Внутренняя баллистика

 

Внутренняя баллистика гладкоствольного ружья несколько отличается от нарезного (например, винтовки, штуцера).

Если максимальное рабочее давление пороховых газов у современных винтовочных патронов может быть в пределах от 1500 до 4000 атм, а дульные давления от 200 до 450 атм, то у дробового ружья 12-го калибра в первой трети канала ствола при лучших современных патронах, снаряженных дробовым бездымным пироксилиновым порохом, оно равно 400-450 атм, а дульные давления -50 - 80 атм.

Если начальная скорость, развиваемая винтовочными и нитроэкспрессными патронами, равна 800-1000 м/сек, то начальная скорость современных дробовых патронов лежит в пределах 400-425 м/сек.

В пулевом оружии большая скорость полета снаряда дает много преимуществ: более отлогую траекторию, большое пробивное действие и большой гидродинамический эффект.

В дробовом оружии скорость полета дроби и0, составляющая более 425 м/сек, нецелесообразна, так как с чем большей скоростью вылетает дробь из дульного среза ствола, тем большее сопротивление воздуха она встречает. Дробь, имеющая не выгодную в баллистическом отношении форму (даже идеального шара) при скоростях V0 более 425 м/сек, резко теряет скорость полета на предельных дистанциях действительного дробового выстрела в 40-50 м.

Таким образом, разница в начальных скоростях полета дроби v0=375 м/сек и v0=425 м/сек почти неощутима на расстоянии 35-40 м от дульного среза.

Кроме того, большие скорости полета резко понижают кучность боя, особенно при стрельбе мягкой дробью, которая больше деформируется при прохождении по каналу ствола во время выстрела. Для стрельбы на скоростях дробового снаряда v0=425 м/сек необходима твердая дробь, покрытая к тому же и слоем еще более твердого металла - меди или никеля

Также нецелесообразна стрельба свинцовыми пулями без оболочки как из гладкоствольного, так и нарезного оружия при начальных скоростях V0 более 450 м/сек, так как при этом происходит оплавление пули от сильного трения (большой скорости) и пуля срывается с нарезов.

Давление пороховых газов в различных точках канала ствола дробового ружья

Рис. 299. Кривая давлений и кривая скоростей бездымного пироксилинового пороха в стволе дробового ружья

Кривая давлений пороховых газов современного бездымного пластинчатого пироксилинового пороха и скорость прохождения снаряда в стволе 12-го калибра даны на рис. 299. Давления в патроннике ружья 12-го калибра обычно составляют 400-450 кг/см2; 16-го калибра - 450-500 кг/см2 и 20-го калибра -500-550 кг/см2 при скоростях полета дроби не менее 400 м/сек Дымный порох, как правило, дает большие дульные давления и меньшую скорость полета дроби (v0=360 м/сек).

Давления в ружье 12-го калибра: Таблица 47

Зависимость давления пороховых газов от веса снаряда дроби

Давление пороховых газов в стволе находится в зависимости от следующих факторов.

1. Увеличение веса снаряда дроби на 1 г при дымном порохе вызывает увеличение давлений: Таблица 48

 

Калибр	12	16	20
Давление в атм.	7,2	8,4	10

При этом увеличение давлений почти не зависит от сорта дымного пороха. Естественно, что уменьшение веса снаряда дроби ведет к уменьшению давлений.

2. Бездымный порох в зависимости от сорта, качества снаряжения патронов, а также качества других элементов (пыжей, однообразных капсюлей) повышает давление в патроннике дробового ружья при увеличении веса снаряда дроби на 1 г при скоростях полета дроби и0 = 400 м/сек следующим образом (в кг/см2):

Таблица 49

Порох	Калибр
	12	16	20
"Сокол Р"	12-18	18-27	25-40

3. Твердая, так называемая каленая, дробь повышает давление пороховых газов примерно на 15% больше, чем мягкая, изготовленная из чистого свинца.

4. Мощность капсюля дает разницу в давлениях пороховых газов на 100 атм и более.

5. Диаметр гильзы по отношению к размерам патронника оказывает также заметное влияние на давление пороховых газов. Гильзы, которые свободно, с большим зазором, входят в патронник, дают меньшие давления, чем гильзы, хорошо пригнанные по патроннику и довольно плотно прилегающие к его стенкам в момент выстрела. Уменьшение давлений из-за прорыва газов, по причине плохой обтюрации, отрица тельно сказывается на скорости полета дроби.

