Теория внутренней и внешней баллистики позволяет глубже понять процессы, происходящие при выстреле. С момента, когда боек наколет капсюль патрона, начинается цепочка преобразований, в результате которых пуля приобретает максимальное ускорение и покидает ствол. В дальнейшем ее движение становится предметом множества физических сил и факторов, от которых зависит скорость пули и ее траектория. В материале подробно разберем, что такое скорость пули, как она измеряется, от чего зависит и как начальная скорость пули влияет на точность выстрела.
Газовая динамика выстрела: от капсюля до дульного среза
Одно из самых простых и понятных определений выстрела дал в своей книге «Охотничье ружье» Эмиль Вольдемарович Штейнгольд – мастер спорта СССР по стендовой стрельбе, инженер-конструктор лаборатории техники охотничьего промысла Всероссийского научно-исследовательского института охотничьего хозяйства и звероводства (ВНИИОЗ). Он сравнил огнестрельное оружие «с двигателем внутреннего сгорания с поступательным и условно бесконечным ходом поршня». При этом роль цилиндра выполняет ствол, запираемый с одного конца затвором или ствольной коробкой; роль системы зажигания – ударно-спусковой механизм и капсюль, а поршнем с уплотнительными кольцами является пуля, вылетающая из ствола под действием газового потока.
Из теории внутренней баллистики выстрела известно, что стартовый толчок, придающий пуле ускорение, возникает практически сразу после накола капсюля патрона. Сгорание пороха инициируется капсюлем и формирует облако раскаленных газов, стремительно увеличивающееся в объеме. Энергия их расширения сообщает пуле ускорение. В зависимости от того, какой порох применяется, характер горения и количество полученных пороховых газов будут отличаться.
Дымный порох сгорает очень быстро при температуре 2200 - 2300° С, но образует только около 40% пороховых газов, остальные 60% объема, возникающего в результате выстрела, составляют твердые частицы. При этом объем образовавшегося газа примерно в 300 раз превышает первоначальный объем заряда. Бездымный порох горит медленнее и почти не образует твердых частиц, температура равняется примерно 2400° С, а объем выделяемого газа почти в три раза больше, чем у дымного. Для сравнения: из 1 кг дымного пороха при сгорании образуется примерно 300 л газа, из такого же количества бездымного - около 900 л.
Под воздействием газового потока пуля покидает гильзу и, минуя пульный вход, следует по каналу ствола до дульного среза. В момент движения по стволу, осуществляемого под воздействием энергии газов, пуля накапливает инерцию. За счет нее она движется в направлении цели после того, как выйдет за пределы дульного среза. Примерно так выглядит схема внутренней баллистики выстрела в упрощенном виде.
Парабола выстрела: путь пули в воздухе
После того, как пуля покидает ствол, ее скорость меняется на различных отрезках пути. Теория внешней баллистики говорит о том, что траектория полета пули представляет собой кривую, близкую по форме к параболе. Эта дуга может быть условно разделена на две части – восходящую и нисходящую.
Восходящий, или повышающийся участок траектории полета пули, составляет от 2/3 до ¾ от общей протяженности пути, который она проходит до того, как полностью потеряет скорость. Нисходящий, он же понижающийся участок, равняется 1/3 или ¼ максимальной дистанции полета. Такая неравномерность объясняется рядом факторов, влияющих на изменение скорости полета пули.
Максимального значения скорость полета достигает по выходе метаемого снаряда за пределы дульного среза. Этот показатель называется начальной скоростью полета пули. Единицей его измерения является количество метров, которые снаряд преодолевает за одну секунду. Например, у трехлинейной винтовки Мосина это значение равняется 865 м/с, у автомата АКМ – 715 м/с, у пулемета РПК – 745 м/с.
Скорость пули имеет максимальное значение на выходе из ствола. Объясняется это тем, что порядка 25 - 30% энергии сгорания пороховой навески воздействуют непосредственно на пулю в момент ее прохождения по нарезам канала ствола. Сразу после того, как она выйдет за пределы дульного среза, энергия воздействия газового потока снижается примерно на 40 %, а затем полностью теряется, уравновешиваясь сопротивлением воздуха. Далее пуля движется за счет инерции, накопленной за тот промежуток времени, на протяжении которого она перемещалась внутри ствола.
