50% (относительной влажностью называется отношение количества водяных паров, содержащихся в воздухе, к наибольшему количеству водяных паров, которое может содержаться в воздухе при данной температуре);
· ветер отсутствует (атмосфера неподвижна).
· вес пули, начальная скорость и угол вылета равны значениям, указанным в таблицах стрельбы;
· температура заряда +15°С;
· форма пули соответствует установленному чертежу;
· высота мушки установлена по данным приведения оружия к нормальному бою;
· высоты (деления) прицела соответствуют табличным углам прицеливания.
· цель находится на горизонте оружия;
· боковой наклон оружия отсутствует.
При отклонении условий стрельбы от нормальных может возникнуть необходимость определения и учета поправок дальности и направления стрельбы.
Влияние внешних факторов на полет пули
С увеличением атмосферного давления плотность воздуха увеличивается, а вследствие этого увеличивается сила сопротивления воздуха и уменьшается дальность полета пули. Наоборот, с уменьшением атмосферного давления плотность и сила сопротивления воздуха уменьшаются, а дальность полета пули увеличивается.
При повышении температуры плотность воздуха уменьшается, а вследствие этого уменьшается сила сопротивления воздуха и увеличивается дальность полета пули. Наоборот, с понижением температуры плотность и сила сопротивления воздуха увеличиваются, и дальность полета пули уменьшается.
При попутном ветре уменьшается скорость полета пули относительно воздуха. С уменьшением скорости полета пули относительно воздуха сила сопротивления воздуха уменьшается. Поэтому при попутном ветре пуля полетит дальше, чем при безветрии.
При встречном ветре скорость пули относительно воздуха будет больше, чем при безветрии, следовательно, сила сопротивления воздуха увеличится, и дальность полета пули уменьшится.
Продольный (попутный, встречный) ветер на полет пули оказывает незначительное влияние, и в практике стрельбы из стрелкового оружия поправки на такой ветер не вводятся.
Боковой ветер оказывает давление на боковую поверхность пули и отклоняет ее в сторону от плоскости стрельбы в зависимости от его направления: ветер справа отклоняет пулю в левую сторону, ветер слева - в правую сторону.
Изменение влажности воздуха оказывает незначительное влияние на плотность воздуха и, следовательно, на дальность полета пули, поэтому оно не учитывается при стрельбе.
Пробивное (убойное) действие пули
Для стрельбы из автомата применяются патроны с обыкновенными (со стальным сердечником) и трассирующими пулями. Убойность пули и ее пробивное действие в основном зависит от дальности до цели и скорости, которой будет обладать пуля в момент встречи с целью.
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.
Пуля, получив при вылете из канала ствола определенную скорость, стремится по инерции сохранить величину и направление этой скорости. Если бы полет пули проходил в безвоздушном пространстве, и на нее не действовала сила тяжести, пуля двигалась бы прямолинейно, равномерно и бесконечно. Однако на пулю, летящую в воздушной среде, действуют силы, которые меняют скорость полета и направление движения. Этими силами являются сила тяжести и сила сопротивления воздушной среды.
В результате совместного действия этих двух сил пуля теряет скорость и направление своего движения, перемещаясь по кривой линии, проходящей ниже направления оси канала ствола.
Траекторией называется кривая линия, описываемая центром тяжести пули в полете.
Движение пули, а следовательно, и форма траектории зависит от многих условий. Поэтому необходимо прежде всего рассмотреть как действует на пулю сила тяжести и сила сопротивления воздуха.
Действие силы тяжести. Если представить, что на пулю, вылетевшую из канала ствола не действует никакая сила, то в таком случае она двигалась бы по инерции бесконечно, равномерно и прямолинейно по направлению оси канала ствола и за каждую секунду пролетала бы одинаковое расстояние с постоянной скоростью, равной начальной. Тогда, если бы ствол оружия был направлен прямо в цель, пуля, следуя в направлении оси канала ствола, непременно попала бы в нее. Действие сил тяжести не зависит от скорости полета снаряда. Поэтому понижение снаряда во время полета под линией бросания также будет совершаться по закону свободного падения тел и снарядов, выпущенных под каким-то углом к горизонту оружия, опишет кривую, показанную на рисунке 3.
