Стрелковый ликбез

Внешняя баллистика – это наука, изучающая движение пули после прекращения действия на неё пороховых газов. Вылетев из канала ствола под действием пороховых газов, пуля движется по инерции по траектории.

Траекторией называется кривая линия, описываемая центром тяжести пули в полёте (рис.1).

Рис. 1. Траектория пули (вид сбоку)

При полёте в воздухе пуля подвергается действию двух сил: силы тяжести и силы сопротивления воздуха. Сила тяжести заставляет пулю постепенно понижаться, а сила сопротивления воздуха непрерывно замедляет её движение и стремится опрокинуть пулю. В результате действия этих сил скорость полёта пули постепенно уменьшается, а её траектория представляет собой по форме неравномерно изогнутую кривую линию.

Сопротивление воздуха полету пули вызывается тем, что воздух представляет собой упругую среду, поэтому на движение в этой среде затрачивается часть энергии пули.

Рис. 2. Образование силы сопротивления воздуха

Сила сопротивления воздуха вызывается тремя основными причинами: трением воздуха, образованием завихрений и образованием баллистической волны.

Частицы воздуха, соприкасающиеся с движущейся пулей, вследствие внутреннего сцепления (вязкости) и сцепления с её поверхностью создают трение и уменьшают скорость полёта пули.

Примыкающий к поверхности пули слой воздуха, в котором движение частиц изменяется от скорости пули до нуля, называется пограничным слоем. Этот слой воздуха, обтекая пулю, отрывается от её поверхности и не успевает сразу же сомкнуться за донной частью.

За донной частью пули образуется разреженное пространство, вследствие чего появляется разность давлений на головную и донную части. Эта разность создаёт силу, направленную в сторону, обратную движению пули, и уменьшающую скорость её полёта. Частицы воздуха, стремясь заполнить разрежение, образовавшееся за пулей, создают завихрение.

Пуля при полёте сталкивается с частицами воздуха и заставляет их колебаться. Вследствие этого перед пулей повышается плотность воздуха и образуются звуковые волны. Поэтому полёт пули сопровождается характерным звуком. При скорости полёта пули, меньшей скорости звука, образование этих волн оказывает незначительное влияние на её полёт, так как волны распространяются быстрее скорости полёта пули. При скорости полёта пули, большей скорости звука, от набегания звуковых волн друг на друга создаётся волна сильно уплотнённого воздуха – баллистическая волна, замедляющая скорость полёта пули, так как пуля тратит часть своей энергии на создание этой волны.

Равнодействующая (суммарная) всех сил, образующихся вследствие влияния воздуха на полет пули, составляет силу сопротивления воздуха. Точка приложения силы сопротивления называется центром сопротивления.

Действие силы сопротивления воздуха на полёт пули очень велико; оно вызывает уменьшение скорости и дальности полёта пули. Например, пуля обр. 1930 г. при угле бросания 15° и начальной скорости 800 м/с в безвоздушном пространстве полетела бы на дальность 32 620 м; дальность полёта этой пули при тех же условиях, но при наличии сопротивления воздуха равна лишь 3900 м.

Величина силы сопротивления воздуха зависит от скорости полёта, формы и калибра пули, а также от её поверхности и плотности воздуха.

Сила сопротивления воздуха возрастает с увеличением скорости полёта пули, её калибра и плотности воздуха.

При сверхзвуковых скоростях, когда основной причиной сопротивления воздуха является образование уплотнения воздуха над головной частью (баллистической волны), выгодны пули с удлинённой остроконечной головной частью. При дозвуковых скоростях полёта, когда основной причиной сопротивления воздуха является образование разреженного пространства и завихрений, выгодны пули с удлинённой и суженной хвостовой частью.

Чем глаже поверхность пули, тем меньше сила трения и сила сопротивления воздуха.

Разнообразие форм современных пуль во многом определяется необходимостью уменьшить силу сопротивления воздуха.

Под действием начальных возмущений (толчков) в момент вылета пули из канала ствола между осью пули и касательной к траектории образуется угол (σ) и сила сопротивления воздуха действует не вдоль оси пули, а под углом к ней, стремясь не только замедлить движение пули, но и опрокинуть её (рис. 3).

