Баллистика и ее практическое значение

При стрельбе боек наносит удар по капсюлю, который от удара воспламеняется и поджигает пороховой заряд. При горении порохового заряда образуются газы, которые давят через пыжи на снаряд, перемещают его по каналу ствола, придавая ему определенную скорость, и выбрасывают его из ствола, после чего снаряд летит в воздухе к цели. Все процессы, происходящие в оружии при выстреле, изучает, описывает и рассчитывает внутренняя баллистика. Процессы, происходящие со снарядом вне оружия во время его полета до цели, описывает и рассчитывает внешняя баллистика.

Внутренняя баллистика. В момент выстрела при сгорании порохового заряда в зависимости от типа применяемого пороха образуется то или иное количество пороховых газов с температурой более 2000°С.

При сгорании дымного пороха образуется 40% газов, а остальные продукты горения представляют собой твердые частицы, поэтому при выстреле много дыма. Объем образующихся при выстреле газов примерно в 300 раз превышает объем порохового заряда (бездымного - в 900 раз). Увеличение объема пороховых газов повышает давление в стволе.

От момента воспламенения пороха до начала перемещения снаряда проходит какое-то время, в течение которого увеличивающееся давление пороховых газов достигает определенной величины, называемой давлением форсирования. Оно тем выше, чем более прочно сидит снаряд в гильзе.

Это же способствует более полному сгоранию порохового заряда. Иначе говоря, чем лучше закрутка или закрепление снаряда в металлической гильзе, тем более полно сгорит порох, а значит, больше скорости получит снаряд. Изменение давления P в канале ствола и наращивание скорости снаряда v приведены на рис. 39. В момент выстрела замеряют максимальное давление пороховых газов и, исходя из этой величины, рассчитывают прочность всего оружия (рис. 40).

Рис. 39. Кривые изменения скорости и давления в канале ствола при стрельбе дробью в разных температурных условиях порохом 'Сокол': 1, 2, 3 - v соответственно при t = +50; +20; -50°С; 4, 5, 6 - p соответственно при t = +50; +20; - 50°С

Рис. 40. Периоды выстрела: Р_о - давление форсирования; Р_м - максимальное давление; Р_к и V_к - давление газов и скорость пули в момент конца горения пороха; Р_д и V_д - давление газов и скорость пули в момент вылета ее из канала ствола; V_м - максимальная скорость пули; Р_атм - давление, равное атмосферному; 0, 1, 2, 3 - периоды соответственно предварительный, первый, второй и после действия газов

Охотник должен четко усвоить, что, увеличивая навеску пороха, он тем самым повышает давление газов, и, если прочность ствола не рассчитана на увеличенный заряд, оружие может разрушиться.

В гладкоствольном оружии величина максимального давления может достигать величины 700-800 кгс/см² (в среднем - 400-600 кгс/см²), в нарезном - 3000-4000 кгс/см². В результате давления газов снаряд перемещается по каналу ствола с непрерывно возрастающей скоростью. Давление газов на дно гильзы вызывает движение оружия назад, а стенки гильзы давлением газов плотно прижимаются к патроннику, препятствуя прорыву пороховых газов в сторону затвора. Одновременно при выстреле возникает колебательное движение ствола и его нагрев. Раскаленные частицы несгоревшего пороха и газы, покидающие канал ствола вслед за снарядом, образуют пламя и ударную волну, которая является источником звука и отдачи. Давление газов в канале ствола, создаваемое при прохождении снарядом дульного среза, называется дульным. Величина его у гладкоствольного оружия равна примерно 30-50 кгс/см², у нарезного - значительно выше.

При стрельбе из самозарядного оружия, устройство которого основано на принципе использования энергии пороховых газов, отводимых через отверстие в стенке ствола (например, карабин "Медведь"), часть пороховых газов после прохождения снарядом (пулей) газоотводного отверстия устремляется через него в газовую камеру, ударяет в поршень и отбрасывает затвор и другие подвижные части назад. За счет этого перезаряжается карабин. В системах, где для перезарядки используется энергия отдачи (например, МЦ21), потери энергии не происходит, так как используется та ее часть, которая обычно ударяет в плечо охотника.