Математическим выражением закона движения снаряда является уравнение траектории, которое отражает зависимость между координатами х и у в любой точке полета снаряда. Допустим, что в безвоздушном пространстве мы произвели выстрел из орудия под углом бросания Θ0 с начальной скоростью равной V0 (рис. 3).
Рис. 3. Понижение снаряда под линией бросания.
Вылетев из ствола, снаряд опишет какую-то траекторию и упадет в точке Д. Необходимо найти, на какой высоте над горизонтом оружия летит снаряд на удалении X от точки вылета при данных значениях V0 , Θ0. Для вывода уравнения поместим начало системы координат в точке вылета, как это показано на рис. Из рисунка 4 видно, что:
Определим значения АВ и АС.
Значение АВ находится из треугольника ОА:
АС есть не что иное, как понижение снаряда под линией бросания за время его полета до точки С. Понижение как путь, проходимый свободно падающим телом, определяется по формуле:
Рис. 4. К выводу уравнения параболической траектории.
Время полета снаряда до точки С находится следующим образом:
откуда
Из треугольника ОАВ видно, что:
Подставив найденные значения АВ и АС в выражение:
,
получим уравнение траектории:
.
Полученное уравнение описывает траекторию снаряда, которая представляет параболу в безвоздушном пространстве под действием только одной силы тяжести. Траектория полета снарядов в безвоздушном пространстве представляет собой кривую, называемую параболой. Поэтому траекторию полета снарядов в пустоте называют параболической траекторией.
.
.
,
;
;
.
Используя данную формулу, мы можем определить величину начальной скорости или угол бросания, чтобы получить заданную величину полной горизонтальной дальности. Действие силы сопротивления воздуха на полет пули очень велико; оно вызывает уменьшение скорости и дальности полета пули. Например, пуля образца 1930 года при угле бросания 15° и начальной скорости 800м/сек, в безвоздушном пространстве полетела бы на дальность 32620м; дальность полета этой пули при тех же условиях, но при наличии сопротивления воздуха равна лишь 3900м.
Пуля, выброшенная из канала ствола с определенной начальной скоростью, при полете в воздухе подвергается действию двух сил: силы тяжести; силы сопротивления воздуха (рис. 5.).
Сила тяжести заставляет пулю постепенно снижаться, а сила сопротивления воздуха непрерывно замедляет движение пули и стремиться опрокинуть ее.
Сила тяжести заставляет пулю или гранату постоянно понижаться, а сила сопротивления воздуха непрерывно замедляет движение пули или гранаты стремится опрокинуть ее в результате действия этих сил скорость полета пули или гранаты постепенно уменьшается, а ее траектория представляет сбой по форме неравномерно изогнутую кривую линию.
Рис. 5. Полет пули в воздухе.
При стрельбе из огнестрельного оружия длительное время применялись круглые пули и шаровые снаряды, у которых центр тяжести (ЦТ) и центр сопротивления (ЦС) находились в одной точке, а именно, в геометрическом центре этих тел. При таком положении сила сопротивления всегда направлена в сторону, противоположную направлению полета, и действие ее сводится только к уменьшению скорости движения. Однако, ввиду плохой обтекаемости и малой поперечной нагрузки, шаровые снаряды быстро теряют свою скорость, и дальность их полета невелика. Поэтому уже с середины ХIХ века производились опытные стрельбы продолговатыми снарядами. К концу ХIХ века эта работа повсеместно закончилась введением на вооружение продолговатых пуль и снарядов. Продолговатые снаряды имеют большую поперечную нагрузку и, следовательно, большую дальность полета. Однако при такой конструкции центр тяжести не совпадает с центром сопротивления, который находится впереди ЦТ. Рассмотрим, как действует в этом случае сила сопротивления воздуха на продолговатый снаряд. Если бы сила сопротивления воздуха действовала строго вдоль оси снаряда, то ее действие на снаряд сводилось бы только к замедлению скорости полета. В действительности ее действие значительно сложнее. Уже к моменту вылета вследствие неуравновешенности и перекоса снаряда, а также вследствие давления на донную часть снаряда в период последействия газов, его ось отклоняется от направления полета, образуя с касательной к траектории угол, называемый углом нутации (δ). Это отклонение оси снаряда может произойти в любую сторону – случайно (рис. 6.). Таким образом, сила сопротивления воздуха действует не вдоль оси снаряда, а под некоторым углом к ней.
