Баллистика что это такое
Баллистика внутренняя, внешняя и терминальная. Баллистическая терминология
Введение в баллистику
— Из отчет Элвина К. Йорка (8 октября 1918г.)
Баллистика исследует движение снаряда (пули). ТК 3-22.9 даёт такое определение:
Есть три основных категории баллистики: внутренняя, внешняя и терминальная.
Далее мы обсудим различные термины, связанные с баллистикой.
Баллистическая терминология
— Из наградной записи Медали Почета старшего сержанта Конде Фалькона
Определим основную терминологию баллистики, чтобы глубже погрузиться в тему. Наш источник – Циркуляр «Винтовки и карабины» ТС 3-22.9, приложение В (в редакции от 1 от января 2017 года).
Как мы уже говорили, баллистика подразделяется на внутреннюю, внешнюю и терминальную.
Внутренняя баллистика
В дискурсе внутренней баллистики используется несколько основных терминов для описания физических процессов.
Канал ствола (bore) – внутренняя часть ствола, от дульного среза до патронника.
Патронник (chamber) – часть ствола, принимающая и фиксирующая боеприпас для стрельбы.
Скат патронника, уступ патронника (shoulder) – часть патронника, фиксирующая гильзу со снарядом, за которой начинается пульный вход ствола.
Дульный срез (muzzle) – конец ствола.
Гран, гр (grain, gr) – единица измерения веса пули либо снаряда. В одном фунте 7000 гранов, в одной унции – 437,5 (1 гран — 0,0647989 грамма – прим. переводчика).
На рисунке ниже показаны некоторые из приведённых терминов внутри автомата М4.
Внешняя баллистика
Ось канала ствола, она же линия выстрела, она же линия возвышения (axis of the bore / line of bore / line of elevation) – линия, проходящая через центр канала ствола.
Угол возвышения (angle of elevation) – угол между землей (горизонтом оружия) и осью канала ствола.
Баллистическая траектория (ballistic trajectory) – путь снаряда под влиянием только внешних сил, как то гравитация и атмосферное трение.
Высота траектории (maximum ordinate) – максимальная высота снаряда над линией прицеливания на пути к точке попадания.
Время полёта (time of flight) – время, которое требуется конкретному снаряду для достижения цели после выстрела.
На следующих рисунках показаны эти термины в ракурсе внешней баллистики.
Терминальная баллистика
Терминальная баллистика – это наука о поведении снаряда от момента столкновения с объектом до полной остановки (терминальная остановка). Включает терминальное влияние на цель.
В связи с этим существует два основных термина:
На следующем рисунке это показано на примере пули M855A1. Обратите внимание, насколько пробит баллистический желатин:
Итак, мы рассмотрели несколько терминов, связанных с различными фазами полета снаряда. В следующий раз мы обсудим дальнейшее практическое применение баллистики.
Значение слова баллистика
Словарь Ушакова
Словарь Военных Терминов
Военно-морской Словарь
наука о движении неуправляемых ракет, артиллерийских снарядов, авиабомб, пуль и т. п. Различают внутреннюю и внешнюю баллистику. Внутренняя баллистика изучает движение снаряда в канале ствола орудия под действием пороховых газов, а также другие процессы в стволе, происходящие при выстреле. Внешняя баллистика изучает движение неуправляемых ракет, снарядов и т. п. на траектории после прекращения их силового взаимодействия с пусковой установкой, стволом артиллерийского орудия и т. п.
Словарь охотничьих терминов и выражений
наука о движении снарядов. Внешняя баллистика изучает движение снаряда в воздухе; внутренняя баллистика изучает движение снарядов под действием пороховых газов в канале ствола.
Авиационный словарь
Краткий словарь оперативно-тактических и общевоенных терминов
Энциклопедический словарь
Словарь Ожегова
| прил. баллистический, ая, ое. Баллистическая ракета (проходящая часть пути как свободно брошенное тело).
