Материал: Прикладная баллистика спортивной малокалиберной винтовки. методические рекомендации для студентов всех специальностей. Аренд Л.А

2.2. Взрывчатые вещества

Пороха, применяемые в спортивных патронах, относятся к взрывчатым веществам.

Взрывчатыми веществами (ВВ) называются неустойчивые смеси и химические соединения, способные под влиянием незначительных внешних воздействий (удар, трение, укол, нагревание и т.п.) быстро переходить в газообразное состояние.

Взрыв – это чрезвычайно быстрое физическое или химическое изменение вещества, сопровождающееся таким же быстрым превращением его потенциальной энергии в механическую работу. Эта работа производится отбрасывающимися газами, нагретыми до температуры 2400 – 3000^о и сжатыми до 1300 – 3200 кг/см², стремящимися к расширению и создающими резкое повышение давления в среде, окружающей место взрыва. Очень резкое повышение давления и является характерной чертой взрыва. Сопутствующий признак взрыва – сильный звук.

Характерные признаки взрыва:

- кратковременность процесса – от сотых до миллионных долей секунды, например, заряд бездымного пороха сгорает в винтовке за 0,0012 сек.;

- образование газов – наличие большого количества газообразных продуктов взрыва, способных к расширению. Так при сгорании 1кг пороха образуется до 900 л газа;

- выделение тепла при реакции взрывчатого превращения, что увеличивает упругость газовых продуктов. При сгорании заряда в винтовочном патроне выделяется около 3 больших калорий тепла.

Химическая реакция, сопровождающаяся взрывом, называется взрывчатым превращением. В зависимости от химического состава ВВ и условий взрыва взрывчатые превращения протекают с различными скоростями, при которых может происходить быстрое сгорание, собственно взрыв, детонация.

Быстрым сгоранием ВВ называется процесс взрывчатого превращения, распространяющийся по всей массе ВВ со скоростью не более нескольких метров в секунду. Протекая на открытом воздухе, он не сопровождается звуком. Например, порох сгорает на открытом воздухе со скоростью 10 – 13 мм/сек. В закрытом же объеме сгорание ВВ идет более энергично, сопровождаясь резким звуком. Типичный пример – горение боевого заряда бездымного пороха в канале ствола (скорость до 10 м/сек). Сгорание ВВ сопровождается нарастанием давления газов в канале ствола, которое по мере образования распространяется в сторону наименьшего сопротивления, перемещая по каналу и выталкивая из ствола пулю.

Собственно взрыв – это процесс разложения ВВ, который протекает с огромной скоростью, измеряемой сотнями метров в секунду. Он сопровождается резким нарастанием давления газов, что влечет за собой раскалывание и дробление окружающих предметов.

Детонацией называю процесс, распространяющийся по ВВ с максимально возможной для него скоростью взрывчатого превращения, измеряемого обычно тысячами метров в секунду. Например, скорость детонации нитроглицерина достигает 8200 м/сек. К концу взрыва, то есть к моменту, когда разложится весь заряд, газы не успевают расшириться и имеют еще первоначальный объем ВВ. Затем развивается громадное движение газов во все стороны. Это приводит к дроблению преграды на мельчайшие куски.

Если обыкновенный взрыв происходит, как правило, от нагревания ВВ, то детонация в большинстве случаев наступает, когда в непосредственной близости от основного заряда взрывается то же самое или другое ВВ. Взрывчатое вещество, которое способно вызвать детонацию в другом ВВ, называется детонатором.

В зависимости от свойств и применения взрывчатые вещества подразделяют на три большие группы:

- инициирующие (капсюльные составы);

- дробящие (бризантные);

- метательные (пороха).

Инициирующие ВВ отличаются тем, что формой их взрывчатого превращения является полная детонация. Они наиболее чувствительны к внешним воздействиям и легко взрываются от незначительного удара, накола, нагревания. Поэтому их используют для изготовления капсюлей для патронов, капсюлей-детонаторов и т.п. В спортивных патронах применяются неоржавляющие ударные составы.

Дробящими называются такие ВВ, которые безотказно детонируют при относительной безопасности в обращении. Взрывают их капсюлями инициирующих веществ. Они применяются для снаряжения снарядов, бомб, мин и гранат, а так же для проведения взрывных работ.

