Balistika je nauka o kretanju, letu i efektima projektila. Podijeljen je u nekoliko disciplina. Unutrašnja i vanjska balistika bavi se kretanjem i letom projektila. Prijelaz između ova dva moda naziva se srednja balistika. Terminalna balistika se odnosi na udar projektila, a posebna kategorija pokriva stepen oštećenja mete. Šta proučava unutrašnja i eksterna balistika?
Oružje i projektili
Topovski i raketni motori su vrste toplotnih motora, koji delimično pretvaraju hemijsku energiju u pogonsko gorivo (kinetičku energiju projektila). Pogonska goriva se razlikuju od konvencionalnih goriva po tome što za njihovo sagorijevanje nije potreban kisik iz atmosfere. U ograničenoj mjeri, proizvodnja vrućih plinova sa zapaljivim gorivom uzrokuje povećanje tlaka. Pritisak pokreće projektil i povećava brzinu gorenja. Vrući plinovi imaju tendenciju da nagrizu cijev pištolja ili grlorakete. Unutrašnja i eksterna balistika malokalibarskog oružja proučava kretanje, let i udar koji ima projektil.
Kada se pogonsko punjenje u komori pištolja zapali, gasovi sagorevanja se zadržavaju metkom, tako da se pritisak povećava. Projektil se počinje kretati kada pritisak na njega savlada njegov otpor kretanju. Pritisak nastavlja rasti neko vrijeme, a zatim opada kako hitac ubrzava do velike brzine. Brzo zapaljivo raketno gorivo se ubrzo iscrpljuje, a s vremenom se hitac izbacuje iz njuške: postignuta je brzina do 15 kilometara u sekundi. Sklopivi topovi ispuštaju plin kroz stražnji dio komore kako bi se suprotstavili silama trzanja.
Balistička raketa je projektil koji se navodi tokom relativno kratke početne aktivne faze leta, čija se putanja naknadno upravlja zakonima klasične mehanike, za razliku od, na primjer, krstarećih projektila, koje se aerodinamički navode u letu sa upaljenim motorom.
Putnja udarca
U vanjskoj i unutrašnjoj balistici, putanja je putanja metka koji je pod utjecajem gravitacije. Pod isključivim uticajem gravitacije, putanja je parabolična. Povlačenje usporava putanju. Ispod brzine zvuka, otpor je otprilike proporcionalan kvadratu brzine; shottail racionalizacija je efikasna samo pri ovim brzinama. Pri velikim brzinama, konusni udarni val dolazi iz nosa metka. Vučna sila, kojau velikoj mjeri ovisi o obliku nosa, a najmanji je za fine tačke. Povlačenje se može smanjiti ispuštanjem gasova iz plamenika u rep.
Repna peraja se mogu koristiti za stabilizaciju projektila. Stražnja stabilizacija koju pruža navoj izaziva žiroskopske oscilacije kao odgovor na aerodinamičke sile bubnja. Nedovoljno okretanje vam omogućava da padnete, a previše sprečava da nos potone dok putuje duž putanje. Smanjenje je uzrokovano podizanjem, meteorološkim uslovima i rotacijom Zemlje.
Impulsni odgovor
Rakete se kreću kao odgovor na impuls odliva gasa. Motor je konstruisan na takav način da su pritisci koji se stvaraju tokom sagorevanja gotovo konstantni. Radijalno stabilizovane rakete su osjetljive na bočni vjetar, dva ili više mlaznica motora nagnutih od linije leta mogu obezbijediti stabilizaciju okretanja. Mete su obično tvrde i nazivaju se debele ili tanke u zavisnosti od toga da li udar hitca utiče na materijal ispod.
Penetracija nastaje kada intenzitet udarnog naprezanja premašuje granicu tečenja cilja; uzrokuje duktilno i krto lomljenje u tankim metama i hidrodinamičko strujanje materijala u debelim metama. Pri udaru može doći do kvara. Potpuno prodiranje kroz metu naziva se perforacija. Napredne oklopne zamke ili detoniraju komprimirani eksploziv na metu ili eksplozivno fokusiraju mlaz metala na nju.površina.
