Основи внутрішньої та зовнішньої балістики

Тема 1. Основи внутрішньої та зовнішньої балістики

Заняття 1. Основи внутрішньої балістики

 

II. Навчальні питання .

 

1. Постріл  і його періоди.

2. Початкова  швидкість кулі (гранати) та її  практичне значення.

3. Відбій  зброї та кут вильоту.

 

І. Постріл  і його періоди

Пострілом називається  викидання кулі (гранати) з каналу ствола зброї енергією газів, які утворюються при згоранні порохового заряду. Постріл відбувається в дуже короткий проміжок часу (0,001-0,06 с). При цьому утворюється велика кількість газів та виділяється багато тепла.

Так, наприклад, пороховий  заряд зразка 1943 р. масою 1,6г згорає при пострілі за 0,0012 с та створює при вибуху 1,6¹ л газів, тобто по об’єму приблизно у 1000 разів більше, ніж було вибухової речовини до пострілу. Температура порохових газів досягає 2500-3000 ^оС.

Порох містить в собі велику енергію. Заряд масою 1,45г  виштовхує з каналу ствола автомата АК-74 кулю масою 3,4 грама з швидкістю 900 м/с (3374 км/год) та вистрілює її на відстань 3150 м². Потужність пострілу більше 2100 к.с., тобто більше потужності паровозу. Однак, паровоз свою потужність (~2000 к.с.) віддає безперервно , секунда за секундою, година за годиною, а зброя досягає своєї потужності за малі частки секунди.

Явища, які  виникають при пострілі

Від удару ударника по капсулю зачиненого в патроннику патрона відбувається вибух ударного складу. Полум’я від капсуля через затравочні отвори на дні гільзи проникає до порохового заряду та запалює його. При згоранні порохового(бойового) заряду утворюється велика кількість сильно нагрітих газів (до 3000 ^оС), які створюють на початку ствола високий тиск на дно кулі, дно та стінки гільзи, а також на стінки ствола та затвор.

Під тиском порохових  газів куля зміщується зі свого місця  та врізається оболонкою в нарізи каналу ствола. Тиск газів, який потрібен для цього, називається тиском форсування.

Оскільки нарізи проходять  по стінкам ствола гвинтоподібно(в’ються  зліва вгору направо), то куля, врізаючись в них, набуває обертального руху, порох продовжує горіти , при цьому  збільшується кількість газів та їх об’єм. Куля просувається по каналу ствола з безперервно зростаючою швидкістю та виштовхується назовні  за напрямком осі каналу ствола³.

Від тиску газів на стінки гільзи та ствола відбувається їх розтягування, і гільза, щільно притискаючись до патронника, перешкоджає прориву порохових газів в сторону затвору. Одночасно при пострілі тиск газів на дно гільзи викликає рух зброї (ствола) назад, а також виникає коливальний рух (вібрація) ствола та відбувається його нагрівання.

Розпалені гази та частки незгорілого пороху, які витікають з каналу ствола  слідом за кулею, при пострілі разом з повітрям породжують полум’я та ударну хвилю; остання є джерелом звуку при пострілі.

При згоранні порохового заряду, приблизно 25-35 % енергії, яка виділяється, йде на надання кулі поступального руху (основна робота); 
15-25% енергії – на виконання другорядних робіт (врізання та подолання тертя кулі при русі по каналу ствола; нагрівання стінок ствола, гільзи та кулі; переміщення рухомих частин зброї, газоподібної та незгорілої частин пороху); близько 40% енергії не використовується та втрачається після вильоту кулі з каналу ствола.

Періоди пострілу

Постріл триває дуже короткий проміжок часу (0,001 – 0,06с). При пострілі розрізняють 4 послідовних періоди:

• Попередній;
• Перший чи основний;
• Другий;
• Третій, або період післядії газів;

Попередній період триває від початку горіння порохового заряду до повного врізання оболонки кулі в нарізи ствола. Протягом цього періоду в каналі ствола створюється тиск газів, необхідних для того аби зсунути кулю з місця та подолати опір її оболонки врізанню в нарізи ствола. Цей тиск називається тиском форсування; він досягає 250-500 кг/см² (300 кг/см² у стрілкової зброї під патрони зразка 1943 р.) в залежності від конструкції нарізів, ваги кулі та міцності її оболонки.

