Что такое поперечная нагрузка
Что такое поперечная нагрузка
Однако в действительности дело обстоит еще сложнее.
Вес, масса, инерция у более крупного снаряда больше. Но зато и поверхность, на которую действует сопротивление воздуха, у него тоже больше. А чем эта поверхность больше, тем, разумеется, больше и сопротивление воздуха полету такого снаряда: в этом случае воздух давит на большую площадь (рис. 148).
Выходит, что способность снаряда сохранять свою скорость зависит не просто от его веса, а от отношения веса к площади, встречающей сопротивление воздуха, – иными словами, от той нагрузки, которая приходится на каждый квадратный сантиметр площади поперечного сечения снаряда.
Рис. 148. Площадь поперечного сечения снаряда увеличивается пропорционально квадрату его диаметра
Сравним теперь наши три снаряда.
Рис. 126. Наружный вид дистанционного взрывателя
А поперечная нагрузка 76–миллиметрового снаряда – 142 грамма на 1 квадратный сантиметр, вчетверо больше.
Рис. 149. Вот как «выросли» снаряды за последние 100 лет
Вот почему он и летит дальше, чем остальные.
Выгоднее всего, значит, увеличить вес снаряда, не увеличивая в то же время площади его поперечного сечения, то есть площади, на которую давит воздух.
Так на деле и поступают: на смену шаровым снарядам пришли продолговатые; и эти продолговатые снаряды делаются, по мере своего совершенствования, все длиннее и длиннее.
Заметно «подросли» снаряды за последние 100 лет!
Рис. 152. Действие силы сопротивления воздуха на летящий снаряд: пара сил, опрокидывающая снаряд
Оказывается, этому мешает все тот же воздух.
Рис. 153. Так летел бы в воздухе невращающийся продолговатый снаряд
Что такое поперечная нагрузка
ЛЕГКИЕ И ТЯЖЕЛЫЕ ПУЛИ. ПОПЕРЕЧНАЯ НАГРУЗКА ПУЛИ
Поперечной нагрузкой пули называется отношение веса пули к площади поперечного сечения ее цилиндрической части.
Основные данные легкой пули образца 1908 г. и тяжелой пули образца 1930 г.
Пули с большой поперечной нагрузкой имеют меньшую начальную скорость, чем легкие пули, при одном и том же максимальном давлении в стволе. Поэтому на малых дальностях стрельбы легкая пуля дает более настильную траекторию, чем тяжелая пуля (схема 118). Однако с увеличением поперечной нагрузки уменьшается ускорение силы сопротивления воздуха. А так как ускорение силы сопротивления воздуха действует в направлении, обратном скорости пули, то пули с большей поперечной нагрузкой медленно теряют скорость под влиянием сопротивления воздуха. Так, например, отечественная тяжелая пуля на дальности более 400 м имеет более настильную траекторию, чем легкая пуля (см. схему 118).
Схема 118. Траектории легкой и тяжелой пуль при стрельбе на различные дальности
Немалое значение имеет и то, что тяжелая пуля имеет конический хвостовик и ее аэродинамика на низких скоростях более совершенна, чем аэродинамика пули легкой (см. ранее).
Время полета пули, с
Для обычных пехотных винтовок, из которых стрельба мало подготовленными стрелками, как правило, ведется на дистанциях до 400 м, стрельба легкими пулями будет практичной, ибо на этой дистанции траектория легкой пули будет более настильной, а следовательно, более результативной. Но для снайперов и пулеметчиков, которым надо достать цель на 800 м (а пулеметчикам и дальше), более целесообразна и результативна стрельба именно тяжелыми пулями.
Для лучшего уяснения процесса приведем баллистическое толкование схемы 118. Чтобы при стрельбе на дистанции 200 м тяжелая пуля попала в ту же точку, что и легкая, ей надо придать при выстреле больший угол возвышения, то есть «приподнять» траекторию практически на один-два сантиметра.