Изменение скоростей полета дроби при изменении веса снаряда на 1 г 

Увеличение веса снаряда дроби на 1 г уменьшает скорость полета дроби по сравнению с первоначальной следующим образом (в м/сек):

Уменьшение веса снаряда увеличивает скорость на величины, указанные в таблице

Таблица 50

Изменение давления скоростей при увеличении навески заряда пороха  

Если в ружье любого калибра увеличить заряд дымного пороха на одну десятую часть веса нормального заряда (дающего v0=360 м/сек), то скорость увеличивается: при обыкновенном порохе до 20 м/сек; при отборном - до 23м/сек.

Заряд дымного пороха, увеличенный на 0, 1 г, повышает начальную скорость примерно так: Таблица 51

Пулевые патроны для нарезного охотничьего и спортивного оружия и их важнейшие характеристики

Ствол винтовки и винтовочные патроны

Длина ствола и калибр в странах, где принята метрическая система мер, измеряются в миллиметрах. В Англии и США длина ствола выражается в дюймах, а калибр - в тысячных (1/1000) и сотых (1/100) долях дюйма.

В стволах нарезного оружия следует различать калибр между полями (диаметр между полями) от калибра нарезки, т. е. диаметра между углублениями нарезов.

Из этих данных можно вычислить глубину нарезки по формуле:

Глубина нарезки = (калибр нарезки-калибр между полями)/2

Нарезное охотничье оружие, из которого стреляют свинцовыми пулями без оболочек, имеет более глубокую нарезку - от 0, 25 до 0, 50 мм. Для нарезного охотничьего оружия, предназначенного для стрельбы оболочечными и полу-оболочечными пулями, глубина нарезки может быть в пределах от 0, 075 до 0, 14 мм, а у крупных калибров полуоболочечных пуль (более 9 мм) глубина нарезки доходит до 0, 16.

Причем следует отметить, что глубина нарезки спортивного и охотничьего оружия обычно мельче, чем у армейского.

Число нарезов у охотничьего оружия - четыре-семь. Нарезы бывают на всем протяжении канала ствола постоянной и прогрессивной крутизны, т. е. по мере приближения к дульному срезу их крутизна постепенно увеличивается.

Крутизна зависит от калибра, начальной скорости, материала и веса пули; чем больше калибр, начальная скорость и вес пули, тем положе нарезы.

Обычно нарезы имеют правое вращение, но бывают и левого вращения (английское оружие Фосса и др. ).

До сих пор нет общей единой международной терминологии для обозначения калибра нарезного оружия, и в разных странах он обозначается по-разному.

Так, например, в Советском Союзе калибр обозначают размером по полям, т. е. номинальный размер по полям, без учета допуска на изготовление.

Так как наши охотники в большинстве случаев используют пулевые патроны к нарезному охотничьему оружию и оружие немецкого производства, то следует на этом остановиться подробнее.

До настоящего времени в Германии нет общей терминологии для обозначения калибров, и их величина обозначается у одних - по диаметру нарезов, у других - по диаметру поля. Например, 9, 3 мм обозначает калибр - диаметр по нарезам, а калибр 7 мм - по диаметру поля. Некоторые калибры обозначаются неточно, например калибр 6, 5 мм (по полям) обозначают калибром 7 мм (по нарезам, диаметр которых почти равен 7 мм).

В Германии существует два калибра 8 мм, которые надо отличать один от другого.

1) калибр, считающийся нормальным, минимальный диаметр по полям равен 7, 80 мм, минимальный диаметр по нарезам равен 8, 07 мм; патроны применяются 8x57, 8x60 и т. д.;

2) калибр S, или магнум: минимальный диаметр по полям равен 7, 89 мм, минимальный диаметр по нарезам- 8, 20 мм. Например, ствол 8 Х 57 и т. д. Данный калибр впоследствии стал называться 8 X57I и т. д.

Все эти патроны имеют приставку I.

Закон о стрельбе (1939-1940 гг. ) унифицировал спортивное оружие таким образом: минимальные величины ствола для патронов 8X57I, 8X60, 8X68, 8X75. Для тех же патронов с индексом I диаметр по полям должен быть равен 7, 89 мм и диаметр по нарезам - 8, 20 мм.

Эти два различных калибра - 8 мм - до сих пор не представляли серьезной опасности: например, в стволе 7, 80/8, 07 мм могут применяться патроны 8X57I или 8X57IК с пулями, у которых обнажен свинцовый наконечник, предназначенными для калибра 8 мм (7, 89/8, 20); oпатроны 8X60 магнум могут применяться в стволах 8X60 более узкого калибра.

Значительное повышение давления в обоих случаях в многозарядных ружьях (винтовках) не представляет серьезной опасности.

В ружьях же с откидными стволами (трехстволка и штуцер), имеющими стенки небольшой толщины, применение этих патронов ведет к большому риску и может даже вызвать разрывы стволов.

При применении патронов без бортиков с пулей S и пулей магнум давление газов невелико, так что ошибочное применение их в старых узких калибрах не представляет опасности. Это означает, что давления в стволе не превышают наивысшего давления, допустимого прочностью ствола.

Патроны с бортиками 8X57 R вообще не снаряжаются пулей S. Патроны 8X60 S магнум, для отличия от нормальных патронов 8X60, имеют накатку (гофрировку) бортика и следующий штамп (надпись) на этикетке упаковки: "Употреблять только в стволах 7, 89/8, 20".

Типом пули, определенным для обоих калибров 8 мм, является пуля RWS в оболочке.

В Германии для обозначения нарезных стволов охотничьего и спортивного оружия указываются два числа: первое из них означает калибр в мм, второе - длину гильзы в мм.

На стволах нарезного оружия немецкого производства, на донышке патрона и на их упаковке, кроме калибра и длины гильзы, указывается еще и наличие бортика. Например, 7X57R означает калибр 7 мм, длина гильзы - 57 мм, гильза с бортиком (рантом) - R. У патронов 8X57 IR (Infanterie - инфантери, т. е. пехотная) с рантом эти знаки служат для отличия от других патронов того же калибра и такой же длины гильзы, но другой формы пули, например 8X57/360.

В Англии нарезное охотничье оружие и патроны к нему обозначаются в тысячных долях дюйма.

В США калибр нарезного охотничьего оружия и патронов обозначается в сотых долях дюйма. Так, например, калибр 22 соответствует метрическому калибру 5, 6 мм (длинному патрону для малокалиберной винтовки).

Часто встречается в названиях патронов наименование фабрики или завода, выпустившего впервые определенный их тип: например, "32-Винче-стер", "35-Ремингтон", "45-Кольт" и т. д.

Часто среди патронов одного и того же калибра встречаются следующие отличительные признаки:

1) вес заряда дымного пороха в гранах (1 г равен 15, 4 грана, или 1 гран равен 0, 065г); например, 32-20 означает, что калибр равен 0, 32 дюйма (8, 1 мм) и заряд дымного пороха - 20 гран (1, 3 г). Такое обозначение заряда дымного пороха по традиции делают даже у патронов, которые впоследствии уже снаряжаются только нитропорохами: например, "25-35-Винчестер";

2) у многих американских патронов, кроме обозначений, приведенных выше, еще указывается и вес пули: например, 45-90-300. Это означает, что калибр равен 0, 45 дюйма (11, 6 мм), заряд дымного пороха 90 гран (6 г), вес пули 300 гран (20 г).

Некоторые немецкие винтовочные патроны, предназначенные для продажи на внешнем рынке, имеют, кроме метрического обозначения калибра, и калибр в дюймах. Эти обозначения следующие:

6, 5 мм мужской Шенауер 256

7 мм Маузер o 276

7, 65 мм Маузер 301

7, 9 мм (8 мм) 311 или 315

8 мм мужской Шенауер 315

10, 75 мм Маузер 423

Продолжительность развития выстрела

Промежуток времени с момента удара бойком по капсюлю до момента, когда снаряд (дробь, картечь или пуля) покинет дульный срез, называют продолжительностью развития выстрела.

Продолжительность развития выстрела у винтовочных патронов с высокой дульной скоростью пули составляет около 0, 002 сек., а у дробных патронов - около 0, 003 сек.

Увеличение продолжительности развития выстрела в два-три раза против нормы уже становится заметным для опытных спортивных стрелков дробью.

Сорта дымного охотничьего пороха "Медведь" и "Олень" при нормальных навесках заряда и снаряда дают продолжительность развития выстрела от 0, 0038 до 0, 0045 сек.

Бездымный порох марки "Сокол Р" дает продолжительность развития выстрела при нормальных навесках заряда и снаряда несколько выше норматива.

О Плотности заряжания

В дробовом оружии под плотностью заряжания понимается усилие сжатия пороха картонной прокладкой и войлочными пыжами.

Известно, что однообразие плотности заряжания дробовых патронов можно получить при помощи пружинного навойника, а фиксировать достигнутую плотность заряжания нужно закруткой свободного края бумажной гильзы.

Из баллистики известно, что плотность заряжания имеет первостепенное значение в превращении пороха в газы и оказывает влияние на все остальные, важные в баллистическом отношении, величины (давление у казенного среза, точка пики давления, дульное давление, продолжительность развития выстрела), а также воздействует на процессы, происходящие вне ствола огнестрельного оружия (дульное пламя, дульный огонь, отдача, скорость полета дроби, кучность дробового снаряда).

Все сорта бездымного пороха при сильно пониженной плотности заряжания воспламеняются медленно, а отсюда - неполное использование заряда, затяжные выстрелы, дульный огонь и даже "плевки".

Опытами установлено следующее усилие, потребное для наивыгоднейшей плотности заряжания бездымных порохов, применяемых для стрельбы дробью:

Таблица 53

Порох "Кречет" даже и при этих условиях плохо сгорает и дает высокое дульное давление.

Подбором зерен пороха с одинаковой степенью пористости и одним и тем же размером, плотностью заряжания, степенью форсирования войлочных пыжей и картонной прокладки, подбором мощности капсюля можно полностью устранить дульный огонь. Уменьшение дульного огня в первую очередь зависит от качества пороха.

При соблюдении указанных выше условий порох дает одинаково короткий и четкий по звуку выстрел, а баллистические показатели от выстрела к выстрелу получаются более постоянными.

Процессы у дула

Трение, которое образуется при движении по стволу снаряда дроби, пыжей или пули, внезапно прекращается, как только они покидают дульный срез. В этот момент пороховые газы действуют на снаряд дроби и на пыжи отрицательно, так как сообщают им дополнительный толчок и расстраивают снар яд др оби.

Естественно, чем меньше дульное давление пороховых газов, тем более постоянным будет бой ружья от выстрела к выстрелу и тем слабее будет отдача.

Но дульное давление, равное нулю, тоже отрицательно сказывается на результате выстрела. В этом случае снаряд дроби не будет получать ускорения (нарастания скорости) в последней трети канала ствола, отчего понижается начальная скорость полета дробового снаряда.

В результате многочисленных исследований установлено, что дульное давление пороховых газов в дробовом ружье должно быть в пределах от 1/8 до 1/10 среднего давления у казенного среза.

Для бездымного дробового пороха хорошего качества дульное давление почти во всех калибрах не должно превышать 40-50 атм.

Дымный порох марок "Олень" и "Медведь" дает дульное давление в пределах 85-95 кг/см2 при средних давлениях у патронника 300-325 атм (в 12-м калибре).

Бездымный дробовой порох марки "Сокол Р" дает дульное давление от 80 до 90 атм (в 16-м калибре). Дульное давление бездымного пороха в два раза выше нормы, что, бесспорно, снижает качество выстрела.

Во время стрельбы бездымным порохом при некоторых выстрелах у дула ружья появляются "дульный огонь" и пламя из дула.

Пламя из дула, большей частью с тёмнокрасными языками, отличается от яркого огня, получающегося при неполном сгорании пороха, - "дульного огня", который возникает на небольшом расстоянии от дула и сопровождается громким, раскатистым звуком.

Причиной "дульного огня" может быть:

а) несоответствие толщины зерен бездымного пороха условиям его практически полного сгорания в канале ствола дробового ружья;

б) усыхание пыжей и, следовательно, уменьшение их в диаметре;

в) пропитывание осалкой пыжа части заряда пороха, прилегающего к пыжу;

г) малая мощность капсюля;

д) плохое качество прокладки на порох;

е) малая плотность заряжания.

Появление дульного огня обычно наблюдается при затяжных выстрелах и, помимо резкого снижения скоростей полета дроби, представляет известную опасность для канала ствола, так как переносит точку максимального давления ближе к его середине.

(Хотя этот вопрос относится к внешней баллистике, но для удобства пользования книгой включаем его в этот раздел.)