Рис. 3. Действие силы сопротивления воздуха на полёт пули (ЦТ – центр тяжести, ЦС – центр сопротивления воздуха)

Для того чтобы пуля не опрокидывалась под действием силы сопротивления воздуха, ей с помощью нарезов в канале ствола придают быстрое вращательное движение. Например, при выстреле из автомата Калашникова скорость вращения пули в момент вылета из канала ствола равна около 3000 оборотов в секунду.

При полёте быстро вращающейся пули в воздухе происходят следующие явления. Сила сопротивления воздуха стремится повернуть пулю головной частью вверх и назад. Но головная часть пули в результате быстрого вращения согласно свойству гироскопа стремится сохранить приданое положение и отклониться не вверх, а весьма незначительно в сторону своего вращения под прямым углом к направлению действия силы сопротивления воздуха, т. е. вправо. Как только головная часть пули отклонится вправо, изменится направление действия силы сопротивления воздуха – она стремится повернуть головную часть пули вправо и назад, но поворот головной части пули произойдёт не вправо, а вниз и т. д. Так как действие силы сопротивления непрерывно, а направление её относительно пули меняется с каждым отклонением оси пули, то головная часть пули описывает окружность, а ее ось – конус с вершиной в центре тяжести. Происходит так называемое медленное коническое, или прецессионное, движение, и пуля летит головной частью вперед, т. е. как бы следит за изменением кривизны траектории (рис. 4).

Рис. 4. Медленное коническое движение пули

Ось медленного конического движения несколько отстаёт от касательной к траектории (располагается выше последней). Следовательно, пуля с потоком воздуха сталкивается больше нижней частью, и ось медленного конического движения отклоняется в сторону вращения (вправо при правой нарезке ствола). Отклонение пули от плоскости стрельбы в сторону её вращения называется деривацией (рис. 5).

Рис. 5. Деривация (вид траектории сверху)

Таким образом, причинами деривации являются: вращательное движение пули, сопротивление воздуха и понижение под действием силы тяжести касательной к траектории. При отсутствии хотя бы одной из этих причин деривации не будет.

В таблицах стрельбы деривация даётся как поправка направления в тысячных. Однако при стрельбе из стрелкового оружия величина деривации незначительна (например, на дальности 500 м она не превышает 0,1 тысячной).

Для изучения траектории пули приняты следующие определения (рис. 6).

Рис. 6. Элементы траектории

Центр дульного среза ствола называется точкой вылета. Точка вылета является началом траектории.

Горизонтальная плоскость, проходящая через точку вылета, называется горизонтом оружия. На чертежах, изображающих оружие и траекторию сбоку, горизонт оружия имеет вид горизонтальной линии. Траектория дважды пересекает горизонт оружия: в точке вылета и в точке падения.

Прямая линия, являющаяся продолжением оси канала ствола наведённого оружия, называется линией возвышения.

Вертикальная плоскость, проходящая через линию возвышения, называется плоскостью стрельбы.

Угол, заключенный между линией возвышения и горизонтом оружия, называется углом возвышения (φ).

Если этот угол отрицательный, то он называется углом склонения (снижения).

Прямая линия, являющаяся продолжением оси канала ствола в момент вылета пули, называется линией бросания.

Угол, заключенный между линией бросания и горизонтом оружия, называется углом бросания (Θ₀).

Угол, заключенный между линией возвышения и линией бросания, называется углом вылета (γ).

Точка пересечения траектории с горизонтом оружия называется точкой падения.

Угол, заключенный между касательной к траектории в точке падения и горизонтом оружия, называется углом падения (Θ_с).

Расстояние от точки вылета до точки падения называется полной горизонтальной дальностью (X).

Скорость пули в точке падения называется окончательной скоростью (υ_с).

Время движения пули от точки вылета до точки падения называется полным временем полёта (Т).

Наивысшая точка траектории называется вершиной траектории.

Кратчайшее расстояние от вершины траектории до горизонта оружия называется высотой траектории (Y).

Часть траектории от точки вылета до вершины называется восходящей ветвью; часть траектории от вершины до точки падения называется нисходящей ветвью траектории.