Stepen lokalnog oštećenja
Unutrašnja i vanjska balistika metka uglavnom se odnose na mehanizme i medicinske posljedice ozljeda uzrokovanih mecima i eksplozivnim fragmentima. Nakon penetracije, impuls koji se prenosi na okolna tkiva stvara veliku privremenu šupljinu. Stepen lokalnog oštećenja povezan je s veličinom ove prijelazne šupljine. Dokazi sugeriraju da je fizička povreda proporcionalna brzini kocke projektila, masi i površini poprečnog presjeka. Istraživanje tjelesnih oklopa ima za cilj spriječiti prodor projektila i minimizirati ozljede.
Balistika eksterna i unutrašnja - je oblast mehanike koja se bavi lansiranjem, letom, ponašanjem i efektima projektila, posebno metaka, nevođenih bombi, raketa i slično. to je svojevrsna nauka ili čak umjetnost dizajniranja i ubrzanja projektila za postizanje željenog učinka. Balističko tijelo je tijelo sa zamahom koje se može slobodno kretati, podložno silama kao što su pritisak plina u pištolju, probijanje cijevi, gravitacija ili aerodinamički otpor.
Istorija i pozadina
Najraniji poznati balistički projektili bili su štapovi, kamenje i koplja. Najstariji dokazi o projektilima s kamenim vrhom, koji mogu, ali i ne moraju biti nabijeni lukom, datiraju prije 64.000 godina.prije, koji su pronađeni u pećini Sibudu, u Južnoj Africi. Najstariji dokazi o upotrebi lukova za pucanje datiraju prije otprilike 10.000 godina.
Strijele od bora pronađene su u dolini Ahrensburg sjeverno od Hamburga. Imale su plitke brazde na donjoj strani, što je ukazivalo da su pucani iz luka. Najstariji luk koji se još obnavlja star je oko 8.000 godina i pronađen je u močvari Holmegard u Danskoj. Čini se da je streličarstvo stiglo u Ameriku s arktičkom tradicijom malih alata prije oko 4500 godina. Prvi uređaji identifikovani kao alati pojavili su se u Kini oko 1000. godine nove ere. a do 12. veka tehnologija se proširila širom Azije iu Evropu do 13. veka.
Nakon milenijuma empirijskog razvoja, disciplinu balistike, eksternu i unutrašnju, prvobitno je proučavao i razvio italijanski matematičar Niccolo Tartaglia 1531. godine. Galileo je uspostavio princip složenog kretanja 1638. Opšte znanje o spoljašnjoj i unutrašnjoj balistici postavio je Isak Njutn na čvrste naučne i matematičke osnove objavljivanjem knjige Philosophia Naturalis Principia Mathematica 1687. To je dalo matematičke zakone kretanja i gravitacije, koji su po prvi put omogućili uspješno predviđanje putanja. Reč "balistika" dolazi iz grčkog, što znači "baciti".
Projektili i lanseri
Projektil - bilo koji objekt projektovan u prostor (prazan ili ne) kadaprimjena sile. Iako je svaki objekt u kretanju u svemiru (kao što je bačena lopta) projektil, termin se najčešće odnosi na dalekometno oružje. Matematičke jednačine kretanja koriste se za analizu putanje projektila. Primjeri projektila uključuju kugle, strijele, metke, artiljerijske granate, rakete i tako dalje.
Bacanje je ručno lansiranje projektila. Ljudi su neobično dobri u bacanju zbog svoje visoke agilnosti, ovo je vrlo razvijena osobina. Dokazi o ljudskom bacanju datiraju prije 2 miliona godina. Brzina bacanja od 145 km na sat kod mnogih sportista daleko premašuje brzinu kojom čimpanze mogu bacati predmete, a to je oko 32 km na sat. Ova sposobnost odražava sposobnost ljudskih mišića ramena i tetiva da ostanu elastični dok ne budu potrebni za pokretanje objekta.
Unutrašnja i eksterna balistika: oružje ukratko
Jedan od najstarijih lansera bili su obične praćke, luk i strijele, katapult. Vremenom su se pojavile puške, pištolji, rakete. Informacije iz interne i eksterne balistike uključuju informacije o različitim vrstama oružja.