Если винтовка пристреляна легкими пулями на дистанции 200 м, тяжелые пули в конце дистанции пойдут сантиметра на полтора-два ниже (если прицел установлен для стрельбы легкими пулями). Но на дистанции 400 м скорость легкой пули уже падает быстрее, чем скорость пули тяжелой, которая имеет более совершенную аэродинамическую форму. Поэтому на дистанции 400-500 м траектории и точки попадания обеими пулями совпадают. На более дальних дистанциях легкая пуля еще более теряет скорость по сравнению с тяжелой. На дистанции стрельбы 600 м легкая пуля попадает в ту же точку, что и тяжелая, если ей при выстреле придать больший угол возвышения. То есть теперь надо поднимать траекторию уже при стрельбе легкой пулей. Поэтому при стрельбе из винтовки, пристреляной тяжелыми пулями, на дистанции 600 м легкие пули пойдут ниже (реально на 5-7 см). Тяжелые пули на дальностях стрельбы свыше 400-500 м имеют более настильную траекторию и большую кучность, поэтому они более предпочтительны для стрельбы по отдаленным целям.
Утяжеление пули образца 1930 г. выполнено за счет удлиненного носика и конусообразной хвостовой части (б на схеме 119). Легкая пуля образца 1908-1930 гг. имеет в хвостовой части коническое углубление- Наличие этого внутреннего конуса (а на схеме 119) создает выгодные условия для обтюрации пороховых газов, так как хвостовая часть пули от давления газов расширяется по диаметру и плотно прижимается к стенкам канала ствола.
Схема 119. Легкая и тяжелая пули:
Это обстоятельство позволяет увеличить срок службы ствола, потому что легкая пуля хорошо врезается в нарезы, прижимается к ним и получает вращательное движение даже при очень незначительной высоте нарезов. Таким образом, внутренний полый конус легкой пули при ее меньшей массе и инертности повышает живучесть стволов.
По этой же причине стрельба легкой пулей из старых винтовок с изношенными стволами получается точнее и результативнее, чем стрельба тяжелыми пулями. Тяжелая пуля при прохождении старого ствола «счесывается» неровностями раковин от ржавчины и разгара, как напильником, уменьшается в диаметре и при выходе из ствола начинает «гулять» в нем. Легкая пуля постоянно расширена в стороны своей конусной юбкой и во время работы в стволе прижата к его внутренним стенкам.
Запомните: стрельба легкой пулей повышает живучесть стволов вдвое. Из новых стволов качество стрельбы (кучность боя) получается лучше при стрельбе тяжелой пулей. Из старых, изношенных стволов качество стрельбы получается лучшим при стрельбе легкой пулей с внутренним конусом хвостовой части.
Легкие пули имеют преимущество настильной траектории до дальности 400-500 м. Начиная с дальности 400-500 м и больше тяжелая пуля имеет преимущества во всех отношениях (энергия пули больше, рассеивание меньше и настильнее траектория). Тяжелые пули меньше отклоняются деривацией и ветром, настолько меньше, насколько больше они весят по сравнению с легкой пулей (примерно на 1/4). На дистанциях свыше 400 м вероятность попадания при стрельбе тяжелой пулей втрое больше, чем при стрельбе легкой пулей.
При пристрелке на дистанции 100 м тяжелые пули идут на 1-2 см ниже, чем легкие.
Носик (вершина) тяжелой пули образца 1930 года окрашивается в желтый цвет. Легкая пуля образца 1908 г. особых отличительных знаков не имеет.
Потеря высоты пули, поперечная нагрузка, вращение и деривация,
или Всё о баллистике
Скорость движения пули в момент вылета из канала ствола называется начальной скоростью. В действительности, на расстоянии еще нескольких сантиметров от дульного среза пуля продолжает разгоняться пороховыми газами.
Для простоты эту максимальную скорость обычно и называют начальной. Чем выше начальная скорость пули, тем выше и ее начальная энергия, которая равна половине произведения массы пули на квадрат ее скорости. С увеличением начальной скорости пули и ее дульной энергии увеличивается дальность стрельбы, становится более отлогой траектория, значительно изменяется воздействие внешних факторов на ее полет, увеличивается ее поражающее действие.