Словарь Ефремовой
Энциклопедия Брокгауза и Ефрона
Первые исследования относительно формы кривой полета снаряда (из огнестрельного оружия) сделал в 1546 г. Тартаглия. Галилей установил при посредстве законов тяжести свою параболическую теорию, в которой не было принято во внимание влияние сопротивления воздуха на снаряды. Теорию эту можно применить без большой ошибки к исследованию полета ядер только при небольшом сопротивлении воздуха. Изучением законов воздушного сопротивления мы обязаны Ньютону, который доказал в 1687 г., что кривая полета не может быть параболой. Робинс (в 1742 г.) занялся определением начальной скорости ядра и изобрел употребляемый и поныне баллистический маятник (см. Баллистические приборы). Первое настоящее решение основных задач баллистики дал знаменитый математик Эйлер. Дальнейшее движение Б. дали Гуттон, Ломбард (1797 г.) и Обенгейм (1814 г.). С 1820 г. влияние трения стало все более и более изучаться, и в этом отношении много работали физик Магнус, французские ученые Пуассон и Дидион и прусский полковник Отто. Новым толчком к развитию Б. послужило введение во всеобщее употребление нарезного огнестрельного орудия и продолговатых снарядов. Вопросы Б. стали усердно разрабатываться артиллеристами и физиками всех стран; для подтверждения теоретических выводов стали производиться опыты, с одной стороны, в артиллерийских академиях и школах, с другой стороны, на заводах, изготовляющих оружие; так, напр., очень полные опыты для определения сопротивления воздуха произведены были в Петерб. в 1868 и 1869 г., по распор. ген.-ад. Баранцева, заслуженным профессором Михайловской артиллерийской академии, Н. В. Майевским, оказавшим большие услуги Б., — и в Англии Башфортом. В последнее время на опытном поле пушечного завода Круппа определялась скорость снарядов из орудий разного калибра в различных точках траектории, и достигнуты были очень важные результаты. Кроме Н. В. Майевского, заслуги которого оценены надлежащим образом и всеми иностранцами, в ряду множества ученых, в новейшее время работавших по Б., особенно заслуживают внимания: проф. Алж. лицея Готье, франц. артиллеристы — гр. Сен-Роберт, гр. Магнус де Спарр, майор Мюзо, кап. Жуффре; итал. арт. капит. Сиаччи, изложивший в 1880 г. решение задач прицельной стрельбы, Нобль, Нейман, Прен, Эйбль, Резаль, Сарро и Пиобер, положивший основание внутренней Б.; изобретатели баллистических приборов — Уитстон, Константинов, Наве, Марсель, Депре, Лебуланже и др.
Литература.
По внешн. Б. Н. В. Майевский «Курс внешн. Б.» (СПб., 1870); его же, «О решении задач прицельной и навесной стрельбы» (№№ 9 и 11 «Арт. Журн.», 1882 г.) и «Изложение способа наименьших квадратов и применение его преимущественно к исследованию результатов стрельбы» (СПб., 1881 г.); X. Г., «По поводу интегрирования уравнений вращательного движения продолговатого снаряда» (№ 1, » Арт. Журн.», 1887 г.); Майевский, «Trait é de Baiist, exter.» (Париж, 1872); Дидион, «Trait é de Balist.» (Пар., 1860); Робинс, «Nouv. principes d’artil. com. par Euler et trad. par Lombard» (1783); Лежандр, «Dissertation sur la question de ballst.» (1782); Поль де Сен-Роберт, » Mè moires scientit.» (т. I, «Balist», Typ., 1872); Отто, «Tables balist, g énèrales pour le tir élevè » (Пар., 1844); Нейман, «Theorie des Schiessens und Werfens» («Archiv f. d. Off. d. preus. Art. und. Ing. Corps» 1838 и след.); Пуассон (Poisson), «Recherches sur le mouvement des project» (1839); Гели (H élie), «Traité de Baiist, experim.» (Пар., 1865); Сиаччи, (Siacci), «Corso di Balistica» (Typ., 1870); Магнус де Спарр (Magnus de Sparre), «Mouvement des projects oblongs dans le cas du tir du plein fouet» (Пар., 1875); Мюзо (Muzeau), «Sur le mouv. des project. oblongs dans Pair» (Пар., 1878); Башфорт (Baschforth), «A mathematical treatise on thу motion of projectiles» (Лонд., 1873); Тилли (Tilly), «Balist.» (Брюсс., 1875); Астье (Astier), «Balist ext.» (Фонтенбло, 1877); Резаль (R èsal), «Traité de mec. gener.» t. i, «Mouv. des proj. obl. d. l’аir» (Пар., 1873); Матиэ (Mathieu), «Dynamique analyt»; Сиаччи, «Nuovo metodo per rivolvere и problemi del tiro» (Giorno di Art. e Gen. 1880, part. II punt 4); Отто (Otto), «Erörterung über die Mittel fü r Beurtheilung der Wahrscheinlichkeit des Treffens» (Берл., 1856); Дидион (Didion), «Calcul des probabilit è s applique au tir des project.» (Пар., 1858); Лиагр (Liagre), «Calcul des probabilit è s»; Сиаччи (Siacci), «Sur le calcul des tables de tir» («Giorn. d’Art, et Gen.», parte II, 1875 г.) Жуффре (Jouffret), «Sur r è tablisse meut et l’usage des tables de tir» (Париж, 1874); его же, «Sur la probabilit è du tir des bouches а feu et la methode des moindre carr è s» (Париж, 1875); Гаупт, «Mathematische Theorie aer Flugbahn der gezog. Geschosse» (Берлин, 1876); Гентш, «Ballistik der Handfeuerwaffen» (Берлин, 1876).
По внутренней баллистике : Нобль и Эйбль, «Исследование взрывчатых составов; действие восплам. пороха» (перев. В. А. Пашкевича, 1878); Пиобер, «Propri étè s et effets de la poudre»; его же, «Mouvement des gazs de la poudre» (1860); Поль де С.-Робер (Pol de St. Robert), «Principes de thermodynamique» (1870); Резаль (R èsal), «Recherches sur le mouvement des project. dans des arme s а’feu» (1864); A. Руцкий (Rutzki), «Die Theorie der Schiesspr ä parate» (Вена, 1870); M. Э. Сарро (Sarrau); «Recherches theorethiqnes sur les effets de la poudre et des substances explosives» (1875); его же, «Nouvelles recherches sur les effets de la poudre dans les armes» (1876) и «Formules pratiques des vitesse et des pressions dans les armes» (1877).
БАЛЛИСТИКА
На протяжении многих лет использовались разные способы ускорения метательных снарядов. Лук ускорял стрелу за счет энергии, запасенной в согнутом куске дерева; пружинами баллисты служили скручиваемые сухожилия животных. Были опробованы электромагнитная сила, сила пара, сжатого воздуха. Однако ни один из способов не был столь успешен, как сжигание горючих веществ.
ВНУТРЕННЯЯ БАЛЛИСТИКА
Ствольные системы ускорения.
Для удержания орудия с откатом в равновесии во время выстрела требуется прилагать значительную внешнюю силу (рис. 2). Внешняя сила, как правило, обеспечивается противооткатным механизмом, состоящим из механических пружин, гидравлических устройств и газовых амортизаторов, рассчитанных так, чтобы гасился направленный назад импульс ствола и казенной части с затвором орудия. (Импульс, или количество движения, определяется как произведение массы на скорость; по третьему закону Ньютона импульс, сообщаемый орудию, равен импульсу, передаваемому снаряду.)
Газовая пушка.
Реактивные системы.
Реактивные пусковые установки выполняют в основном те же функции, что и артиллерийские орудия. Такая установка играет роль неподвижной опоры и обычно задает начальное направление полета реактивного снаряда. При пуске управляемой ракеты, имеющей, как правило, бортовую систему наведения, точная наводка, необходимая при стрельбе из орудия, не требуется. В случае же неуправляемых ракет направляющие пусковой установки должны вывести ракету на траекторию, ведущую к цели.
ВНЕШНЯЯ БАЛЛИСТИКА
Вакуумные траектории.
Траектории материальной точки.
