Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Внутренние баллистики (также внутренняя баллистика ), подпол баллистики , является изучением движения в виде снаряда .

В орудиях внутренняя баллистика охватывает время от воспламенения пороха до выхода снаряда из ствола орудия . [1] Изучение внутренней баллистики важно для разработчиков и пользователей огнестрельного оружия всех типов, от малокалиберных винтовок и пистолетов до высокотехнологичной артиллерии .

Для ракетных снарядов внутренняя баллистика охватывает период, в течение которого ракетный двигатель обеспечивает тягу. [2] [3]

Части и уравнения [ править ]

Хэтчер делит внутреннюю баллистику на три части: [4]

  • Время блокировки, время от выпуска шептала до попадания капсюля.
  • Время зажигания, время от момента попадания капсюля до начала движения снаряда.
  • Время ствола, время от момента начала движения снаряда до его выхода из ствола.

Есть много важных процессов. Источником энергии является горящее топливо. Он генерирует горячие газы, которые повышают давление в камере. Это давление давит на основание снаряда и заставляет снаряд ускоряться. Давление в камере зависит от многих факторов. Количество сгоревшего пороха, температура газов и объем камеры. Скорость горения пороха зависит не только от химического состава, но и от формы гранул пороха. Температура зависит не только от выделяемой энергии, но и от тепла, теряемого по стенкам ствола и патронника. Объем камеры непрерывно меняется: по мере сгорания топлива увеличивается объем, который может занять газ. По мере того, как снаряд перемещается по стволу, объем за снарядом также увеличивается.Есть еще другие эффекты. Некоторая энергия теряется на деформацию снаряда и его вращение. Также наблюдаются потери на трение между снарядом и стволом. Снаряд, двигаясь по стволу, сжимает воздух перед собой, что добавляет сопротивление его поступательному движению.[1]

Для этих процессов были разработаны модели. [5] Эти процессы влияют на конструкцию пистолета. Казенная часть и ствол должны выдерживать воздействие газов высокого давления без повреждений. Хотя давление первоначально повышается до высокого значения, давление начинает падать, когда снаряд проходит некоторое расстояние по стволу. Следовательно, дульный конец ствола не должен быть таким же прочным, как конец патронника. [6]

Во внутренней баллистике используются пять общих уравнений: [7]

  1. Уравнение состояния пороха
  2. Уравнение энергии
  3. Уравнение движения
  4. Уравнение скорости горения
  5. Уравнение функции формы

История [ править ]

До середины 1800-х годов, до развития электроники и необходимой математики (см. Эйлера ), а также материаловедения для полного понимания конструкции сосудов под давлением , внутренняя баллистика не имела большого количества подробной объективной информации. Стволы и затворы просто должны быть достаточно прочными, чтобы выдержать известную перегрузку ( испытание на доказательство ), а изменение начальной скорости можно было бы предположить по расстоянию, на которое пролетел снаряд. [8]

В 1800-х годах начали оснащаться испытательными стволами. [9] В стволе были просверлены отверстия, снабженные стандартными стальными поршнями, деформирующими стандартную маленькую медную цилиндрическую дробь, которая раздавливалась при выстреле из огнестрельного оружия. Уменьшение длины медного цилиндра используется как показатель пикового давления. Отраслевые стандарты определяют «Медные единицы давления» или «CUP» для огнестрельного оружия под высоким давлением. Подобные стандарты применялись к огнестрельному оружию с более низким пиковым давлением, обычно к обычному пистолету, с пулями испытательного цилиндра, сделанными из более легко деформируемых свинцовых цилиндров, отсюда «Свинцовые единицы давления» или «LUP». Измерение показало только максимальное давление, которое было достигнуто в этой точке в стволе. [10]К 1960-м годам также широко использовались пьезоэлектрические тензодатчики. Они позволяют измерять мгновенное давление и не требуют просверливания порта давления в стволе. Совсем недавно, с использованием усовершенствованной телеметрии и датчиков с повышенной защитой от ускорения, Исследовательская лаборатория армии разработала снаряды с инструментами, которые могут измерять давление у основания снаряда и его ускорение. [11]

Способы грунтования [ править ]

Основная статья: Праймер (огнестрельное оружие)

На протяжении многих лет было разработано несколько методов воспламенения пороха. Первоначально в казённой части просверливали небольшое отверстие ( сенсорное отверстие ), чтобы можно было залить мелкодисперсный пропеллент ( чёрный порох , тот же порох, что и в ружье) и подать внешнее пламя или искру (см. Фитильный и кремневый замки) ). Позже, капсюли и автономные картриджи были праймеры , которые взорвались после механической деформации, зажигая пропеллент. Другой метод - использование электрического тока для зажигания пороха.

Горючее [ править ]

Черный порошок [ править ]

Основная статья: Порох

Порох ( черный порох ) представляет собой тонко измельченную, прессованную и гранулированную механическую пиротехническую смесь серы , древесного угля и нитрата калия или нитрата натрия . Его можно производить с различными размерами зерен. Размер и форма зерен могут увеличивать или уменьшать относительную площадь поверхности , а также значительно изменять скорость горения. Скорость горения черного пороха относительно нечувствительна к давлению, что означает, что он будет гореть быстро и предсказуемо даже без ограничений [12], что делает его также подходящим для использования в качестве слабовзрывчатого вещества. Он имеет очень низкую скорость разложения и, следовательно, очень низкую бризантность.. Это не взрывчатое вещество в самом строгом смысле этого слова, а «дефлагрант», поскольку он не детонирует, а разлагается при горении из-за своего дозвукового механизма распространения фронта пламени.