Потеря высоты пули, поперечная нагрузка, вращение и деривация, или Всё о баллистике
ПОТЕРЯ ВЫСОТЫ (ПРОСЕДАНИЕ ПУЛИ)
БАЛЛИСТИЧЕСКИЙ КОЭФФИЦИЕНТ
Баллистический коэффициент — количественная мера обтекаемости пули. Он вычисляется по формуле:
D2h D1 — дистанции, V1 и V2 — соответствующие скорости пули, К — коэффициент пропорциональности, зависящий от атмосферных условий (температуры, давления и влажности). Для стандартных условий К=0,00528.
Если за сто метров полета скорость пули снизится от 935 до 732 м/с, то БК=0,15. Теория и тщательные экспериментальные исследования показали, что наиболее обтекаемой формой пули является сигарообразная. БК только в зависимости от профиля головной части пули может изменяться в полтора-два раза. Подробное изучение влияния формы пули на ее полет показывает, что для каждой скорости полета существует своя оптимальная форма. Существенно, что пули с высоким БК меньше сносятся боковым ветром. В табличке приведены величины бокового сноса (см) ветром, дующим со скоростью 3 м/с, двух пуль одинаковой массы и калибра, но разной формы: цилиндрической со сферической головкой (БК=0,240) и сигарообразной с острым носиком (БК=0,501). Начальная скорость обеих пуль 900 м/с.
Дистанция, м 200 400 600 800 1000
Пуля с БК=0,240 11,63 55,44 146,98 282,60 451,02
Пуля с БК=0,501 5,14 22,12 53,99 104,62 178,22
Видно, что ветровой снос обеих пуль нелинейно увеличивается с ростом дистанции, и пуля с лучшей аэродинамической формой (большим БК) сносится ветром на значительно меньшее расстояние.
ПОПЕРЕЧНАЯ НАГРУЗКА
Чем тяжелее пуля, тем большей кинетической энергией она будет обладать, тем легче она будет преодолевать сопротивление воздуха и дольше сохранять свою скорость.
СИЛА СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОЗДУХА
Дистанция, м 0 50 100 150 200 250 300 Скорость, м/с 955 901 850 800 752 706 661
За первые 100 м дистанции скорость пули уменьшается на более чем 100 м/с, а за 300 м убывает на треть! Разве это не удивительно? Ведь воздух кажется нам почти бесплотным, а тело пули — идеально обтекаемым. Дело в том, что пуля имеет дульную скорость почти втрое большую, чем скорость распространения звука в воздухе (330 м/с при нормальных условиях).
Напомним, что эта скорость по сути дела — усредненная скорость движения образующих воздух молекул. По этой причине тела, движущиеся со скоростями, превышающими скорость звука в воздухе, гонят перед собой уплотненный слой воздуха.
Кроме того, позади быстро летящей пули образуется область разряжения, которая тянет пулю назад. Из-за этих явлений и происходит интенсивная потеря скорости. Из табличных данных скоростей на разных дистанциях и закона Ньютона легко вычислить силу, с которой воздух сопротивляется движению пули. Она равна произведению массы пули на величину ускорения (в нашем случае это замедление). Оставляя читателю самому проверить незатейливую арифметику, удивимся величине силы в 10,5 кг.
ВРАЩЕНИЕ ПУЛИ НА ТРАЕКТОРИИ И ДЕРИВАЦИЯ
Очевидно, что для точной стрельбы нужно стабилизировать полет пули. Простейшую и естественную стабилизацию осуществляет масса пули. Чем она выше, тем стабильнее она сохраняет направление на траектории. Еще одним универсальным способом является аэродинамическая стабилизация. Она реализуется с помощью специальной геометрии пули, которая автоматически восстанавливает исходное положение оси пули при случайном отклонении ее носовой части.