Иногда после удара бойка по капсюлю выстрела не происходит или он несколько опаздывает. Первый случай - осечка, второй - затяжной выстрел. Осечка может произойти из-за слабого удара бойка по капсюлю, из-за отсыревшего или пришедшего в негодность капсюльного состава или пороха. Поэтому следует оберегать патроны от сырости и содержать оружие в исправности. Затяжной выстрел - следствие медленного развития процесса воспламенения порохового заряда. Обычный выстрел происходит за очень короткий промежуток времени (тысячные доли секунды), при затяжном - процесс замедляется. Поэтому после осечки нельзя сразу открывать затвор, необходимо переждать секунд 30-40, иначе выстрел может произойти при открытом затворе, и гильза, попав в стрелка, может его ранить или убить.

При сгорании порохового заряда примерно 25-35% выделяемой энергии затрачивается на сообщение необходимой начальной скорости снаряду. Для грубого подсчета дульной энергии снаряда (а по ней можно легко определить скорость у дула) следует считать, что при сгорании 1 г пороха снаряд получает 110 кгс·м дульной энергии. 15-25% энергии затрачивается на врезание пули в нарезы, преодоление трения о стенки канала ствола при движении снаряда, нагрев стенок ствола, гильзы и снаряда, перемещение подвижных частей оружия с газоотводным механизмом, перемещение частиц несгоревшего пороха и газов. Примерно 40% энергии теряется после вылета снаряда из ствола (в том числе и на отдачу).

Практический вывод такой: держите канал оружия всегда в чистоте, чтобы уменьшить потери и увеличить процент полезно затрачиваемой энергии.

А. А. Зернов^* приводит интересные данные, которые показывают, как влияют различные факторы на начальную скорость дроби. Возможные отклонения начальной скорости, м/с:

^* (Зернов А. А. Стрельба дробью. 3-е изд. М., 1935. С. 149.)

Энергия отдачи - важный фактор при выборе ружья. С. А. Бутурлин приемлемую для человека отдачу подразделяет на сильную (12-20 кгс·м), среднюю (4-5 кгс·м) и малую (2-3 кгс·м)^*. Для уменьшения неприятного ощущения при отдаче следует иметь приклад, соответствующий телосложению стрелка, а также крепко прижимать его к плечу. Отдачу уменьшают дульные тормоза (компенсаторы), резиновые затыльники-амортизаторы. Самозарядное оружие обладает меньшей отдачей при прочих равных условиях стрельбы.

^* (Бутурлин С. А. Дробовое ружье и стрельба из него. 8-е изд. М. - Л., 1937, с. 163.)

Итак, внутренняя баллистика дает данные о начальной или дульной скорости снаряда, который должен поразить цель. От внешней же баллистики зависит, попадает ли охотник в эту цель и сумеет ли ее поразить.

Процессы, происходящие у дульной части ствола. Перед прохождением пулей дульного среза канала ствола в стволе имеется достаточно высокое давление, которое, после того как пуля покинет канал ствола, еще некоторое время воздействует на дно пули и несколько увеличивает ее скорость (примерно на 6 м/с). При дробовом снаряде дульное давление пороховых газов отрицательно сказывается на кучности боя и равномерности осыпи. Поэтому чем оно меньше, тем лучше патрон.

При выстреле ствол, совершающий колебательные движения своей дульной частью, в момент вылета пули может отклониться от первоначального положения в любую сторону (вверх, вниз, вправо, влево). Величина этого отклонения зависит от длины ствола, его профиля (особенно в преддульной части), используемого патрона, степени загрязнения ствола, применения упора при стрельбе и других факторов. Таким образом, сочетание влияния вибрации ствола, силы отдачи, применяемого патрона приводит к образованию угла между направлением оси канала ствола до выстрела и ее направлением в момент вылета снаряда (пули, дроби, картечи) из канала ствола. Этот угол называется углом вылета. Влияние угла вылета на точность попадания в цель устраняется пристрелкой оружия на необходимые дистанции, т. е. введением необходимых изменений в прицельные приспособления или заменой патрона.