Нитроцеллюлоза (одноосновное топливо) [ править ]

Основная статья: Бездымный порох

Нитроцеллюлоза или «пушечный хлопок» образуется под действием азотной кислоты на волокна целлюлозы . Это легковоспламеняющийся волокнистый материал, который быстро сгорает при нагревании. Он также горит очень чисто, почти полностью сгорая до газообразных компонентов при высоких температурах с небольшим количеством дыма или твердых остатков. Желатинизированная нитроцеллюлоза - это пластик , который можно формовать в цилиндры, трубки, шары или хлопья, известные как одноосновные пропелленты. Размер и форма гранул пороха могут увеличивать или уменьшать относительную площадь поверхности., и значительно изменить скорость горения. К топливу могут быть добавлены добавки и покрытия для дальнейшего изменения скорости горения. Обычно очень быстрые порохи используются для легких пуль или низкоскоростных пистолетов и дробовиков , порохи среднего калибра для пистолетов magnum и легких винтовочных патронов, а медленные порохы для крупнокалиберных тяжелых винтовочных патронов. [13]

Двухбазовые порохы [ править ]

Основные статьи: баллистит , кордит и бездымный порох

Нитроглицерин можно добавлять к нитроцеллюлозе для образования «двухосновных пропеллентов». Нитроцеллюлоза десенсибилизирует нитроглицерин, чтобы предотвратить детонацию в гранулах размером с порох (см. Динамит ), а нитроглицерин желатинизирует нитроцеллюлозу и увеличивает энергию. Двухосновные порошки горят быстрее, чем одноосновные порошки той же формы, хотя и не так чисто, и скорость горения увеличивается с увеличением содержания нитроглицерина.

В артиллерии , баллиститный или кордитиспользовался в виде стержней, трубок, трубок с прорезями, цилиндров с отверстиями или многотрубок; геометрия выбирается для обеспечения требуемых характеристик горения. (Круглые шары или стержни, например, горят "дегрессивно", потому что их газообразование уменьшается с увеличением площади их поверхности по мере того, как шары или стержни горят меньше; тонкие хлопья горят "нейтрально", так как они горят на своей плоской поверхности до тех пор, пока отщеп полностью сгорает. Продольно перфорированные или многоперфорированные цилиндры, используемые в больших длинноствольных винтовках или пушках, имеют «прогрессивное горение»; поверхность горения увеличивается по мере увеличения внутреннего диаметра отверстий, обеспечивая устойчивое горение и длительное , непрерывное нажатие на снаряд для увеличения скорости без чрезмерного увеличения пикового давления.Прогрессивно горящий порох в некоторой степени компенсирует падение давления, поскольку снаряд ускоряется по каналу ствола и увеличивает объем позади него.)[1]

Твердотопливные боеприпасы (безгильзовые боеприпасы) [ править ]

Недавняя тема исследований была в области « безгильзовых боеприпасов ». В безгильзовом патроне метательный заряд отливается как одно сплошное зерно, при этом грунтовочный состав помещается в углубление в основании, а пуля прикрепляется к передней части. Поскольку единичная гранула пороха настолько велика (размер гранул большинства бездымных порохов составляет около 1 мм, а гранулы без гильзы будут иметь диаметр 7 мм и длину 15 мм), относительная скорость горения должна быть намного выше. Для достижения такой скорости горения в безгильзовых порохах часто используются замедленные взрывчатые вещества, такие как гексоген.. Основными преимуществами успешного безгильзового снаряда будет устранение необходимости извлекать и выбрасывать гильзу, что позволяет повысить скорострельность и упростить механизм, а также снизить вес боеприпасов за счет уменьшения веса (и стоимости) латунных или стальной кейс. [14]

Хотя существует по крайней мере одна экспериментальная военная винтовка ( H&K G11 ) и одна коммерческая винтовка ( Voere VEC-91 ), в которых используются безгильзовые патроны, они не имели большого успеха. Еще одной коммерческой винтовкой была винтовка Daisy VL, изготовленная Daisy Air Rifle Co. и рассчитанная на безгильзовые боеприпасы .22 калибра, которые воспламенялись горячим потоком сжатого воздуха от рычага, используемого для сжатия сильной пружины, как в пневматической винтовке. Безгильзовые боеприпасы, конечно, не перезаряжаются, так как после выстрела не остается гильзы, а открытый порох делает снаряды менее прочными. Также гильза в стандартном патроне служит уплотнением, не позволяющим газу выходить из казенника.. В безгильзовом оружии должен использоваться более сложный самоуплотняющийся затвор, что увеличивает конструкцию и сложность изготовления. Еще одна неприятная проблема, общая для всех скорострельная оружия , но особенно проблематично для тех огневых безгильзовых раундов, проблема раундов « приготовление пищи от ». Эта проблема возникает из-за того, что остаточное тепло от камеры нагревает патрон в камере до точки, где он воспламеняется, вызывая непреднамеренный разряд.

Чтобы свести к минимуму риск выгорания патрона, пулеметы могут быть спроектированы так, чтобы стрелять с открытого затвора, при этом патрон не имеет патронника до тех пор, пока не будет нажат спусковой крючок, и поэтому нет шансов, что патрон сгорел до того, как оператор будет готов. Такое оружие могло эффективно использовать безгильзовые боеприпасы. Конструкции с открытым затвором обычно нежелательны для чего-либо, кроме пулеметов; масса затвора, движущегося вперед, заставляет ружье крениться в ответ, что значительно снижает точность стрельбы, что обычно не является проблемой для пулеметной стрельбы.

Метательный заряд [ править ]

Плотность и постоянство нагрузки [ править ]

Плотность загрузки - это процент пространства в гильзе картриджа, заполненного порошком. Как правило, нагрузки, близкие к 100% -ной плотности (или даже нагрузки, при которых пуля при посадке в гильзу сжимает порох), воспламеняются и горят более стабильно, чем нагрузки с меньшей плотностью. В патронах, уцелевших от эпохи черного пороха (например, .45 Colt , .45-70 Government), гильза намного больше, чем требуется для удержания максимального заряда бездымного пороха высокой плотности. Это дополнительное пространство позволяет пороху перемещаться в гильзе, накапливаясь возле передней или задней части гильзы и потенциально вызывая значительные колебания скорости горения, поскольку порох в задней части гильзы будет быстро воспламеняться, а порох у передней части гильзы воспламенится позже. Это изменение оказывает меньшее влияние на быстрые порошки. Такие картриджи большой емкости и низкой плотности обычно обеспечивают лучшую точность с самым быстрым подходящим порохом, хотя это снижает общую энергию из-за резкого пика высокого давления.