Таким образом стабилизируются стрелы, мины, авиационные бомбы. Однако в ручном огнестрельном оружии сегодня наиболее эффективно применяется гироскопическая стабилизация. Ее суть в придании пуле вращения за счет винтовых нарезов в канале ствола. Любое вращающееся тело стремится сохранить направление оси вращения. Это стремление пропорционально скорости вращения, массе вращающегося тела и квадрату его радиуса.
Но поскольку траектория — не прямая линия, а приближающаяся к параболе, она все более и более отклоняется вниз от направления оси вращения пули в момент ее вылета из ствола. Аэродинамический поток постоянно стремится приподнять головную часть пули. Чтобы пуля не встретилась с целью боком, необходимо изменить положение оси ее вращения так, чтобы она совпала с касательной к траектории.
Вот с этой задачей и должно справляться правильное распределение массы пули вдоль ее оси. Чтобы набегающий воздух не опрокинул пулю, она должна иметь центр тяжести, смещенный вперед по отношению к геометрическому центру. В этом случае говорят о положительной стреловидности. Относительно легкая, но более длинная задняя часть пули будет создавать больший и противоположно направленный момент вращения, по сравнению с передней частью.
Если пуля будет иметь слишком большую скорость вращения (в этом случае можно говорить, что она будет перестабилизирована), стреловидность не сможет обеспечить стабильный полет, пуля будет опрокинута и начнет кувыркаться. У продольного вращения пули есть еще один негативный момент. Из-за постоянного и прогрессирующего проседания под нижней частью пули воздух уплотняется. Возникает разность в силах трения в верхней и нижней части пули. В результате пуля постепенно начинает отклоняться вправо (при правых нарезах). Это явление называется деривацией.
По мере удаления пули от дульного среза деривационное отклонение прогрессивно растет. Увеличивается оно и с ростом скорости вращения пули. При дальности стрельбы в 300 метров из винтовки СВД деривационное отклонение составляет 2 см, а при 600 метров — 12 см.
Одна и та же пуля (например, Sierra Match King) массой 168 гран на дистанции стрельбы 1000 метров в зависимости от шага нарезов 14, 12 или 10 дюймов (с уменьшением шага нарезов скорость вращения пули возрастает) дает отклонение 25,30 и 37 см соответственно.
Источник: Журнал «Охота и рыбалка XXI век»
Вопросы формы
Иногда по-европейски, иногда по-американски
Сначала мы займемся величиной, которая называется поперечной нагрузкой, а также поперечной плотностью. Поперечной нагрузкой называется отношение массы пули к площади поперечного сечения пули. Поперечная нагрузка выражает, сколько граммов приходится на квадратный сантиметр в зависимости от массы пули. Наряду с формой пули и скоростью пули, поперечная нагрузка значительно влияет на способность пули преодолевать сопротивление воздуха. Чем меньше масса пули по отношению к калибру, и, следовательно, чем меньше поперечная нагрузка, тем больше сопротивление воздуха оказывает тормозящее воздействие.
В результате по сравнению с более тяжелой пулей одинакового калибра и с одинаковой формой головной части может получиться менее настильная траектория. Соответственно, уменьшаются энергия у цели, глубина проникновения и пробивная способность. Для достижения дальнего выстрела в рамках других важных для траектории факторов в основном стремятся к высокой поперечной нагрузке. Конечно, возможности конструктивного оформления ограничены шагом нарезов, процессом нарастания давления газов и действием пули по цели. Можно исходить из того, что при одинаковом калибре более тяжелая пуля на дальней дистанции при попадании в цель обладает большей скоростью, чем более легкая пуля такого же калибра и с той же формой головной части.
Важный фактор для ВС
Собственно говоря, ВС является устаревшей альтернативой для функции сопротивления воздуха или функции лобового сопротивления (CW), которую обычно используют для оценки аэродинамики автомобилей и которая тоже играет важную роль для нахождения ВС.
В сущности, сегодня ВС еще находит применение только для пуль, что в основном объясняет то, что американцы работают с ним при указании своих характеристик пуль. На практике ВС является очень хорошим вспомогательным средством, если дело идет о выборе патрона, а также о переснаряжении патронов.
