Материал: Прикладная баллистика спортивной малокалиберной винтовки. методические рекомендации для студентов всех специальностей. Аренд Л.А
2.4. Внешняя баллистика
Пуля, получив при вылете из канала ствола определенную начальную скорость, стремится по инерции сохранить величину и направление этой скорости. Если бы полет пули проходил в безвоздушном пространстве, она бы двигалась прямолинейно, равномерно и бесконечно. Однако на пулю, летящую в воздушной среде, действуют силы, которые изменяют скорость полета и направление движения. Этими силами являются сила тяжести и сила сопротивления воздушной среды.
В результате совместного действия этих двух сил пуля описывает в пространстве своим центром тяжести кривую, которая называется траекторией
полета. Все точки траектории расположены ниже линии бросания.
Сила тяжести отклоняет пулю книзу. Если предположить, что во время полета по инерции в безвоздушном пространстве на пулю действует только сила тяжести, то под ее действием пуля опустится ниже линии продолжения канала ствола в первую секунду на 4,9 м, во вторую – 19,6 м и т.д. То есть, при наведенном в цель оружие, пуля пролетит под целью.
Сопротивление воздушной среды представляет собой сложное явление. Во время полета пуля расходует часть своей энергии, чтобы раздвинуть частицы воздуха. Перед ее головной частью образуется уплотнение воздуха. От этого уплотнения расходится во все стороны головная баллистическая волна. Частицы воздуха, скользя по поверхности пули и срываясь с ее боковых стенок, образуют сзади пули зону разряженного пространства. Стремясь заполнить образовавшуюся пустоту, частицы воздуха создают завихрения, в результате чего за пулей тянется хвостовая волна.
Уплотнение воздуха впереди головной части пули тормозит ее полет, разряженная зона сзади засасывает ее и еще больше усиливает торможение, стенки пули испытывают трение о частицы воздуха, что так же замедляет ее полет. Все это вместе и составляет силу сопротивления воздуха.
Влияние сопротивления воздуха на полет пули очень велико. Например, малокалиберная пуля, имеющая в воздухе наибольшую дальность полета 1600 м, в безвоздушном пространстве могла бы пролететь 10,5 км.
Для обеспечения дальности и меткости стрельбы очень важно, чтобы пуля как можно меньше теряла в скорости и правильности полета. Это достигается обтекаемой формой пули, увеличением поперечной нагрузки пули и повышением ее устойчивости.
Пуля представляет собой удлиненный металлический цилиндр с закругленной или заостренной головной частью и иногда с конусообразной хвостовой частью.
Чтобы получить большую скорость полета пули, надо больше заострить ее головную часть для уменьшения силы волнового сопротивления. Малокалиберная винтовочная пуля, как известно, имеет начальную скорость в пределах 305 – 345 м/сек. и, следовательно, почти не встречает в воздухе волнового сопротивления. Поэтому ее головная часть закруглена.
Для полета пули с относительно малой скоростью большое значение имеет форма ее хвостовой части. Частицы воздуха с конусообразной хвостовой части не срываются, а обтекают ее, вследствие чего уменьшается сила вихревого сопротивления.
Чем больший процент от общей длины пули падает на ее хвостовую часть, тем меньше скорость пули. Пули, проектируемые для больших скоростей, имеют сравнительно длинную головную часть и короткую хвостовую. Длина хвостовой части малокалиберной пули составляет около 20% ее общей длины.
Чем тяжелее пуля, тем большей кинетической энергией она обладает, следовательно, тем меньше влияет на ее полет сила сопротивления воздуха. Однако способность пули сохранять свою скорость зависит не просто от ее веса, а от отношения веса к площади, встречающей сопротивление воздуха. Отношение веса пули к площади ее наибольшего поперечного сечения называется поперечной нагрузкой.
Пуля с большей поперечной нагрузкой имеет и большую дальность полета, и более отлогую траекторию.
