Сведения из внутренней баллистики.

Баллистика – комплекс физико-технических дисциплин, охватывающих теоретическое и экспериментальное исследование движения и конечного воздействия метаемых твердых тел – пуль, артиллерийских снарядов, ракет, авиационных бомб и космических летательных аппаратов. Баллистика разделяется на: 1) внутреннюю баллистику, изучающую методы приведения снаряда в движение; 2) внешнюю баллистику, изучающую движение снаряда по траектории; 3) баллистику в конечной точке, предметом изучения которой являются закономерности воздействия снарядов на поражаемые цели. Разработка и проектирование видов и систем баллистического оружия основываются на применении математики, физики, химии и конструкторских достижений для решения многочисленных и сложных задач баллистики.

Основателем современной баллистики принято считать И.Ньютона (1643–1727). Формулируя законы движения и рассчитывая траекторию материальной точки в пространстве, он опирался на математическую теорию динамики твердого тела, которую разработали И.Мюллер (Германия) и итальянцы Н.Фонтана и Г.Галилей в 15 и 16 вв.

Баллистика – (греч. баллос – бросаю, метаю) – наука изучающая законы движения пули (снаряда, мины и т.д.). Баллистика состоит из следующих разделов:

Внутренняя баллистика – наука, занимающаяся изучением процессов, которые происходят при выстреле и в особенности при движении пули (гранаты) по каналу ствола под действием давления пороховых газов.

Внешняя баллистика – наука, изучающая движение пули (гранаты) после прекращения действия на нее пороховых газов, т.е. движение пули (гранаты) в воздухе.

Наряду с этим существуют понятия промежуточной баллистики и баллистики цели.

Промежуточная баллистика – рассматривает движение пули на некотором расстоянии после вылета из канала ствола (для стрелкового оружия от 30 до 150 см), где газы продолжают еще оказывать действие на полет пули.

Баллистика цели – изучает движение снарядов в среде (цели, преград), что особенно важно для расчета бронепробиваемости и разрушения укреплений.

В стрелковом и артиллерийском деле баллистика носит прикладной характер и изучается с целью:

- теоретического обоснования устройства материальной части оружия;

- теоретического обоснования стрельбы и правил по сбережению, хранению и осмотру оружия, что и входит непосредственно в задачу занятий по огневой подготовке.

Внутренняя баллистика занимается исследованием вопросов наиболее рационального использования энергии порохового заряда во время выстрела.

Решение этого вопроса и составляет основную задачу внутренней баллистики: как снаряду данного веса и калибра сообщить определенную начальную скорость (V₀) при условии, чтобы максимальное давление газов в стволе (P_m) не превышало заданной величины.

Чтобы произошел выстрел необходимо зарядить оружие. Необходимые элементы для выстрела: капсюль, заряд и пуля.

При спуске курка боек разбивает капсюль. Ударный состав капсюля мгновенно взрывается и его пламя через затравочные отверстия в дне гильзы проникает к заряду и охватывает зерна пороха; весь заряд пороха загорается почти одновременно и горит, превращаясь в газы с очень высоким давлением; под действием давления газов пуля начинает движение, врезается в нарезы и вращаясь по ним, движется по каналу ствола с непрерывно возрастающей скоростью и выбрасывается наружу по направлению оси канала ствола. Происходит выстрел.

Выстрелом называется выбрасывание пули (снаряда, гранаты) из канала ствола оружия энергией пороховых газов, образовавшихся при сгорании порохового заряда.

В баллистике выстрел рассматривается как процесс очень быстрого превращения химической энергии пороха сначала в тепловую, а затем в кинетическую энергию движения оружия (под оружием понимается система заряд – снаряд – ствол).

Выстрел характеризуется:

- Развитием в канале ствола высокого давления пороховых газов (Pm). Например, пороховой заряд патрона обр. 1943 г. весом 1,6 г. дает при взрыве 1,6 л. газов, т.е. примерно в 1000 раз больше по объему, чем было взрывчатого вещества (ВВ) до взрыва. За счет этого давление (Pm) в канале ствола при выстреле достигает 2500-3500 кг/см². Тот же заряд весом 1,6 г. выталкивает из канала ствола автомата пулю весом 7,9 г. со скоростью 715 м/сек (2680 км/час) и бросает ее на дальность до 3000 м.

- Выделением большого количества тепла. Температура газов достигает 2500-3500 С°, которая вдвое больше температуры плавления стали. Например, при взрыве I кг ВВ выделяется от 500 до 1200 больших калорий тепла.

- Малой продолжительностью явления (0,0012-0,06 сек). Например, пороховой заряд патрона обр. 1943 г. сгорает при выстреле за 0,0012 сек, подрывная шашка динамита – примерно за 0,00001 сек.

- Сильным звуком.

- Пламенем, возникающим от смешивания раскаленных газов с кислородом из воздуха.

В связи с тем, что явление выстрела сопровождается высоким давлением газов в стволе, то необходимо перед стрельбой тщательно проверять исправность и чистоту ствола и особенно затвора. Никогда не закрывать ствол с дульной части (с целью защиты ствола от попадания в него дождя, снега), т.к. выстрел при наличии в стволе постороннего предмета (рис. 1.) дает резкий скачок давления газов, которое может привести к раздутию или даже к разрыву ствола.

Рис. 1. Причины раздутия ствола.

