3.4. Движение снаряда по каналу ствола

Рассмотренная выше картина явления выстрела и некоторые выводы по сбережению оружия характеризовали лишь часть общего действия пороховых газов. Основная работа пороховых газов затрачивается, с одной стороны, на придание снаряду поступательного и вращательного движений, а с другой стороны - на отдачу оружия.

Работа, затрачиваемая на сообщение снаряду поступательного и вращательного движения, составляет примерно 25-35% от полной энергии пороховых газов (эта величина является коэффициентом полезного действия оружия).

В ращательное движение снаряда, необходимое для обеспечения устойчивости его полета в воздухе, достигается устройством нарезов в канале ствола (рис. 11).

Рис. 11. Вид и схема нарезов в канале ствола. Д—диаметр канала ствола, называемый калибром.

Длина хода нарезов, обеспечивающих устойчивость полета снаряда вычисляется по определениям внешней баллистики. Так, для стрелкового оружия длина хода нарезов обычно колеблется от 30 до 37 калибров, для пушек – от 25 до 37 калибров, для гаубиц – от 25 до 32 калибров.

Направление нарезов может быть правое и левое. В оружии Российской Армии принято правое направление - оно соответствует общепринятому в промышленности направлению резьбы в винтовых соединениях. Левое направление (например, в английском оружии) не имеет никаких преимуществ перед правой нарезкой [16, 44, 45].

Число нарезов определяется прочностью полей нареза боевых выступов ведущего пояска. В стрелковом оружии приняты четыре нареза, у крупнокалиберных пулеметов - восемь, у 30-мм автоматических пушек 2А42, 2А72 - 16. У мощных артиллерийских орудий число нарезов доходит до 64 [1-8, 46,47].

Двигаясь по каналу ствола, снаряд (пуля) под действием давления пороховых газов врезается медным ведущим пояском (оболочкой) в нарезы и получает вращательное движение.

3.5. Начальная скорость снаряда

Начальная скорость снаряда (V₀) – это условная скорость в точке вылета, которая получается расчетным путем[8, 10].

Начальная скорость является одной из важнейших баллистических характеристик оружия, оказывающей влияние на его боевые свойства. При увеличении начальной скорости увеличиваются дальность полета снаряда, настильность траектории, поражаемое пространство, бронепробиваемость, а также уменьшается влияние внешних условий на полет снаряда.

В таблицах стрельбы и наставлениях указываются величины начальных скоростей несколько большие, чем скорость снаряда в момент вылета (V_д).

Объясняется это следующим образом. При движении снаряда по каналу ствола под действием пороховых газов скорость его все время увеличивается и достигает значения V_д.

Е сли бы период последействия отсутствовал, то эта скорость была бы наибольшей, ею определялось бы начало движения снаряда в воздухе. Но во время периода последействия под давлением истекающих газов скорость снаряда продолжает еще несколько увеличиваться и достигает какого-то значения V_m (рис. 12), после которого начинает убывать.

Рис. 12. Выбор начальной скорости.

Участок периода последействия газов у оружия незначителен, поэтому считают, что снаряд после вылета из канала ствола не подвергается действию пороховых газов. Но в этом случае действительная скорость снаряда в момент вылета оказывается не связанной с кривой изменения скорости полета снаряда в воздухе.

Для того, чтобы избежать такого разрыва, за начальную скорость принимается такая условная скорость в точке вылета, которая согласовывается с кривой скоростей снаряда за пределами участка последействия.

Таким образом, начальная скорость определяется по закономерностям, характеризующим изменение скорости снаряда в воздухе. Следовательно, для определения начальной скорости необходимо определить скорость снаряда в определенных точках в воздухе и затем полученную кривую построить до дульного среза.

Для определения скорости снаряда в какой-либо точке в воздухе применяются специальные приборы - хронографы*.

Рис. 13. Принципиальная схема измерителя скорости.

S – расстояние между мембранами; t – время между импульсами; 1 – первая мембрана; 2 – вторая мембрана; 3 - пуля.

Сущность определения скорости снаряда при помощи хронографа заключается в следующем (рис. 13).