Перший, чи основний період триває від початку руху кулі до моменту повного згорання порохового заряду. В цей період горіння порохового заряду відбувається в швидко змінюємому об’ємі. На початку періоду, коли швидкість руху кулі по каналу ствола ще невелика, кількість газів росте швидше, ніж об’єм закулевого простору (простір між дном кулі та дном гільзи), тиск газів швидко підвищується та досягає найбільшої величини(наприклад, у стрілецької зброї під патрони зразка 1943 р.- 2800 кг/см²)⁴. Цей тиск створюється у стрілецькій зброї при проходженні кулею 4-6 см шляху. Потім, внаслідок швидкого збільшення швидкості руху кулі об’єм закульного простору збільшується швидше, ніж приток нових газів, тиск  починає знижуватися, в кінці періоду він дорівнює приблизно 2/3 максимального тиску. Швидкість руху кулі постійно зростає і наприкінці періоду досягає приблизно ¾ початкової швидкості. Пороховий заряд повністю згорає до того, як куля вилетить з каналу ствола.

Другий період триває від моменту повного згорання порохового заряду до моменту вильоту кулі з каналу ствола. З початком цього періоду приток порохових газів зупиняється, однак сильно стиснуті та нагріті гази розширюються та спричиняють тиск на кулю, збільшуючи швидкість її руху . Зниження тиску в другому періоді відбувається досить швидко і біля дульного зрізу – дульний тиск – складає у різних зразків зброї 300-900 кг/см². Швидкість кулі в момент вильоту її з каналу ствола(дульна швидкість) трохи менше початкової швидкості.

У деяких видів стрілецької зброї, особливо коротко-ствольних (наприклад, пістолет Макарова ), другий період відсутній , оскільки повного згорання порохового заряду до моменту вильоту кулі з каналу ствола фактично не відбувається.

Третій період, або період післядії газів  триває від моменту вильоту кулі з каналу ствола до моменту зупинки дії порохових газів на кулю(10-15 см від ствола). Протягом цього періоду порохові гази, витікаючі з каналу ствола з швидкістю 1200-200 м/с, продовжують діяти на кулю та передають їй додаткову швидкість. Найбільшої (максимальної) швидкості куля досягає в кінці третього періоду на відстані кількох десятків сантиметрів від дульного ствола. Розпалені гази, що витікають з каналу ствола слідом за кулею, при зустрічі з повітрям утворюють полум’я та ударну хвилю, яка являється джерелом звуку при пострілі.

Третій період закінчується в той момент, коли тиск порохових  газів на дно кулі буде врівноважений  опором повітря.

 

Періоди пострілу

II. Початкова швидкість кулі (гранати) та її практичне значення.

Для польоту  кулі в повітрі велике значення має  швидкість, з якою куля покидає канал  ствола, тобто швидкість в точці  вильоту. Ця швидкість одна з основних характеристик польоту кулі в  повітрі.

Початковою швидкістю польоту кулі називається швидкість, з якою куля покидає канал ствола , тобто швидкість на зрізі ствола (в точці вильоту).

Вона позначається υ₀ та вимірюється в метрах за секунду(м/с). Ця швидкість трохи більша дульної, але менше максимальної. Визначається розрахунковим шляхом.

Підвищення υ₀ призводить до:

• збільшення дальності польоту кулі;
• збільшення пробивної та забійної  дії кулі;
• зниження дії зовнішніх умов на політ кулі.

Величина υ₀ залежить від:

• довжини ствола;
• ваги кулі;
• ваги заряду, його температури та вологості та ін. факторів

Так, чим довший ствол(до відомих меж), тим довше діють  на кулю порохові гази і тим більша початкова швидкість. Наприклад, при  стрільбі патронами зразка. 1943 р. υ₀ рівна з автомата, при L нарізної частини ствола 396мм – 715 м/с; з карабіна, при L нарізної частини ствола 544мм – 745 м/с; з АК – 74  при L=372 – 900 м/с; РПК – 74 при L=549 – 960 м/с.

При сталій довжині ствола υ₀ тим більша, чим менша вага кулі (при одній і тій же вазі заряду) або чим більша вага заряду(при одній і тій же вазі кулі).

Крім цього, на величину υ₀ здійснює вплив зміна швидкості горіння пороху: чим більша швидкість горіння пороху, тим швидше зростає тиск газів та швидкість руху кулі по каналу.

Так, зі зростанням температури  порохового заряду швидкість горіння пороху збільшується, а тому збільшується максимальний тиск і початкова швидкість. При збільшення температури заряду, початкова швидкість кулі знижується. Збільшення(зменшення) υ₀ викликає збільшення (зменшення) дальності польоту кулі. У зв’язку з цим необхідно враховувати поправку дальності на температуру повітря та заряду (температура заряду, приблизно дорівнює температурі повітря).

На швидкість горіння  пороху впливає також його вологість. З підвищенням вологості порохового заряду зменшується швидкість його горіння та початкова швидкість кулі.

