ВНЕШБАЛЛИСТИКА. ЧАСТЬ 1

ВНЕШБАЛЛИСТИКА. ЧАСТЬ 1

Следующая статья: ВНЕШБАЛЛИСТИКА. ЧАСТЬ 2

Удачную охоту венчает меткий выстрел: пуля (дробь) поражает цель. Для того, чтобы это произошло, пуля должна прилететь в нужную точку пространства.

Движение пули (дроби) после того, как она покинула канал ствола, изучает прикладная научная дисциплина – внешняя баллистика.

В полёте на пулю/дробь (будем использовать обобщенное понятие – снаряд) действуют две силы: сила тяжести (вес снаряда) и сила сопротивления воздуха.

Сила тяжести (вес снаряда) – величина постоянная и направлена перпендикулярно поверхности Земли.

Сила сопротивления воздуха – это переменная величина и включает в себя три составляющих:

1. Вязкое сопротивление
2. Донное сопротивление (которое называют также «донным подсосом»)
3. Волновое сопротивление

Вязкое сопротивление возникает вследствие трения воздушных струек о поверхность снаряда.

Донное сопротивление возникает вследствие того, что при обтекании донной части снаряда происходит срыв потока воздуха, и в пространстве за дном снаряда образуется зона разрежения.

Волновое сопротивление возникает при движении снаряда со скоростью, превышающей скорость звука. Движущийся снаряд сжимает воздух перед головной частью, и образуется волна сжатия, которую называют «волной Маха» (по имени австрийского ученого, занимавшегося газовой динамикой и ударными волнами). Именно эта составляющая вносит наибольший вклад в силу сопротивления движению снаряда.

На рис. 1–5 показано формирование этих составляющих силы сопротивления:

Рис. 1 – формирование пограничного слоя (сила вязкого трения)

Рис. 2 – формирование донного сопротивления за счет срыва пограничного слоя

Рис. 3 – головная волна при дозвуковой скорости снаряда

Рис. 4 – формирование головной волны (волновое сопротивление) при сверхзвуковой скорости

Рис. 5 – снаряд (пуля) в полёте

В конечном счёте сила сопротивления воздуха зависит:

1. От плотности воздуха
2. От скорости движения снаряда
3. От площади поперечного сечения снаряда
4. От формы снаряда, в особенности, от формы головной части

Сила сопротивления определяет интенсивность торможения скорости снаряда. Рассмотрим вклад этих составляющих в силу сопротивления.

Плотность воздуха зависит от следующих факторов:

1. Температуры воздуха
2. Влажности воздуха
3. Давления воздуха (высоты над уровнем моря)

Плотность воздуха возрастает с понижением температуры и уменьшается с её повышением. При температуре +15 С°, давлении 760 мм ртутного столба и влажности 50% 1 кубический метр воздуха имеет массу 1,206 кг. При -18 С° плотность возрастет на 13%; соответственно на столько же возрастет и сила сопротивления воздуха. При +30 С° плотность воздуха составит 0,945 от плотности при +15 С°.

С изменением высоты над уровнем моря на каждые 300 м давление воздуха изменяется на 25 мм ртутного столба (понижается при подъёме и, соответственно, повышается при спуске с гор). При температуре +15 С° это увеличивает/уменьшает плотность воздуха в среднем на 3,5%; на столько же изменяется сила сопротивления воздуха.

Следовательно, при изменении температуры воздуха, влажности, давления, подъёме в горы/спуске с гор необходимо обязательно проверять пристрелку своего оружия.

Для «лёгкой» пули нашего 7,62-мм «трёхлинейного» патрона (масса пули 9,6 г) подъём/спуск на высоту 900 м изменяет положение средней точки попадания (СТП) на 39 мм на дистанции 300 м. СТП при температуре -18 С° ниже, чем при температуре +15 С° на 47 мм на той же дистанции.

От плотности воздуха и скорости движения снаряда зависит так называемый «скоростной напор» - давление, создаваемое набегающим потоком воздуха:

где ρ – плотность воздуха,

V – скорость снаряда (набегающего потока).

Получающаяся величина имеет размерность давления; она пропорциональна квадрату скорости снаряда. Умножив эту величину на площадь поперечного сечения снаряда, получим силу, создаваемую давлением потока воздуха на плоскую поверхность.