Пистолетные патроны Magnum меняют этот компромисс мощности / точности за счет использования менее плотных, медленно горящих порохов, которые обеспечивают высокую плотность заряда и широкую кривую давления. Обратной стороной является повышенная отдача и дульная сила взрыва из-за большой массы пороха и высокое дульное давление.

Большинство винтовочных патронов имеют высокую плотность заряда с соответствующими порохами. Винтовочные патроны имеют тенденцию быть узкими, с широким основанием, сужающимся до меньшего диаметра, чтобы удерживать легкую, высокоскоростную пулю. Эти гильзы предназначены для хранения большого количества пороха низкой плотности, что обеспечивает более широкую кривую давления, чем пистолетный патрон Magnum. В этих случаях требуется использование длинного ствола винтовки для достижения максимальной эффективности, хотя они также предназначены для пистолетов-подобных пистолетов (однозарядные или с продольно-скользящим затвором) со стволом от 10 до 15 дюймов (от 25 до 38 см).

Одно необычное явление происходит, когда в гильзах винтовок большой емкости используются плотные порохи небольшого объема. Небольшие пороховые заряды, если они не удерживаются плотно около задней части гильзы с помощью ваты , могут взорваться при воспламенении, иногда вызывая катастрофический отказ огнестрельного оружия. Механизм этого явления малоизвестен, и обычно он не встречается, за исключением случаев заряжания низкооткатных или низкоскоростных дозвуковых патронов для винтовок. Эти снаряды обычно имеют скорость менее 1100 футов / с (320 м / с) и используются для стрельбы в помещении, в сочетании с глушителем или для борьбы с вредителями , когда мощность и дульная сила выстрела полной мощности не требуется. или желаемый.

Камера [ править ]

Прямо против узкого места [ править ]

Гильзы с прямыми стенками были стандартом с самого начала для патронного оружия. Из-за низкой скорости горения черного пороха лучшая эффективность была достигнута с большими тяжелыми пулями, поэтому пуля имела самый большой практический диаметр . Большой диаметр позволил получить короткую, стабильную пулю с большим весом и максимальный практический объем канала ствола для извлечения максимальной энергии из ствола заданной длины. Было несколько патронов с длинными неглубокими конусами, но, как правило, это была попытка использовать существующий патрон для стрельбы меньшей пулей с более высокой скоростью и меньшей отдачей. С появлением бездымных порохов, можно было создать гораздо более высокие скорости, используя медленный бездымный порох в гильзе большого объема, толкая небольшую легкую пулю. Странный 8-миллиметровый патрон Lebel с высокой конусностью, изготовленный путем сужения более старого 11-миллиметрового патрона с черным порохом, был представлен в 1886 году, а вскоре за ним последовали военные патроны 7,92 × 57 мм и 7 × 57 мм Mauser , а также коммерческие . 30-30 Winchester , все из которых были новой разработкой, построенной на бездымном порохе. У всех них есть отчетливое плечо, которое очень похоже на современные патроны, и, за исключением Lebel, они все еще используются в современном огнестрельном оружии, даже несмотря на то, что патронам более века.

Соотношение сторон и согласованность [ править ]

При выборе винтовочного патрона для максимальной точности короткий толстый патрон с очень маленьким конусом гильзы может дать более высокую эффективность и более стабильную скорость, чем длинный тонкий патрон с большим конусом гильзы (отчасти причина узкого горлышка конструкции ). [15] Учитывая современные тенденции к более коротким и толстым гильзам, таким как новые патроны Winchester Super Short Magnum , кажется, что идеальным может быть гильза, приближающаяся к сферической внутри. [16] Мишень и паразитыохотничьи патроны требуют высочайшей точности, поэтому их гильзы обычно короткие, толстые и почти не заостренные с острыми выступами на гильзе. Короткие толстые футляры также позволяют сделать оружие короткого действия легче и прочнее при том же уровне производительности. Компромиссом для этой производительности являются толстые патроны, которые занимают больше места в магазине , острые выступы, которые не так легко выводятся из магазина, и менее надежное извлечение использованного патрона. По этим причинам, когда надежное кормление важнее точности, как, например, для военных винтовок, предпочтение отдается более длинным гильзам с меньшим углом наклона плеча. Однако даже среди военного оружия наблюдается долгосрочная тенденция к более коротким и толстым корпусам. Нынешний корпус НАТО 7,62 × 51 мм заменяет более длинный.30-06 Springfield - хороший тому пример, так же как и новый патрон 6.5 Grendel, разработанный для улучшения характеристик винтовок и карабинов семейства AR-15 . Тем не менее, значительно больше точности и летальности картриджа , чем длина и диаметр корпуса, и 7,62 × 51 мм НАТО имеет меньшую емкость , чем случай .30-06 Springfield , [17] уменьшая количество ракетного топлива , которое может быть что напрямую снижает вес пули и начальную скорость пули, которая способствует летальности (как подробно описано в опубликованных спецификациях патронов, ссылки на которые приведены здесь для сравнения). 6,5 Grendel, с другой стороны, способен стрелять значительно более тяжелой пулей (см. ссылку), чем 5.56 NATO из семейства оружия AR-15, только с небольшим уменьшением начальной скорости, что, возможно, обеспечивает более выгодный компромисс с характеристиками.

Трение и инерция [ править ]

Статическое трение и зажигание [ править ]

Поскольку скорость горения бездымного пороха напрямую зависит от давления, начальное повышение давления (т.е. «давление начала выстрела») оказывает значительное влияние на конечную скорость , особенно в больших патронах с очень быстрыми порохами и относительно малым весом. снаряды. [18] В малокалиберном огнестрельном оружии трение, удерживающее пулю в гильзе, определяет, как скоро после воспламенения пуля переместится, а поскольку движение пули увеличивает объем и снижает давление, разница в трении может изменить угол наклона кривая давления. Как правило, желательна плотная посадка до степени обжатия.пуля в гильзу. В гильзах с прямыми стенками и без ободка, таких как .45 ACP, агрессивный обжим невозможен, так как гильза удерживается в патроннике за горловину гильзы, но размер гильзы рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить плотную посадку с натягом на пулю, может дать желаемый результат. В огнестрельном оружии большего калибра давление начала выстрела часто определяется силой, необходимой для первоначальной гравировки приводной ленты снаряда в начале нарезки ствола ; В гладкоствольных ружьях, не имеющих нарезов, давление начала выстрела достигается за счет первоначального попадания снаряда в «вынуждающий конус», который обеспечивает сопротивление при сжатии обтурирующего кольца снаряда .

Кинетическое трение [ править ]

Пуля должна плотно прилегать к каналу ствола, чтобы герметизировать высокое давление горящего пороха. Эта плотная посадка приводит к большой силе трения. Трение пули в канале ствола имеет небольшое влияние на конечную скорость, но это обычно не вызывает большого беспокойства. Большую озабоченность вызывает тепло, возникающее из-за трения. При скорости около 300 м / с (980 фут / с) свинец начинает плавиться и откладываться в стволе . Это скопление свинца сужает канал ствола, увеличивая давление и снижая точность последующих выстрелов, и его трудно вычистить без повреждения канала ствола. Снаряды, используемые на скоростях до 460 м / с (1500 футов / с), могут использовать восковые смазки.на пуле, чтобы уменьшить накопление свинца. При скоростях более 460 м / с (1500 футов / с) почти все пули имеют оболочку из меди или аналогичного сплава, который достаточно мягкий, чтобы не изнашиваться на стволе, но плавится при достаточно высокой температуре, чтобы уменьшить накопление в нем. канал ствола. Накопление меди действительно начинает происходить при выстреле, скорость которого превышает 760 м / с (2500 футов / с), и обычным решением является пропитка поверхности пули смазкой на основе дисульфида молибдена . Это уменьшает скопление меди в канале ствола и обеспечивает лучшую долговременную точность. В снарядах большого калибра также используются медные приводные ленты для нарезных стволов для снарядов со стабилизированным вращением; однако снаряды с плавниковой стабилизацией стреляли как из ружейных, так и из гладкоствольных стволов, такие как APFSDS в противобронированных снарядах используются нейлоновые обтюрирующие кольца, которые достаточны для герметизации пороховых газов под высоким давлением, а также минимизируют трение в стволе ствола, обеспечивая небольшой прирост начальной скорости.

Роль инерции [ править ]

За первые несколько сантиметров пути по каналу ствола пуля достигает значительного процента своей конечной скорости даже для винтовок большой мощности с медленно горящим порохом. Ускорение составляет порядка десятков тысяч тяжестей , так что даже снаряд как свет , как 40 зерен (2,6 г) может обеспечить более 1000 ньютонов (220  фунт - сила ) сопротивления вследствие инерции . Таким образом, изменение массы пули оказывает огромное влияние на кривые давления бездымных пороховых патронов, в отличие от патронов с черным порохом. Таким образом, для заряжания или перезарядки бездымных патронов требуется высокоточное оборудование и тщательно отмеренные таблицы данных о заряде для заданных патронов, порохов и массы пули.

Отношения давления и скорости [ править ]

Это график из моделирования на 5,56 мм НАТО раунда, при стрельбе из 20-дюймовый (510 мм) ствола. Горизонтальная ось представляет время, вертикальная ось представляет давление (зеленая линия), ход пули (красная линия) и скорость пули (голубая линия). Значения, показанные вверху, являются пиковыми.

Энергия передается пуле в огнестрельном оружии за счет давления газов, возникающих при горении пороха. В то время как более высокое давление приводит к более высоким скоростям, продолжительность давления также важна. Пиковое давление может составлять лишь небольшую часть времени ускорения пули. Следует учитывать всю продолжительность пути пули через ствол.

Пик против площади [ править ]

На этом графике показаны разные кривые давления для порошков с разной скоростью горения. Крайний левый график такой же, как и большой график выше. На среднем графике показан порошок со скоростью горения на 25% выше, а на крайнем правом графике показан порошок с меньшей скоростью горения на 20%.

Энергия определяется как способность выполнять работу с объектом; например, работа, необходимая для поднятия веса в один фунт, одна фут против силы тяжести определяет фунт-фут энергии (Один джоуль равен энергии, необходимой для перемещения тела на расстояние в один метр с использованием одного ньютонасилы). Если бы мы изменили график, чтобы отразить силу (давление, оказываемое на основание пули, умноженное на площадь основания пули) как функцию расстояния, площадь под этой кривой была бы полной энергией, переданной пули. пуля. Увеличение энергии пули требует увеличения площади под этой кривой либо за счет повышения среднего давления, либо за счет увеличения расстояния, которое пуля проходит под давлением. Давление ограничено силой огнестрельного оружия, а продолжительность - длиной ствола.

Конструкция пороха [ править ]

Порохы тщательно подбираются в зависимости от прочности огнестрельного оружия, объема патронника и длины ствола, а также материала пули, веса и размеров. [19] Скорость газообразования пропорциональна площади поверхности горящих зерен топлива в соответствии с законом Пиоберта . Развитие горения от поверхности к зернам объясняется передачей тепла с поверхности энергии, необходимой для инициирования реакции. [20] Реакции бездымного пороха происходят в серии зон или фаз, поскольку реакция протекает с поверхности в твердое тело. Самая глубокая часть твердого тела, испытывающего теплопередачу, плавится и начинает фазовый переход от твердого тела к газу в зоне пены.. Газообразное топливо разлагается на более простые молекулы в окружающей зоне шипения . Эндотермические превращения в зоне пены и шипение зоны требуют энергии , первоначально при условии , с помощью праймера , а затем выпущены в светящейся внешней зоне пламени , где более простые молекулы газа взаимодействуют с образованием обычных продуктов сгорания , такими как пара и окись углерода . [21]

Скорость теплопередачи бездымного пороха увеличивается с увеличением давления; поэтому скорость газообразования из заданной площади поверхности зерна увеличивается при более высоких давлениях. [20] Ускорение газообразования из быстро горящих порохов может быстро создать разрушительно высокий скачок давления до того, как движение пули увеличит реакционный объем. И наоборот, топливо, рассчитанное на минимальное давление теплопередачи, может перестать разлагаться на газообразные реагенты, если движение пули снижает давление до того, как будет израсходовано медленно горящее топливо. Несгоревшие частицы пороха могут оставаться в стволе, если зона высвобождения энергии пламени не может поддерживаться в результате отсутствия газообразных реагентов из внутренних зон. [21]

Перегорание пороха [ править ]

Другой вопрос, который следует учитывать при выборе скорости горения пороха, - это время, необходимое пороху для полного сгорания, по сравнению со временем, которое пуля находится в стволе. Внимательно посмотрев на левый график, можно увидеть изменение кривой примерно на 0,8 мс. Это точка, в которой порошок полностью сгорает и новый газ не образуется. С более быстрым порохом выгорание происходит раньше, а с более медленным - позже. Горючее, которое не сгорает, когда пуля достигает дульного среза, тратится впустую - оно не добавляет энергии пуле, но добавляет к отдаче и дульному взрыву. Для максимальной мощности порох должен гореть до тех пор, пока пуля не достигнет дульного среза.

Поскольку бездымный порох горит, а не детонирует, реакция может происходить только на поверхности пороха. Бездымные порохи бывают разных форм, которые служат для определения скорости их горения, а также того, как скорость горения изменяется при горении пороха. Самая простая форма - это порошкообразные шарики, которые имеют форму круглых или слегка приплюснутых сфер. Шариковый порошок имеет сравнительно небольшое отношение площади поверхности к объему, поэтому он горит сравнительно медленно, и по мере горения площадь его поверхности уменьшается. Это означает, что по мере горения порошка скорость горения замедляется.

В некоторой степени это может быть компенсировано использованием антиадгезионного покрытия на поверхности порошка, которое снижает начальную скорость горения и выравнивает скорость изменения. Порошки для мячей обычно представлены в виде медленных пистолетных порохов или быстрых порохов для ружей.

Порошки в виде чешуек имеют форму плоских круглых чешуек, которые имеют относительно высокое отношение площади поверхности к объему. Чешуйчатые порохи имеют почти постоянную скорость горения и обычно представлены в виде порошков для быстрого пистолета или дробовика . Последняя распространенная форма - это экструдированный порошок, который имеет форму цилиндра, иногда полого. Экструдированные порошки обычно имеют более низкое соотношение нитроглицерина к нитроцеллюлозе и часто горят постепенно, то есть горят быстрее по мере горения. Экструдированные порохи обычно представляют собой порохы среднего и медленного действия.

Проблемы с дульным давлением [ править ]

Из графиков давления видно, что остаточное давление в стволе на выходе пули довольно высокое, в данном случае более 16 кПи / 110 МПа / 1100 бар. Хотя удлинение ствола или уменьшение количества порохового газа уменьшит это давление, это часто невозможно из-за размеров огнестрельного оружия и минимально необходимой энергии. Орудия для ближней стрельбы обычно имеют патроны калибра .22 Long Rifle или .22 Short, которые имеют очень маленькую емкость пороха и низкое остаточное давление. Когда для стрельбы на дальние дистанции, охоты или противопехотной стрельбы требуются более высокие энергии, высокое дульное давление становится неизбежным злом. При таком высоком дульном давлении увеличивается вспышка и шум от дульного взрыва, а из-за использования больших пороховых зарядов увеличивается отдача. Отдача включает реакцию, вызванную не только пулей,но также массой пороха и скоростью (с остаточными газами, действующими как выхлоп ракеты). Однако дляДульный тормоз, чтобы быть эффективным, должен иметь значительное дульное давление.

Общие проблемы [ править ]

Диаметр отверстия и передача энергии [ править ]

Огнестрельное оружие во многом похоже на поршневой двигатель на рабочем такте. Имеется определенное количество газа под высоким давлением, и энергия извлекается из него, заставляя газ перемещать поршень - в этом случае снаряд является поршнем. Рабочий объем поршня определяет, сколько энергии может быть извлечено из данного газа. Чем больший объем перемещается поршнем, тем ниже давление выхлопа (в данном случае дульное давление). Любое остаточное давление в дульном срезе или в конце рабочего такта двигателя означает потерю энергии.

Таким образом, чтобы извлечь максимальное количество энергии, рабочий объем увеличивается. Сделать это можно одним из двух способов - увеличить длину ствола или увеличить диаметр снаряда. Увеличение длины ствола линейно увеличивает рабочий объем, а увеличение диаметра увеличивает рабочий объем как квадрат диаметра. Поскольку длина ствола ограничена практическими соображениями относительно длины руки для винтовки и намного короче для ручного огнестрельного оружия, увеличение диаметра канала ствола является нормальным способом повышения эффективности патрона. Пределом диаметра ствола обычно является плотность сечения снаряда (см. Внешнюю баллистику ). Пули большего диаметра при одинаковом весе имеют гораздо большее сопротивление., и поэтому они быстрее теряют энергию после выхода из ствола. Как правило, в большинстве пистолетов используются пули калибра от .355 (9 мм) до .45 (11,5 мм), в то время как большинство винтовок обычно имеют калибр от .223 (5,56 мм) до .32 (8 мм). Конечно, есть много исключений, но пули в указанных диапазонах обеспечивают наилучшие универсальные характеристики. Пистолеты используют пули большего диаметра для большей эффективности в коротких стволах и допускают потерю скорости на больших дистанциях, поскольку пистолеты редко используются для стрельбы на большие расстояния. Пистолеты, предназначенные для стрельбы на дальние дистанции, обычно ближе к укороченным винтовкам, чем к другим пистолетам.