Точка на цели или вне её, в которую наводится оружие, называется точкой прицеливания (наводки).

Прямая линия, проходящая от глаза стрелка через середину прорези прицела (на уровне с её краями) и вершину мушки в точку прицеливания, называется линией прицеливания.

Угол, заключенный между линией возвышения и линией прицеливания, называется углом прицеливания (α).

Угол, заключенный между линией прицеливания горизонтом оружия, называется углом места цели (ε). Угол места цели считается положительным (+), когда цель выше горизонта оружия, и отрицательным (-), когда цель ниже горизонта оружия. Угол места цели может быть определён с помощью приборов или по формуле тысячной:

ε= В х 1000/Д

где ε – угол места цели в тысячных;

В – превышение цели над горизонтом оружия в метрах;

Д – дальность стрельбы в метрах.

Расстояние от точки вылета до пересечения траектории с линией прицеливания называется прицельной дальностью (Д_n).

Кратчайшее расстояние от любой точки траектории до линии прицеливания называется превышением траектории над линией прицеливания.

Прямая, соединяющая точку вылета с целью, называется линией цели. Расстояние от точки вылета до цели по линии цели называется наклонной дальностью. При стрельбе прямой наводкой линия цели практически совпадает с линией прицеливания, а наклонная дальность – с прицельной дальностью.

Точка пересечения траектории с поверхностью цели (земли, преграды) называется точкой встречи.

Угол, заключенный между касательной к траектории и касательной к поверхности цели (земли, преграды) в точке встречи, называется углом встречи (μ). За угол встречи, принимается меньший из смежных углов, измеряемый от 0° до 90°.

Траектория пули в воздухе имеет следующие свойства:

– нисходящая ветвь короче и круче восходящей;

– угол падения больше угла бросания;

– окончательная скорость пули меньше начальной;

– наименьшая скорость полёта пули при стрельбе под большими углами бросания – на нисходящей ветви траектории, а при стрельбе под небольшими углами бросания – в точке падения;

– время движения пули по восходящей ветви траектории меньше, чем по нисходящей;

– траектория вращающейся пули вследствие понижения пули под действием силы тяжести и деривации представляет собой линию двоякой кривизны.

Форма траектории зависит от величины угла возвышения. С увеличением угла возвышения высота траектории и полная горизонтальная дальность полёта пули увеличиваются, но это происходит до известного предела. За этим пределом высота траектории продолжает увеличиваться, а полная горизонтальная дальность начинает уменьшаться (рис. 7).

Рис. 7. Угол наибольшей дальности, настильная и навесная траектории

Угол возвышения, при котором полная горизонтальная дальность полета пули становится наибольшей, называется углом наибольшей дальности. Величина угла наибольшей дальности для пуль различных видов оружия составляет около 35°.

Траектории, получаемые при углах возвышения, меньших угла наибольшей дальности, называются настильными. Траектории, получаемые при углах возвышения, больших угла наибольшей дальности, называются навесными.

При стрельбе из одного и того же оружия (при одинаковых начальных скоростях) можно получить две траектории с одинаковой горизонтальной дальностью: настильную и навесную.

При стрельбе из стрелкового оружия используются только настильные траектории. Чем настильнее траектория, тем на большем протяжении местности цель может быть поражена с одной установкой прицела (тем меньшее влияние на результаты стрельбы оказывают ошибки в определении установки прицела); в этом заключается практическое значение настильной траектории.

Настильность траектории характеризуется её наибольшим превышением над линией прицеливания. При данной дальности траектория тем более настильна, чем меньше она поднимается над линией прицеливания. Кроме того, о настильности траектории можно судить по вели чине угла падения: траектория тем более настильна, чем меньше угол падения.