- Spling je oružje koje se obično koristi za izbacivanje tupih projektila kao što su kamen, glina ili olovni "metak". Sling ima malu kolevku (torbu) u sredini spojene dvije dužine gajtana. Kamen se stavlja u vreću. Srednji prst ili palac se stavlja kroz omču na kraju jednog užeta, a jezičak na kraju drugog užeta se stavlja između palca ikažiprsti. Remen se ljulja u luku, a jezičak se oslobađa u određenom trenutku. Ovo oslobađa projektil da leti prema meti.
- Luk i strijele. Luk je fleksibilan komad materijala koji ispaljuje aerodinamičke projektile. Konop povezuje dva kraja, a kada se povuče unazad, krajevi štapa se savijaju. Kada se tetiva pusti, potencijalna energija savijenog štapa pretvara se u brzinu strelice. Streličarstvo je umjetnost ili sport streljaštva.
- Katapult je uređaj koji se koristi za lansiranje projektila na velike udaljenosti bez pomoći eksplozivnih naprava - posebno raznih vrsta antičkih i srednjovjekovnih opsadnih mašina. Katapult se koristio od davnina jer se pokazao kao jedan od najefikasnijih mehanizama tokom rata. Reč "katapult" dolazi iz latinskog, koji, pak, dolazi od grčkog καταπέλτης, što znači "baciti, baciti". Katapulte su izmislili stari Grci.
- Pištolj je konvencionalno cjevasto oružje ili drugi uređaj dizajniran za ispuštanje projektila ili drugog materijala. Projektil može biti čvrst, tečan, gasovit ili energičan i može biti labav, kao kod metaka i artiljerijskih granata, ili sa stezaljkama, kao kod sondi i kitolovih harpuna. Medij za projekciju varira u zavisnosti od dizajna, ali se obično izvodi djelovanjem tlaka plina koji nastaje brzim sagorijevanjem pogonskog goriva ili se komprimira i skladišti mehaničkim sredstvima unutar cijevi otvorenog kraja uklipnog tipa. Kondenzirani plin ubrzava pokretni projektil duž dužine cijevi, dajući dovoljnu brzinu da se projektil pomakne kada se gas zaustavi na kraju cijevi. Alternativno, možete koristiti ubrzanje generiranjem elektromagnetnog polja, u kom slučaju možete odbaciti cijev i zamijeniti vodilicu.
- Raketa je raketa, svemirska letjelica, avion ili drugo vozilo koje je pogođeno raketnim motorom. Izduvni gas raketnog motora se u potpunosti formira od pogonskog goriva koje se nosi u raketi prije upotrebe. Raketni motori rade akcijom i reakcijom. Raketni motori guraju rakete naprijed jednostavnim odbacivanjem njihovih ispušnih plinova vrlo brzo. Iako su relativno neefikasne za upotrebu pri malim brzinama, rakete su relativno lagane i moćne, sposobne da generišu velika ubrzanja i postižu ekstremno velike brzine sa razumnom efikasnošću. Rakete su nezavisne od atmosfere i odlično rade u svemiru. Hemijske rakete su najčešći tip raketa visokih performansi i obično stvaraju svoje izduvne gasove kada se raketno gorivo sagori. Hemijske rakete pohranjuju velike količine energije u obliku koji se lako oslobađa i mogu biti vrlo opasne. Međutim, pažljiv dizajn, testiranje, konstrukcija i upotreba će minimizirati rizike.
Osnove vanjske i unutrašnje balistike: glavne kategorije
Balistika se može proučavati pomoću fotografije velike brzine ilikamere velike brzine. Fotografija snimka snimljena ultra-brzinim bljeskom sa vazdušnim razmakom pomaže da se metak vidi bez zamućenja slike. Balistika se često dijeli u sljedeće četiri kategorije:
- Interna balistika - proučavanje procesa koji inicijalno ubrzavaju projektile.
- Tranziciona balistika - proučavanje projektila tokom prelaska na bezgotovinski let.
- Eksterna balistika - proučavanje prolaska projektila (putanja) u letu.
- Terminalna balistika - proučavanje projektila i njegovih efekata dok se završava
Interna balistika je proučavanje kretanja u obliku projektila. U puškama, pokriva vrijeme od paljenja pogonskog goriva do izlaska projektila iz cijevi pištolja. To je ono što proučava interna balistika. Ovo je važno za dizajnere i korisnike vatrenog oružja svih vrsta, od pušaka i pištolja do visokotehnološke artiljerije. Informacije iz interne balistike za raketne projektile pokrivaju period tokom kojeg raketni motor daje potisak.