Поперечная нагрузка тем больше, чем больше вес пули и меньше калибр. Следовательно, при одинаковом калибре поперечная нагрузка больше у пули более длинной. Однако есть определенный предел увеличения этой нагрузки. Прежде всего, с увеличением ее (при то же калибре) возрастает общий вес пули, а значит, и отдача оружия. Кроме того, увеличение поперечной нагрузки за счет чрезмерного удлинения пули вызовет значительное опрокидывающее действие головной ее части назад силой сопротивления воздуха. Все это учитывают, подбирая наиболее выгодные габариты пуль.
Правильность полета пули в воздухе обеспечивается ее вращением.
Стволы современного стрелкового оружия имеют нарезы, которые заставляют пулю вращаться вокруг своей оси, и благодаря этому пуля сохраняет правильное положение в воздухе – головной частью вперед. Для устойчивости малокалиберной пули в воздухе необходима скорость ее вращения не менее 600 оборотов в секунду. Скорость вращения пули зависит от ее начальной скорости и длины хода нарезов. Она определяется делением начальной скорости на длину хода нарезов.
Скорость вращения пули при стрельбе из малокалиберного оружия различных образцов составляет примерно 600 – 900 оборотов в секунду.
Элементы траектории. Траектория представляет собой кривую линию, все точки которой находятся на различных удалениях от горизонта. Когда ось канала ствола составляет с горизонтом положительный угол, траектория пули, начиная с точки вылета, сначала поднимается над горизонтом, а затем постепенно снижается и вторично пересекает его.
Рис. 5.Траектория и ее элементы
Началом траектории является точка вылета, находящаяся в центре дульного среза ствола. Горизонт оружия - горизонтальная плоскость, проходящая через точку вылета. Линия возвышения – прямая линия, являющаяся продолжением оси канала ствола наведенного оружия. Угол возвышения – угол, составленный линией возвышения и горизонтом оружия.
Линия бросания – прямая линия, являющаяся продолжением оси канала ствола в момент выстрела. Касательная к траектории в точке вылета. Угол бросания – угол, составленный линией бросания и горизонтом оружия.
Угол вылета – угол, составленный линией возвышения и линией бросания.
Самая высокая часть траектории называется вершиной. Перпендикуляр, опущенный из вершины траектории на горизонт, называется высотой траектории.
Вершина делит траекторию на две ветви: восходящую и нисходящую. Длина восходящей ветви относится к длине нисходящей ветви примерно как 3:2. Эта несимметричность траектории является результатом воздействия на пулю силы сопротивления воздуха.
Точка, в которой траектория вторично пересекает горизонт, называется точкой падения.
Угол падения – угол, составленный касательной к траектории в точке падения и горизонтом оружия.
Расстояние от точки вылета до точки падения называется горизонтальной дальностью.
Горизонтальная дальность стрельбы и форма траектории зависит от угла бросания, который является алгебраической суммой угла возвышения и угла вылета.
Согласно законам механики, наибольшая горизонтальная дальность полета в безвоздушном пространстве достигается, когда угол бросания равен 45о. С увеличением угла от 0 до 45о дальность полета пули возрастает, а от 45 до 90о – уменьшается. Угол бросания, при котором горизонтальная дальность полета пули наибольшая, называется углом наибольшей дальности.
При полете пули в воздухе угол наибольшей дальности не достигает 45о. Величина его для современного стрелкового оружия колеблется в пределах 30 – 35о, в зависимости от веса и формы пули.
Траектории, образуемые при углах бросания меньше угла наибольшей дальности (0 – 35о), называются настильными. Траектории, образуемые при углах бросания больше угла наибольшей дальности (35 – 90о), называются навесными.
Поскольку при спортивной стрельбе дистанции для каждого вида оружия остаются в основном неизменными, многие стрелки вообще не задумываются, под каким углом возвышения или бросания нужно стрелять. В практике значительно удобнее оказалось угол бросания заменить другим, очень схожим с ним, - углом прицеливания.
Угол прицеливания – угол, составленный линией прицеливания и линией возвышения.
Выше было сказано, что все точки траектории расположены ниже линии бросания. Отсюда следует, что добросить пулю до цели можно только в том случае, если ствол оружия направлен выше цели под определенным углом к горизонту. Чем больше дальность до цели, тем большим должен быть этот угол.