Внешняя баллистика. Покинув канал ствола под действием пороховых газов, пуля или дробовой снаряд продолжают полет к цели по инерции. При этом центр тяжести пули или дробинки (картечины) летит по определенной кривой линии, которая называется траекторией (рис. 41). Траектория представляет собой кривую линию, неравномерно изогнутую под воздействием силы сопротивления воздуха и силы тяжести на летящий снаряд. Сила тяжести постепенно понижает траекторию пули, а сила сопротивления воздуха уменьшает скорость движения пули, т. е. происходит потеря скорости.

Рис. 41. Вид сбоку на траекторию пули: 1 - точка вылета; 2 - направление силы тяжести; 3 - направление силы сопротивления воздуха

Сила сопротивления воздуха возникает под действием трех основных факторов (рис. 42). Во-первых, она создается трением о воздух летящего снаряда; во-вторых, образованием разреженного пространства, за счет чего появляется разность давлений на головную и донную части пули. Эта разность образует силу, направленную в сторону, противоположную движению пули (рис. 43). Частицы воздуха при этом стремятся заполнить разрежение за пулей и образуют завихрение. Все это замедляет скорость полета пули. В-третьих, при полете пуля сталкивается с частицами воздуха и заставляет их колебаться, в результате чего уплотняется воздух перед пулей и образуются звуковые волны. Если скорость пули меньше скорости звука^*, эти волны незначительно влияют на полет пули, но если она выше, то от набегания звуковых волн друг на друга создается волна сильно уплотненного воздуха (баллистическая волна), которая значительно замедляет полет пули, ибо часть энергии идет на образование этой волны. Точка приложения силы сопротивления воздуха - центр сопротивления. Сила сопротивления воздуха очень велика. Так, при стрельбе из винтовки калибра 7,62 мм (пуля образца 1930 г.) при угле бросания 15° и начальной скорости 800 м/с пуля - в безвоздушном пространстве - улетела бы на расстояние 32620 м, в воздушной среде она летит на 3900 м. Сила сопротивления воздуха зависит от скорости полета пули, ее формы, массы, калибра, а также поверхности пули и плотности воздуха. С увеличением плотности воздуха, калибра и скорости сопротивление воздуха возрастает.

^* (Скорость звука в сухом воздухе при темпера туре 0°С равна 330 м/с.)

Рис. 42. Образование силы сопротивления воздуха: 1 - разреженное пространство; 2 - трение; 3 - волна сильно уплотненного воздуха; 4 - завихрение

Рис. 43. Воздействие на полет пули силы сопротивления воздуха: 1 - ось пули; 2 - касательная к траектории; 3 - траектория; 4 - сила тяжести; 5 - равнодействующая силы сопротивления; ЦТ - центр тяжести; ЦС - центр сопротивления воздуха; б - угол между осью пули и касательной к траектории

При сверхзвуковых скоростях для сохранения скорости пули (нарезное оружие) оптимальной является удлиненная головная часть, а форма хвостовой части не имеет значения; при дозвуковых скоростях (гладкоствольное оружие) выгодны снаряды с удлиненной хвостовой частью, сужающейся к концу. При одной и той же начальной скорости пуля, картечь, крупная и мелкая дробь во время полета по траектории ведут себя различно. Например, мелкая дробь скорее потеряет скорость, а значит, и энергию снаряда у цели, чем крупная дробь.

Для расчета траектории приняты определенные обозначения ее элементов (рис. 44). Точка вылета - центр дульного среза ствола - является началом траектории. Горизонт оружия - это горизонтальная плоскость, проходящая через точку вылета. Линия возвышения - продолжение оси канала ствола. Угол возвышения - положительный угол между линией возвышения и горизонтом оружия. Угол склонения - отрицательный угол между линией возвышения и горизонтом оружия (при стрельбе сверху вниз, например в горах). Линия бросания - прямая, являющаяся продолжением оси канала ствола в момент вылета пули. Угол бросания - угол между линией бросания и горизонтом оружия. Угол вылета - угол между линией возвышения и линией бросания. Точка падения - пересечение траектории с горизонтом оружия. Угол падения - угол между касательной к траектории в точке падения и горизонтом оружия. Полная горизонтальная дальность - расстояние от точки вылета до точки падения. Скорость пули в точке падения называется окончательной скоростью. Полное время полета - время полета пули от точки вылета до точки падения. Наивысшая точка траектории называется вершиной траектории. Высота траектории - расстояние от вершины траектории до горизонта оружия. Та часть траектории, которая заключена между точкой вылета и вершиной, называется восходящей ветвью, а другая, до точки падения, - нисходящей ветвью.