Н а определенном расстоянии друг от друга устанавливаются две мишени, которые представляют собой либо деревянную раму с натянутой проволокой (для артиллерийских систем), либо наклеенную на бумагу фольговую мишень (поз. 1 и 2) (для стрелкового оружия), рассчитанную так, чтобы снаряд (поз. 3) обязательно при пробивании рамы перервал проволоку или фольговую полоску. При этом разъединяется электрическая цепь. Обе рамы-мишени соединены с хронографом. При пробивании снарядом поочередно

* Хронографами называются приборы, при помощи которых измеряется время движения снаряда с целью определения его скорости.

первой и второй рам-мишеней хронограф дает возможность определить время полета снаряда между двумя рамами.

Зная расстояние между рамами-мишенями и принимая движение на этом участке равномерным, определяют среднюю скорость снаряда на участке между рамами-мишенями по формуле:

,

где V_ср. - средняя скорость снаряда на участке между двумя рамами- мишенями; S - расстояние между рамами-мишенями; t - время полета снаряда между рамами-мишенями.

Обычно расстояние между рамами-мишенями составляет 50 м, поэтому найденную среднюю скорость V_ср. принимают за скорость снаряда в 25 м от дульного среза (V₂₅).

Пример. Первая рама-мишень установлена непосредственно у дульного среза пулемета ПКМ (обычно вместо первой рамы-мишени для стрелкового оружия применяется дульный хомутик с проволочкой прерывателем), вторая — стальная плита с инерционным прерывателем— в 50 м от дульного среза.

Хронограф показал время t=0,062 с. Тогда скорость снаряда в 25 м от дульного среза равна: V₂₅=50:0,062=805 м/с.

Зная скорость снаряда в данной точке и закон изменения скорости снаряда во время полета, при помощи соответствующих формул получают величину начальной скорости.

Обычно определяют скорость снаряда в 25 м от дульного среза и умножают ее на величину 1,025, определенную при помощи формул для приведения к дульному срезу.

Таким образом, V₀=1,025·V₂₅.

Пример. Определить начальную скорость пули обр. 1908 г., выпущенной из пулемета ПКМ, если с помощью хронографа установлено, что скорость пули в 25 м от дульного среза равна 805 м/с.

V= 1,025·V₂₅ ,

V₀ =1,025·805=825 м/с.

По своему устройству хронографы имеются самых различных видов. Для стрелкового оружия широко применяется электромагнитный хронограф с падающим телом.

Широкое распространение имеют также искровые и соленоидные хронографы.

Принцип определения начальной скорости можно показать на простой установке в классе.

В ремя полета пули на расстояние АБ (рис. 14), например, в 10 м определяется по высоте падения фанерки (С), удерживаемой ниткой, которая через два ролика проведена к дульному срезу укрепленного в прицельный станок малокалиберного пистолета Марголина.

Рис. 14. Схема учебной установки для определения начальной скорости пули.

Пуля при выстреле обрывает нить, заставляет фанерку С падать, затем пробивает ее, а также поставленный за ней неподвижный щит К.

Положение фанерки С до выстрела было отмечено на щите К. Если теперь совместить пробоины на фанерке и неподвижном щите, то можно измерить величину свободного падения фанерки. При дальности стрельбы в 10 м

фанерка успевает спуститься примерно на 10 мм. Зная путь падения h=10,0мм=0,01 м, найдем из выражения время полета пули t:

; ; ; ;

Средняя скорость пули на участке в 10 м равна ; V=10:0,045≈222 м/с. В нашем опыте ее можно принять за начальную скорость без приведения к дульному срезу, так как расстояние до щита было всего 10 м.

За неподвижным щитом при проведении описанного опыта в классе устанавливается ящик с песком для перехвата пуль.

Величина начальной скорости снаряда зависит от многих условий, основными из которых являются следующие.

Вес снаряда. С увеличением веса снаряда при одном в том же заряде величина начальной скорости уменьшается (и наоборот).

Такая зависимость начальной скорости от веса снаряда легко объясняется физически: одинаковая сила давления газов в стволе оружия придает снаряду меньшей массы большее ускорение. Эта зависимость и используется в подкалиберных артиллерийских снарядах: увеличение начальной скорости достигается за счет снижения общего веса такого снаряда.

Вес заряда. С увеличением веса заряда при одном и том же весе снаряда начальная скорость увеличивается.

В минометах и гаубицах, например, начальная скорость изменяется при помощи переменных зарядов.