Рис. 6. Образование угла нутации.
Для выяснения действия силы сопротивления воздуха приложим к центру тяжести снаряда две взаимоуравновешивающие силы R' и R'', равные по величине силе R и противоположные по направлению (рис. 7).
Таким образом, действие силы R, приложенное в центре давления, заменяется действием R' в центре масс и момента М пары сил R'' и R' относительно центра масс. При этом R' - создает сопротивление в поступательном движении, а момент М стремится опрокинуть снаряд.
Сопротивление воздуха полету пули (гранаты) вызывается тем, что воздух представляет собой упругую среду (рис. 8.), и поэтому на движение в этой среде затрачивается часть энергии пули (гранаты).
Сила сопротивления воздуха вызывается тремя основными причинами:
1. Трением воздуха.
2. Образованием завихрений.
3. Образованием баллистической волны.
Рис. 7. Действие сил сопротивления воздуха
Рис. 8.Образование силы сопротивления воздуха
1. Частицы воздуха, соприкасающиеся с движущейся пулей (гранатой), вследствие внутреннего сцепления (вязкости) и сцепления с ее поверхностью создают трение и уменьшают скорость полета пули.
2. За донной частью пули образуется разряженное пространство, вследствие чего появляется разность давлений на головную и донную части. Эта разность создает силу, направленную в сторону, обратную движению пули, и уменьшает скорость ее полета. Частицы воздуха, стремясь заполнить разрежение, образовавшееся за пулей, создают завихрения.
3. 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 звуком.
При скорости полета пули (гранаты), меньшей скорости звука, образование этих волн оказывает незначительное влияние на ее полет, т.к. скорость распространения волн больше скорости полета пули (гранаты). При скорости пули, большей скорости звука, от наложения звуковых волн друг на друга создается волна сильно уплотненного воздуха – баллистическая волна, замедляющая скорость полета пули, т.к. пуля тратит часть своей энергии на создание и преодоление этой волны. Давление на фронте этой волны может достигать 8 - 10 атмосфер. Для преодоления такого большого давления у головной части расходуется наибольшая часть энергии снаряда, что приводит к резкому уменьшению скорости его полета.
Сила сопротивления воздуха зависит от:
- Величины поверхности пули;
- Скорости движения пули: при скоростях движения пули, меньших скорости звука (скорость звука при t = +15°С равна 340 м/сек.), возрастание силы сопротивления идет относительно медленно, но при переходе скорости пули свыше скорости звука наблюдается резкое увеличение сопротивления воздуха;
- Атмосферных условий: с увеличением плотности воздуха сопротивление увеличивается, причем, величина сопротивления воздуха пропорциональна его плотности.
Вследствие значительной сложности такого явления, как сопротивление воздуха, до сих пор нет полной теоретической зависимости, выражающей величину силы сопротивления. Существует ряд эмпирических формул для выражения силы сопротивления воздуха R.
Калибр снаряда (d) – площадь поперечного сечения снаряда. Приведем одну из них:
.
Сила сопротивления воздуха изменяется прямо пропорционально квадрату калибра. Это значит, что если калибр снаряда увеличить в 2 раза, то сила сопротивления воздуха увеличится в 4 раза.
В развернутом виде зависимость для оценки силы R может быть представлена в виде:
,
где: i - коэффициент формы снаряда; d - калибр снаряда; H(у) - функция, показывающая изменение плотности воздуха с высотой; F(v) - функция, показывающая зависимость изменения плотности воздуха от скорости движения.
