Балистиката е науката за движението, полета и въздействието на снарядите. Разделен е на няколко дисциплини. Вътрешната и външната балистика се занимават с движението и полета на снаряди. Преходът между тези два режима се нарича междинна балистика. Терминалната балистика се отнася до удара на снаряди, отделна категория обхваща степента на увреждане на целта. Какво изучава вътрешната и външната балистика?
Оръжия и ракети
Двигателите на оръдия и ракети са видове топлинни двигатели, отчасти превръщащи химическата енергия в пропелент (кинетичната енергия на снаряд). Пропелентите се различават от конвенционалните горива по това, че тяхното изгаряне не изисква атмосферен кислород. В ограничена степен производството на горещи газове с горимо гориво предизвиква повишаване на налягането. Налягането задвижва снаряда и увеличава скоростта на горене. Горещите газове са склонни да ерозират цевта или гърлото на пистолетаракети. Вътрешната и външната балистика на малките оръжия изучава движението, полета и удара, които има снарядът.
Когато горивният заряд в камерата на пистолета се запали, горивните газове се задържат от изстрела, така че налягането се увеличава. Снарядът започва да се движи, когато натискът върху него преодолее съпротивлението му на движение. Налягането продължава да се повишава за известно време и след това пада, когато изстрелът ускорява до висока скорост. Бързото запалимо ракетно гориво скоро се изчерпва и с течение на времето изстрелът се изхвърля от дулото: беше постигната скорост на изстрела до 15 километра в секунда. Сгъваемите оръдия изпускат газ през задната част на камерата, за да противодействат на силите на откат.
Балистична ракета е ракета, която се насочва по време на относително кратка начална активна фаза на полет, чиято траектория впоследствие се управлява от законите на класическата механика, за разлика например от крилати ракети, които се насочват аеродинамично по време на полет при работещ двигател.
Траектория на изстрел
Във външната и вътрешната балистика траекторията е пътят на изстрел, обект на гравитацията. Под единственото влияние на гравитацията, траекторията е параболична. Влаченето забавя пътя. Под скоростта на звука съпротивлението е приблизително пропорционално на квадрата на скоростта; shottail рационализацията е ефективна само при тези скорости. При високи скорости от носа на изстрела идва конична ударна вълна. Теглителната сила, коятодо голяма степен зависи от формата на носа, като е най-малката за фини точкови щрихи. Влаченето може да бъде намалено чрез изпускане на газове от горелката в опашката.
Опашните перки могат да се използват за стабилизиране на снаряди. Задната стабилизация, осигурена чрез резба, предизвиква жироскопични трептения в отговор на аеродинамичните сили на барабана. Недостатъчното завъртане ви позволява да паднете и твърде много предотвратява потъването на носа, докато се движи по траекторията. Дрейфът на изстрела се дължи на повдигане, метеорологични условия и въртене на Земята.
Импулсен отговор
Ракетите се движат в отговор на импулс за изтичане на газ. Двигателят е проектиран по такъв начин, че генерираните налягания са почти постоянни по време на горене. Радиално стабилизираните ракети са чувствителни към страничен вятър, две или повече двигателни струи, наклонени от линията на полета, могат да осигурят стабилизиране на въртене. Мишените обикновено са твърди и се наричат дебели или тънки в зависимост от това дали ударът на изстрела засяга основния материал.
Пробиване възниква, когато интензитетите на ударно напрежение надвишават границата на провлачване на целта; причинява пластично и крехко счупване в тънки мишени и хидродинамичен материален поток в дебели мишени. При удар може да възникне повреда. Пълното проникване през целта се нарича перфорация. Усъвършенстваните капани за броня или детонират компресиран експлозив срещу цел, или експлозивно фокусират струя метал върху нея.повърхност.