При стрельбе из одного и того же оружия можно получить две траектории с одинаковой горизонтальной дальностью: настильную и навесную. Траектории, имеющие одинаковую горизонтальную дальность при разных узлах возвышения в классической баллистике, называют сопряжёнными. Однако вследствие того, что при стрельбе из стрелкового оружия используются только настильные траектории, сопряжёнными в этом случае называются траектории, расстояние между которыми по вертикали и горизонтали в каждой точке горизонтальной дальности не превышают установленных нормативными документами требований, выражаемых обычно либо в угловых величинах, либо в линейных. Отечественные боевые патроны одного типоразмера, но имеющие различную номенклатуру пуль, должны иметь сопряжённые траектории в обязательном порядке. Поэтому при стрельбе ими прицельная планка (либо шкала оптического прицела) имеет нарезку углов прицеливания только для пули основной номенклатуры. Так как пули разных номенклатур имеют разную массу, длину, форму и внутреннее устройство, то для обеспечения сопряжения их траекторий варьируют, в основном, начальной скоростью, положением центра тяжести и коэффициентом формы.

Проверку сопряжения траекторий проводят сострелом патронов с пулей основной номенклатуры с патронами с опытными пулями на каждом делении прицела из аттестованного для сопряжения оружия (имеющего нарезку прицельных шкал, соответствующую углам прицеливания для пули основной номенклатуры по таблицам стрельбы; начальную скорость пуль, близкую к табличному значению; угол вылета, ненамного отличающийся от табличного; удовлетворяющего требованиям по качественному состоянию ствола и узла запирания, проверяемых с помощью соответствующих калибров).

Настильность траектории влияет на величину дальности прямого выстрела, поражаемого, прикрытого и мертвого пространства.

Выстрел, при котором траектория не поднимается над линией прицеливания выше цели на всем своём протяжении, называется прямым выстрелом (ил. 1), т. е. дальности прямого выстрела для целей разной высоты будут разные (чем выше цель, тем больше дальность прямого выстрела).

Ил 1. Прямой выстрел

В пределах дальности прямого выстрела в напряжённые моменты боя стрельба может вестись без перестановки прицела, при этом точка прицеливания по высоте, как правило, выбирается на нижнем краю цели.

Дальность прямого выстрела зависит от высоты цели и настильности траектории. Чем выше цель и чем настильнее траектория, тем больше дальность прямого выстрела и тем на большем протяжении местности цель может быть поражена с одной установкой прицела.

Дальность прямого выстрела можно определить по таблицам путём сравнения высоты цели с величинами наибольшего превышения траектории над линией прицеливания или с высотой траектории.

При стрельбе по целям, находящимся на расстоянии, большем дальности прямого выстрела, траектория вблиеё вершины поднимается выше цели, и цель такой же величины на этом участке не будет поражаться. Однако около цели траектория опуститься и цель будет поражаться.

Расстояние на местности, на протяжении которого нисходящая ветвь траектории не превышает высоты цели, называется поражаемым пространством (глубиной поражаемого пространства). Глубина поражаемого пространства (ил. 2) зависит от высоты цели (она будет тем больше, чем выше цель), от настильности траектории (она будет тем больше, чем настильнее траектория) и от угла наклона местности (на переднем скате она уменьшается, на обратном – увеличивается).

Ил 2. Зависимость глубины поражаемого пространства от высоты цели и настильности траектории (угла падения)

Глубину поражаемого пространства (Ппр) можно определить по таблицам превышения траекторий над линией прицеливания путём сравнения превышения нисходящей ветви траектории на соответствующую дальность стрельбы с высотой цели, а в том случае, если высота цели меньше 1/3 высоты траектории, – по формуле тысячной:

Ппр = (Вц х 1000)/Θс

где Ппр – глубина поражаемого пространства в метрах;

Вц – высота цели в метрах;

Θс – угол падения в тысячных.

В том случае, когда цель расположена на скате или имеется угол места цели, глубину поражаемого пространства определять вышеуказанными способами, при этом полученный результат необходимо умножить на отношение угла падения к углу встречи.

Величина угла встречи зависит от направления ската: на встречном скате угол встречи равен сумме углов падения и ската, на обратном скате – разности этих углов. При этом величина угла встречи зависит также от угла места цели: при отрицательном угле места цели угол встречи увеличивается на величину угла места цели, при положительном угле места цели – уменьшается на его величину.

Нужно отметить, что при падении на землю или при попадании в преграду под небольшим углом встречи пуля даёт рикошет, т. е. отражается от поверхности земли или преграды и продолжает полёт по новой траектории. Рикошетирующая пуля сохраняет достаточную убойность (пробивную способность) и может наносить поражение.