Влияние плотности воздуха учитывается функцией Н(у), которая показывает изменение плотности воздуха с изменением высоты. Чем меньше будет плотность воздуха, тем меньше будет и сила сопротивления воздуха.
Значение Н(у) можно подсчитать по эмпирической формуле В. Ветчинкина:
,
где: у - высота полета снаряда в метрах.
Для стрелкового оружия, танковых и артиллерийских орудий при стрельбе прямой наводкой высота полета снарядов бывает очень невелика, поэтому значение Н(у) принимается равным 1.
Влияние скорости полета на величину силы сопротивления характеризуется функцией F(v), называемой функцией сопротивления.
Для приближенного определения значения F(v) можно пользоваться эмпирическими формулами.
При дозвуковых скоростях:
.
При сверхзвуковых скоростях:
.
Чем глаже поверхность пули, тем меньше сила трения и сила сопротивления воздуха. Разнообразие форм современных пуль во многом определяется необходимостью уменьшить силу сопротивления воздуха.
- вычисляют и указывают два или больше B.C. для изготовленной пули для разных скоростей;
- указывают приблизительный коэффициент, вычисленный из форм-фактора пули и таблиц-классификаторов. Погрешность, как правило, не более 10%;
- применяют расширенные и сложные математические модели (G1.1, G5.1, G6.1, G7.1, GS, RA4, GL, GI).
Для сверхзвуковых скоростей, когда в сопротивлении воздуха основную роль играет образование баллистической волны, наиболее выгодным является снаряд с остроконечной головной частью длиной до 3,5 калибров и донной частью с небольшой конусностью для уменьшения завихрения.
Существует формула для определения баллистического коэффициента:
где: W-вес пули в фунтах; d - диаметр пули в дюймах; i - форм-фактор (коэффициент формы пули или драг-коэффициент или коэффициент аэродинамического сопротивления).
Внешняя баллистика изучает движение снаряда с момента выхода из ствола до момента столкновения с целью, какой бы она ни была. ТС 3-22.9 определяет её так:
Терминология внешней баллистики
Для описания процессов и реакций снаряда во время полета, для любого оружия или оружейных систем, независимо от калибра, используются следующие термины и определения:
Ось канала ствола, она же линия выстрела, она же линия возвышения (axis of the bore / line of bore / line of elevation) – линия, проходящая через центр канала ствола.
Линия прицеливания (line of sight, LOS) или линия оружие-цель (gun target line, GTL) – прямая линия между механическим или оптическим прицелом, и целью. Она никогда не совпадает с осью канала ствола. LOS – это то, что видит солдат через прицел, это можно изобразить проведением воображаемой линии от глаз стрелка через прицел в бесконечность. LOS аналогична GTL при рассмотрении отношения прицела к цели.
Угол возвышения (angle of elevation) – угол между землей (горизонтом оружия) и осью канала ствола.
Баллистическая траектория (ballistic trajectory) – путь снаряда под влиянием только внешних сил, как то гравитация и атмосферное трение.
Высота траектории (maximum ordinate) – максимальная высота снаряда над линией прицеливания на пути к точке попадания.
Время полёта (time of flight) – время, которое требуется конкретному снаряду для достижения цели после выстрела.
Подброс (jump) – вертикальный рывок ствола вверх и назад, вызванный отдачей. Обычно это угол, измеряемый в тысячных, между исходной позицией и линией выстрела.
Линия бросания (line of departure) – линия, на которой находится снаряд при вылете из ствола.
Дульный срез (muzzle) – конец ствола.
Начальная скорость пули (Muzzle velocity) – скорость движения снаряда у дульного среза ствола. Начальная скорость пули со временем падает из-за сопротивления воздуха. Для боеприпасов для стрелкового оружия скорость измеряется в футах в секунду.
Вылет пули (shot exit) – момент, когда снаряд покидает дульный срез ствола — т.е. пуля уже не поддерживается и не направляется стволом. Точка вылета — центр дульного среза ствола.
Осцилляция (oscillation) – вращательное движение пули вокруг своей оси во время полета.
Деривация (drift) – движение пули в сторону во время полета, вызванное вращением.