Степен на локално увреждане
Вътрешната и външната балистика на изстрела са свързани основно с механизмите и медицинските последици от нараняване, причинено от куршуми и експлозивни фрагменти. При проникване импулсът, предаван към околните тъкани, генерира голяма временна кухина. Степента на локално увреждане е свързана с размера на тази преходна кухина. Доказателствата показват, че физическото нараняване е пропорционално на кубичната скорост на снаряда, масата и площта на напречното сечение. Изследванията за бронежилетки имат за цел да предотвратят проникването на снаряд и да сведат до минимум нараняванията.
Балистика външна и вътрешна - е областта на механиката, която се занимава с изстрелването, полета, поведението и ефектите на снаряди, особено куршуми, неуправляеми бомби, ракети и други подобни. това е вид наука или дори изкуство за проектиране и ускоряване на снаряди за постигане на желаната производителност. Балистичното тяло е тяло с инерция, което може да се движи свободно, подложено на сили като налягане на газ в пистолет, нарези в цев, гравитация или аеродинамично съпротивление.
История и фон
Най-ранните известни балистични снаряди са тояги, камъни и копия. Най-старото доказателство за снаряди с каменни връхчета, които могат да бъдат или не могат да бъдат заредени с лък, датират отпреди 64 000 години.преди, които са открити в пещерата Сибуду, Южна Африка. Най-старото доказателство за използването на лъкове за стрелба датира от приблизително 10 000 години.
Борови стрели бяха открити в долината Аренсбург на север от Хамбург. Те имаха плитки бразди от долната страна, което показва, че са простреляни от лък. Най-старият лък, който все още се възстановява, е на около 8000 години и е открит в блатото Холмегард в Дания. Изглежда, че стрелбата с лък е пристигнала в Америка с традицията на арктическите малки инструменти преди около 4500 години. Първите устройства, идентифицирани като инструменти, се появяват в Китай около 1000 г. сл. Хр. а през 12-ти век технологията се разпространи в цяла Азия и в Европа до 13-ти век.
След хилядолетие на емпирично развитие дисциплината балистика, външна и вътрешна, първоначално е изучавана и развита от италианския математик Николо Тарталия през 1531 г. Галилей установява принципа на сложното движение през 1638 г. Общите познания за външната и вътрешната балистика са поставени върху солидна научна и математическа основа от Исак Нютон с публикуването на Philosophia Naturalis Principia Mathematica през 1687 г. Това дава математическите закони на движението и гравитацията, които за първи път позволяват успешно прогнозиране на траектории. Думата "балистика" идва от гръцки, което означава "хвърлям".
Снаряди и пускови установки
Projectile - всеки обект, проектиран в пространството (празен или не), когатоприлагане на сила. Въпреки че всеки обект в движение в пространството (като хвърлена топка) е снаряд, терминът най-често се отнася за далекобойно оръжие. Математическите уравнения на движението се използват за анализиране на траекторията на снаряда. Примерите за снаряди включват топки, стрели, куршуми, артилерийски снаряди, ракети и т.н.
Throw е ръчното изстрелване на снаряд. Хората са необичайно добри в хвърлянето поради високата си пъргавина, това е силно развита черта. Доказателствата за хвърляне на хора датират отпреди 2 милиона години. Скоростта на хвърляне от 145 км в час, установена при много спортисти, далеч надвишава скоростта, с която шимпанзетата могат да хвърлят предмети, която е около 32 км в час. Тази способност отразява способността на човешките раменни мускули и сухожилия да остават еластични, докато не са необходими за задвижване на обект.
Вътрешна и външна балистика: оръжия накратко
Едни от най-древните пускови установки са били обикновени прашки, лък и стрели, катапулт. С течение на времето се появиха пушки, пистолети, ракети. Информацията от вътрешна и външна балистика включва информация за различни видове оръжия.
- Spling е оръжие, което обикновено се използва за изхвърляне на тъпи снаряди като камък, глина или оловен "куршум". Слингът има малка люлка (чанта) в средата на свързаните две дължини на шнура. Камъкът се поставя в торба. Средният пръст или палецът се поставя през примката в края на единия шнур, а езичето в края на другия шнур се поставя между палеца ипоказалци. Прашката се люлее в дъга и щипката се освобождава в определен момент. Това освобождава снаряда, за да лети към целта.