Рис. 44. Элементы траектории полета пули: 1 - Мушка; 2 - точка вылета; α - угол возвышения; β - угол бросания; γ - угол прицеливания; ω - угол места цели; λ - угол вылета; φ - угол падения; δ - угол встречи; 3 - превышение траектории; 4 - линия возвышения; 5 - линия бросания; 6 - высота траектории; 7 - вершина траектории; 8 - цель, 9 - точка встречи; 10 - точка падения; 11 - точка прицеливания

Точка, в которую наводят оружие, вернее, прицельное приспособление, называется точкой прицеливания. Линией прицеливания служит прямая, соединяющая глаз стрелка, целик, мушку и точку прицеливания. Угол прицеливания находится между линией возвышения и линией прицеливания. Угол места цели образуется линией прицеливания и горизонтом оружия. Прицельная дальность - расстояние от точки вылета до пересечения траектории с линией прицеливания. Превышение траектории над линией прицеливания - кратчайшее расстояние от любой точки траектории до линии прицеливания. Линия, соединяющая цель с точкой вылета, называется линией цели, а длина этой линии - наклонной дальностью. При стрельбе на охотничьи дистанции линия цели почти совпадает с линией прицеливания, а наклонная дальность - с прицельной дальностью. Точка пересечения траектории с поверхностью цели называется точкой встречи, а угол между касательной к траектории и касательной к поверхности цели в точке встречи - углом встречи. За угол встречи принимается меньший из смежных углов, измеряемый от 0 до 90°. От него зависит, произойдет ли рикошетирование пули или нет. Чем меньше угол встречи, тем больше возможность рикошета при попадании в твердую преграду, а иногда и в поверхность воды.

Особое значение для охотника имеет так называемый прямой выстрел, при котором траектория полета пули не поднимается над линией прицеливания выше цели на всем своем протяжении. Иначе говоря, где бы ни находилась в этот момент цель (естественно, ближе дальности прямого выстрела), она будет поражена без перестановки прицела (прицел установлен на дальность прямого выстрела).

Практическое использование данных внешней баллистики. По табл. 25 можно определить, как будет вести себя круглая пуля при стрельбе на различные дистанции. Например, на дистанции 100 м круглая пуля 12-го калибра имеет достаточно большую энергию (158 кгс · м), чтобы поразить крупного зверя. Превышение траектории полета пули над линией прицеливания - 8,2 см. Казалось бы, на этом расстоянии можно стрелять, например, по кабану. Но из графы "Поперечник рассеивания пуль" ясно, что при рассеивании пуль, достигающем 55 см в поперечнике, кабана можно поразить только случайно. Таким образом, круглой пулей не следует стрелять дальше 50 м.

25. Характеристика внешней баллистики круглых пуль при стрельбе из гладкоствольного оружия

Показатели графы "Предельная дальность полета пули" рассчитаны при угле вылета пули по отношению к горизонту 31°, так как считается, что наибольшая дальность полета пули получается при углах 30-32°. На практике этот угол при стрельбе пулей бывает значительно меньше: обычно пулей стреляют по крупным животным на расстояние не далее 60 м, и угол между горизонтом и направлением линии прицеливания равен нулю, что свидетельствует о совпадении этих линий. Исключение составляет стрельба по зверю в горных условиях снизу вверх. В этом случае угол вылета пули по отношению к горизонту может быть любым и соответствовать максимальной дальности полета пули, что необходимо учитывать во время охоты в горах или сильно пересеченной местности. Особенно это важно знать руководителю охоты или егерю при групповых охотах, когда приходится расставлять охотников на номера так, чтобы они при стрельбе не задели друг друга.