Рыскание пули (yaw) – отклонения от стабильного полета из-за осцилляции. Может быть вызвано встречным ветром или дестабилизацией во время вхождения или выхода снаряда из трансзвуковой фазы.
Гран, гр (grain, gr ) – единица измерения веса пули либо снаряда. В одном фунте 7000 гранов, в одной унции – 437,5 (1 гран — 0,0647989 грамма).
Давление пороховых газов (pressure) – сила, порождаемая расширением газов при горении пороха. Давление для стрелкового оружия измеряется в фунт-силе на квадратный дюйм (psi).
Гравитация (gravity) – постоянное влияние притяжения земли с силой примерно 9,8 м/с 2 , независимо от веса, формы или скорости снаряда. Часто также называется падением пули, так как вызывает падение с исходной позиции. Стрелкам следует учитывать эффекты гравитации во время пристрелки оружия, а так же знать, как применить её для определения адекватных поправок при стрельбе на расстояния за пределами дальности прямого выстрела.
Торможение, сопротивление воздуха (drag, air resistance) – сила трения о плотную среду (воздух), которая тормозит снаряд во время его движения. Торможение начинается сразу после того, как снаряд покидает ствол (вылет пули). Оно снижает скорость снаряда со временем и наиболее ощущается при стрельбе на дальние расстояния. У каждого снаряда есть баллистический коэффициент (ballistic coefficient, ВС) – измерение способности снаряда минимизировать эффект сопротивления воздуха (торможения) во время полета.
Траектория (trajectory) – путь полета снаряда после выхода из ствола. В рамках этого пособия будем считать, что траектория заканчивается в точке встречи (точке столкновения к целью, point of impact).
Ветер – это фактор с наибольшим эффектом на траекторию полёта пули. Действие ветра на снаряд наиболее заметно между половиной и двумя третями пути к цели:
- Время (Т) – количество времени, когда снаряд подвержен действию ветра на своей траектории. Чем дальше расстояние до цели, тем больше времени снаряд подвержен воздействию ветра.
- Направление – направление воздушных потоков по отношению к оси канала ствола. Определяет боковое смещение снаряда, которое нужно компенсировать.
- Скорость (V) – скорость ветра во время полета пули к цели. Переменные в общей скорости ветра, которые вызывают изменение траектории, включают в себя усредненную скорость ветра и шквальные изменения в скорости.
На рисунках показано, как влияют эти факторы на траекторию полёта пули. Помните, что они взаимодействуют со снарядом на протяжении отрезка от миллисекунд до секунд.
Теперь поговорим о том, как эти факторы учитываются солдатами для расчёта горизонтальных и вертикальных поправок при стрельбе.
Внешняя баллистика на практике
Понимание внешней баллистики поможет нам лучше попадать в цели на разных расстояниях, так как мы будем знать, где они находятся по отношению к нашей линии прицеливания, или проще говоря, нашей точке прицеливания. При работе с внешней баллистикой можно встретить несколько заблуждений, с которыми нужно разобраться, а также нужно выяснить несколько основных фактов.
Торможение о воздух и рыскание пули
Всё начинается, когда снаряд выходит из канала. Как только это происходит, скорость начинает падать, так как нет больше сил, которые бы увеличивали или поддерживали скорость пули. На неё сразу же начинает воздействовать сопротивление воздуха. Как только снаряд прекращает соприкасаться с полями и нарезами ствола, плотность газового потока, который подталкивал его, нарушается.
Расширяющийся за пулей газ выходит вместе с ней и рассеивается вокруг пули и ствола. После выхода из канала пуля нестабильна из-за отсутствия ограничений, накладываемых стволом и выходящими газами. Пуля начинает вилять в полете до тех пор, пока не стабилизируется гироскопическим воздействием (прецессия). Это первичное виляние называется эффектом Магнуса.
Отрезок полета пули, когда она не стабилизирована, достаточно короткий. Из-за гироскопической стабилизации пуля может отклоняться от линии полета, и будет вращаться вокруг своего центра тяжести. Эффект Магнуса стабилизирует пулю и заставит её смотреть вперед (с отклонением примерно на один градус) на цель.