где r – плотность воздуха, S – площадь поперечного сечения снаряда, v – скорость движения, а CD (M) – безразмерная функция числа Маха (равного отношению скорости снаряда к скорости звука в среде, в которой движется снаряд), называемая коэффициентом лобового сопротивления. Вообще говоря, коэффициент лобового сопротивления снаряда можно определить экспериментально в аэродинамической трубе или на испытательном полигоне, оснащенном точным измерительным оборудованием. Задача облегчается тем, что для снарядов разного диаметра коэффициент лобового сопротивления одинаков, если они имеют одинаковую форму.
Траектории твердого тела.
Все сказанное об устойчивости полета, не охватывая полностью явлений, определяющих полет снаряда, тем не менее иллюстрирует сложность задачи. Отметим лишь, что в уравнениях движения необходимо учитывать много разных явлений; в эти уравнения входит ряд переменных аэродинамических коэффициентов (типа коэффициента лобового сопротивления), которые должны быть известны. Решение этих уравнений – очень трудоемкая задача.
Применение.
Перед стрельбой должны вноситься поправки на изменения начальной скорости, связанные с износом канала ствола, температурой пороха, отклонениями массы снаряда и баллистических коэффициентов, а также поправки на постоянно меняющиеся погодные условия и связанные с ними изменения плотности атмосферы, скорости и направления ветра. Кроме того, должны быть внесены поправки на деривацию снаряда и (при большой дальности) на вращение Земли.
С увеличением сложности и расширением круга задач современной баллистики появились новые технические средства, без которых возможности решения нынешних и будущих баллистических задач были бы сильно ограничены.
Траектории управляемых снарядов.
В случае управляемых снарядов и без того сложная задача описания траектории усложняется тем, что к уравнениям движения твердого тела добавляется система уравнений, называемых уравнениями наведения, связывающая отклонения снаряда от заданной траектории с корректирующими воздействиями. Суть управления полетом снаряда такова. Если тем или иным путем с использованием уравнений движения определяется отклонение от заданной траектории, то на основе уравнений наведения для этого отклонения рассчитывается корректирующее действие, например, поворот воздушного или газового руля, изменение тяги. Это корректирующее действие, изменяющее те или иные члены уравнений движения, приводит к изменению траектории и уменьшению ее отклонения от заданной. Такой процесс повторяется, пока отклонение не уменьшится до приемлемого уровня.
БАЛЛИСТИКА В КОНЕЧНОЙ ТОЧКЕ
Взрыв.
Эксперименты в области взрыва проводятся как с химическими взрывчатыми веществами в количествах, измеряемых граммами, так и с ядерными зарядами мощностью до нескольких мегатонн. Взрывы могут производиться в разных средах, таких, как земля и скальные породы, под водой, у поверхности земли в нормальных атмосферных условиях или в разреженном воздухе на больших высотах. Главный результат взрыва – образование ударной волны в окружающей среде. Ударная волна распространяется от места взрыва сначала со скоростью, превышающей скорость звука в среде; затем с уменьшением интенсивности ударной волны ее скорость приближается к скорости звука. Ударные волны (в воздухе, воде, грунте) могут поражать живую силу противника, разрушать подземные укрепления, морские суда, здания, наземные транспортные средства, самолеты, ракеты и спутники.
Для моделирования интенсивных ударных волн, возникающих в атмосфере и у поверхности земли при ядерных взрывах, применяются особые устройства, называемые ударными трубами. Ударная труба, как правило, представляет собой длинную трубу, состоящую из двух секций. На одном ее конце расположена камера сжатия, которая заполняется воздухом или другим газом, сжатым до сравнительно высокого давления. Другой ее конец представляет собой камеру расширения, открытую на атмосферу. При мгновенном разрыве тонкой диафрагмы, разделяющей две секции трубы, в камере расширения возникает ударная волна, бегущая вдоль ее оси. На рис. 4 показаны кривые давления ударной волны в трех поперечных сечениях трубы. В сечении 3 она принимает классическую форму ударной волны, возникающей при детонации. Внутри ударных труб можно размещать миниатюрные модели, которые будут претерпевать ударные нагрузки, аналогичные действию ядерного взрыва. Нередко проводятся испытания, в которых действию взрыва подвергаются более крупные модели, а иногда и полномасштабные объекты.
