Баллистика

Баллиста

Балли́стика (нем. Ballistik, от греч. βάλλω – бросать, ме­тать) — нау­ка, которая изучает движение тел (мин, артиллерийских снарядов, авиабомб, пуль, гранат, ракет, их боевых блоков, космических аппаратов). Особенностью этого процесса служит чередование фаз: этапа ускорения (активной стадии), когда объект приобретает кинетическую энергию, и этапа свободного движения (так называемой пассивной фазы), в течение которого накопленная энергия тратится на преодоление сопротивления окружающей среды и гравитации[1].

Баллистические расчёты опираются на принципы теоретической и небесной механики, термодинамики, аэродинамики, газовой динамики, теории горения порохов, вероятностных закономерностей, математической статистики, управления и ряда смежных дисциплин. Баллистика как наука о движении тел, брошенных в пространстве, основанная на математике и физике, на­хо­дит ши­ро­кое при­ме­не­ние в во­енном де­ле, криминалистике, кос­мо­нав­ти­ке, спорте, инженерии и других областях[2][3].

История

Корни слова «баллистика» уходят в греческий язык, где существовало слово, обозначающее действие «бросать». Именно от этого слова и получили своё название первые метательные орудия — баллисты[2].

Наука о баллистике зародилась в те времена, когда люди впервые взялись за метательное оружие, такое как пушки. Считается, что основы баллистики были заложены в Древней Греции благодаря Архимеду, который занимался разработкой и применением метательных машин (катапульт, баллист и так далее). Значительный вклад в развитие этой науки внесли учёные эпохи Возрождения и Нового времени: Никколо Тарталья (XVI век), Галилео Галилей и Эванджелиста Торричелли (XVII век). В XVII—XVIII веках движение снарядов изучали такие учёные, как Христиан Гюйгенс, Пьер Вариньон и Иоганн Бернулли[1].

С появлением огнестрельного оружия необходимость в изучении траектории полёта снарядов возросла. В XIX веке русские учёные, такие как Николай Владимирович Маевский, Викентий Александрович Ан­ку­до­вич и Михаил Васильевич Остроградский, внесли значительный вклад в развитие баллистики. В XX веке исследования Николая Александровича Забудского, Ивана Платоновича Гра­ве, Николая Фёдоровича Дроз­до­ва, Алексея Николаевича Кры­ло­ва, посвящённые решению ключевых проблем и разработке новых методов баллистических расчётов, получили мировое признание[1]. Константин Иванович Константинов, учёный и изобретатель, первым использовал электричество и магнетизм для решения задач измерения скорости снарядов и детальной фиксации баллистических процессов, что стало его новаторским вкладом[4].

Баллистика, которая начиналась как раздел механики, со временем выросла в отдельную науку. Она изучает процессы внутри оружия, траектории снарядов и результаты стрельбы. Баллистика тесно связана с физикой, математикой и химией, и новые открытия в этой области помогают совершенствовать артиллерийское вооружение[3].

Классификация и основные разделы баллистики

Внутренняя баллистика

Внутренняя баллистика – наука, которая занимается изучением процессов, происходящих при выстреле и, в особенности, при движении пули (гранаты) по каналу ствола оружия (орудия). Она изучает процессы, происходящие при выстреле, чтобы оптимизировать конструкцию ствола, пороха и снарядов, обеспечивая точность, дальность и безопасность стрельбы. Научной основой внутренней баллистики являются высшая математика, газодинамика, термодинамика,термохимия (теория горения порохов)[5].

Явление выстрела

Выстрел — выбрасывание пули (гранаты) из канала ствола оружия (орудия) за счёт энергии газов, которые образуются в процессе сгорания порохового заряда. Сам процесс выстрела характеризуется крайне малым временным интервалом (приблизительно 0,001–0,06 с) и состоит из четырёх последовательных этапов (фаз): предварительный, основной (он же первый), второй и третий (период остаточного воздействия газов)[5][6][7].

При выстреле из автоматического оружия с газоотводной системой, такого как автомат Калашникова и снайперская винтовка Драгунова, происходит следующее: пуля проходит газоотводное отверстие в стволе, часть пороховых газов устремляется через это отверстие в газовую камеру. Газы толкают поршень, который соединён с затворной рамой. Движение поршня отводит затворную раму назад, обеспечивая перезарядку оружия[7].

Предварительный период длится от начала горения порохового заряда до полного врезания оболочки пули в нарезы ствола. В этот период газы, расширяясь в канале ствола, создают давление, которое заставляет пулю сорваться с места и преодолеть сопротивление, возникающее при врезании её оболочки в нарезы. Это давление носит название давление форсирования[6][7].

Первый, или основной, период длится от момента начала движения пули (гранаты) до момента полного сгорания порохового заряда. На данном этапе сгорание пороха протекает в условиях постоянно меняющегося пространства и объёма. В самом начале движения пули по стволу, при её низкой скорости, объём газов увеличивается быстрее, чем расширяется пространство за пулей (между её дном и дном гильзы). Это несоответствие приводит к быстрому нарастанию давления газов, которое достигает своего максимального уровня. Так, для стрелкового оружия под патрон образца 1943 года максимальное давление составляет около 2800 кг/см², а под винтовочный патрон – около 2900 кг/см²[7].

Второй период начинается, когда весь порох сгорел, и длится до тех пор, пока пуля не вылетит из ствола. В это время новые газы больше не образуются, но уже имеющиеся горячие газы продолжают расширяться. Они толкают пулю, заставляя её двигаться быстрее. Давление внутри ствола на этом этапе сильно падает. У самого конца ствола давление составляет от 300 до 900 кг/см², и это число зависит от того, какое оружие используется. Скорость пули, когда она вылетает из ствола, немного меньше, чем её самая высокая скорость[7].

Третий период (период последействия газов) начинается с момента вылета снаряда (пули или гранаты) из канала ствола и завершается, когда пороховые газы перестают оказывать на него своё влияние. В этот период газы, покидающие ствол с высокой скоростью (1200—2000 м/с), продолжают разгонять снаряд, сообщая ему дополнительное ускорение. Предельная скорость достигается на коротком отрезке пути от дула, когда сила, действующая со стороны пороховых газов на донную часть снаряда, уравновешивается силой аэродинамического сопротивления[5][7].

Внешняя баллистика

Траектория

Внешняя баллистика – наука, которая изучает движение пули (гранаты) после прекращения действия на неё пороховых газов. Она анализирует полёт пули (или гранаты) в воздухе. После выхода из ствола, когда пороховые газы больше не подвергаются воздействию, на пулю начинают влиять другие факторы, такие как сопротивление воздуха и сила тяжести. Реактивные гранаты продолжают свой полёт по инерции после выключения двигателя. Воздух оказывает сопротивление движению по трём главным причинам: из-за трения, вихрей и ударных волн[5][7].

Внешняя баллистика решает четыре ключевые задачи. Первая (основная или прямая) из них – вычисление траекторий снарядов на основе имеющейся информации. Для этого требуется точно установить все силы, воздействующие на снаряд в полёте, и их значения в каждый момент времени. Далее, необходимо составить дифференциальные уравнения движения снаряда, учитывающие эти силы. Решение этих уравнений даёт полную картину движения: скорость, ускорение, продолжительность полёта и положение центра масс, что позволяет построить траекторию. Вторая задача, часто называемая обратной, заключается в определении необходимых баллистических параметров для проектирования ракетной или артиллерийской системы, исходя из заданных требований к её характеристикам. Расчёт того, как сделать так, чтобы снаряды летели ровно и могли управляться, — это третья задача. Четвёртая задача внешней баллистики – это выявление факторов, влияющих на разброс траекторий снарядов, и разработка мер по его уменьшению для повышения точности стрельбы[2].

Из-за воздействия силы тяжести и силы сопротивления воздуху пуля в полёте не движется по прямой линии, по которой её бросили. Вместо этого она описывает изогнутую траекторию, которая находится ниже начальной линии броска. Эта кривая линия, описываемая центром тяжести пули (гранаты) в процессе полёта, называется траекторией[7].

Отклонение пули (гранаты) в процессе её полёта от плоскости стрельбы в сторону её вращения называется деривацией. Оно обусловлено тремя основными причинами: вращением пули вокруг своей оси, действием сопротивления воздуха и действием силы тяжести, направленной по касательной к траектории полёта снаряда. Деривация не наблюдается, если отсутствует хотя бы один из этих факторов[5][6][7].

Основные понятия и величины

Начальная скорость — скорость движения пули (гранаты) у дульного среза ствола оружия (орудия). Эта скорость является ключевой характеристикой, определяющей эффективность оружия и указывается в специальных таблицах и технических описаниях (тактико-технических характеристиках). Начальная скорость зависит от двух основных групп факторов: характеристик пули и ствола (длина ствола, вес пули), свойств порохового заряда (вес пороха, его температура и влажность, форма и размер зёрен, плотность, с которой порох заполняет патрон)[5][7].

Высокая начальная скорость пули приводит к следующим улучшениям[5][7]:

  • повышенная поражающая способность (увеличивается убойное и пробивное действие пули);
  • увеличенная дальность (пуля летит дальше);
  • меньшая зависимость от внешних факторов (погодные условия меньше влияют на траекторию полёта);
  • улучшенная точность (увеличивается дальность прямого выстрела).

Отдача оружия (орудия) — движение оружия (ствола) назад в процессе (во время) выстрела. Отдача происходит в виде толчка в плечо или руку, грунт. Она характеризуется скоростью и энергией движения назад. Скорость отдачи примерно в столько же раз меньше скорости пули, во сколько раз пуля легче оружия[7].

Прочность ствола — способность стенок ствола оружия (орудия) выдерживать определённое давление пороховых газов в канале ствола оружия (орудия). Чтобы избежать повреждения ствола (раздутия или разрыва), необходимо тщательно оберегать его канал от посторонних предметов. Перед каждым выстрелом ствол нужно осматривать и при необходимости чистить. Отношение массы заряда к объёму гильзы (камеры сгорания заряда) при вставленной пуле называется плотностью заряжания[7].

Живучесть ствола — способность ствола оружия (орудия) выдержать определённое количество выстрелов, после которого он изнашивается и теряет свои качества. Износ заключается в значительном увеличении разброса пуль (снарядов), уменьшении начальной скорости и устойчивости полёта пуль (снарядов). Хромированные стволы у стрелкового оружия обычно служат долго — до 20–30 тысяч выстрелов. Для того чтобы они прослужили дольше, нужно хорошо за ними ухаживать и не стрелять без остановки[7].

Точка вылета — центр дульного среза ствола оружия или начальная точка траектории снаряда, расположенная в дульном срезе ствола. Горизонтальная плоскость, проходящая через точку вылета, называется горизонтом оружия. Линия возвышения — прямая линия, совпадающая с направлением оси канала ствола в момент прицеливания. Плоскостью стрельбы является вертикальная плоскость, определяемая линией возвышения. Касательная к траектории снаряда в точке вылета называется линией бросания[5][7].

Угол возвышения — угол, заключённый между линией возвышения и горизонтом оружия. Он определяется как угловое отклонение оси ствола (линии возвышения) от горизонтальной плоскости. При отрицательном значении данный угол именуется углом склонения. Угол бросания — угол между линией бросания и горизонтом оружия. Это угол между вектором начальной скорости снаряда и горизонтальной плоскостью орудия. Угол вылета — угол, заключённый между линией возвышения и линией бросания. Это разница в направлении между тем, куда направлено оружие, и тем, куда полетел снаряд. Точка пересечения траектории с горизонтом оружия называется точкой падения. Это место, где снаряд упадёт на землю (или другую поверхность), вернувшись на тот же уровень, с которого стреляли[5][7].

Прямой выстрел — выстрел, при котором снаряд (или пуля) движется по траектории, которая не возвышается над линией прицеливания на всём своём протяжении полёта. Практическое значение прямого выстрела заключается в том, что в пределах дальности прямого выстрела, в условиях боя, прицел можно не корректировать[7].

Примечания

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 Горбачёв В. В. Большая российская энциклопедия 2004–2017. БРЭ. Дата обращения: 20 ноября 2025.
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 Гуськов А. В., Милевский К. Е., Сотенко А. В. Внешняя баллистика: учебное пособие / Гуськов А. В.. — г. Новосибирск: НГТУ, 2010. — 188 с. — ISBN ISBN 978-5-7782-1421-7.
  3. ↑ 3,0 3,1 Мандрык А. П. История баллистики: до середины XIX века.. — 2018. — 392 с.
  4. ↑ Медведева Н. П. Экспериментальная баллистика. Часть I (Методы измерения давления). Учебное пособие.. — г. Томск: Томский государственный университет, 2006. — 172 с.
  5. ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 5,7 5,8 Байрамуков Ю. Б., Янович В. С., Михайлов И. Л., Церас Л.-Е. В., Гавриленко В. В., Староверов В. А., Арефьев П. Е., Лушников Ю. Ю., Анакин М. Ф. Огневая подготовка. — Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2015. — С. 6-70. — 256 с. — ISBN ISBN 978-5-7638-3398-0.
  6. ↑ 6,0 6,1 6,2 Министерство Обороны СССР. Наставление по стрелковому делу: Основы стрельбы из стрелкового оружия / Министерство Обороны СССР. — 2-е изд., испр. и доп.. — Москва: Воениздат, 1970. — С. 5—35. — 176 с.
  7. ↑ 7,00 7,01 7,02 7,03 7,04 7,05 7,06 7,07 7,08 7,09 7,10 7,11 7,12 7,13 7,14 7,15 7,16 Зеленкевич А. В., Блажко Д. В., Дудинский Д.В., Миронюк А. В., Савицкий С. М., Жаркевич Л. Л. Огневая подготовка. Учебное пособие. — г. Минск: УО «Белорусский государственный технологический университет», 2024. — 240 с. — ISBN ISBN 978-985-897-144-1.
Источник — https://znanierussia.ru/articles/index.php?title=Баллистика&oldid=2084124