Метательными или порохами называются такие ВВ, взрывчатые превращения которых носят характер быстрого горения. Пороха используют во всех видах огнестрельного оружия в качестве источника энергии, сообщающей пуле движение. Поэтому из всех видов взрывчатых веществ пороха представляют для стрельбы наибольший интерес.

По составу, физическим и химическим свойствам пороха подразделяют на дымные (механические смеси) и бездымные (коллоидные).

Дымный (черный) порох в баллистическом отношении не выгоден и малопродуктивен. При взрыве черного пороха получается по весу до 60% твердых остатков и лишь 40% газов. После взрыва объем его пороховых газов становится лишь в 280 – 300 раз больше первоначального объема заряда. Температура воспламенения черного пороха около 315⁰.

В конце XIX века началось изготовление бездымных порохов.

Химической основой бездымных порохов являются дробящие ВВ - пироксилин и нитроглицерин, обрабатываемые определенными растворителями, позволяющими регулировать скорость сгорания этих сильных взрывчатых веществ.

Бездымные пороха нерастворимы в воде. Однако при хранении в сыром месте влажность их повышается (до 20%), что снижает баллистические свойства. Удельный вес разных сортов бездымных порохов колеблется в пределах 1,55 – 1,63.

Температура зажжения 180 – 200⁰ С.

Бездымные пороха обладают большой производительной мощностью. Так, 1 кг пороха при взрыве дает около 900 л пороховых газов, что позволяет развивать давление в канале ствола, например, крупнокалиберной винтовки до 3200 атм.

Бездымные пороха обладают значительной прочностью и упругостью, поэтому мало деформируются и не перетираются в пыль при транспортировке и сотрясениях.

Качество бездымного пороха определяется тем, насколько правильны и одинаковы по форме и размерам пороховые зерна. От этого в значительной степени зависит однообразное и закономерное образование пороховых газов при выстреле, а, следовательно, и точность стрельбы.

2.3. Внутренняя баллистика

При спуске курка с боевого взвода боек ударяет по закраине донышка гильзы, вызывая мгновенный взрыв ударного состава. Возникающее при этом сильное пламя проникает в толщу порохового заряда, воспламеняя зерна пороха. При горении порохового заряда происходит выделение газов, которые, расширяясь, давят во все стороны: на стенки и донышко гильзы, на дно пули. Встречая сопротивление прочных стенок патронника и дна гильзы, упирающейся в личинку затвора, пороховые газы распространяются в сторону наименьшего сопротивления, толкая пулю перед собой.

По мере сгорания пороха давление возрастает. Когда оно достигает величины, достаточной для преодоления сил сопротивления движению (обжимка пули в дульце гильзы, усилие врезания ее в нарезы), пуля начинает свое движение по каналу ствола.

Давление пороховых газов, необходимое для полного врезания пули в нарезы, называется давлением форсирования.

Поскольку пуля начинает двигаться до того, как произойдет полное сгорание заряда, давление пороховых газов в канале ствола меняется. Вначале, когда пуля еще не приобрела большой скорости, количество газов растет значительно быстрее, чем увеличивается объем запульного пространства², давление газов в канале ствола повышается, достигая наибольшей величины. Это вызывает ускорение движения пули. В результате прирост количества газов не успевает за увеличением запульного пространства и давление в канале ствола начинает постепенно снижаться.

Как только заряд полностью сгорел, дальнейшее движение пули происходит под действием постоянного, свободно расширяющегося количества пороховых газов, которые обладают еще большим запасом энергии благодаря своей упругости. Продолжая расширяться, они увеличивают скорость движения пули.

В дальнейшем пороховые газы, вырываясь из канала ствола со скоростью, большей скорости пули, продолжают еще на некотором расстоянии от дульного среза оружия (до 20 см) оказывать давление на дно пули, увеличивая скорость ее движения. Таким образом, по мере продвижения пули в канале ствола скорость ее непрерывно возрастает, достигая наибольшей величины в нескольких сантиметрах от дульного среза.

Давление пороховых газов максимально в начале нарезной части ствола, достигая в стволе малокалиберной винтовки величины в 1300 кг/см²

Давление газов в момент вылета пули из канала ствола называется дульным давлением. Величина его в малокалиберной винтовке равна примерно 200 кг/см².

