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.
Независимо от того, с какой начальной скоростью пуля покинула оружие, она теряет высоту с постоянным ускорением силы тяжести — 9,8 м/с2. С таким же ускорением падает на землю и любой другой предмет (например, стреляная гильза). Потеря высоты вычисляется по формуле: Н = 0,5 х 9,8t2, где Н — уменьшение высоты, t — время. Для первых пяти секунд проседание в метрах равно соответственно: 4,9/19,6/44,1/78,4/122,5.
Баллистический коэффициент — количественная мера обтекаемости пули. Он вычисляется по формуле:
БК = К( (D2 – D1) / (√V1 - √V2) ), где
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.
Чем тяжелее пуля, тем большей кинетической энергией она будет обладать, тем легче она будет преодолевать сопротивление воздуха и дольше сохранять свою скорость.
Способность пули сохранять свою скорость зависит не просто от ее веса, а от отношения веса к площади, встречающей сопротивление воздуха. Поперечной нагрузкой называется отношение веса пули к площади ее максимального поперечного сечения. Этот показатель возрастает с весом пули и уменьшением ее калибра. При одинаковом калибре поперечная нагрузка будет больше у длинной пули по сравнению с короткой. Пуля с большей поперечной нагрузкой имеет большую дальность полета и более отлогую траекторию. Однако существует предел увеличения поперечной нагрузки. Это связано с тем, что с увеличением массы пули увеличивается отдача оружия. Кроме того, на длинную пулю сильнее воздействует опрокидывающий момент набегающего потока воздуха. С учетом этих факторов и находится оптимальная форма пули.
Передо мной — коробка из-под патронов, произведенных германской фирмой Dynamit Nobel в городе Тройсдорф. Патроны калибра .300 Win. Mag. с полуоболочечной «круглоголовой» пулей массой 170 гран (11 граммов). На крышке небольшая баллистическая табличка для стрельбы из ствола длиной 60 см. Вот две ее первые строчки.
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.
Если такой же расчет сделать для участка 200-300 метров, то обнаружится, что там сила сопротивления воздуха снизится до 7,15 кг. Это показывает, что чем ближе скорость пули к скорости звука, тем меньше сопротивление воздуха. Кроме скорости пули, на сопротивление воздуха решающее влияние оказывает и площадь ее поперечного сечения. Так пулю калибра .223 Remington, имеющую массу 3,6 г (Pointed Soft Point) и близкую начальную скорость (972 м/с), в начале траектории воздух тормозит с силой 5,5 кг.
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.
При выстреле сила пороховых газов отбрасывает оружие и пулю в разные стороны. Они начинают двигаться одновременно с ускорением обратно пропорциональным их массам. Подчеркнем, что движение оружия назад начинается, как только пуля начнет выходить из дульца гильзы. Поскольку отдача оружия воспринимается плечом стрелка в точке, лежащей ниже оси канала ствола, образуется момент силы, подбрасывающий ствол вверх.
Оружие с пулей, разгоняющейся по стволу, начинает движение вверх, отклоняясь от линии прицеливания (той линии, на которой находился ствол при прицеливании). Разница в положении ствола при прицеливании и в момент выхода пули из ствола называется углом вылета. Для точной стрельбы совершенно необходимо, чтобы этот угол при каждом выстреле был постоянным. Для этого нужно очень точно воспроизводить стрелковую изготовку в мельчайших деталях. Это относится к положению оружия на упоре, месту левой руки, силе, с которой оружие прижимается к плечу, характеру обработки спуска и т.п.
Поскольку у прикладов оружия есть боковой отвод, при отдаче появляется момент силы, отбрасывающий стволы влево. В результате оружие подбрасывается не строго вверх, а вверх и влево. Именно от этого движения оружия и страдает скула стрелка. Не прижимать ее к верхнему гребню приклада нельзя, поскольку это — дополнительная точка фиксации приходится терпеть.
Дистанция, м 0 50 100 150 200 250 300 Скорость, м/с 955 901 850 800 752 706 661