Глава I. Общие сведения из внутренней баллистики

 

Внутренняя баллистика изучает движение пули в канале ствола под действием пороховых газов и все явления, вызывающие и сопровождающие это движение. Она призвана решать задачу придания пуле наибольшей скорости без превышения допустимого давления пороховых газов в канале ствола оружия.

 

Периоды выстрела

 

Выстрелом называется явление выбрасывания пули (снаряда) из
канала ствола под действием энергии пороховых газов. Это явление характеризуется следующими особенностями:

– большой величиной давления газов (2 – 3 тыс. и более кг/см²);

– высокой температурой пороховых газов (2000 – 3000 °С);

– малой продолжительностью явления (0,001 – 0,06 сек.);

– горением порохового заряда в быстроизменяющемся объеме.

Выстрел представляет собой процесс очень быстрого превращения химической энергии пороха сначала в тепловую, а затем в кинетическую энергию движения оружия.

Выстрел начинается с удара бойка по капсюлю – воспламенителю. Удар вызывает взрывчатое превращение инициирующего или ударного состава. При этом раскаленные газы в виде луча пламени проникают через затравочные отверстия гильзы в камеру сгорания и воспламеняют пороховой заряд.

Последующее горение пороха сопровождается образованием большого количества газов, нагретых до 2000 – 3000 ⁰C. Газы с огромной силой давят во все стороны: на стенки гильзы, ее дно и на пулю. Канал ствола надежно заперт затвором. Давление газов на дно гильзы заставляют ее прижиматься к чашечке затвора, давление на стенки гильзы – плотно прижиматься к стенкам патронника, а давление на пулю заставляет ее врезаться в нарезы ствола, двигаться по его каналу с нарастающей скоростью и вылетать из ствола. Сразу обратим внимание на то, что взрывчатое превращение порохов принято называть горением, хотя это превращение длится не более 0,06 сек. Дело в том, что бризантные, или дробящие, взрывчатые вещества разлагаются в сотни раз быстрее порохов. Так, по сравнению с ними превращение порохов может рассматриваться как
быстрое горение, но как раз эта медлительность порохов и позволяет
использовать их в качестве метательных средств. Благодаря замедленности разложения снаряд успевает стронуться с места задолго до того как весь превратится в газы, следовательно, при относительно низком давлении.

 

Рис. 1. Периоды выстрела

Эти явления делятся на четыре периода (рис. 1)

P_о – давление форсирования;

P_м – наибольшее (максимальное) давление;

P_к и V_к – давление газов и скорость пули в момент конца горения пороха;

P_д и V_д – давление газов и скорость пули в момент вылета ее из
канала ствола;

V_м – наибольшая (максимальная) скорость пули;

P_атм. – давление, равное атмосферному.

Период явления выстрела, в котором идет горение порохового заряда в постоянном объеме до величины, необходимой для полного врезания пули в нарезы, называется предварительным периодом. Он характеризуется образованием давления форсирования (Р_ф). Для стрелкового оружия оно равно 250–500 кг/см².

Р_ф =250 – 500 кг/см²

Рис. 2. Предварительный период выстрела

 

Первый, или основной, период явления выстрела, для которого
характерно горение порохового заряда в быстроизменяющемся объеме. Он длится от момента, когда достигнуто давление форсирования, до полного сгорания порохового заряда. В этот период давление газов достигает максимального значения (Р_мах). Для стрелкового оружия оно достигает 2500 – 4000 кг/см². Это давление вызывает значительное ускорение движения пули в канале ствола, в результате увеличивается запульное пространство, поэтому, несмотря на приток новых газов, давление начинает падать, достигая в конце горения порохового заряда примерно 2/3 максимального давления, а скорость движения пули к концу периода достигает примерно 3/4 начальной скорости.

Р_max = 2500 – 4000 кг/см²

V2 = 3/4V_{начальной}

4 – 9 см

Рис. 3. Первый, или основной, период выстрела

 

Второй период явления выстрела. После сгорания порохового заряда приток новых газов прекращается, но так как газы обладают большим запасом энергии, то продолжается их расширение и, следовательно этого, увеличение скорости движения пули. Этот период длится от конца горения порохового заряда до момента вылета пули из канала ствола. В конце периода давление быстро падает и достигает у дульного среза дульного давления 300 – 900 кг/см².