Prolazna balistika, poznata i kao srednja balistika, je proučavanje ponašanja projektila od trenutka kada izađe iz otvora do izbalansiranog pritiska iza projektila, tako da pada između unutrašnje i spoljašnje balistike.
Spoljna balistika je proučavanje dinamike atmosferskog pritiska oko metka i deo je nauke balistike, koja se bavi ponašanjem projektila bez snage u letu. Ova kategorija se često povezuje sa vatrenim oružjem ise odnosi na fazu slobodnog leta metka nakon što izađe iz cijevi pištolja i prije nego što pogodi metu, tako da se nalazi između tranzicione balistike i terminalne balistike. Međutim, vanjska balistika se također odnosi na slobodno letenje projektila i drugih projektila kao što su kugle, strijele i tako dalje.
Terminalna balistika je proučavanje ponašanja i efekata projektila dok pogađa svoju metu. Ova kategorija je relevantna i za projektile malog kalibra i za projektile velikog kalibra (topnička paljba). Proučavanje efekata ekstremno velikih brzina je još uvijek vrlo novo i trenutno se primjenjuje uglavnom na dizajn svemirskih letjelica.
Forenzička balistika
Forenzička balistika uključuje analizu metaka i udaraca metaka kako bi se utvrdile informacije o upotrebi na sudu ili drugom dijelu pravnog sistema. Odvojeno od balističkih informacija, ispitivanje vatrenog oružja i alata („balistički otisak prsta”) uključuje pregled dokaza o vatrenom oružju, municiji i alatima kako bi se utvrdilo da li je neko vatreno oružje ili oruđe korišteno u počinjenju zločina.
Astrodinamika: orbitalna mehanika
Astrodinamika je primjena balistike oružja, vanjske i unutrašnje, i orbitalne mehanike na praktične probleme pogona raketa i drugih svemirskih letjelica. Kretanje ovih objekata obično se izračunava iz Newtonovih zakona kretanja.i zakon gravitacije. To je osnovna disciplina u dizajnu i kontroli svemirskih misija.
Putovanje projektila u letu
Osnove vanjske i unutrašnje balistike bave se putovanjem projektila u letu. Put metka uključuje: niz cijev, kroz zrak i kroz metu. Osnove unutrašnje balistike (ili originalne, unutar topa) variraju u zavisnosti od vrste oružja. Meci ispaljeni iz puške imat će više energije od sličnih metaka ispaljenih iz pištolja. Više baruta se također može koristiti u patronama za oružje jer komore za metke mogu biti dizajnirane da izdrže veći pritisak.
Viši pritisci zahtijevaju veći pištolj s većim trzajem, koji se puni sporije i stvara više topline, što rezultira većim habanjem metala. U praksi je teško izmjeriti sile unutar cijevi pištolja, ali jedan lako mjerljiv parametar je brzina kojom metak izlazi iz cijevi (čelna brzina). Kontrolirano širenje plinova iz zapaljenog baruta stvara pritisak (sila/površina). Ovdje se nalazi baza metka (ekvivalentna promjeru cijevi) i konstantna je. Prema tome, energija prenesena na metak (sa datom masom) zavisiće od vremena mase pomnoženog vremenskim intervalom u kojem se sila primjenjuje.
Posljednji od ovih faktora je funkcija dužine cijevi. Kretanje metka kroz uređaj mitraljeza karakterizira povećanje ubrzanja pri širenju plinovapritisnite ga, ali smanjite pritisak u buretu kako se gas širi. Do tačke pada pritiska, što je dulja cijev, to je veće ubrzanje metka. Kako metak putuje niz cijev pištolja, dolazi do blage deformacije. To je zbog manjih (rijetko većih) nesavršenosti ili varijacija u narezima ili tragova na cijevi. Glavni zadatak interne balistike je stvaranje povoljnih uslova za izbjegavanje takvih situacija. Učinak na kasniju putanju metka je obično zanemarljiv.