Від початкової швидкості  кулі залежить дальність польоту, убивча та пробивна дія кулі, а також  дія зовнішніх умов на її політ. Із збільшенням початкової швидкості, влив зовнішніх умов зменшується.

Так, для однієї і тієї ж кулі збільшення початкової швидкості призводить до збільшення дальності польоту, наприклад гранична швидкість польоту кулі АКМ складає 3000м, а ручного кулемета Калашникова 
υ_{0 акм}=715 м/с, υ_{0 рпк}=745 м/с.

Убивча дія кулі – дія кулі на живий організм. Убивча сила кулі характеризується її енергією в момент зустрічі з цілю. Для того, аби вивести людину зі строю, достатньо енергії , яка дорівнює 8 кгм (78,5 Дж).

При стрільбі з автомата АКМ початкова енергія дорівнює 207 кгм, а на дальності 800м складає 29 кгм.⁵(Дальність, до якої зберігається убивча дія кулі: АКМ-1500м, АК-74 – 1350м).

Пробивна дія кулі – характеризується глибиною її проникнення в перешкоду певної щільності.

Так, наприклад, при стрільбі з АК-74 кулею пробивається:

• сталевий шолом – до 800м;
• бронежилет – до 550м;
• земляна загорожа з втрамбованого суглинистого грунту(20-25 см) – 400м;
• цегляна кладка (10 – 12 см) – 100м;
• сталеві листи (при куті пострілу 90⁰) товщиною:

• 2мм – 950м,
• 3мм – 670м,
• 5мм – 350м,

• стінка з сухих соснових брусків, товщиною 20см – 650м.

Пробивна та убивча дії кулі залежить від її маси, форми та швидкості, яка буде у кулі в момент зустрічі з ціллю.

Таким чином, зі збільшенням υ₀ збільшується дальність польоту кулі, її пробивна та убивча дія.

 

III. Відбій зброї та кут вильоту

 

З погляду того, що тиск газів в каналі ствола діє  у різні боки з однаковою силою, то при пострілі він не лише виштовхує  кулю вперед, але й відштовхує зброю  назад.

Рух зброї(ствола)назад під-час пострілу називається відбоєм.

Відбій стрілецької  зброї відчувається у вигляді поштовху в плече, руку чи грунт. Дія відбою зброї характеризується величиною швидкості та енергії, якою вона володіє при русі назад. Швидкість відбою зброї приблизно у стільки разів менше початкової швидкості кулі, у скільки разів куля легше зброї.

Енергія відбою у АКМ  не більше 2 кгс*м (19,6 Дж) і сприймається стріляючим безболісно.

Сила тиску  порохових газів (сила відбою) та сила опору відбою (упор прикладу, рукоятки, центр тяжіння зброї і т.д.) розташовані не на одній прямій і направлені в протилежні сторони. Вони утворюють пару сил, під дією яких дульна частина зброї відхиляється вгору. Відхилення тим більше, чим більше плече цієї пари сил. Крім цього, при пострілі ствол зброї здійснює коливальний рух – вібрує. В результаті вібрації дульна частина ствола в момент вильоту кулі може також відхилитися від початкового положення в будь-який бік (вгору, вниз, вправо, вліво). Величина цього відхилення збільшується при неправильному використанні упору для стрільби, забруднення зброї і т.п.

Вплив вібрації ствола, відбій зброї та інші причини призводять до виникнення кута між напрямком осі каналу ствола до пострілу і її напрямком в момент вильоту кулі з каналу ствола.

Кут між напрямком осі каналу ствола до пострілу⁶ та її напрямком в момент вильоту кулі⁷ з каналу ствола називається кутом вильоту.

Кут вильоту  вважається позитивним, коли вісь каналу ствола в момент вильоту кулі вище її положення до пострілу, та негативним, коли вона нижче.

Величина кута вильоту має практичне значення і залежить від підготовки стрільця.

Достатньо при підготовці перемістити кисть лівої руки по цівці вперед або назад, і величина кута вильоту зміниться й кулі підуть відповідно нижче чи вище.

Якщо приклад уперти в плече верхньою частиною затильника то кут вильоту зменшиться і кулі підуть вниз, а якщо приклад уперти нижньою частиною затильника, то кут вильоту збільшиться, кулі підуть вгору.

Для забезпечення одноманітності кута вильоту та зменшення впливу відбою на результат стрільби необхідно  точно дотримуватися прийомів стрільби та правил догляду за зброєю.

З метою зменшення  шкідливого впливу відбою на результати стрільби в автоматах Калашникова використовуються спеціальні пристрої: компенсатори у автомата АКМ та дульний гальмо-компенсатор у АК – 74. Витікаючи з каналу ствола гази, ударяючись в стінки компенсатора, дещо опускають дульну частину ствола вліво і вниз.