При стрельбе дробью углы вылета дробового снаряда по отношению к горизонту бывают, наоборот, очень велики, так как приходится стрелять в основном по птице влёт или сидящей на дереве. Поэтому максимальная дальность полета различных дробин и картечин приобретает большое практическое значение. Такие данные при угле вылета по отношению к горизонту, равном 30-32°, и начальной скорости 380 м/с приведены в табл. 26.

26. Предельная дальность полета дроби и картечи

По табл. 27 можно определить траекторию полета пули при той или иной установке прицела. Возьмем для примера пулю Бреннеке 12-го калибра. Открытый прицел установлен для стрельбы на дистанцию 91 м (в табл. 27 это означает прочерк).

27. Данные по внешней баллистике американского патрона, снаряженного пулей Бреннеке

Примечание. I - прицел открытый, линия прицеливания на 2 см выше центра канала ствола; II - прицел оптический, линия прицеливания на 5 см выше центра канала ствола, знак (+) указывает, что пуля полетит выше линии прицеливания, знак (-) указывает, что пуля полетит ниже линии прицеливания.

В остальных графах цифры: +3,71 см (для дистанции 23 м); +6,3 см (для 46 м), +4,3 см (для 69 м) показывают, что пуля пролетит выше линии прицеливания на этих расстояниях на указанную величину. Таким образом, если, установив прицел на 91 м, стреляют по зверю на дистанцию 69 м, то пуля попадает выше точки прицеливания на 4,3 см. Это идеальный случай.

Кроме того, имеется еще определенное рассеивание пуль при стрельбе на дистанцию 69 м. Если поперечник рассеивания равен 30 см при стрельбе на дистанцию, то пуля может попасть либо на 15 см выше рассчитанной точки попадания (она выше на 4,3 см точки прицеливания), либо ниже на эту же величину (половина поперечника рассеивания), т. е. пуля может попасть или выше точки прицеливания на 19,3 см (4,3 см + 15 см), или ниже ее на 10,7 см (15-4,3 см). Если жизненно важные органы отстреливаемого животного располагаются в рассчитанной области от точки прицеливания (ниже на 10,7 см и выше на 19,3 см), то дичь будет поражена. Зона расположения жизненно важных органов животного называется убойной зоной. Для каждого животного она имеет свою величину, и чем она больше по высоте, тем дальше будет прямой выстрел (при прочих равных условиях). Чем больше дальность прямого выстрела, тем меньше скажется на точности попадания неточность в определении дистанции от отстреливаемого животного. Особенно важна большая дальность прямого выстрела при стрельбе из нарезного оружия.

Каждый охотник, имея при себе такие таблицы, может легко рассчитать те поправки, которые необходимо вносить при стрельбе на различные дистанции. Рассмотрим пример с ружьем, у которого длина прицельной линии 730 мм, а расстояние от верхней кромки прицельной планки до оси канала ствола в казенной части 19 мм, это же расстояние у дульного среза - 15 мм (разница 4 мм). Исходя из этого, находим угол между осью канала ствола и линией прицеливания θ₀ из следующей зависимости: tgθ₀=4 мм/730 мм = 0,0055, отсюда угол θ₀=19′. Это значит, что дробь вылетает из дула по отношению к линии прицеливания под углом 19′. При начальной скорости, равной 360 м/с для дроби № 7, или, что одно и то же, при скорости в 10 м от дульного среза v₁₀=306 м/с (по ГОСТу v₁₀ для патронов всех калибров должна быть равна 300-320 м/с, коэффициенты пересчета скоростей с v₁₀ на v₀ приведены в табл. 28), находим превышение траектории над линией прицеливания БВ (рис. 45) на расстоянии 18 м. Для этого сначала находим из треугольника ОАВ величину АВ. Расстояние ОВ равно 18 м минус расстояние от дульного среза до пересечения оси канала ствола с линией прицеливания, которое равно 2,74 м в нашем примере. Таким образом, AB=OBtg θ₀=(18-2,74) tg 19=15,26×0,0055=8,4 см. Из табл. 29 находим значение АБ=1,78 см для начальной скорости 360 м/с и дроби № 7. Итак, БВ=АВ-АБ=8,4-1,78=6,62, т. е. для точного попадания в цель дробью № 7 на расстояние 18 м никаких поправок при прицеливании вносить не нужно, ибо круг рассеивания при этом будет равен в среднем у цилиндра с напором (дульное сужение 0,25 мм) 70 см. При стрельбе на дистанцию 55 м при тех же условиях центр дробовой осыпи будет находиться выше точки прицеливания на 0,5 см. Для дистанции 35 м центр осыпи дроби расположится на 8 см выше точки прицеливания.