Od pištolja do mete
Spoljna balistika se može ukratko nazvati putovanjem od pištolja do mete. Meci obično ne putuju pravolinijski do cilja. Postoje rotacijske sile koje drže metak od ravne ose leta. Osnove vanjske balistike uključuju koncept precesije, koji se odnosi na rotaciju metka oko njegovog centra mase. Nutacija je mali kružni pokret na vrhu metka. Ubrzanje i precesija se smanjuju kako se udaljenost metka od cijevi povećava.
Jedan od zadataka vanjske balistike je stvaranje savršenog metka. Da bi se smanjio otpor zraka, idealan metak bi bila duga, teška igla, ali takav projektil bi prošao ravno kroz metu bez rasipanje većine svoje energije. Sfere će zaostajati i oslobađati više energije, ali možda neće ni pogoditi metu. Dobar aerodinamički kompromisni oblik metka je parabolična krivulja s niskom prednjom površinom i granastim oblikom.
Najbolji sastav metka je olovo, koje ima visoku vrijednostgustine i jeftine za nabavku. Njegovi nedostaci su što ima tendenciju omekšavanja pri > 1000fps, što uzrokuje da podmazuje cijev i smanjuje preciznost, a olovo ima tendenciju da se potpuno otopi. Legiranje olova (Pb) s malom količinom antimona (Sb) pomaže, ali pravi odgovor je vezati olovni metak za tvrdu čeličnu cijev kroz drugi metal koji je dovoljno mekan da zatvori metak u cijevi, ali s visokim topljenjem. tačka. Bakar (Cu) je najbolji za ovaj materijal kao omotač za olovo.
Balistika terminala (pogađanje mete)
Kratak metak velike brzine počinje da reži, uvija se, pa čak i silovito vrti dok ulazi u tkivo. To uzrokuje pomicanje većeg broja tkiva, povećavajući otpor i prenoseći većinu kinetičke energije mete. Duži, teži metak može imati više energije u širem rasponu kada pogodi metu, ali može prodrijeti tako dobro da izađe iz mete s najvećim dijelom svoje energije. Čak i metak niske kinetike može uzrokovati značajno oštećenje tkiva. Meci proizvode oštećenje tkiva na tri načina:
- Uništenje i drobljenje. Prečnik ozljede od nagnječenja tkiva je promjer metka ili fragmenta, do dužine ose.
- Kavitacija - "trajna" šupljina je uzrokovana putanjom (tragom) samog metka sa fragmentacijom tkiva, dok je "privremena" šupljina formirana radijalnom napetošću oko traga metka od kontinuiranog ubrzanja medija (vazduh ili tkivo) ukao rezultat metka, uzrokujući da se šupljina rane isteže prema van. Za projektile koji se kreću malom brzinom, stalne i privremene šupljine su skoro iste, ali pri velikoj brzini i sa skretanjem metka, privremena šupljina postaje veća.
- Šok talasi. Udarni valovi sabijaju medij i kreću se ispred metka kao i u stranu, ali ti valovi traju samo nekoliko mikrosekundi i ne uzrokuju duboka oštećenja pri maloj brzini. Pri velikoj brzini, generirani udarni valovi mogu doseći pritisak do 200 atmosfera. Međutim, prijelom kosti zbog kavitacije je izuzetno rijedak događaj. Talas balističkog pritiska od udarca metka velikog dometa može izazvati potres mozga kod osobe, uzrokujući akutne neurološke simptome.
Eksperimentalne metode za demonstriranje oštećenja tkiva korišćeni su materijali sa karakteristikama sličnim mekom tkivu i koži ljudi.
Dizajn metka
Dizajn metka je važan u potencijalu ozljeda. Haška konvencija iz 1899. (a kasnije i Ženevska konvencija) zabranjivala je upotrebu ekspanzivnih, deformabilnih metaka u ratu. Zbog toga vojni meci imaju metalni omotač oko olovnog jezgra. Naravno, sporazum je imao manje veze s poštovanjem nego činjenica da moderne vojne jurišne puške ispaljuju projektile velikom brzinom i da meci moraju biti pokriveni bakrom jer se olovo počinje topiti zbog topline koja se stvara pri > 2000 sličica u sekundi.