Высокие температура и давление газов при выстреле создают большие напряжения в металле ствола. Ствол рассчитан на определенный режим стрельбы. Например, из автомата или пулемета непрерывный огонь следует вести только в условиях боя, не допуская перегрева ствола. Рекомендуемый режим ведения огня – это комбинирование одиночного и автоматического огня в зависимости от оперативной – тактической обстановки, рельефа местности, расстояния до целей и других условий.

Существенной особенностью выстрела является то, что основная работа пороховых газов по выталкиванию снаряда происходит в переменном объеме.

Все эти особенности осложняют исследование явления выстрела, и чтобы получить общую картину приходится рассматривать его по частям (периодам). Явление выстрела делится на четыре периода:

- предварительный;

- первый (основной);

- второй;

- третий (период последствия газов).

От удара бойка ударный состав капсюля воспламеняется, образовавшиеся газы, создающие первоначальное давление около 20-40 кг/см², зажигают пороховой заряд.

Во время горения порохового заряда образуется большое количество сильно нагретых газов, который распространяются во все стороны и стремясь расшириться, давят на дно гильзы, на ее стенки и на пулю. Когда сила давления достигает величины большей, чем сила сопротивления движения пули (инерция, обжим пули в гильзе и усиление врезания пули в нарезы) пуля начинает двигаться вперед, врезаясь в нарезы.

Период явления выстрела от момента зажжения боевого заряда до момента полного врезания пули (снаряда) в нарезы канала ствола называют предварительным периодом.

Рис. 2. Явление выстрела.

В этом периоде горение пороха происходит в постоянном объеме, пока давление не достигнет величины, необходимой для врезания пули (снаряда) в нарезы.

Давление газов, необходимое для полного врезания пули в нарезы ствола называется давлением форсирования (Р_o). Оно необходимо чтобы сдвинуть пулю (снаряд) с места и преодолеть сопротивление ведущего пояса снаряда (оболочки пули) врезанию в нарезы ствола.

Давление форсирования колеблется в пределах от 250-500 кг/см².

Первым (основным) периодом выстрела называется период от начала движения пули (снаряда) до момента окончания горения боевого заряда.

В этом периоде горение пороха происходит в быстро изменяющемся объеме, т.к. снаряд под давлением непрерывно возрастающего количества газов движется по каналу ствола. В первый промежуток времени нарастание количества газов идет значительно быстрее увеличения объема запульного пространства, поэтому давление быстро повышается, достигая наибольшей величины, максимума (Р_М).

Наибольшее давление, достигаемое газами в канале ствола, называется максимальным давлением. Максимальное давление у стрелкового оружия колеблется в пределах от 2000 до 3500 кг/см².

В дальнейшем вследствие значительного увеличения скорости пули и запульного объема давление падает. В конце горения пороха давление Р_к составляет примерно 2/3 максимального (Р_к ≈ 2/3 Р_м). Скорость в этот момент составляет примерно 1/4 дульной.

Вторым периодом выстрела называется – период от момента окончания горения пороха боевого заряда до момента вылета пули из канала ствола оружия.

С увеличением давления газов возрастает скорость пули, отчего быстро увеличивается и объем запульного пространства. Когда объем запульного пространства будет расти быстрее чем образование (приток) газов, давление начинает падать (уменьшаться). Наибольшей величины давление газов достигает, когда пуля находится в 4-6 см от начала нарезной части ствола. К этому моменту давление пороховых газов достигает 2800-2900 атмосфер (2800-2900 кг/см²). Затем вследствие возрастания скорости движения, объем запульного пространства увеличивается быстрее притока новых газов, и давление начинает падать. К моменту вылета пули из канала ствола оно достигает 300-900 кг/см².

Однако одновременно с падением давления скорость пули не уменьшается, а возрастает. Это объясняется тем, что на пулю, получившую ускорение в период наибольшего давления, газы продолжают давить, хотя и в меньшей степени, и тем самым ускоряют ее движение.

Сила давления газов вполне достаточная для того, чтобы пуля непрерывно получала ускорение и выбросилась из канала ствола с большей скоростью. Спад давления происходит быстрее, чем в конце первого периода. Дульное давление у стрелкового оружия под 7,62 мм винтовочный патрон составляет 1/5 максимального давления (Р_д ≈ 1/5 Р_м). Давление газов в момент вылета пули (снаряда) из ствола называется дульным давлением. У стрелкового оружия оно равно 400-600 кг/см². У короткоствольного оружия, например, 9 мм пистолета Макарова второй период практически отсутствует, т.к. пуля вылетает из оружия раньше, чем сгорает весь пороховой заряд.

Третьим периодом или периодом последействия газов – называется период выстрела от момента вылета снаряда до момента прекращения действия на него истекающих пороховых газов.

Этот период выстрела характеризуется тем, что газы, истекая из канала ствола со скоростью 1200-2000 м/сек и более, продолжают воздействовать на снаряд до тех пор, пока их сила не будет уравновешена силой сопротивления воздуха действующей на снаряд.

В этот период под действием газов снаряд продолжает еще разгоняться на участке 5-10 м., а пуля на участке в несколько десятков сантиметров.

После прохождения дульного среза оружия снаряд имеет дульную скорость Vо, в конце последействия – максимальную.

Таким образом, давление пороховых газов в канале ствола сначала почти мгновенно возрастает до значения Р_o, затем Р_o продолжает резко возрастать до Р_мах, после чего начинается падение до Р_д в момент вылета пули из канала ствола и происходит дальнейшее падение в период последействия газов. Скорость пули непрерывно возрастает, вначале быстрее, а затем медленнее, достигая значения V_мах.