- Лък и стрели. Лъкът е гъвкава част от материал, която изстрелва аеродинамични снаряди. Връвта свързва двата края, а когато се издърпа назад, краищата на пръчката се огъват. Когато тетивата се освободи, потенциалната енергия на огъната пръчка се преобразува в скоростта на стрелката. Стрелбата с лък е изкуството или спортът на стрелбата с лък.
- Катапултът е устройство, използвано за изстрелване на снаряд на голямо разстояние без помощта на експлозивни устройства - особено различни видове древни и средновековни обсадни машини. Катапултът се използва от древни времена, тъй като се оказа един от най-ефективните механизми по време на война. Думата "катапулт" идва от латински, който от своя страна идва от гръцкия καταπέλτης, което означава "хвърлям, хвърлям". Катапултите са изобретени от древните гърци.
- Пистолетът е конвенционално тръбно оръжие или друго устройство, предназначено да изпуска снаряди или друг материал. Снарядът може да бъде твърд, течен, газообразен или енергичен и може да бъде хлабав, както при куршуми и артилерийски снаряди, или със скоби, както при сонди и китоловни харпуни. Проекционната среда варира в зависимост от проекта, но обикновено се осъществява от действието на налягането на газа, генерирано от бързото изгаряне на горивото, или компресирано и съхранявано чрез механични средства, работещи вътре в тръбата с отворен край втип бутало. Кондензираният газ ускорява движещия се снаряд по дължината на тръбата, като придава достатъчна скорост, за да поддържа снаряда в движение, когато газът спре в края на тръбата. Като алтернатива можете да използвате ускорение чрез генериране на електромагнитно поле, като в този случай можете да изхвърлите тръбата и да смените водача.
- Ракета е ракета, космически кораб, самолет или друго превозно средство, което е ударено от ракетен двигател. Изгорелите газове на ракетен двигател се образуват изцяло от пропелентите, носени в ракетата преди употреба. Ракетните двигатели работят чрез действие и реакция. Ракетните двигатели тласкат ракетите напред, като просто хвърлят изгорелите си газове много бързо. Въпреки че са сравнително неефективни за използване с ниска скорост, ракетите са относително леки и мощни, способни да генерират високи ускорения и да достигат изключително високи скорости с разумна ефективност. Ракетите са независими от атмосферата и работят чудесно в космоса. Химическите ракети са най-често срещаният тип ракети с висока производителност и обикновено създават изгорелите си газове, когато горивото на ракетата се изгаря. Химическите ракети съхраняват големи количества енергия в лесно освободена форма и могат да бъдат много опасни. Въпреки това, внимателното проектиране, тестване, конструкция и употреба ще сведат до минимум рисковете.
Основи на външната и вътрешна балистика: основни категории
Балистиката може да се изучава с помощта на високоскоростна фотография иливисокоскоростни камери. Снимка на кадър, направен със свръхвисокоскоростна светкавица с въздушна междина, помага да се види куршумът, без да се размазва изображението. Балистиката често се разделя на следните четири категории:
- Вътрешна балистика - изучаването на процеси, които първоначално ускоряват снарядите.
- Преходна балистика - изучаването на снаряди по време на прехода към безкасов полет.
- Външна балистика - изследване на преминаването на снаряд (траектория) по време на полет.
- Терминална балистика - изучаването на снаряд и неговите ефекти при завършването му
Вътрешната балистика е изследване на движението под формата на снаряд. При оръжията той обхваща времето от запалването на горивото до излизането на снаряда от цевта на пистолета. Това изучава вътрешната балистика. Това е важно за дизайнерите и потребителите на огнестрелни оръжия от всякакъв вид, от пушки и пистолети до високотехнологична артилерия. Информацията от вътрешната балистика за ракетни снаряди обхваща периода, през който ракетният двигател осигурява тяга.
Преходната балистика, известна още като междинна балистика, е изследване на поведението на снаряд от момента, в който той излезе от дулото, докато налягането зад снаряда се балансира, така че попада между вътрешна и външна балистика.
Външната балистика е изследване на динамиката на атмосферното налягане около куршум и е част от науката за балистиката, която се занимава с поведението на снаряд без мощност по време на полет. Тази категория често се свързва с огнестрелни оръжия ие свързано с незаетата фаза на свободен полет на куршума, след като той излезе от цевта на пистолета и преди да удари целта, така че се намира между преходна балистика и терминална балистика. Външната балистика обаче се отнася и до свободния полет на ракети и други снаряди като топки, стрели и т.н.
Терминалната балистика е изследване на поведението и ефектите на снаряд, когато той удря целта си. Тази категория е подходяща както за снаряди с малък калибър, така и за снаряди с голям калибър (артилерийска стрелба). Изучаването на ефектите на изключително висока скорост все още е много ново и в момента се прилага главно за проектиране на космически кораби.
Съдебна балистика
Съдебната балистика включва анализ на куршумите и ударите на куршуми, за да се определи информация за употреба в съда или друга част от правната система. Отделно от балистичната информация, изпитите за огнестрелни оръжия и инструменти („Балистичен пръстов отпечатък“) включват преглед на доказателства за огнестрелни оръжия, боеприпаси и инструменти, за да се определи дали някое огнестрелно оръжие или инструмент е било използвано при извършване на престъпление.
Астродинамика: орбитална механика
Астродинамиката е приложението на оръжейната балистика, външна и вътрешна и орбитална механика към практическите проблеми на задвижването на ракети и други космически кораби. Движението на тези обекти обикновено се изчислява от законите за движение на Нютон.и закона за гравитацията. Това е основната дисциплина в проектирането и контрола на космическите мисии.
Пътуване на снаряд в полет
Основите на външната и вътрешната балистика се занимават с движението на снаряд по време на полет. Пътят на куршума включва: надолу по цевта, през въздуха и през целта. Основите на вътрешната балистика (или оригинални, вътре в оръдие) варират в зависимост от типа оръжие. Куршумите, изстреляни от пушка, ще имат повече енергия от подобни куршуми, изстреляни от пистолет. Повече прах може да се използва и в патроните за пистолети, тъй като камерите за куршуми могат да бъдат проектирани да издържат на по-голямо налягане.
По-високите налягания изискват по-голям пистолет с повече откат, който се зарежда по-бавно и генерира повече топлина, което води до повече износване на метала. На практика е трудно да се измерят силите вътре в цевта на пистолета, но един лесно измерим параметър е скоростта, с която куршумът излиза от цевта (начална скорост). Контролираното разширяване на газове от изгаряне на барут създава налягане (сила/площ). Тук се намира основата на куршума (еквивалентна на диаметъра на цевта) и е постоянна. Следователно, енергията, предадена на куршума (с дадена маса), ще зависи от времето на масата, умножено по интервала от време, през който се прилага силата.
Последният от тези фактори е функция на дължината на цевта. Движението на куршума през картечното устройство се характеризира с увеличаване на ускорението при разширяване на газовенатиснете го, но намалете налягането в цевта, когато газът се разширява. До точката на намаляване на налягането, колкото по-дълга е цевта, толкова по-голямо е ускорението на куршума. Докато куршумът се движи надолу по цевта на пистолета, има лека деформация. Това се дължи на незначителни (рядко големи) несъвършенства или вариации в нарезите или следи в цевта. Основната задача на вътрешната балистика е да създаде благоприятни условия за избягване на подобни ситуации. Ефектът върху последващата траектория на куршума обикновено е незначителен.
От пистолет до цел
Външната балистика може накратко да се нарече пътуване от оръдие до цел. Куршумите обикновено не се движат по права линия към целта. Има ротационни сили, които държат куршума от права ос на полета. Основите на външната балистика включват концепцията за прецесия, която се отнася до въртенето на куршум около неговия център на маса. Нутацията е малко кръгово движение на върха на куршум. Ускорението и прецесията намаляват с увеличаване на разстоянието на куршума от цевта.
Една от задачите на външната балистика е да създаде перфектния куршум. За да се намали съпротивлението на въздуха, идеалният куршум би бил дълга, тежка игла, но такъв снаряд би минал направо през целта, без да разсейва по-голямата част от нейната енергия. Сферите ще изостават и ще отделят повече енергия, но може дори да не уцелят целта. Добрата аеродинамична компромисна форма на куршума е параболична крива с ниска челна площ и разклонена форма.
Най-добрият състав на куршума е оловото, което има високоплътност и евтин за получаване. Недостатъците му са, че има тенденция да омекне при > 1000fps, което го кара да смазва цевта и намалява точността, а оловото има тенденция да се стопи напълно. Легирането на оловото (Pb) с малко количество антимон (Sb) помага, но истинският отговор е да се свърже оловният куршум към твърда стоманена цев през друг метал, достатъчно мек, за да запечата куршума в цевта, но с високо топене точка. Медта (Cu) е най-добрата за този материал като обвивка за олово.
Терминална балистика (попадане в цел)
Късият, високоскоростен куршум започва да ръмжи, да се усуква и дори да се върти бурно, когато навлезе в тъканта. Това води до изместване на повече тъкан, което увеличава съпротивлението и предава по-голямата част от кинетичната енергия на целта. По-дългият, по-тежък куршум може да има повече енергия в по-широк обхват, когато удари целта, но може да проникне толкова добре, че да излезе от целта с по-голямата част от енергията си. Дори куршум с ниска кинетика може да причини значително увреждане на тъканите. Куршумите причиняват увреждане на тъканите по три начина:
- Унищожаване и смачкване. Диаметърът на нараняването при счупване на тъкан е диаметърът на куршума или фрагмента до дължината на оста.
- Кавитация - "постоянна" кухина се причинява от траекторията (следата) на самия куршум с фрагментация на тъкан, докато "временна" кухина се образува от радиално напрежение около пътеката на куршума от непрекъснатото ускорение на средата (въздух или тъкан) вв резултат на куршума, което кара кухината на раната да се разтяга навън. За снаряди, движещи се с ниска скорост, постоянните и временните кухини са почти еднакви, но при висока скорост и с отклонение на куршума, временната кухина става по-голяма.
- Ударни вълни. Ударните вълни притискат средата и се движат пред куршума, както и встрани, но тези вълни продължават само няколко микросекунди и не причиняват дълбоки щети при ниска скорост. При висока скорост генерираните ударни вълни могат да достигнат до 200 атмосфери налягане. Въпреки това, фрактурата на костите поради кавитация е изключително рядко събитие. Вълната на балистичното налягане от удар на куршум от далечни разстояния може да причини сътресение на човек, причинявайки остри неврологични симптоми.
Експериментални методи за демонстриране на увреждане на тъканите, използвани материали с характеристики, подобни на човешките меки тъкани и кожа.
Bulet design
Дизайнът на куршума е важен за потенциала за нараняване. Хагската конвенция от 1899 г. (и впоследствие Женевската конвенция) забранява използването на разширяващи се, деформиращи се куршуми по време на война. Ето защо военните куршуми имат метална обвивка около оловното ядро. Разбира се, договорът имаше по-малко общо със спазването, отколкото факта, че съвременните военни щурмови пушки изстрелват снаряди с висока скорост и куршумите трябва да бъдат с медна обвивка, тъй като оловото започва да се топи поради топлината, генерирана при > 2000 кадъра в секунда.
Външната и вътрешната балистика на ПМ (пистолета Макаров) се различават от балистиката на така наречените "разрушими" куршуми, предназначени да се счупят при удар в твърда повърхност. Такива куршуми обикновено са направени от метал, различен от олово, като меден прах, уплътнен в куршум. Разстоянието на целта от дулото играе голяма роля в способността за нараняване, тъй като повечето куршуми, изстреляни от пистолети, са загубили значителна кинетична енергия (KE) на 100 ярда, докато военните оръжия с висока скорост все още имат значителна KE дори на 500 ярда. По този начин външната и вътрешната балистика на PM и военните и ловните пушки, предназначени да доставят куршуми с голям брой CE на по-дълго разстояние, ще се различават.
Проектирането на куршум за ефективно прехвърляне на енергия към определена цел не е лесно, защото целите са различни. Концепцията за вътрешна и външна балистика включва също дизайна на снаряда. За да проникне в дебелата кожа и здравата кост на слона, куршумът трябва да е малък в диаметър и достатъчно силен, за да устои на разпадането. Въпреки това, такъв куршум прониква в повечето тъкани като копие, нанасяйки малко повече щети от рана от нож. Куршум, предназначен да увреди човешката тъкан, ще изисква определени „спирачки“, за да се гарантира, че всички CE се предават към целта.
По-лесно е да се проектират функции, които помагат за забавяне на голям, бавно движещ се куршум в тъкан, отколкото малък, високоскоростен куршум. Такива мерки включват модификации на формата като кръгла, сплескана иликупол. Куршумите с кръгъл нос осигуряват най-малко съпротивление, обикновено са обвити и са полезни предимно в пистолети с ниска скорост. Сплесканият дизайн осигурява най-доброто съпротивление само на формата, не е покрито и се използва в пистолети с ниска скорост (често за упражнение на мишена). Дизайнът на купола е междинен между кръгъл инструмент и режещ инструмент и е полезен при средна скорост.
Кухият дизайн на куршума улеснява обръщането на куршума "отвътре навън" и подравняването на предната част, наричано "разширяване". Разширяването се осъществява надеждно само при скорости над 1200 fps, така че е подходящо само за оръжия с максимална скорост. Разрушим прахов куршум, предназначен да се разпадне при удар, доставяйки целия CE, но без значително проникване, размерът на фрагментите трябва да намалява с увеличаване на скоростта на удара.
Потенциал за нараняване
Видът на тъканта влияе върху потенциала за нараняване, както и дълбочината на проникване. Специфичното тегло (плътност) и еластичността са основните тъканни фактори. Колкото по-голямо е специфичното тегло, толкова по-големи са щетите. Колкото повече еластичност, толкова по-малко щети. Така леката тъкан с ниска плътност и висока еластичност се уврежда по-малко мускули с по-висока плътност, но с известна еластичност.
Черният дроб, далакът и мозъкът нямат еластичност и лесно се нараняват, подобно на мастната тъкан. Напълнените с течност органи (пикочен мехур, сърце, големи съдове, черва) могат да се спукат поради създадените вълни на налягане. Удар от куршумкост, може да доведе до костна фрагментация и/или множество вторични ракети, всяка от които причинява допълнителна рана.
Пистолетна балистика
Това оръжие е лесно за скриване, но трудно за прецизно прицелване, особено на местопрестъпление. Повечето стрелби с малки оръжия се случват на по-малко от 7 ярда, но въпреки това повечето куршуми пропускат предназначената си цел (само 11% от патроните на нападателите и 25% от изстреляните от полицията куршуми поразяват предвидената цел в едно проучване). Обикновено оръжията с нисък калибър се използват в престъпленията, защото са по-евтини и по-лесни за носене и по-лесни за управление по време на стрелба.
Разрушаването на тъканите може да бъде увеличено с всеки калибър с помощта на разширяващ се куршум с куха точка. Двете основни променливи в балистиката на пистолета са диаметърът на куршума и обемът на праха в гилзата. Патроните с по-стар дизайн бяха ограничени от натиска, който можеха да издържат, но напредъкът в металургията позволи максималното налягане да се удвои и утрои, така че да може да се генерира повече кинетична енергия..