Даже новичку ясно, что пуля с удлиненной головной частью лучше пронизывает набегающий поток воздуха, чем чисто цилиндрическая пуля, у которой на лобовой стороне создается большая поверхность для сопротивления воздуху. Зато форма дна пули у сверхзвуковых винтовочных пуль играет существенно более незначительную роль, чем это отчасти воспринимается стрелками. Корма подводной лодки или кормовая часть торпеды уменьшают диаметр задней части, на которую действует кормовой подсос.
Так как все-таки давление на вершинку пули в области сверхзвуковых скоростей огромное, то торможение, возникающее в районе ее донной части, то есть донное сопротивление, действительно практически не играет значительной роли. Из-за внезапного уплотнения воздуха пуля создает такого же рода волны, как это делает быстро плывущий корабль в воде. При этом различают головную и донную волны. Решающее значение для формы и размеров волн имеют скорость, а также форма пули.
Что происходит при полете пули?
Позади дна пули образуется сильно разреженное пространство, в которое устремляется воздух, уплотненный вершинкой пули и пронесшийся по поверхности оболочки пули. Поэтому и в донной части возникает сильное сопротивление воздуха. Суммарное сопротивление воздуха складывается из давления, действующего фронтально на головную часть пули, и подсоса, возникающего в донной части пули. Трение воздуха по боковой поверхности оболочки пули у небольших охотничьих и целевых спортивных пуль, которые применяются в наших винтовках, ввиду экстремально короткого времени полета не играет никакой значительной роли и поэтому им можно пренебречь.
Оживальная часть пули, как важный фактор
Решающее значение для фактора формы имеет размер радиуса оживала пули. Обычно его выражают в калибрах и, таким образом, получают радиус головной части пули. Если оживальная часть переходит в цилиндрическую ведущую часть пули плавно без углового участка, то мы говорим о тангенциальном оживале. Если оживальная часть образует с цилиндрической частью угол, то ее называют секущим оживалом. Преобладающая часть матчевых пуль, например, Lapua Scenar или Sierra Matchking, имеют тангенциальную оживальную часть.
Теоретически еще меньшим сопротивление воздуха, чем известные матчевые пули с далеко вытянутой вершинкой могли бы еще обладать только пули с формой головной части типа Haack, но это не подходит для коммерческого изготовления оболочечных пуль и, вероятно, не реализуемо. Оживальная часть пуль типа Haack была разработана математиком Вольфгангом Хааком (Wolfgang Haack, 1902-1994) в 1940-е годы для военных целей, как идеальная форма для тел с пониженным сопротивлением воздуха при сверхзвуковых скоростях.
Собственно, чтобы проверить все эти факторы, нужно понести значительные расходы и при этом, вероятно, нужно было бы еще учитывать довольно высокий фактор выносливости. На практике за нас эту проблему принимают на себя производители пуль и указывают баллистический коэффициент. Все же при этом нужно учитывать, что со стороны производителя эти данные зачастую возможно рассчитаны несколько «оптимистично».
ВС ничего не говорит о поражающем действии пули по цели. Однако именно раневое действие пули самый важный фактор в охотничьей практике. Следовательно, при производстве винтовочных патронов для охоты ВС только одна из важных величин. Особое значение он может иметь только для патронов с высокой настильностью траектории. Однако при этом постоянно приходится искать компромисс между поражающим действием по цели и ВС. Следовательно, при охоте пуля с высоким ВС не неизбежно лучше, чем пуля с более низким ВС.