Скорость пули в момент вылета из канала ствола называется начальной скоростью. Она измеряется расстоянием, которое могла бы преодолеть пуля за 1 сек. после вылета из канала ствола, если бы на нее не действовали ни сопротивление воздуха, ни сила тяжести. В малокалиберных винтовках она колеблется в пределах 305 – 345 м/сек. Величина начальной скорости – это одна из самых важных характеристик не только патронов, но и оружия. Однако судить о баллистических свойствах оружия только по ней нельзя. Необходимо рассматривать еще и вес пули. Важно знать, какой энергией обладает пуля, какую работу она может выполнить.

Известно, что энергия движущегося тела зависит от его веса (массы) и скорости движения. Следовательно, чем больше вес и скорость движения, тем больше кинетическая энергия пули. Пробивное действие пули характеризуется ее кинетической энергией.

Кинетическая энергия, которую сообщают пуле пороховые газы в момент вылета ее из канала ствола, называется дульной энергией.

Энергия пули измеряется в килограммометрах³. Винтовочные пули обладают громадной кинетической энергией. Например, пуля, выпущенная из малокалиберной винтовки на дистанцию 25 м, может пробить сосновую доску толщиной 8 см.

Начальная скорость и дульная энергия пули имеют большое практическое значение. С их увеличением увеличивается и дальность стрельбы, траектория пули становится более отлогой, значительно уменьшается влияние внешних условий на полет пули, увеличивается ее пробивное действие.

Характер нарастания давления пороховых газов в канале ствола в значительной мере зависит от плотности порохового заряда: с ее увеличением резко растет скорость горения пороха, а, следовательно, и давления газов.

Как известно, с увеличением влажности порох горит медленнее, отчего и давление пороховых газов в канале ствола нарастает медленнее, что может привести к затяжному выстрелу, при котором между ударом бойка по капсюлю и звуком выстрела проходит заметный промежуток времени, или к осечке. Если влажность заряда повышенная, луч пламени от взрыва ударного состава не может одновременно зажечь все пороховые зерна – он воспламеняет лишь близлежащие слои пороха и от них уже, через некоторый промежуток времени, загораются следующие.

Именно поэтому, в Правилах по технике безопасности говорится, что если после спуска курка выстрела не последовало, не нужно торопиться перезаряжать оружие, следует выждать некоторое время, чтобы не произошло взрыва порохового заряда при открытом затворе.

Отдача оружия и угол вылета пули

При сгорании заряда расширяющиеся пороховые газы давят с одинаковой силой на всю поверхность занимаемого ими объема. Силы, действующие перпендикулярно оси канала ствола, взаимно уравновешиваются, давление же газов вдоль канала ствола вызывает движение пули вперед, а оружия в противоположную сторону, т.е. назад. Можно сказать, что при выстреле силы пороховых газов как бы отбрасывают оружие и пулю в разные стороны.

Движение оружия назад при выстреле называется отдачей.

Действие пороховых газов одинаково на пулю и оружие, поэтому скорость отдачи оружия меньше скорости пули во столько раз, во сколько раз его масса больше массы пули. Скорость отдачи спортивной малокалиберной винтовки весом 5 кг равна 0,17 м/сек, а энергия отдачи – 0,007 кгм.

Отдача начинается с началом движения пули и достигает наибольшей силы в момент вылета ее из канала ствола. Величина силы отдачи зависит от калибра и мощности патрона.

При стрельбе из винтовки стрелок ощущает отдачу как толчок в плечо. Сила давления пороховых газов, вызывающих отдачу, действует по оси канала ствола. Стрелок же ощущает отдачу в точке лежащей ниже оси канала ствола. Противодействие плеча отдаче является той силой реакции, которая направлена в противоположную сторону и равна ей. Образуется пара сил, которая заставляет винтовку во время выстрела вращаться дульной частью вверх. Вращающий момент способствует тому, что отдача винтовки менее ощутима для стрелка.

Рис. 3. Зависимость угла вылета от изготовки стрелка

Отдача оружия отрицательно сказывается на меткости стрельбы, особенно у начинающих стрелков, так как при выстреле значительно отклоняет ствол оружия от того первоначального направления, которое ему было придано во время прицеливания. Кроме этого, ожидание выстрела и отдачи приводит к тому, что начинающие стрелки дергают за спусковой крючок, подают плечо вперед, моргают и вздрагивают в момент выстрела.