Отношение метательного заряда к массе снаряда [ править ]

Еще одна проблема при выборе или разработке патрона - это отдача. Отдача - это реакция не только выпущенного снаряда, но и порохового газа, который вылетает из ствола со скоростью даже выше, чем у пули. Для пистолетных патронов с тяжелыми пулями и легкими пороховыми зарядами ( например, 9 × 19 мм может использовать 5 гран (320 мг) пороха, а пуля 115 гран (7,5 г)), отдача пороха не является значительной силой. ; для винтовочного патрона ( .22-250 Remington , с использованием 40 гран (2,6 г) пороха и 40 гран (2,6 г) пули) порох может составлять большую часть силы отдачи.

Есть решение проблемы отдачи, хотя и не без затрат. Дульный тормоз или компенсатор отдачи представляет собой устройство , которое перенаправляет порошок газа на морды, как правило , вверх и назад. Это действует как ракета, толкая дуло вперед и вниз. Толчок вперед помогает нейтрализовать ощущение отдачи от снаряда, вытягивая оружие вперед. С другой стороны, толчок вниз помогает противодействовать вращению, вызываемому тем фактом, что у большинства огнестрельного оружия ствол установлен над центром тяжести . Открытые боевые орудия, крупнокалиберные винтовки с большой мощностью, дальнобойные пистолеты под патроны винтовок и стрелковые пистолеты, предназначенные для точной скорострельной стрельбы, - все они имеют дульные тормоза.

В высокомощном огнестрельном оружии дульный тормоз используется в основном для уменьшения отдачи, что снижает броски стрелка из-за сильной отдачи. Пистолеты для боевой стрельбы перенаправляют всю энергию вверх, чтобы противодействовать вращению отдачи, и делают последующие выстрелы быстрее, оставляя пистолет на цели. Недостатком дульного тормоза является более длинный и тяжелый ствол, а также большое увеличение уровня шума и вспышки за дульной частью винтовки. Стрельба из огнестрельного оружия без дульного тормоза и без средств защиты органов слуха может в конечном итоге повредить слух оператора; однако стрельба из винтовок с дульным тормозом - со средствами защиты слуха или без них - приводит к необратимому повреждению ушей. [22] (Подробнее о недостатках дульных тормозов см. В дульном тормозе .)

Отношение массы пороха к массе снаряда также затрагивает вопрос эффективности. В случае с .22-250 Remington больше энергии уходит на движение порохового газа, чем на движение пули. .22-250 платит за это тем, что требует большого гильзы с большим количеством пороха, и все это дает довольно небольшой выигрыш в скорости и энергии по сравнению с другими патронами .22 калибра.

Точность и характеристики ствола [ править ]

Практически все малокалиберное огнестрельное оружие, за исключением дробовиков, имеет нарезные стволы. Нарезы придают пуле вращение, что предотвращает ее кувырок в полете. Нарезы обычно имеют форму канавок с острыми краями, вырезанных в виде спиралей вдоль оси канала ствола, в количестве от 2 до 16. Области между бороздками известны как земли.

Другая система, многоугольные нарезы , придает стволу многоугольное сечение. Полигональные нарезы не очень распространены, их используют лишь несколько европейских производителей, а также американский производитель оружия Kahr Arms. Компании, использующие многоугольные нарезы, заявляют о большей точности, меньшем трении и меньшем накоплении свинца и / или меди в стволе. Однако в большинстве соревновательного огнестрельного оружия используются традиционные нарезы с плоскими и желобчатыми нарезами, поэтому преимущества многоугольных нарезов не доказаны.

Есть три распространенных способа нарезки ствола и одна новая технология:

  • Самый простой - использовать одноточечный резак, протягиваемый по каналу ствола машиной, которая тщательно контролирует вращение режущей головки относительно ствола. Это самый медленный процесс, но, поскольку он требует самого простого оборудования, он часто используется оружейными мастерами по индивидуальному заказу и может привести к очень точным стволам.
  • Следующий метод - пуговичная нарезка. В этом методе используется матрица с негативным изображением нарезов. Эта матрица опускается по стволу при осторожном вращении и обжимает внутреннюю часть ствола. Это «прорезает» все канавки сразу (на самом деле это не режет металл), и поэтому выполняется быстрее, чем нарезание нарезов. Недоброжелатели утверждают, что процесс оставляет значительное остаточное напряжение в стволе, но мировые рекорды были установлены для стволов с пуговичной нарезкой, так что опять же нет явного недостатка.
  • Последний распространенный метод - ковка с молотком . В этом процессе расточенный ствол небольшого размера помещается вокруг оправки, которая содержит негативное изображение всей длины нарезного ствола. Ствол и оправка вращаются и забивают молотками, которые одновременно образуют внутреннюю часть ствола. Это самый быстрый (и, в конечном итоге, самый дешевый) метод изготовления ствола, но оборудование непомерно дорогое для всех, кроме крупнейших производителей оружия. Кованые с помощью молотка стволы производятся строго серийно, поэтому они, как правило, не обладают высокой точностью в том виде, в каком они были произведены, но при некоторой осторожной ручной работе их можно заставить стрелять намного лучше, чем на это способны большинство стрелков.
  • Новый метод, применяемый для изготовления стволов, - это электрическая обработка в форме электроэрозионной обработки (EDM) или электрохимической обработки (ECM). Эти процессы используют электричество для эрозии материала, процесс, который обеспечивает стабильный диаметр и очень гладкую поверхность с меньшими нагрузками, чем другие методы нарезки. EDM является очень дорогостоящим и в основном используется в большом отверстии, длинный ствол пушки , где традиционные методы очень трудно, [23] в то время как ECM используется некоторыми производителями небольших стволов. [24]

Назначение ствола - обеспечить надежное уплотнение , позволяющее пуле разгоняться до постоянной скорости. Он также должен придавать правильное вращение и выпускать пулю равномерно, идеально концентрично относительно канала ствола. Остаточное давление в канале ствола должно сбрасываться симметрично , чтобы ни одна сторона пули не получала большего или меньшего толчка, чем остальная часть. Дульная часть ствола является наиболее важной частью, так как это часть, которая контролирует выпуск пули. У некоторых винтовок с кольцевым воспламенением и пневматического оружия есть небольшое сужение , называемое чок , в стволе на дульной части. Это гарантирует надежную фиксацию пули непосредственно перед выпуском.