Ханс Хайгель (Hans J. Heigel)
Перевод Николая Ежова
DWJ, №4/12
Нагрузка поперечная у снаряда
НАГРУЗКА ПОПЕРЕЧНАЯ У СНАРЯДА, т.-е. вѣсъ его, приходящійся на единицу площади его поперечн. сѣченія, входитъ въ знаменатель выраженія для ускоренія силы сопр-ленія воздуха при полетѣ въ немъ снаряда; поэтому это ускореніе твмъ меньше, чѣмъ больше поперечн. Н. Продолгов. снаряды, при одномъ калибрѣ съ шаровыми, обладаютъ бо́льшимъ вѣсомъ, а поэтому и большею попереч. Н. въ 3—4 раза, въ зав-сти отъ длины. У сферич. снарядомъ попереч. Н. увеличивается съ увеличеніемъ клб., а у продолг. снарядовъ одинак. клб. попереч. Н. возрастаетъ съ длиною; поэтому болѣе длин. снарядъ, при полетѣ въ воздухѣ, теряетъ въ ск-сти меньше, чѣмъ короткій; это обусловило появленіе снарядовъ до 4 1 /2—5 клб. длиною. Попереч. Н. для подобныхъ по очертаніямъ снарядовъ изь одинак. матеріала возрастаетъ пропорц-но калибру, т. к. въ выраженіи попереч. Н.: P/(πR 2 ), гдѣ P — вѣсъ снаряда, πR 2 — плошадь его поперечн. сѣченія, числитель возрастаетъ пропорц-но кубу клб., знаменатель — пропорц-но квадрату его. Поэтому крупнокалиберн. снаряды меньше теряютъ въ ск-сти при полетѣ въ воздухѣ сравнит-но со снарядами мал. клб. Поперечн. Н., вмѣстѣ съ начал. ск-стью, имѣетъ больш. вліяніе на отлогость траекторіи, особенно при стрѣльбѣ на больш. дис-ціи. Снаряды мал. клб. и, особенно, руж. пули, обладая, вообще, небольшою попереч. Н., требуютъ именно въ этихъ видахъ ея увеличенія путемъ удлиненія. 3-лн. пуля при длинѣ 4 клб. обладаетъ поперечной Н. около 0,5 фн., а 14-дм. снарядъ — ок. 8 фн. на кв. дм.
Смотреть что такое «Нагрузка поперечная у снаряда» в других словарях:
Вес снаряда — приходящийся на единицу площади поперечного сечения, представляет собою отношение веса снаряда Р. к его площади сечения πR2 (R калибр) и выражается дробью Р/(πR2), эта величина для сокращения называется иногда просто поперечною нагрузкою снаряда … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Нарезная артиллерия — НАРѢЗНАЯ АРТИЛЛЕРІЯ, современ. артиллерія, вооруженная Н. орудіями. Появленіе 1 хъ образцовъ Н. орудій относится къ 40 мъ гг. XIX ст. (см. Нарѣзное оружіе) и связано съ давнишн. стремленіемъ арт ристовъ къ введенію продолговат. снаряда, к рый… … Военная энциклопедия
Суста́вы — (articulationes; синоним сочленения) подвижные соединения костей скелета, которые участвуют в перемещении отдельных костных рычагов относительно друг друга, в локомоции (передвижении) тела в пространстве и сохранении его положения. Различают… … Медицинская энциклопедия
Разрушительное действие снарядов* — может быть: 1) ударное, целым снарядом, и 2) разрывное, которое бывает двух видов: фугасными действие упругостью газов разрывного заряда, и картечным поражение частями (осколки, пули) снаряда. Следствием удара целым снарядом в поражаемый предмет… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Разрушительное действие снарядов — может быть: 1) ударное, целым снарядом, и 2) разрывное, которое бывает двух видов: фугасными действие упругостью газов разрывного заряда, и картечным поражение частями (осколки, пули) снаряда. Следствием удара целым снарядом в поражаемый предмет… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Валентайн (танк) — У этого термина существуют и другие значения, см. Валентайн … Википедия
Бронебойный оперённый подкалиберный снаряд — В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете … Википедия
Окончательная скорость — (артил). скорость снаряда в точке падения; при движении снаряда в воздухе (вообще в сопротивляющихся средах) она всегда бывает меньше начальной скорости; разница между этими двумя скоростями выразит потерю скорости, зависящую от силы… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона