Сведения из внутренней баллистики
Внутренняя баллистика изучает явления, происходящие в канале ствола во время выстрела, движение снаряда по каналу ствола, характер сопровождающих это явление термо- и аэродинамических зависимостей, как в канале ствола, так и за его пределами в период последействия пороховых газов.
Внутренняя баллистика решает вопросы наиболее рационального использования энергии порохового заряда во время выстрела с тем, чтобы снаряду заданного веса и калибра сообщить определенную начальную скорость (V0) при соблюдении прочности ствола. Это дает исходные данные для внешней баллистики и проектирования оружия.
ВЫСТРЕЛОМ называется выбрасывание снаряда (пули) из канала ствола оружия энергией пороховых газов, образующихся при сгорании порохового заряда. От удара бойка по капсюлю воспламеняется инициирующий состав, при этом луч пламени через затравочное отверстие в дне гильзы проникает к пороховому заряду и воспламеняет его. Сгорание порохового заряда в короткоствольном оружии происходит примерно за 0,0005-0,0008 сек. Такое быстрое сгорание вызвано прогрессирующей скоростью распространения фронта пламени по мере нарастания давления газов. Под действием высокого давления снаряд, врезаясь в нарезы ствола, разгоняется по его каналу. Покидая ствол, снаряд будет еще некоторое время разгоняться под действием струи пороховых газов, истекающей с огромной скоростью из ствола (u = 1200-1400 м/с), достигая максимальной скорости на некотором удалении от дульного среза.
Начальная скорость снаряда V0 - это расчетная скорость поступательного движения снаряда (пули) у дульного среза ствола, которая определяется опытным путем и примерно на 1-2% больше дульной скорости.
В явлении выстрела различают следующие периоды ( Рис.1):
Пиростатический период - от начала горения порохового заряда до начала движения снаряда (пули).
Период форсирования - от начала движения снаряда до полного врезания в нарезы.
Пиродинамический период - от начала движения снаряда в нарезах до полного сгорания порохового заряда.
Термодинамический период - от момента конца горения порохового заряда до момента вылета снаряда из канала ствола.
Период последействия - от момента вылета снаряда из канала ствола до момента прекращения действия на него истекающих пороховых газов.
Рис.1. Внутренняя баллистика
В короткоствольном оружии (пистолетах и револьверах) ввиду малой длинны ствола термодинамический период, как правило, отсутствует, т.к. пороховой заряд не успевает сгореть полностью.
Отдача оружия
Движение оружия назад во время выстрела называется отдачей. При стрельбе из ручного оружия отдача воспринимается в виде толчка всего оружия в плечо или в руку.
Рассмотрим явление отдачи самозарядного пистолета со свободным затвором (ПМ, ИЖ-71).
Под действием давления пороховых газов пуля разгоняется по каналу ствола от 0 до V0, одновременно затвор под действием тех же пороховых газов через дно гильзы разгоняется в противоположном направлении со скоростью от 0 до Vотд (принцип работы автоматики оружия со свободным затвором). Когда пуля покидает канал ствола, пороховые газы перестают воздействовать на затвор, который, набрав скорость Vотд продолжает по инерции двигаться назад, взводя курок, сжимая возвратную пружину и экстрактируя стреляную гильзу
На взведение курка и сжатие возвратной пружины затвор затрачивает часть кинетической энергии, при этом его скорость снижается до Vк , с которой затвор в конце отката ударяется в рамку пистолета. Именно в этот момент рука стрелка будет ощущать основную отдачу.
По закону сохранения количества движения можно записать очевидное равенство (сумма количества движения элементов замкнутой системы, вызываемых действием лишь внутренних сил, равна нулю):
qV0+wu-QVотд=0 (1)
где Q - вес затвора пистолета (290 г);
q -вес пули(qпм=6.1г, qиж-71=6.2г);
w - вес порохового заряда (wпм = 0.24 г; wиж-71 = 0.2 г);
Vотд- скорость отдачи затвора;
V0-начальная скорость пули (Vпм=315м/с, Vиж-71= 270 м/с);
u -средняя скорость истечения пороховых газов из ствола после вылета пули (для стрелкового оружия u= 1275 м/с).
После преобразования получаем:
Vотд = (qV0 + wu)/Q (2)
Теперь можно определить скорость отдачи свободного затвора, подставив в выражение (2 ) известные величины :
а) Для ПМ Vотд = (0,0061*315 + 0,00024*1275)/0,290 = 7.68 м/с
б) Для ИЖ-71 Vотд = (0,0062*270 + 0,0002*1275)/0,290=6.65 м/с
Время прохождения пули по каналу ствола определяется по зависимости (3):
tq = L/Vср (3)
где L - путь пули по стволу;
Vср- средняя скорость пули от 0 до V0.
Если принять допущение, что скорость пули нарастает по линейной зависимости, то средняя скорость определяется из выражения :
Vср= V0/2 (4)
Величина L определяется из геометрических параметров пистолета по рис.2.
Рис.2. Принцип работы огнестрельного оружия со свободным затвором
А) Положение затвора и патрона в стволе перед выстрелом
Б) Положение затвора с гильзой в момент вылета пули из ствола
L= fств- fw= 93 - [25 - (2.5 + 12.35)] = 93 -10.15 = 82.85 мм
Подставляя в ( 3 ) известные величины , можно определить время выстрела:
а) Ддя ПМ t = L/(V0/2) = (82.85 * 10 -3) / (0.5 * 315) =0.00053 с
б) Для ИЖ-71 t= (83.85 * 10 -3) / (0.5 * 270) =0.00061 с
Учитывая линейный характер нарастания скорости затвора и равенство времени разгона пули и затвора, можно определить сз величину смещения назад последнего в момент вылета пули из ствола (Рис.2):
tQ = сз/( Vотд.2) = tq
Следовательно:
сз/( Vотд/2) = L/( V0/2)
Откуда:
сз = L(Vотд/ V0) (5)
а) Для ПМ с = 82.85 (7,68/315) = 2.02 мм
б) Для ИЖ-71 с,= 82.85 (6,65/270) = 2.04 мм
Как видно из приведенных расчетов, в тот момент, когда пуля покидает канал ствола, затвор смещается назад на 2 мм, при этом рука стрелка практически ничего не ощущает, а угол вылета (угол, заключенный между продолжением оси канала ствола наведенного оружия и в момент вылета пули) настолько мал, что его можно не учитывать. Кроме того, угол вылета для конкретного оружия является постоянной величиной и учитывается автоматически при приведении оружия к нормальному бою.
Справедливость всего вышеизложенного наглядно подтверждается при проведении скоростной фотосъемки на специальном оборудовании.
Непосредственно отдачу рука начинает воспринимать при взведении затвором курка и сжатии возвратной пружины, а основной толчок происходит от удара затвора со скоростью 3.82 м/с о рамку пистолета через 0.007 с после вылета пули, которая за это время успевает удалиться от пистолета на 2,2 м по расчетам для ПМ и 2.16 м - для ИЖ-71.
Из всего сказанного нужно сделать важнейший вывод: отдача оружия на точность стрельбы не влияет! Если удерживать пистолет только кончиками большого и среднего пальцев, а указательным нажимать на спусковой крючок, то пуля все равно прицельно попадает в мишень, хотя оружие при отдаче будет вырываться из руки.