Рис. 45. Траектория центральной части дробового снопа (схематическое изображение): 1 - линия прицеливания; 2 - траектория полета центральной части дробового снопа; 3 - направление оси канала ствола; θ0 - угол между осью канала ствола и линией прицеливания, зависящей от конструкции прицельных приспособлений на ружье; О - точка пересечения оси канала ствола с линией прицеливания; АБ, ГИ и ЕЛ - величины понижения траектории на различных дистанциях. БВ, ИД и ЛК - величины превышения

28. Коэффициенты для приближенных пересчетов скоростей в 10 м от дульного среза на начальные скорости различных номеров дроби и картечи

Используя данные табл. 29, можно рассчитать внешнюю баллистику для любого ружья и любого патрона.

29. Показатели внешней баллистики дробового выстрела

^* (Диаметр картечи, мм.)

Зная энергию дробинки и то количество энергии, которое необходимо для поражения того или иного вида животного, можно определить необходимое число дробин для его поражения, а значит, и расстояние, на котором можно поразить это животное при определенном номере дроби. Для надежного поражения животного необходимо, чтобы в него попало 4-5 дробинок. При этом конечная скорость дробинок должна быть не менее 180 м/с, но лучше - 200 м/с.

Необходимая для поражения животного энергия примерно равна массе животного. Так, если масса кабана 100 кг, то энергия поражения должна быть в пределах 70-120 кгс·м.

Используя данные табл. 30 по поражаемости площади животного и энергии, необходимой для его поражения, найденной по формуле Е_мин=(0,7+1,2)Р, можно определить номер дроби (см. табл. 29), но при этом необходимо точно знать кучность боя ружья при стрельбе на различные дистанции разными номерами дроби. Например, необходимо определить, каким номером дроби на дистанции 35 м следует стрелять по зайцу из ружья, которое на расстоянии 35 м поражает площадь тела зайца 410-460 см² (см. табл. 30) тремя дробинами № 1, пятью дробинами № 2 и семью дробинами № 3. Определив по формуле Е_мин= (0,7+1,2)Р, что энергия, необходимая для поражения зайца, равна приблизительно 6 кгс·м, по табл. 29 находим, что при v₀=400 м/с на дистанции 35 м дробина дроби № 2 имеет энергию 1,12 кгс·м. А так как ружье попадает на 35 м пятью дробинами № 2, то общая энергия будет равна 5,6 кгс·м, т. е. примерно той энергии, которая необходима для надежного поражения зайца. Значит, из этого ружья по зайцу следует стрелять на дистанцию 35 м дробью № 2.

30. Поражаемые площади животных^* и их масса

^* (Данные о поражаемой площади животных взяты из кн.: А. А. Зернов. Стрельба дробью. 3-е изд. М., 1935. С. 37.)

При стрельбе дробью на надежность поражения дичи сильно влияет еще один параметр внешней баллистики - растяжение дробового снопа по длине и его рассеивание в стороны. В 1928 г. американцем Квейлом были проведены фотосъемки дробового снопа в 10 и в 36,6 м от дула (табл. 31).

31. Распределение дробин по длине снопа (по Квейлу)

^* (Количество дробин снаряда (%), использованных при замере растяжения снопа.)

В результате было установлено, что дробовой сноп сильно растягивается, поэтому, несмотря на довольно хорошую кучность боя при оценке стрельбой по неподвижной мишени, может оказаться (если сноп дроби сильно растянут), что при стрельбе влёт ни одна дробина не попадет в дичь или их количество окажется недостаточным для надежного поражения. Допускаемую дистанцию стрельбы см. в табл. 32.

32. Допускаемая дистанция стрельбы

Примечание. Данные эти приведены для 12-го калибра и дроби № 3.