Чтобы обеспечить хорошую герметичность, канал ствола должен быть очень точным и постоянным диаметром или иметь небольшое уменьшение диаметра от казенной части к дульной части. Любое увеличение диаметра канала ствола позволит пуле сместиться. Это может привести к утечке газа мимо пули, влияющей на скорость, или к опрокидыванию пули, так что она больше не будет идеально совмещена с каналом ствола. Высококачественные стволы притираются, чтобы удалить любые сужения в канале ствола, которые могут вызвать изменение диаметра.

В процессе притирки, известном как «огнестойкая притирка », используется свинцовая «пробка», которая немного больше диаметра отверстия и покрыта мелким абразивным составомвырезать перетяжки. Пуля проходит от казенной части к дульной части, так что, встречая сужения, он срезает их и не режет на участках, которые больше, чем сужение. Выполняется много проходов, и по мере того, как отверстие становится более однородным, используются более мелкие сорта абразивного состава. В результате получается зеркально гладкий ствол с ровным или слегка сужающимся каналом ствола. В технике ручной притирки используется деревянный или мягкий металлический стержень для протягивания или проталкивания пули через канал ствола, в то время как в более новой технике притирки используются специально заряженные маломощные патроны для проталкивания покрытых абразивом пуль из мягкого свинца в ствол.

Еще одна проблема, которая влияет на удержание пули стволом, - это нарезы. Когда пуля выстреливается, она попадает в нарезы, которые разрезают или « выгравируют » поверхность пули. Если нарезы представляют собой постоянную скручивание, то нарезы проходят в пазах, выгравированных на пуле, и все надежно и герметично. Если нарезы имеют уменьшающуюся закрутку, то изменение угла нарезов в выгравированных канавках пули приводит к тому, что нарезы становятся уже, чем канавки. Это позволяет газу пролетать мимо и ослабляет удержание пули на стволе. Однако при увеличении скручивания нарезы станут шире канавок в пуле, сохраняя при этом уплотнение. При холостом ходу нарезного стволавыбрано для ружья, тщательное измерение неизбежных отклонений при изготовлении может определить, изменяется ли крутка нарезов, и поместить конец с более высокой крутизной на дульный срез.

Дуло ствола - последнее, что касается пули, прежде чем она перейдет в баллистический полет, и как таковая имеет наибольший потенциал, чтобы нарушить полет пули. Дульный срез должен обеспечивать симметричный выход газа из ствола; любая асимметрия вызовет неравномерное давление на основание пули, что нарушит ее полет. Дульный конец ствола называется «короной», и обычно он скошен или утоплен, чтобы защитить его от ударов или царапин, которые могут повлиять на точность стрельбы. Признаком хорошей короны будет симметричный звездообразный узор на дульном конце ствола, образованный отложением сажи при выходе пороховых газов из ствола. Если звезда неровная, то это признак неровной короны, неправильного ствола.

Прежде чем ствол сможет выпускать пулю стабильным образом, он должен последовательно удерживать пулю. Часть ствола между тем местом, где пуля выходит из патрона и входит в нарезку, называется «горловиной», а длина горловины - свободным каналом . В некотором огнестрельном оружии свободный канал ствола практически отсутствует - при доработке патрона пуля попадает в нарезы. Это обычное явление для маломощных винтовок с кольцевым воспламенением. Размещение пули в нарезке обеспечивает быстрый и стабильный переход между патроном и нарезкой. Обратной стороной является то, что патрон прочно удерживается на месте, и попытка извлечь необожженный патрон может быть затруднена, вплоть до того, что в крайних случаях пуля вытащится из патрона.

У патронов большой мощности есть дополнительный недостаток короткого ствола. Чтобы выгравировать пулю, требуется значительное усилие, и это дополнительное сопротивление может немного поднять давление в патроннике. Чтобы смягчить этот эффект, более мощные винтовки, как правило, имеют больший свободный ствол, так что пуля может получить некоторый импульс, а давление в патроннике может немного снизиться до того, как пуля войдет в нарезку. Обратной стороной является то, что пуля попадает в нарезы уже в движении, и любое небольшое смещение может привести к опрокидыванию пули, когда она входит в нарезку. Это, в свою очередь, означает, что пуля не выходит из ствола соосно. Количество ствола зависит как от ствола, так и от патрона.Изготовитель или оружейник, выполняющий резку патронника, определит расстояние между горловиной гильзы и нарезкой. Установка пули дальше вперед или назад в патроне может уменьшить или увеличить количество свободного ствола, но только в небольшом диапазоне. Тщательное испытание с помощью заряжающего боеприпаса может оптимизировать количество свободного ствола для максимальной точности, сохраняя при этом пиковое давление в определенных пределах.

Проблемы с револьвером [ править ]

Отличительной чертой револьвера является вращающийся цилиндр, отдельный от ствола, в котором находятся патронники. Револьверы обычно имеют от 5 до 10 камер, и первая проблема заключается в обеспечении согласованности между камерами, потому что, если они не соответствуют друг другу, точка удара будет варьироваться от камеры к камере. Камеры также должны совпадать со стволом, чтобы пуля входила в ствол одинаково из каждой камеры.

Горловина в револьвере является частью цилиндра, и, как и в любой другой патроннике, горловина должна иметь такой размер, чтобы она была концентричной по отношению к патроннику и немного превышала диаметр пули. Однако в конце концов все меняется. Во-первых, длина горловины револьвера по крайней мере равна максимальной общей длине патрона, иначе цилиндр не сможет вращаться. Следующим шагом является зазор цилиндра, пространство между цилиндром и стволом. Он должен быть достаточно широким, чтобы обеспечить свободное вращение цилиндра, даже когда он загрязняется остатками порошка, но не настолько большим, чтобы выделялся избыточный газ. Следующим шагом является нагнетательный конус. Конус форсирования - это место, где пуля направляется из цилиндра в канал ствола. Он должен быть соосным отверстию,и достаточно глубоким, чтобы пуля вошла в канал ствола без значительной деформации. В отличие от винтовок, у которых резьбовая часть ствола находится в патроннике, резьба ствола револьвера окружает казенную часть канала ствола, и возможно, что канал ствола будет сжат при ввинчивании ствола в рамку. Обрезка более длинного конуса отжима может уменьшить эту «точку сужения», как и притирка ствола после его установки на раму.

См. Также [ править ]

  • Внешняя баллистика
  • Колпачок для перкуссии , для ранней истории создания пудры и колпачков для перкуссии
  • Терминальная баллистика
  • Переходная баллистика
  • Физика огнестрельного оружия
  • Таблица пистолетных и винтовочных патронов

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Армия (февраль 1965 г.), Внутренняя баллистика орудий (PDF) , Руководство по инженерному проектированию: серия по баллистике, Командование материальной частью армии США, стр. 1-2, AMCP 706-150
  2. ^ http://www.merriam-webster.com/dictionary/ballistics
  3. ^ Элементы вооружению Engineering, часть вторая, баллистики, АМСР 706-107, 1963
  4. ^ Хэтчер, Джулиан С. (1962), Записная книжка Хэтчера (третье изд.), Гаррисбург, Пенсильвания: Stackpole Company, стр. 396, ISBN 978-0-8117-0795-4
  5. ^ НАТО (22 мая 2000 г.), Термодинамическая модель внутренней баллистики с глобальными параметрами (PDF) , Соглашения о стандартизации НАТО (2-е изд.), Организация Североатлантического договора, STANAG 7367 [ постоянная мертвая ссылка ]
  6. ^ Баер, Пол G .; Франкл (декабрь 1962 г.), Моделирование внутренних баллистических характеристик орудий с помощью цифровой компьютерной программы , Абердинский полигон, Мэриленд: Лаборатории баллистических исследований, Отчет BRL № 1183
  7. ^ Армия 1965 , стр. 2-3
  8. ^ Ed Сандифер (декабрь 2006). "Как это сделал Эйлер. Кривые" пушечного ядра " (PDF) . MAA Online .
  9. ^ Испытание огнестрельного оружия: давление в измерительной камере
  10. ^ Армия 1965 , глава 4
  11. ^ Разработка носителя снарядов с поддержкой телеметрии, армейская исследовательская лаборатория, 2012
  12. ^ Kosanke, Бонни J. (2002), "Избранные Пиротехнические публикации KL и BJ Kosanke: 1998 Через 2000", журнал Пиротехника : 34-45, ISBN 978-1-889526-13-3
  13. ^ "График скорости сжигания порошка" . Архивировано из оригинала на 2007-03-28.
  14. ^ Стрелковое оружие без гильз. Хорошее, плохое и уродливое, (Schatz), NDIA Joint Armaments Conference 2012.
  15. ^ Де Хаас, Франк; Уэйн Ван Зволл (2003). «Короткий рост, большая дальность». Винтовки с болтовым затвором - 4-е издание . Публикации Краузе. С. 636–643. ISBN 978-0-87349-660-5.
  16. ^ Крейг Боддингтон. «Революция коротких журналов» . Архивировано из оригинального 16 марта 2010 года.
  17. ^ Вместимость гильзы картриджа
  18. ↑ Внутренняя баллистика высокоскоростных орудий, версия 2, Руководство пользователя, Исследовательская лаборатория баллистики армии США, 1987
  19. ^ Hornady, JW (1967). Справочник Hornady по перезарядке патронов . Гранд-Айленд, Небраска: Производственная компания Hornady. п. 30.
  20. ^ a b Рассел, Майкл С. (2009). Химия фейерверков . Королевское химическое общество. п. 45. ISBN 0-85404-127-3.
  21. ^ a b «Свойства пороха» (PDF) . Nevada Aerospace Science Associates . Проверено 19 июля 2014 года .
  22. ^ Альфин, Артур Б. (1996). Любой снимок, который вы хотите (Первое изд.). На целевом прессе. С. 174–175. ISBN 0-9643683-1-5.
  23. ^ "Изготовление стволов пневматического оружия" . Пневматические пистолеты Quackenbush . Проверено 21 сентября 2010 года .
  24. ^ "СОХРАНЯЮЩИЕ БУФЕРЫ ОТКЛОНЕНИЯ КАДРА Что они делают." NoRecoil.com . Проверено 21 сентября 2010 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Гонсалес-младший, Джо Роберт (1990), Оптимизация внутренней баллистики (PDF) , Диссертация, AD-A225 791
  • Хорст, Альберт В. (ноябрь 2005 г.), Краткое путешествие по истории движения орудий , Абердинский полигон, Мэриленд: Исследовательская лаборатория армии США, ARL-TR-3671
  • Мадер, Чарльз Л. (2008), Численное моделирование взрывчатых веществ и ракетного топлива (3-е изд.), CRC Press, ISBN 978-1-4200-5238-1
  • Краткий (очень) курс внутренней баллистики , о. Лягушка
  • Мунган, Карл Э. (9 марта 2009 г.), «Внутренняя баллистика пневматической картофельной пушки» (PDF) , European Journal of Physics , 30 (3): 453–457, Bibcode : 2009EJPh ... 30..453M , DOI : 10.1088 / 0143-0807 / 30/3/003
  • Баллистическое программное обеспечение QuickLOAD