Пуля в полете: гравитация, сопротивление воздуха и другие помехи
Во внешнем пространстве на метаемый снаряд воздействуют законы физики, различные природные силы и субъективные факторы. Основными из них считаются встречное сопротивление воздушных масс и сила земного притяжения.
От значения скорости полета пули напрямую зависит стабильность ее траектории. Ускорение, сообщаемое метаемому снаряду энергией сгорания пороха, в сочетании с вращением, придаваемым нарезами канала ствола, обеспечивает ему устойчивость. Следовательно, чем выше будет скорость полета пули, тем стабильнее будет его траектория, и тем меньше – вероятность отклонения от нее.
Вторым в списке, но не менее важным внешним фактором, влияющим на траекторию, является сила гравитации или земного притяжения. В зависимости от дистанции расположения цели высота дуги, по которой летит метаемый снаряд, будет иметь различное значение. Допустим, задачей стрелка является поражение цели, находящейся на расстоянии 250 м. В том случае, если стрелять предстоит из нарезного оружия стандартных винтовочных калибров, например – 7,62х51 мм, 7,92х57 мм или 7,62х54R мм, траектория полета пули будет близка к прямой.
Такая дистанция называется «расстоянием прямого выстрела». Показатели начальной скорости, равные 755 м/с, 755 м/с и 820 - 865 м/с, на этих дистанциях обеспечивают пуле максимальную стабильность траектории и избавляют стрелка от необходимости принимать поправки по вертикали.
Если цель, которую предстоит поразить выстрелом, находится на расстоянии 400 м и более, земное притяжение начинает тянуть пулю вниз. Для того, чтобы стрельба оказалась результативной, траекторию следует сделать выше, приняв соответствующие поправки по вертикали.
Когда пуля следует по длинной дуге, на результаты выстрела влияет множество субъективных факторов – угол расположения места цели, встречный и боковой ветер, атмосферная влажность и даже наличие водных преград на участках следования. Их воздействие всегда негативно, поскольку его следствием становится отклонение пули от заданной траектории. Скорость, с которой она движется, в таких случаях, будет выполнять функцию основного (но не единственного) стабилизирующего фактора.
Чем дальше летит пуля, тем значительнее снижается ее скорость. Встречные потоки воздуха, сквозь которые она проходит, воздействуют на поверхность неравномерно вследствие вращения снаряда. После прохождения дистанции, равной или превышающей 400 м, на пулю начинает воздействовать явление, называемое деривацией. Результатом является отклонение в сторону направления нарезов в горизонтальной плоскости.
По мере увеличения пройденной дистанции скорость движения пули снижается. За пределами 400-метровой отметки введение поправки на деривацию является обязательным. Игнорировать это физическое явление недопустимо. При стрельбе из оружия калибра 7,62х54R мм значение деривации на расстоянии в 400 м равняется 4 см, 600 м – 19 см, 800 м – 29 см.
Основные факторы, на которые воздействует скорость полета пули
В итоге можно выделить три основные фактора, на которые влияет скорость полета пули:
1. Стабильность траектории полета.
2. Устойчивость движения. Высокая скорость создает возможность минимизации негативного воздействия таких факторов, как температура, влажность, фронтальный и боковой ветер, деривация.
3. Высота траектории (настильность). Чем выше показатель движения пули, тем меньше необходимости «подбрасывать» ее, вводя поправки по вертикали при стрельбе на дальние и сверхдальние дистанции.
Знание скоростей движения пули на различных отрезках ее следования позволяет точно рассчитать поправки и способствует поражению цели независимо от условий, в которых приходится вести огонь.
Не стоит также забывать о таком понятии, как действие пули по цели – это тот эффект, который она производит при попадании в заданную цель на рассматриваемой дальности. Важное практическое значение имеет убойное и останавливающее действие пули, ее пробивное или проникающее действие. На эти характеристики также влияет скорость полета пули.
Убойное действие – это способность пули поражать живые цели. Длительная практика показывает, что улучшить эту характеристику можно как увеличивая калибр оружия (диаметр пули), так и достигая более высокой скорости полета поражающего снаряда в момент встречи с целью. В случае с оружием, предназначенным для стрельбы на средние и большие дистанции (свыше 300 м) калибр и форма пули подчиняются требованию обеспечить настильность траектории, поэтому необходимого убойного действия приходится достигать путем повышения скорости в момент встречи с целью.