Но в реальности поток воздуха набегает на головную часть снаряда, имеющую в той или иной мере обтекаемую форму. Влияние формы снаряда учитывается величиной, которую называют функцией лобового сопротивления: это – переменная величина, которая зависит от «числа Маха» - отношения скорости снаряда к скорости звука.

Для каждого снаряда определённой формы и размеров функция лобового сопротивления – своя. Но друг от друга они отличаются несущественно, и поэтому принято определять их через эталонную функцию, которую называют законом сопротивления воздуха, путём умножения её на коэффициент формы снаряда i. Для снарядов, имеющих более совершенную баллистическую форму, коэффициент i будет меньше единицы.

В США с 1960-х годов вместо коэффициента формы используют разные функции сопротивления:

• GL – для пуль с экспансивной полостью и полуоболочечных пуль
• G6 – для оболочечных остроконечных пуль с плоским дном
• G5 – для пуль с коническим хвостовиком и трассирующих
• G1 – для всех остальных пуль

Функция лобового сопротивления резко изменяется в зоне перехода со сверхзвукового режима на дозвуковой; это происходит в диапазоне скорости от 1,23М до 0,73М (где М – число Маха). Здесь исчезает одна из составляющих силы сопротивления воздуха – волновое сопротивление.

На рис. 6 представлены функции сопротивления воздуха Cx для пуль, используемых в современных снайперских винтовках. Её значение в районе перехода со сверхзвукового режима на дозвуковой изменяется более чем в 2 раза. Экспериментально установлено, что после перехода на дозвуковой режим рассеивание при стрельбе теряет линейный характер изменения. То есть, за дальность действительной стрельбы можно считать ту дальность, до которой скорость пули превышает скорость звука. Например, для 7,62-мм винтовочного («3-линейного») патрона она несколько больше 800 м. А для патрона 300 Winchester Magnum она приближается к 1200 м.

Рис. 6 – Функции сопротивления воздуха для пуль в современных снайперских винтовках

Интенсивность торможения снаряда в полёте определяется величиной, которую называют ускорением силы сопротивления воздуха. Точнее, это не «ускорение», а «замедление», ускорение со знаком минус. Но термин «ускорение силы сопротивления» уже прочно укоренился в баллистике.

Ускорение силы сопротивления воздуха определяют путём деления силы сопротивления на массу снаряда (в соответствии с 2 законом Ньютона). И в этом выражении выделяются три составляющие – параметры снаряда:

• Калибр
• Масса снаряда
• Коэффициент формы

Они образуют баллистический коэффициент:

где i – коэффициент формы,

d – калибр в м,

q – масса в кг.

Баллистический коэффициент C характеризует баллистическое совершенство снаряда: чем меньше C, тем меньше ускорение силы сопротивления воздуха, тем лучше снаряд сохраняет скорость в полёте.

В баллистический коэффициент в неявном виде входит поперечная нагрузка снаряда: отношение массы к площади поперечного сечения.

В зависимости для C поперечная нагрузка находится в знаменателе. То есть, чем выше поперечная нагрузка, тем лучше снаряд сохраняет скорость в полёте. И поэтому вплоть до начала ХХ столетия учёные-баллистики, конструкторы патронов боролись за увеличение поперечной нагрузки (снижение поперечной нагрузки в дальнейшем связано с изменениями в тактике ведения боя). В современных снайперских винтовках, предназначенных для стрельбы на большие дальности, патроны имеют пули с высокой поперечной нагрузкой.

Изменение поперечной нагрузки пуль стрелкового оружия в XIX – XX столетии

Поперечные нагрузки пуль патронов снайперского оружия

В Соединённых Штатах в качестве показателя баллистического совершенства снаряда используют величину B.C. (ballistic coefficient) – баллистический коэффициент. Но B.C. прямо пропорционален поперечной нагрузке и связан с нашим C обратной зависимостью. Если у нас снаряд (пуля) тем лучше, чем меньше C, то в США – наоборот, борются за максимальное значение B.C.

Следующая статья: ВНЕШБАЛЛИСТИКА. ЧАСТЬ 2

Возврат к списку