Для решения специфических задач, характерных для верхних слоев атмосферы, имеются специальные камеры, в которых имитируются высотные условия. Одна из таких задач – оценка уменьшения силы взрыва на больших высотах.
Осколки и пробивная способность.
Если металл находится в прямом контакте с взрывчатым веществом, ему могут передаваться давления ударной волны, измеряемые десятками тысяч МПа. При обычных размерах заряда ВВ порядка 10 см длительность импульса давления составляет доли миллисекунды. Столь огромные давления, действующие кратковременно, вызывают необычные процессы разрушения. Примером таких явлений может служить «скалывание». Детонация тонкого слоя ВВ, помещенного на броневую плиту, создает очень сильный импульс давления малой длительности (удар), пробегающий по толщине плиты. Дойдя до противоположной стороны плиты, ударная волна отражается как волна растягивающих напряжений. Если интенсивность волны напряжений превысит предел прочности на растяжение материала брони, происходит разрывное разрушение вблизи поверхности на глубине, зависящей от первоначальной толщины заряда ВВ и скорости распространения ударной волны в плите. В результате внутреннего разрыва броневой плиты образуется металлический «осколок», с большой скоростью отлетающий от поверхности. Такой летящий осколок может вызвать большие разрушения.
Чтобы выяснить механизм явлений разрушения, проводят дополнительные эксперименты в области металлофизики высокоскоростной деформации. Такие эксперименты проводятся как с поликристаллическими металлическими материалами, так и с монокристаллами различных металлов. Они позволили сделать интересный вывод относительно зарождения трещин и начала разрушения: в тех случаях, когда в металле имеются включения (примеси), трещины всегда начинаются на включениях. Проводятся экспериментальные исследования пробивной способности снарядов, осколков и пуль в разных средах. Ударные скорости лежат в пределах от нескольких сотен метров в секунду для низкоскоростных пуль до космических скоростей порядка 3–30 км/с, что соответствует осколкам и микрометеорам, встречающимся с межпланетными летательными аппаратами.
На основе таких исследований выводятся эмпирические формулы относительно пробивной способности. Так, установлено, что глубина проникновения в плотную среду прямо пропорциональна количеству движения снаряда и обратно пропорциональна площади его поперечного сечения. Явления, наблюдающиеся при ударе с гиперзвуковой скоростью, показаны на рис. 6. Здесь стальная дробинка со скоростью 3000 м/с ударяется о свинцовую пластину. В разное время, измеряемое микросекундами от начала соударения, сделана последовательность снимков в рентгеновских лучах. На поверхности пластины образуется кратер, и, как показывают снимки, из него выбрасывается материал пластины. Результаты исследования соударения при гиперзвуковой скорости делают более понятным образование кратеров на небесных телах, например на Луне, в местах падения метеоритов.
Раневая баллистика.
Броня.
С использованием ускорителей Ван-де-Граафа и других источников проникающего излучения исследуется степень радиационной защиты людей в танках и бронеавтомобилях, обеспечиваемая специальными материалами для брони. В экспериментах определяется коэффициент прохождения нейтронов сквозь плиты из разных слоев материалов, имеющие типичные танковые конфигурации. Энергия нейтронов может лежать в пределах от долей до десятков МэВ.
Горение.
Исследования в области воспламенения и горения проводятся с двоякой целью. Первая – получить данные, необходимые для увеличения способности пуль, осколков и зажигательных снарядов вызывать загорание топливных систем самолетов, ракет, танков и т.д. Вторая – повысить защищенность транспортных средств и стационарных объектов от зажигательного действия вражеских боеприпасов. Проводятся исследования по определению воспламеняемости разных топлив под действием различных средств воспламенения – искр электрического разряда, пирофорных (самовоспламеняющихся) материалов, высокоскоростных осколков и химических воспламенителей.
Шапиро Я.М. Внешняя баллистика. М., 1946
Серебряков М.Е. Внутренняя баллистика. М., 1949
Костров А.В. Движение асимметричного баллистического аппарата. M., 1984