Для десятиперых мин 82-мм миномета начальная скорость зависит от веса заряда следующим образом (см. таб. 3).

Переменные заряды широко используются в артиллерийских системах,

позволяя придавать снарядам наиболее целесообразные начальные скорости для стрельбы на различные дальности по различным целям.

Таблица № 3.

Зависимость начальной скорости от веса заряда.

Наименование заряда	Вес заряда (г)	Начальная скорость (м /с)	Наибольшая горизонтальная дальность (м)
Основной Первый (осн.+1 доп.) Второй (осн.+2 доп.) Третий (осн.+3 доп.)	Около 8 Около 21 Около 34 Около 47	70 132 175 211	476 1505 2355 3040

При конструкторской отработке боеприпасов, при проведении пробных стрельб часто используют переменные заряды, для проверки прочности гильз, изменения дальности стрельбы, придания различных начальных скоростей.

Длина канала ствола. С увеличением длинны канала ствола до определенных пределов начальная скорость увеличивается, так как снаряд большее время подвергается действию давления газов. Стрельба, например, из автоматического пистолета Стечкина и пистолета Макарова ведется одним и тем же патроном. Длина нарезной части ствола пистолета Стечкина - 126 мм, а пистолета Макарова - 80 мм. Поэтому для первого V₀ =340 м/с, а для второго V₀ =315 м/с. Длина нарезной части ствола АК74 – 372 мм, а пулемета РПК74 – 549 мм. Поэтому для АК74 V₀ =900м/с, а для РПК74 – 960 м/с.

Но увеличение длины ствола целесообразно только до тех пор, пока давление газов на дно снаряда превышает сопротивление движению снаряда в канале ствола (см. рис. 15).

Относительная длина ствола является одним из признаков деления орудий на пушки, гаубицы и мортиры.

Оружие, предназначенное для стрельбы с большими начальными скоростями (противотанковые и зенитные пушки, дальнобойные орудия), имеет большую длину ствола - 50 и более калибров. Начальные скорости этих

снарядов достигают 800 и более м/с.

F

1

Рис. 15. Кривая давления на стенки канала ствола. F – сила сопротивления ствола; 1 – точка равноденствия сил сопротивления ствола и давления пороховых газов.

Орудия, предназначенные для стрельбы крутыми траекториями (гаубицы), имеют более короткие стволы - до 40 калибров.

Минометы, автоматические и подствольные гранатометы предназначенные для стрельбы снарядом на небольшие расстояния, имеют стволы длиной до 20 калибров и дают начальные скорости менее 300 м/с.

Помимо перечисленных причин на величину начальной скорости влияет плотность заряжания и скорость горения пороха, которые соответствующим образом подбираются при конструировании данного образца оружия.

Для боеприпасов с отсечкой пороховых газов начальная скорость зависит от длины штоков, участвующих в разгоне снаряда, и от схемы метания, которая используется для этих боеприпасов.

Например, в схемах обратного метания начальная скорость зависит от массы штоков, участвующих в разгоне. В выстреле, состоящем из 3 штоков, разгон происходит ступенями (см. рис.16).

На графике V (l) (см. рис. 17) хорошо прослеживается резкое пониже-

ние скорости вследствие зацепления штоков за основную движущуюся массу в конце каждой стадии.

Наблюдаем, что прирост скорости на третьей стадии небольшой по сравнению с приростом на второй стадии. Отсюда следует, что нерационально использовать большее количество штоков в данной системе.

Рис. 17. Графики зависимостей: t (l), V (l).

Продолжение графика V (l) (см. рис. 17), обозначенное серой линией, показывает скорость, которую имел бы выстрел, если бы не было уменьшения диаметров штоков, а выдвигался бы один длинный шток длинной равной сумме длин выдвижения всех штоков.

График t (l) (см. рис. 17) показывает сколько времени затрачено для полного раскрытия штоков в данной схеме.

Как уже отмечалось ранее начальная скорость может быть увеличена следующими способами:

• уменьшением веса снаряда при том же заряде;

• увеличением плотности заряжания;

• увеличением объема зарядной каморы, а следовательно, и веса заряда (для

сохранения плотности заряжания);

• увеличением максимального давления;

• увеличением длинны канала ствола;

• увеличением силы пороха и приданием ему наиболее выгодной прогрессивности горения.