Нарезы в канале ствола и стабилизация пули
На полет пули влияет шаг нарезов в стволе. Чтобы иметь равномерное торможение, пуля должна быть стабилизирована. Если пуля виляет в полете, у каждого витка будет своя траектория, и точность будет падать.
Главное правило для выбора шага нарезов – чем длиннее пуля (и, обычно, тяжелее), тем больше стабилизации ей нужно. Получается, что более легким снарядам нужно меньше нарезов, а более тяжелым – больше. Исключение – трассирующие боеприпасы, из-за их длины.
Оптимальное количество оборотов для пули в 62 грана (SS109 в M855) – один оборот на длину от восьми до девяти дюймов (1:8, 1:9). Оптимальное количество оборотов для трассирующей пули M856 – до 1:5 до 1:6, потому что она длиннее. Лучший компромисс для достижения примерно одинаковых траекторий – выбрать боевую винтовку с твистом 1:7. Не оптимально, но приемлемо.
Влияние бокового ветра на траекторию снаряда
Снос ветром – самый весомый фактор внешней баллистики. Непосредственно сноса пули ветром не происходит. На самом деле кончик пули слегка поворачивается в сторону ветра, таким образом, происходит постепенная деривация пули по направлению ветра. Стрелок может компенсировать воздействие ветра, если он понимает, как ветер влияет на снаряд и где будет точка встречи. Как мы уже говорили выше, наиболее важные показатели влияния ветра на траекторию:
- Время, когда снаряд подвержен действию ветра (расстояние).
- Направление, откуда дует ветер.
- Скорость ветра, который воздействует на снаряд во время полета.
На рисунке показано, как определить направление и силу ветра.
Перед тем, как делать поправку на ветер, десантник должен определить направление и скорость ветра. Для этого можно использовать некоторые индикаторы. Флаги на полигоне, дым, деревья, трава, дождь и физические ощущения — нет одного наиболее предпочтительного метода метод определения направления и скорости ветра, стрелку надо уметь оценивать скорость и направление ветра по совокупности индикаторов. В Приложении С Циркуляра ТС 3-22.9 приведены такие примеры для определения скорости ветра:
- От 0 до 1,3 метров в секунду — ветер едва ощущается, но дым движется;
- От 1,3 до 2,2 — слегка ощущается на лице;
- От 2,2 до 3,5 — листья летят с постоянной скоростью;
- От 3,5 до 5,3 — поднимает пыль и листы бумаги;
- От 5,3 до 6,7 — колышутся маленькие деревья.
Учитывайте, что ветер, который дует возле десантника, может отличаться от ветра, который дует на пути к цели.
Расчёт боковых поправок
Наконец, когда определены расстояние, направление и скорость, десантники могут компенсировать действие ветра. Существует три основных метода определить надлежащую задержку для поправки на сильный ветер: использование ветровой формулы, оценка ветра и обращение к общей баллистической таблице поправок на ветер.
Когда известны расстояние до цели и скорость ветра, для определения деривации используется формула на рисунке ниже. В результате вычисления получаются угловые минуты, округленные до целых для скорости вычисления. Эта формула позволяет десантнику компенсировать расстояние, на которое ветер сместит его снаряд.
Баллистическая таблица показывает деривацию ветра в дюймах на расстоянии от 100-300 метров и при скорости до 9 метро в секунду. Данные о 100 метрах показывают, что даже при скорости ветра 9 м/с деривация пули очень мала. На 300 м ветер 9 м/с отодвинет пулю на 26 дюймов. Это показывает, что влияние ветра на пулю растет с ростом расстояния до цели.
Подведём итоги. Мы обсудили, что такое внешняя баллистика, и что происходит, когда снаряд выходит за пределы дульного среза и летит к цели. Мы обсудили три элемента воздействия ветра. И мы обсудили формулы, которые можно использовать для поправок на ветер для снаряда М855.
В следующий раз мы продолжим говорить о баллистике и рассмотрим, как на ветер влияет воздушное пространство над зоной боевых действий.
Читайте также: