ВВЕДЕНИЕ
Что такое баллистика? Зачем она нужна и где ее используют?
Человек не сталкивается с ней ежедневно, однако многие достижения
человечества включают в себя эту науку. Технические специальности предполагают ознакомление с баллистикой, мы также сталкивались с задачами на движение тела, брошенного горизонтально или под углом к горизонту в школе.
В этом проекте я расскажу о баллистике, как о науке, баллистическом движении и о том, как и где его применяют.
Баллистика - это 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.
Различают:
• Внутреннюю баллистику.
• Внешнюю баллистику.
• Конечную баллистику.
Глава 1. ВНУТРЕННЯЯ БАЛЛИСТИКА
Внутренняя баллистика – это раздел баллистики, изучающий процессы приведения снаряда в поступательное движение. Такие процессы требуют: 1) энергии; 2) наличия рабочего вещества; 3) наличия устройства, управляющего подводом энергии и разгоняющего снаряд. Устройством для разгона снаряда может служить орудийная система или реактивный двигатель.
Научной основой внутренней баллистики являются высшая математика, газодинамика, термодинамика, термохимия (теория горения порохов).
Внутренняя баллистика изучает выстрел как сложный процесс превращения химической энергии пороха в тепловую, а затем в механическую работу снаряда и подвижных частей орудия. Для изучения процесса различают следующие периоды в явлении выстрела:
· предварительный — от момента начала воспламенения заряда до момента врезания снаряда в нарезы ствола(см. рис. 1);
· первый (основной) — от момента окончания врезания ведущих поясков до момента окончания горения пороха;
· второй — от момента окончания горения порохового заряда до момента вылета из канала ствола;
· период последействия пороховых газов на снаряд и ствол — от вылета снаряда из канала ствола до прекращения действия на него газов.
Глава 2. ВНЕШНЯЯ БАЛЛИСТИКА
Внешняя баллистика занимается движением снарядов в пространстве между пусковой установкой и целью. Когда снаряд приведен в движение, его центр масс прочерчивает в пространстве кривую, называемую траекторией.
Основная задача внешней баллистики состоит в том, чтобы описать эту траекторию, определив положение центра масс и пространственное положение снаряда в функции времени полета (времени после запуска). Для этого нужно решить систему уравнений, в которых учитывались бы силы и моменты сил, действующие на снаряд.
Результатом решения составленных дифференциальных уравнений при заданных начальных условиях являются все характеристики движения, по которым может быть построена траектория:
· Линейная скорость.
· Угловая скорость.
· Углы, определяющие ориентацию объекта в пространстве.
· Время полета.
· Координаты центра масс.
Самый простой из частных случаев движения снаряда – движение снаряда в вакууме над плоской неподвижной земной поверхностью. В этом случае предполагается, что на снаряд не действуют никакие другие силы, кроме земного тяготения.
Другой частный случай – движение материальной точки; здесь снаряд рассматривается как материальная точка, и учитываются его лобовое сопротивление (сила сопротивления воздуха, действующая в обратном направлении по касательной к траектории и замедляющая движение снаряда), сила тяжести, скорость вращения Земли и кривизна земной поверхности.
Во многих случаях теория движения материальной точки неадекватно описывает траекторию снаряда, и тогда приходится рассматривать его как твердое тело, т.е. учитывать, что он будет не только двигаться поступательно, но и вращаться, и принимать во внимание все аэродинамические силы, а не только лобовое сопротивление. Такого подхода требует, например, расчет движения ракеты с работающим двигателем(см. рис. 2).
Рисунок 2. Ракета с работающим двигателем.
Глава 3. КОНЕЧНАЯ БАЛЛИСТИКА
Баллистика в конечной точке рассматривает физику движения снаряда в преграде. Ее данные используются для усовершенствования большинства систем оружия – от винтовок и ручных гранат до ядерных боеголовок, доставляемых к цели межконтинентальными баллистическими ракетами, а также средств защиты – солдатских бронежилетов, танковой брони, подземных укрытий и т.д.
Конечной (или терминальной) баллистикой занимаются оружейники-специалисты по снарядам и пулям, прочности и другие специалисты по броне и защите(см. рис. 3), а также криминалисты.
Рисунок 3. Современный военный бронежилет.