На этом положении внешней баллистики основано конструирование всех систем прицельных приспособлений.
Рассеивание пуль. Средняя точка попадания
Даже при самых благоприятных условиях стрельбы каждая из выпущенных пуль описывает свою траекторию, несколько отличающуюся от траектории других пуль. Это явление называется естественным рассеиванием.
При значительном количестве выстрелов траектории в своей совокупности образуют сноп траекторий, который при встрече с мишенью дает ряд пробоин, более или менее удаленных друг от друга. Площадь, которую они занимают, называется площадью рассеивания.
Все пробоины располагаются на площади рассеивания вокруг некоторой точки, называемой центром рассеивания или средней точкой попадания (СТП). Траектория, находящаяся в середине снопа и проходящая через среднюю точку попадания, называется средней траекторией.
При внесении поправок в установку прицела в процессе стрельбы всегда подразумевается именно эта средняя траектория.
К причинам, вызывающим рассеивание пробоин при стрельбе из малокалиберного оружия, относятся в первую очередь неоднообразное прицеливание, незначительные на первый взгляд изменения в изготовке, неоднообразная обработка спуска и т.п. Эти причины зависят от стрелка и имеют первостепенное значение. Чем однообразнее прицеливание, изготовка и воздействие на спусковой крючок, тем меньше рассеивание выстрелов, а значит, выше кучность стрельбы.
Ко второй группе причин, вызывающих рассеивание пробоин, относятся изменения атмосферных условий во время стрельбы. Ветер, его разнообразие по скорости и направлению при сравнительно малых скоростях малокалиберной пули, заметно влияет на увеличение площади рассеивания.
Изменение освещенности мишени при неблагоприятных условиях погоды также приводит к увеличению рассеивания.
Наблюдательность стрелка и его умение учитывать влияние условий погоды помогают своевременно улавливать изменения внешней среды, выбирать более благоприятные моменты для выстрелов или вносить соответствующие поправки в прицел.
Третья группа причин, вызывающая рассеивание выстрелов, зависит от оружия и боеприпасов. При их производстве невозможно все детали изготовить с математической точностью. Некоторое отличие в размерах и качестве обработки деталей, особенно канала ствола, приводит к различному рассеиванию при стрельбе из оружия одного и того же типа. Разнообразие в весе заряда, качестве пороха, весе и форме пули, весе и качестве капсюльного состава и т.д. также сказывается на рассеивании пробоин. Существуют нормы рассеивания пуль по заводским техническим условиям и допускам при выпуске определенных образцов оружия и партий патронов.
В этом отношении все выпускаемое оружие и боеприпасы, как правило, обеспечивают высокие технические возможности по кучности боя.
Малокалиберное оружие дает возможность добиться высокой кучности.
При стрельбе со станка по мишени № 7 на дистанцию 50 метров результат равен 100 очкам из 100 возможных.
Закон естественного рассеивания. При большом количестве выстрелов на большие дистанции рассеивание пуль подчиняется определенному закону рассеивания, сущность которого заключается в следующем.
Площадь рассеивания всегда ограничена некоторым пределом и имеет форму эллипса, вытянутого на вертикальной плоскости по высоте. Это объясняется тем, что неизбежные колебания начальных скоростей патронов при увеличенных дальностях стрельбы отражаются главным образом на рассеивании по высоте и меньше влияют на рассеивание по сторонам.
Пробоины располагаются относительно СТП симметрично, так как вероятность отклонения пули в любую сторону от СТП одинакова.
Пробоины располагаются на площади рассеивания неравномерно, наиболее густо группируясь вокруг СТП. При этом уменьшение количества пробоин от центра к краям происходит всегда в определенной закономерности: в симметричных полосах равной ширины, одинаково удаленных от оси рассеивания, заключается одинаковое и определенное количество пробоин.
Если разделить всю площадь рассеивания на три равные горизонтальные полосы, то в верхней и нижней полосах будет заключаться по 15% пробоин, а в средней – 70%. То же самое будет наблюдаться, если разделить площадь рассеивания на три вертикальные полосы. Прямоугольник в центре площади рассеивания, образованный пересечением двух сердцевинных полос, называется сердцевиной рассеивания и вмещает 50% всех пробоин.
Следует подчеркнуть, что закон рассеивания полностью проявляет себя при большом количестве выстрелов. При спортивной стрельбе сравнительно небольшими сериями площадь рассеивания приближается к форме круга, поэтому мерой рассеивания служит величина радиуса круга, вмещающего 100% пробоин или их лучшую половину. Радиус круга, вмещающего все пробоины, примерно в 2,5 раза больше радиуса круга, вмещающего лучшую их половину.
Естественное рассеивание пуль – объективный процесс, действующий независимо от воли и желания стрелка. Отчасти это так, и требовать от оружия и патронов того, чтобы все пули попали в одну точку, - бессмысленно.
Вместе с тем стрелок должен помнить, что естественное рассеивание пуль не является неизбежной нормой. Искусство меткой стрельбы и состоит в том, чтобы знать причины естественного рассеивания пуль и уменьшить их влияние на кучность стрельбы.
Практика доказала, насколько важны для уменьшения рассеивания правильная отладка оружия и подбор патронов, техническая подготовленность стрелка и опыт стрельбы в неблагоприятных погодных условиях.
Определение средней точки попадания. В стрелковом спорте существуют такие понятия как кучная стрельба и меткая или точная стрельба. При стрельбе на кучность от стрелка требуется, чтобы все пробоины располагались рядом на возможно меньшей площади в любом месте мишени, то есть расположение СТП относительно центра мишени во внимание не принимается.
Для получения наибольшего количества очков необходимо, чтобы стрельба была меткой, то есть хорошая кучность сочеталась с совмещением средней точки попадания и центра мишени.
Для того чтобы внести поправку в прицел и, как говорят стрелки, «выйти на центр» необходимо сначала рассчитать среднюю точку попадания.
Рис. 6. Нахождение средней точки попадания по пяти, четырем и трем пробоинам
Для нахождения средней точки попадания при пяти пробоинах две любые пробоины соединяют прямой линией, которую делят пополам. Полученную точку а соединяют прямой линией с третьей пробоиной. Эту линию делят на три равные части и точка б, лежащая на 1/3 от точки а будет являться СТП трех пробоин. Четвертую пробоину соединяют с точкой б и полученную линию делят на четыре равных отрезка. Затем точку в, лежащую на расстоянии ¼ от точки б, соединяют с пятой пробоиной и новую линию делят на пять равных частей. Точку г, лежащую на расстоянии 1/5 от точки в, принимают за среднюю точку попадания для пяти пробоин.
При трех или четырех пробоинах определение средней точки попадания аналогично (рис.6).
Изложенный выше расчет средней точки попадания интересен с точки зрения теории. На практике у стрелка нет возможности во время выполнения упражнения соединять пробоины прямыми линиями и делить их на равные отрезки, высчитывая среднюю точку попадания с математической точностью. Поэтому стрелки определяют СТП просто «на глаз». Понятно, что сделать это тем легче, чем лучше кучность стрельбы. Отсюда следует, что начинающий стрелок должен сначала добиться хорошей кучности стрельбы и только потом переходить к стрельбе на результат.
Выше при рассмотрении прицелов уже говорилось, что шаг одного «щелчка» на диоптрическом прицеле винтовки «Урал» равен 2,5 мм, т.е. требуется три щелчка на габарит. Определив СТП, стрелок должен сосчитать на сколько габаритов по вертикале и по горизонтали СТП удалена от центра мишени и внести соответствующую поправку в прицел, вращая головки микрометрических винтов в нужную сторону.
Иногда на мишени одна или несколько пробоин располагаются далеко в стороне от остальных. Такие пробоины, называемые отрывами, получаются, как правило, в результате грубой ошибки стрелка и при нахождении средней точки попадания во внимание не принимаются.