У некоторых видов стрелкового оружия, особенно короткоствольных (пистолет Макарова), второй период отсутствует, так как полного сгорания порохового газа к моменту вылета пули из канала ствола практически не происходит.

Р_к=300 – 900 кг/см²

Рис. 4. Второй период выстрела

 

Третий период, или период последствия газов, характеризуется тем, что газы, истекающие из ствола вслед за пулей, продолжают воздействовать на нее. Когда пуля покидает ствол, вслед за ним вырывается поток газов, скорость которых в 2 – 3 раза превышает скорость, приобретенную пулей. Эти газы оказывают некоторое влияние на пулю, увеличивая ее скорость на 2 – 4 м/сек. В то же время на оружие оказывает значительное влияние истечение газов из ствола, увеличивая скорость отдачи на 20 – 25%. Период длится от момента вылета пули из канала ствола до момента прекращения действия пороховых газов на пулю. В этот период давление резко падает. Скорость же пули возрастает до тех пор, пока давление газов на пулю не станет равным сопротивлению воздуха и не достигнет своего максимума (V_max) на удалении нескольких десятков сантиметров от дульного среза ствола.

Р = Р_{атмосферное}; V = V_max

Рис. 5. Третий период или период последействия газов

 

Начальная скорость пули

Начальной скоростью называется скорость, с которой пуля покидает ствол, то есть у дульного среза ствола. Ее называют также дульной скоростью. Фактически же в эту скорость включают и некоторое приращение скорости, вызванное последействием пороховых газов. Эта суммарная скорость обозначается латинской буквой с подстрочным указателем нулевой дистанции (V₀). Начальная скорость является важнейшим баллистическим показателем, предопределяющим резкость боя. Средняя скорость вычисляется по формуле:

V_ср=L/t

где V_ср – скорость средняя; L – расстояние до мишени; t – время полета пули до мишени.

При стрельбе из нарезного оружия увеличение начальной скорости практически всегда желательно: траектория пули выпрямляется, а ее кинетическая энергия возрастает. Величина начальной скорости пули указывается в таблицах стрельбы и в боевых характеристиках оружия.

Величина начальной скорости – одна из основных баллистических характеристик оружия. При увеличении начальной скорости увеличивается дальность полета пули (снаряда), действительность огня, пробивная и убойная сила, прямой выстрел.

Величина начальной скорости зависит от многих факторов. Основными из них являются следующие:

1. Вес пули (снаряда). С увеличением веса пули при одном и том же
заряде величина начальной скорости уменьшается, а с уменьшением веса – увеличивается.

2. Вес заряда. С увеличением заряда при одном и том же весе пули (снаряда) начальная скорость увеличивается.

3. Длина канала ствола. С увеличением длины канала ствола начальная скорость увеличивается, так как пуля (снаряд) большее время подвергается воздействию давления газов. Однако это увеличение начальной скорости с увеличением канала ствола происходит до определенных пределов. При очень большой длине ствола может оказаться, что сила действия пороховых газов станет меньше силы сопротивления движения пули (снаряда) в канале ствола. В этом случае скорость пули начнет уменьшаться.

4. Температура и влажность порохового заряда. С повышением температуры порохового заряда увеличивается скорость горения пороха, а следовательно, и максимальное давление, и начальная скорость. С повышением влажности порохового заряда уменьшаются скорость горения и начальная скорость.

5. Форма и размеры пороха. Они оказывают существенное влияние на скорость горения порохового заряда, а следовательно, и на начальную скорость пули. Они подбираются соответствующим образом при конструировании оружия.

6. Плотность заряжания, то есть соотношение веса заряда и объема гильзы при вставленной пуле. При глубокой посадке пули значительно увеличивается плотность заряжания, что может привести при выстреле к резкому скачку давления и вследствие этого к разрыву ствола, поэтому такие патроны нельзя использовать для стрельбы. При уменьшении (увеличении) плотности заряжания увеличивается (уменьшается) начальная скорость пули.