Поражаемое пространство в некоторой степени компенсирует ошибки, допускаемые при выборе прицела и позволяет округлять измеренное расстояние до цели в большую сторону. Для увеличения глубины поражаемого пространства на наклонной местности огневую позицию нужно выбирать так, чтобы местность в расположении противника по возможности совпадала с продолжением линии прицеливания.

Пространство за укрытием, не пробиваемым пулей, от его гребня до точки встречи называется прикрытым пространством (ил. 3). Прикрытое пространство будет тем больше, чем больше высота укрытия и чем настильнее траектория.

Ил. 3. Прикрытое, мертвое и поражаемое пространство

Часть прикрытого пространства, на котором цель не может быть поражена при данной траектории, называется мёртвым (непоражаемым) пространством. Мёртвое пространство будет тем больше, чем больше высота укрытия, меньше высота цели и настильнее траектория. Другую часть прикрытого пространства, на которой цель может быть поражена, составляет поражаемое пространство.

Глубину прикрытого пространства (Пп) можно определить по таблицам превышения траекторий над линией прицеливания. Путём подбора отыскивается превышение, соответствующее высоте укрытия и дальности до него. После нахождения превышения определяется соответствующая ему установка прицела и дальность стрельбы. Разность между определённой дальностью стрельбы и дальностью до укрытия представляет собой величину глубины прикрытого пространства.

Глубина мёртвого пространства (Мпр) равна разности прикрытого и поражаемого пространства.

Например нужно определить глубину прикрытого, мёртвого и поражаемого пространства при стрельбе из ручного пулемёта Калашникова по бегущей пехоте противника (высота цели 1,5 м) за укрытием высотой 3 м. Расстояние до укрытия 300 м.

По таблице превышения средних траекторий над линией прицеливания путём подбора находим, что на расстоянии 300 м превышению 3 м соответствует траектория 7 (дальность стрельбы 700 м). Определяем глубину прикрытого пространства:

Пп = 700-300 = 400 м.

По таблице превышения средних траекторий определяем глубину поражаемого пространства при стрельбе с прицелом 7 – она равна 75 м. После чего находим глубину мёртвого пространства:

Мпр = Пп-Ппр = 400-75 = 325 м.

Если высота укрытия не превышает 1/3 высоты траектории, то глубину прикрытого и мёртвого пространства можно определить по формулам:

Пп = (Ву х 1000)/ μ

Мпр = ((Ву – Вц )х 1000)/ μ

где Пп – прикрытое пространство в метрах,

Мпр – мёртвое пространство в метрах,

Ву – высота укрытия в метрах,

Вц – высота цели в метрах,

μ – угол встречи в тысячных.

Для пулемётов на станках глубина прикрытого пространства может быть определена по углам прицеливания. Для этого необходимо установить прицел, соответствующий расстоянию до укрытия, и навести пулемёт в гребень укрытия. После этого, не сбивая наводки пулемёта, отметиться прицелом под основание укрытия. Разница между этими прицелами, выраженная в метрах, и есть глубина прикрытого пространства. При этом предполагается, что местность за укрытием является продолжением линии прицеливания, направленной под основание укрытия.

Знание величины прикрытого и мёртвого пространства позволяет правильно использовать укрытия для защиты от огня противника, а также принимать меры для уменьшения мёртвых пространств путём правильного выбора огневых позиций обстрела целей из оружия с более навесной траекторией.

Табличные данные траектории соответствуют нормальным условиям стрельбы.

За нормальные (табличные) условия приняты следующие.

а) Метеорологические условия:

– атмосферное (барометрическое) давление на горизонте оружия 750 мм рт ст.;

– температура воздуха на горизонте оружия +15°С;

– относительная влажность воздуха 50 % (относительной влажностью называется отношение количества водяных паров, содержащихся в воздухе, к наибольшему количеству водяных паров, которое может содержаться в воздухе при данной температуре);

– ветер отсутствует (атмосфера неподвижна).

б) Баллистические условия:

– масса пули, начальная скорость и угол вылета равны значениям, указанным в таблицах стрельбы;

– температура заряда +15°С;

– форма пули соответствует установленному чертежу;

– высота мушки установлена по данным приведения оружия к нормальному бою; высоты (деления) прицела соответствуют табличным углам прицеливания.

в) Топографические условия:

– цель находится на горизонте оружия;

– боковой наклон оружия отсутствует.

При отклонении условий стрельбы от нормальных может возникнуть необходимость определения и учёта поправок дальности и направления стрельбы.

С увеличением атмосферного давления плотность воздуха увеличивается, а вследствие этого увеличивается сила сопротивления воздуха, уменьшается дальность полёта пули. Наоборот, с уменьшением атмосферного давления плотность и сила сопротивления воздуха уменьшаются, а дальность полёта пули увеличивается. При повышении местности на каждые 100 м атмосферное давление понижается в среднем на 9 мм.

При стрельбе из стрелкового оружия на равнинной местности поправки дальности на изменение атмосферного давления незначительные и не учитываются. В горных условиях при высоте местности над уровнем моря 2000 м и более эти поправки необходимо учитывать при стрельбе, руководствуясь правилами, указанными в наставлениях по стрелковому делу.

При повышении температуры плотность воздуха уменьшается, а вследствие этого уменьшается сила сопротивления воздуха, увеличивается дальность полёта пули. Наоборот, с понижением температуры плотность и сила сопротивления воздуха увеличиваются, а дальность полёта пули уменьшается.

При повышении температуры порохового заряда, как правило, увеличиваются скорость горения пороха, начальная скорость и дальность полёта пули.

При использовании импортных сферических порохов, имеющих малый температурный градиент, при повышении температуры эти параметры практически не изменяются, а при понижении температуры заряда повышается полнота его сгорания и скорость пули, а значит и дальность её полёта увеличиваются.

При стрельбе в летних условиях поправки на изменение температуры воздуха и порохового заряда незначительные и практически не учитываются; при стрельбе зимой (в условиях низких температур) эти поправки необходимо учитывать, руководствуясь правилами, указанными в наставлениях по стрелковому делу.

При попутном ветре уменьшается скорость полёта пули относительно воздуха. Например, если скорость пули относительно земли равна 800 м/с, а скорость попутного ветра 10 м/с, то скорость пули относительно воздуха будет равна 790 м/с. С уменьшением скорости полёта пули относительно воздуха сила сопротивления воздуха уме. Поэтому при попутном ветре пуля полетит дальше, чем при безветрии.

Продольный (попутный, встречный) ветер на полёт пули оказывает незначительное влияние, и в практике стрельбы из стрелкового оружия поправки на такой ветер не вводятся. Например, продольный ветер скоростью 4 м/с при стрельбе из СВД на 1000 м потребует поправку дальности 5 м и высоты 17 см.

Боковой ветер оказывает давление на боковую поверхность пули и отклоняет её в сторону от плоскости стрельбы в зависимости от его направления: ветер справа отклоняет пулю в левую сторону, ветер слева – в правую сторону. Ветер, дующий под острым углом к плоскости стрельбы, оказывает одновременно влияние и на изменение дальности полёта пули и на боковое её отклонение.

Изменение влажности воздуха оказывает незначительное влияние на плотность воздуха и, следовательно, на дальность полёта пули, поэтому оно не учитывается при стрельбе.

При стрельбе с одной установкой прицела (с одним углом прицеливания), но под различными углами места цели в результате ряда причин, в том числе изменения плотности воздуха на разных высотах, а, следовательно, и силы сопротивления воздуха, изменяется величина наклонной (прицельной) дальности полёта пули.

При стрельбе под небольшими углами места цели (до ±15°) эта дальность полёта пули изменяется весьма незначительно, поэтому допускается равенство наклонной и полной горизонтальной дальностей полёта пули, т. е. неизменность формы (жёсткость) траектории (ил. 4).

Ил. 4. Жёсткость траектории

При стрельбе под большими углами места цели наклонная дальность полёта пули изменяется значительно (увеличивается), поэтому при стрельбе в горах и по воздушным целям необходимо учитывать поправку на угол места цели, руководствуясь правилами, указанными в наставлениях по стрелковому делу.