Задача стрелка - сохранить изготовку, принятую во время прицеливания в момент выстрела и некоторое время после него. Для этого необходимо сохранять неизменным принятый тонус всех мышц тела. Тогда они работают подобно пружинам и после выстрела и тело стрелка, и оружие плавно возвращаются в первоначальное положение. Это возможно, если стрелок не обращает внимания на сам выстрел, а продолжает «работать за выстрел». В этом случае момент выстрела стрелком не ожидается, он сосредотачивает свое внимание на технически грамотном выполнении выстрела, а звук выстрела и отдача не имеют для него никакого значения. Иными словами, выполняется один из психологических моментов выстрела – элемент его неожиданности.

Как уже было сказано, при выстреле оружие под влиянием отдачи и реакции плеча стрелка не только отходит назад, но еще и вращается дульной частью вверх. Причем подбрасывание ствола вверх начинается, когда пуля еще находится в канале ствола. Следовательно, в момент выстрела ствол смещается вверх на некоторый угол.

Угол, образованный направлением оси канала ствола до выстрела и в момент вылета пули, называется углом вылета.

Угол вылета – величина непостоянная и в значительной мере зависит от изготовки. Если стрелок при стрельбе из винтовки плотно упирает приклад в плечо и использует туго натянутый ремень, угол вылета будет меньше. Еще большая зависимость величины угла вылета от длины плеча пары сил, вращающих оружие. Если, например, плечо стрелка расположено ближе к верхнему краю затыльника приклада, момент сил, поворачивающих винтовку, уменьшается, и угол вылета тоже становится меньше. Существует множество иных причин, влияющих на угол вылета. Это положение антабки и левой руки, величина мышечного напряжения в ней, положение ремня на руке и его натяжение, положение и мышечное напряжение правой руки, положение щеки на прикладе и давление щеки на приклад и т.д.

Вполне очевидно, что неоднообразная прикладка приводит к тому, что при каждом выстреле углы вылета будут разными, в результате – разброс пуль по вертикале. Любая мелочь может изменить среднюю точку попадания. Следовательно, чтобы добиться кучной и стабильной стрельбы, необходимо выработать умение правильно и однообразно изготавливаться перед каждым выстрелом.

Отдача и подбрасывание винтовки играют определяющую роль в изменении средней точки попадания, поэтому так важно, чтобы стрелок научился мысленно отмечать каждый свой выстрел. Тот, кто в состоянии обнаружить изменения в подбрасывании винтовки, будет в состоянии изготовиться так, чтобы исключить возможность таких изменений. Подбрасывание играет большую роль при стрельбе из малокалиберной винтовки, чем из крупнокалиберной, в основном потому, что пуля в стволе малокалиберной винтовки движется медленнее. По этой же причине при стрельбе из малокалиберной винтовки отметка выстрела играет такую исключительно важную роль.

Образование угла вылета представляет собой очень сложное явление, зависящее не только от отдачи оружия, но и от вибрации ствола.

При сгорании заряда и возникновении при этом ударе пороховых газов ствол начинает вибрировать. Чем тоньше ствол, тем сильнее вибрация, чем массивнее, тем вибрация меньше. Явление вибрации заключается в том, что все точки ствола совершают некоторые колебания относительно своего обычного положения. При этом размах колебаний точек, расположенных по всей длине ствола, различен. Оказывается, есть такие точки на стволе, которые вообще не колеблются, - так называемые узловые.

Рис. 4. Схематическое изображение вибрации ствола при выстреле

Вместе с другими участками ствола совершает колебание и дульная его часть. Поскольку волнообразные колебания ствола начинаются раньше, чем пуля вылетает из него, окончательное направление пули зависит от того, какая фаза колебаний дульной части ствола совпадает с моментом ее вылета. Если дульная часть в момент вылета пули направлена выше, чем до выстрела, то угол вылета, возникающий при вибрации, положительный, если ниже, то отрицательный.

Стрелку совершенно безразлично, какой угол вылета получается при стрельбе, важно чтобы он был постоянным, и не было большого разброса пуль. Однообразия в углах вылета можно добиться при отладке оружия так, чтобы ствол мог испытывать всегда однообразную вибрацию. Нужно следить, чтобы между стволом и цевьем всегда был зазор, и чтобы в этот зазор не попало постороннее твердое тело, которое может нарушить свободную вибрацию ствола. К таким же последствиям может привести коробление ложи от разбухания или усушки.

Поэтому очень важно выработать привычку проверять и осматривать свою винтовку до стрельбы, обращая внимание на посадку ствола в ложе винтовки.

Недопустимо так же во время стрельбы прижимать ствол пальцами левой руки.