В книге «Патроны стрелкового оружия», выпущенной ЦНИИ информации в 1980 г. авторы В.М. Кириллов и В.М. Сабельников указывают, что факторы, увеличивающие убойное действие пули, одновременно уменьшают ее пробивное действие. Увеличение скорости пули влияет на эту характеристику до определенного предела – как только скорость удара поражающего элемента о преграду достигает такого значения, при котором начинается деформация или разрушение пули, ее пробивное действие начинает снижаться.
Короткий путь тяжелой пули: особенности стрельбы из гладкоствольного оружия
Не стоит также забывать о том, что кроме нарезного есть еще и гладкоствольное оружие, выстрел из которого обладает совершенно иными свойствами. В отличие от нарезных систем, способных «бросить» поражающий элемент на сотни метров, пулевая стрельба из гладкого ствола предполагает работу исключительно на коротких дистанциях. Среднее расстояние выстрела пулей здесь составит 40 - 60 м. Основной причиной для этого является сочетание значительной массы ружейной пули и невысоких скоростей ее движения.
Например, вес простых колпачковых пуль типа Lee или Lyman варьируется в пределах 1 унции (29 - 32 г). Их скорость на выходе из ствола равняется 340 - 410 м/с, т.е. незначительно превышает скорость распространения звука. Высокая масса и энергия гладких пуль, при их низкой начальной скорости, обеспечивают им очень большой останавливающий эффект.
Основной сферой применения пулевого выстрела из гладкоствольного оружия являются зверовые охоты по дичи, обитающей на евразийском континенте, в том числе – медведю и лосю. Животные, служащие объектами охот, чаще всего обитают в лесистой и пересеченной местности, делающей нецелесообразным использование дальнобойной высокоточной винтовки.
Степень опасности, которую может представлять зверь для охотника, требует его гарантированного поражения одним, максимум двумя выстрелами. Именно для этого и предназначены ружейные пули. Диаметр убойной зоны животного составляет 20 - 30 см, что в совокупности с короткой дистанцией выстрела не требует спортивной точности. Главная задача заключается в том, чтобы остановить зверя на безопасном расстоянии, поразив жизненно важные органы, прикрытые толстой шкурой, мощной мускулатурой и тяжелым костяком.
Значительные габариты и вес метаемого снаряда, сочетаемые с низкой скоростью полета, оказывают мощный останавливающий эффект и вызывают травмы внутренних органов животных. При этом его проникающая способность является относительно невысокой. Задача пули, выпущенной из гладкого ствола, заключается в отсутствии необходимости нанесения сквозных ранений. Снаряд должен оставаться в туше животного, нанося максимальный ущерб за минимальный промежуток времени.
Для выполнения такой задачи сочетание значительной массы пули с невысокой скоростью ее полета является оптимальным. В силу специфики использования гладкоствольного оружия, такие показатели пулевого выстрела, как кучность, стабильность полета и настильность траектории не имеют такого критического значения.
Главное – не просчитаться, или почему скорость пули важна не всегда
В случае использования нарезных систем знание скоростей движения пули на различных отрезках ее следования играет ключевую роль в обеспечении точности стрельбы. Это позволяет стрелку точно рассчитать необходимые поправки на дистанцию, ветер, температуру воздуха и другие факторы, влияющие на траекторию полета пули. Благодаря этим знаниям, стрелок может эффективно поражать цели в различных условиях, будь то стрельба на открытых пространствах или в горной местности.
В отличие от нарезного оружия, пулевой выстрел из гладкоствольного оружия имеет совершенно иную специфику применения. Здесь не требуется сложных математических расчетов и длительной предварительной подготовки. Все дело в особенностях конструкции гладкоствольного оружия и характеристик используемых пуль. Гладкий ствол не позволяет достичь таких высоких начальных скоростей и точности, как нарезной, однако это компенсируется другими преимуществами.
Таким образом, такая характеристика, как скорость пули имеет совершенно различное значение в случае стрельбы из нарезного и гладкоствольного оружия. Если первое требует тщательного расчета и подготовки, то второе предлагает простоту и эффективность в условиях, где важна быстрая реакция и мощный останавливающий эффект выстрела.