Spoljna i unutrašnja balistika PM (Makarov pištolj) razlikuje se od balistike takozvanih "uništivih" metaka, dizajniranih da se lome prilikom udaranja u tvrdu podlogu. Takvi se meci obično prave od metala koji nije olovo, kao što je bakarni prah, sabijen u metak. Udaljenost mete od njuške igra veliku ulogu u sposobnosti ranjavanja, budući da je većina metaka ispaljenih iz pištolja izgubila značajnu kinetičku energiju (KE) na 100 jardi, dok vojni topovi velike brzine i dalje imaju značajan KE čak i na 500 jardi. Dakle, vanjska i unutrašnja balistika PM i vojnih i lovačkih pušaka dizajniranih za isporuku metaka s velikim brojem CE na većoj udaljenosti će se razlikovati.
Dizajniranje metka za efikasan prijenos energije do određene mete nije lako jer su mete različite. Koncept unutrašnje i vanjske balistike također uključuje dizajn projektila. Da bi probio slonovu debelu kožu i čvrstu kost, metak mora biti malog prečnika i dovoljno jak da odoli raspadu. Međutim, takav metak prodire u većinu tkiva poput koplja, nanoseći nešto više štete od rane nožem. Metak dizajniran da ošteti ljudsko tkivo će zahtijevati određene "kočnice" kako bi se osiguralo da se svi CE prenesu na metu.
Lakše je dizajnirati karakteristike koje pomažu u usporavanju velikog metka koji se sporo kreće u tkivu nego malog metka velike brzine. Takve mjere uključuju modifikacije oblika kao što su okrugli, spljošteni ilidomed. Meci s okruglim nosom pružaju najmanje otpora, obično su u omotu i korisni su prvenstveno u pištoljima male brzine. Spljošteni dizajn pruža najveću otpornost samo na formu, nije obložen i koristi se u pištoljima male brzine (često za vježbanje meta). Dizajn kupole je srednji između okruglog alata i alata za sečenje i koristan je pri srednjoj brzini.
Dizajn šuplje tačke metka olakšava okretanje metka "iznutra prema van" i poravnavanje prednje strane, što se naziva "ekspanzija". Ekspanzija se pouzdano javlja samo pri brzinama većim od 1200 fps, tako da je pogodna samo za topove s maksimalnom brzinom. Razorivi metak u prahu dizajniran da se raspadne pri udaru, isporučujući sav CE, ali bez značajnog prodora, veličina fragmenata bi se trebala smanjiti kako se brzina udara povećava.
Potencijal za povredu
Vrsta tkiva utiče na potencijal ozljede kao i na dubinu prodiranja. Specifična težina (gustina) i elastičnost su glavni faktori tkiva. Što je veća specifična težina, veća je šteta. Što je veća elastičnost, manje je oštećenja. Dakle, lagano tkivo male gustine i visoke elastičnosti manje oštećuje mišiće veće gustine, ali sa određenom elastičnošću.
Jetra, slezina i mozak nemaju elastičnost i lako se ozljeđuju, poput masnog tkiva. Organi punjeni tečnošću (mjehur, srce, veliki sudovi, crijeva) mogu pucati zbog valova pritiska koji se stvaraju. Metak pogađakosti, može rezultirati fragmentacijom kosti i/ili višestrukim sekundarnim projektilima, od kojih svaki uzrokuje dodatnu ranu.
Balistika pištolja
Ovo oružje je lako sakriti, ali je teško precizno ciljati, posebno na mjestima zločina. Većina paljbi iz malokalibarskog oružja dešava se na manje od 7 jardi, ali čak i tako, većina metaka promaši svoju željenu metu (samo 11% metaka napadača i 25% metaka ispaljenih od strane policije pogodi željenu metu u jednoj studiji). Obično se oružje niskog kalibra koristi u kriminalu jer je jeftinije i lakše za nošenje i lakše za kontrolu tokom pucanja.
Destrukcija tkiva može se povećati za bilo koji kalibar korištenjem proširenog metka sa šupljom tačkom. Dve glavne varijable u balistici pištolja su prečnik metka i zapremina baruta u čauri. Stariji dizajn kertridži su bili ograničeni pritiscima koje su mogli da izdrže, ali napredak u metalurgiji je omogućio da se maksimalni pritisak udvostruči i utrostruči tako da se može generisati više kinetičke energije.
