Способы стабилизации полёта снаряда

Для того чтобы обеспечить правильный полет снаряда в воздухе - головной частью навстречу набегающему потоку воздуха, его надо стабилизировать.

Под стабилизацией полета снаряда понимается предотвращение опрокидывания снаряда и придание ему такого положения, чтобы он «следил» за траекторией.

Во время движения снаряда (рис. 3) на него действуют сила тяжести и аэродинамическая сила . Сила тяжести направлена к земной поверхности и сообщает снаряду ускорение, направленное вертикально вниз. Так как снаряд представляет собой тело сложной геометрической формы, то её точкой приложения является центр масс снаряда. Положение центра масс зависит от формы снаряда и распределения масс внутри него.

Аэродинамическая сила относительно вектора скорости снаряда традиционно разбивается на две составляющие - силу сопротивления среды , направленную точно против вектора скорости и подъёмную (или прижимающую) силу в поперечном направлении к вектору скорости. Последняя компонента не оказывает заметного влияния на полёт снаряда и на практике ею можно пренебречь (так как снаряд имеет симметричную форму, а угол атаки α снаряда весьма невелик). Точкой приложения этой силы к снаряду является так называемый центр давления, обычно не совпадающий с центром масс. Положение центра давления зависит только от формы снаряда. Как следствие возникает момент сил, стремящийся опрокинуть снаряд и заставить его кувыркаться в воздухе. Кувыркание снаряда на несколько порядков повышает силу сопротивления среды и резко уменьшает дальность стрельбы. Для борьбы с этим явлением применяются следующие методы: оснащение снаряда оперением, придание снаряду вращения вдоль оси симметрии или изготовление снаряда в форме шара. Последнее широко применялось в артиллерии XIV-XVIII веков - сферическая форма снаряда сама по себе исключает кувыркание, а сила сопротивления движению не зависит от ориентации снаряда в пространстве. Однако сферическая форма очень невыгодна с аэродинамической точки зрения - большая сила сопротивления движению сводит на нет преимущества от отсутствия кувыркания.

Итак, стабилизация снарядов в полете обеспечивается двумя способами:

§ хвостовым оперением снаряда и

§ путем приданием снаряду быстрого вращательного движения вокруг его оси.

Оперением стабилизируются с наряды гладкоствольных орудий, мины, противотанковые управляемые ракеты (ПТУР) и реактивные снаряды, а также снаряды, не получающие быстрого вращения при выстреле из нарезного оружия, стабилизируются на полете хвостовым оперением.

Стабилизация снарядов хвостовым оперением достигается (рис. 4) за счет того, что центр сопротивления (ЦС) у них находится сзади за центром тяжести (ЦТ). Вследствие этого сила сопротивления воздуха (R )создает стабилизирующий момент, который возвращает ось снаряда к направлению касательной к траектории при любом случайном ее отклонении.

Это происходит следующим образом: в тот момент, когда ось оперенного снаряда точно совпадает с направлением касательной к траектории, сила сопротивления воздуха имеет направление назад по оси снаряда. Снаряд испытывает только торможение. В случае отклонения оси снаряда и головной части вверх или вниз сила сопротивления (R ) будет приложена в точке ЦС и направлена назад под некоторым углом к оси снаряда. Кроме этой силы на снаряд действует также сила тяжести, приложенная к центру тяжести.

Не нарушая действия этих сил, приложим к центру тяжести взаимно уравновешивающиеся силы R 1 и R 2 . Теперь сразу видно, что сила R 1 тормозит движение снаряда, сила тяжести заставляет его непрерывно опускаться, а пара сил R и R 2 будет поворачивать снаряд до тех пор, пока его ось не совместится с касательной к траектории. Сила сопротивления воздуха совпадет с осью снаряда, и снаряд займет устойчивое положение.

То же самое будет происходить и при отклонении оси снаряда вправо или влево. Благодаря этому обеспечивается стабилизация оперенного снаряда на полете.

Вращением стабилизируются снаряды дальнобойных орудий и пули всех образцов стрелкового оружия.

Снаряд будет стабилизироваться на полете, если он быстро вращается вокруг своей оси. Для стабилизации полета снаряда скорость вращения должна быть тем больше, чем меньше его масса. Так, например, скорость вращения 152-мм снаряда равна 150 об/с, 122-мм снаряда равна 180 об/с, 100-мм снаряда-300 об/с, а 7,62-мм пули-3500 об/с.

Придание снаряду быстрого вращательного движения обеспечивается винтовой нарезкой канала ствола оружия. У современных образцов вооружения направление нарезки правое , и снаряд при виде сзади имеет вращение по ходу часовой стрелки.

Устойчивость вращающегося снаряда объясняется свойствами гироскопа - снаряд подобен волчку, который не падает, пока имеет достаточную скорость вращения.

Однако механизм взаимодействия снаряда с набегающим потоком воздуха более сложный, чем волчка с опорой.

При полете быстровращающегося снаряда (рис. 5) в воздухе в случае появления угла отклонения оси снаряда от касательной к траектории δ в вертикальной плоскости сила сопротивления воздуха стремится повернуть снаряд головной частью вверх и назад. Но головная часть и ось снаряда благодаря свойствам гироскопа стремятся сохранить прежнее положение в вертикальной плоскости и будут отклоняться не вверх, а на некоторый угол в правую сторону, если смотреть на снаряд сзади. Как только головная часть снаряда отклонится вправо, изменится направление действия силы сопротивления воздуха - она будет действовать слева и стремиться повернуть головную часть снаряда вправо, что приведет к повороту головной части вниз, и т. д.

Так как действие силы сопротивления воздуха непрерывно, головная часть снаряда описывает круг, а ось снаряда - конус с вершиной в центре тяжести. Происходит так называемое медленное коническое (прецессионное) движение , благодаря чему случайный угол отклонения оси δ не увеличивается и снаряд как бы следит за изменением кривизны траектории, т. е. всегда летит головой вперед.

Ось медленного конического движения несколько отстает от касательной к траектории, находясь выше и правее ее. Следовательно, снаряд с набегающим потоком воздуха больше сталкивается нижней и левой частями, вследствие чего возникают некоторая подъемная сила и боковая составляющая сила, которая вызывает смещение центра тяжести и всего снаряда вправо. Смещение вращающегося снаряда при полете в воздухе в сторону вращения (боковой уход) называется деривацией.

Деривация искривляет траекторию (рис.6) в горизонтальной плоскости. Величина деривации зависит от скорости вращения снаряда. С увеличением скорости вращения увеличивается и деривация. Она увеличивается с дальностью стрельбы и для настильных траекторий пропорциональна квадрату времени полета снаряда. При навесной стрельбе с увеличением угла бросания до 70° деривация увеличивается, а при больших углах уменьшается. При угле бросания 90° деривация отсутствует.

Таким образом, деривация возникает как побочное явление при стабилизации снарядов вращением. Причинами ее являются вращательное движение снаряда, сопротивление воздуха и кривизна траектории. При отсутствии хотя бы одной из этих причин деривации не будет. Деривация - учитывается при стрельбе на большие дистанции путём внесения заранее затабулированных поправок в угол доворота орудия.

Оперённые снаряды гладкоствольных орудий свободны от этого недостатка, для них баллистическая кривая при спокойной атмосфере является плоской.

При стабилизации вращением можно изготавливать снаряды с наивыгоднейшей формой и существенно уменьшить силу сопротивления воздуха на полете. Это дает возможность получить выигрыш в дальности стрельбы и уменьшить рассеивание снарядов.

Пуля и воздух

Что воздух мешает полету пули, знают все, но лишь немногие представляют себе ясно, насколько велико это тормозящее действие воздуха. Большинство людей склонно думать, что такая нежная среда, как воздух, которого мы обычно даже и не чувствуем, не может сколько-нибудь заметно мешать стремительному полету ружейной пули.

Рис. 28. Полет пули в пустоте и в воздухе. Большая дуга изображает путь, какой описала бы пуля, если бы не существовало атмосферы. Маленькая дуга слева - действительный путь пули в воздухе.

Но взгляните на рис. 28, и вы поймете, что воздух является для пули препятствием чрезвычайно серьезным. Большая дуга на этом чертеже изображает путь, который пролетела бы пуля, если бы не существовало атмосферы. Покинув ствол ружья (под углом 45°, с начальной скоростью 620 м/сек), пуля описала бы огромную дугу в 10 км высотой; дальность полета пули составила бы почти 40 км. В действительности же пуля при указанных условиях описывает сравнительно небольшую дугу и дальность ее полета составляет 4 км. Изображенная на том же чертеже дуга эта почти незаметна рядом с первой; таков результат противодействия воздуха! Не будь воздуха, из винтовки можно было бы обстреливать неприятеля с расстояния 40 км, взметая свинцовый дождь на высоту 10 км.

Сверхдальняя стрельба

Обстреливать противника с расстояния в сотню и более километров впервые начала германская артиллерия к концу империалистической войны (1918 г.), когда успехи французской и английской авиации положили конец воздушным налетам немцев. Германский штаб избрал другой, артиллерийский, способ поражать столицу Франции, удаленную от фронта не менее чем на 110 км.

Рис. 29. Как изменяется дальность полета снаряда с изменением угла наклона сверхдальнобойного орудия; при угле 1 снаряд падает в Р", при угле 2 - в Р"", при угле же 3 дальность стрельбы сразу возрастает во много раз, так как снаряд залетает в слои разреженной атмосферы.

Способ этот был совершенно новый, никем еще не испытанный. Наткнулись на него немецкие артиллеристы случайно. При стрельбе из крупнокалиберной пушки под большим углом возвышения неожиданно обнаружилось, что вместо дальности в 20 км достигается дальность в 40 км. Оказалось, что снаряд, посланный круто вверх с большой начальной скоростью, достигает тех высоких разреженных слоев атмосферы, где сопротивление воздуха весьма незначительно; в такой слабо сопротивляющейся среде снаряд пролетает значительную часть своего пути и затем круто опускается на землю. Рис. 29 наглядно показывает, как велико различие в путях снарядов при изменении угла возвышения.

Рис. 30. Немецкая пушка «Колоссаль». Внешний вид.

Это наблюдение и положено было немцами в основу проекта сверхдальнобойной пушки для обстрела Парижа с расстояния 115 км. Пушка была успешно изготовлена и в течение лета 1918 г. выпустила по Парижу свыше трехсот снарядов.

Вот что стало известно об этой пушке впоследствии. Это была огромная стальная труба в 34 м длиной и в целый метр толщиной; толщина стенок в казенной части 40 см. Весило орудие 750 тонн. Его 120-килограммовые снаряды имели метр в длину и 21 см в толщину. Для заряда употреблялось 150 кг пороха; развивалось давление в 5000 атмосфер, которое и выбрасывало снаряд с начальной скоростью 2000 м/сек. Стрельба велась под углом возвышения 52°; снаряд описывал огромную дугу, высшая точка которой лежала на уровне 40 км над землей, т. е. далеко в стратосфере. Свой путь от позиции до Парижа - 115 км - снаряд проделывал в 3,5 минуты, из которых 2 минуты он летел в стратосфере.

Такова была первая сверхдальнобойная пушка, прародительница современной сверхдальнобойной артиллерии.

Чем больше начальная скорость пули (или снаряда), тем сопротивление воздуха значительнее: оно возрастает не пропорционально скорости, а быстрее, пропорционально второй и более высокой степени скорости, в зависимости от величины этой скорости.

Почему взлетает бумажный змей?

Пытались ли вы объяснить себе, почему бумажный змей взлетает вверх , когда его тянут за бечевку вперед ?

Если вы сможете ответить на этот вопрос, вы поймете также, почему летит аэроплан, почему носятся по воздуху семена клена и даже отчасти уясните себе причины странных движений бумеранга. Все это - явления одного порядка. Тот самый воздух, который составляет столь серьезное препятствие для полета пуль и снарядов, обусловливает полет не только легкого плода клена или бумажного змея, но и тяжелого самолета с десятками пассажиров.

Рис. 31. Какие силы действуют на бумажный змей?

Чтобы объяснить поднятие бумажного змея, придется прибегнуть к упрощенному чертежу. Пусть линия MN (рис. 31) изображает у нас разрез змея. Когда, запуская змей, мы тянем его за шнур, он движется из-за тяжести хвоста в наклонном положении. Пусть это движение совершается справа налево. Обозначим угол наклона плоскости змея к горизонту через а. Рассмотрим, какие силы действуют на змей при этом движении. Воздух, конечно, должен мешать его движению, оказывать на змей некоторое давление. Это давление изображено на рис. 31 в виде стрелки ОС; так как воздух давит всегда перпендикулярно к плоскости, то линия ОС начерчена под прямым углом к MN. Силу ОС можно разложить на две, построив так называемый параллелограмм сил; получим вместо силы ОС две силы, OD и ОР. Из них сила OD толкает наш змей назад и, следовательно, уменьшает первоначальную его скорость. Другая же сила, ОР, увлекает аппарат вверх; она уменьшает его вес и, если достаточно велика, может преодолеть вес змея и поднять его. Вот почему змей поднимается вверх, когда мы тянем его за веревочку вперед.

Изобретение относится к средствам для проверки и тренировки в прицеливании. Реализация изобретения позволяет повысить точность измерений координат и скорости полета пуль и снарядов, в том числе на открытой местности. Сущность изобретения заключается в том, что фиксируют моменты времени прохождения фронта звуковой волны через акустические датчики, установленные на мишени в количестве не менее шести, и вычисляют характеристики по регрессионной или математической модели мишени с помощью вычислителя. Число датчиков выбирают по минимальному количеству неизвестных в регрессионной или математической модели, которыми являются начало отсчета времени, соответствующее моменту пролета пули или снаряда через плоскость мишени, скорость пули или снаряда, углы наклона их траектории и величину и направление силы ветра. Для определения положения датчиков осуществляют идентификацию модели, для чего предварительно на мишень устанавливают контрольную рамку и производят по ней серию выстрелов в заданные точки. После каждого выстрела измеряют время срабатывания датчиков и координаты пробоин в контрольной рамке, а затем по методу наименьших квадратов определяют координаты датчиков. 7 ил.

Изобретение относится к мишеням для определения внешнебаллистических характеристик полета пуль и снарядов и может быть использовано при экспериментальном определении меткости и кучности стрельбы и приведении оружия к нормальному бою, при определении скорости.Известна электронно-акустическая мишень , содержащая квадратную или прямоугольную плиту с расположенными по центрам каждой из ее сторон акустическими датчиками, с помощью которых фиксируются моменты времени прихода звуковой волны от места удара пули по плите до мест расположения акустических датчиков.Известен стрелковый тир , в котором для регистрации координат пуль содержится мишенная панель, выполненная в виде пуленепробиваемого экрана с встроенными акустическими датчиками, фиксирующими время прихода звуковой волны до датчиков от места ее возникновения - точки попадания пули в экран.Недостатками электронно-акустической мишени и стрелкового тира являются малые размеры поля регистрации, в частности, из-за примитивных алгоритмов определения координат, основанных на допущении малого поля регистрации, износ и разрушение со временем плиты или пуленепробиваемого экрана и невозможность по этим причинам регистрировать координаты снарядов.Наиболее близким аналогом является устройство для определения внешнебаллистических характеристик полета пуль и снарядов , содержащее четыре акустических датчика, расположенных на одной прямой. В отличие от предыдущих устройств данное устройство не содержит плиты или пуленепробиваемый экран и потому применимо для определения координат не только пуль, но и снарядов.Недостатком устройства является низкая точность из-за влияния ветра в случае использования устройства на открытой местности. Потому возможна работа только в тихую безветренную погоду, что бывает крайне редко. Кроме того, нельзя обеспечить высокой точности даже в тихую безветренную погоду на большом поле регистрации из-за большой погрешности угломерного базового метода косвенных измерений, когда направления лучей, проходящих от датчиков к точке попадания в мнимую плоскость регистрации, далеки от нормальных (перпендикулярных) по отношению друг к другу.Для уменьшения погрешности угломерного базового метода косвенных измерений можно расположить датчики не по прямой, а аналогично устройству (2) и увеличить количество датчиков, расположив их, например, по сторонам мишени. При этом их расположение должно быть задано (измерено) с точностью, в несколько раз превышающей точность измерения внешнебаллистических характеристик. Однако в случае большого поля мишени и расположения датчиков на большом удалении друг от друга (до 4-6 м по противоположным сторонам от мишени) задать или измерить непосредственно координаты датчиков с высокой точностью (до долей мм) не представляется возможным.Задача изобретения заключается в устранении недостатков устройства для определения внешнебаллистических характеристик полета пуль и снарядов путем создания способа определения внешнебаллистических характеристик полета пуль и снарядов, включающего фиксацию моментов времени прохождения фронта звуковой волны через акустические датчики, установленные на мишени в количестве не менее количества неизвестных в регрессионной или математической модели (начало отсчета времени, соответствующего моменту пролета пули или снаряда через плоскость мишени, скорости пули или снаряда, углов наклона их траектории и величины и направления ветра), и вычисление координат полета пуль или снарядов через плоскости мишени с помощью регрессионной или математической модели, при этом для определения положения датчиков осуществляют идентификацию модели, для чего предварительно на мишень устанавливают контрольную рамку и производят по ней серию выстрелов в разные точки, причем для каждого выстрела измеряют время срабатывания датчиков и координаты пробоин в контрольной рамке, а затем определяют координаты датчиков, например, по методу наименьших квадратов при количестве уравнений, превышающем количество неизвестных.Технический результат - повышение точности измерения координат и скорости, увеличение размеров поля регистрации и возможность работы на открытой местности при наличии ветра.На фиг.1 изображена схема устройства для определения внешнебаллистических характеристик полета пуль и снарядов. На фиг.2 изображена пространственная схема расположения 12 акустических датчиков. На фиг.3 показаны вектор скорости пули или снаряда вектор ветра и его разложение в базисе X T YZ, где ось Х T совпадает с вектором скорости ось Y вертикальна, а ось Z лежит в горизонтальной плоскости. Ось Х - продольная ось (по направлению стрельбы). На фиг.4 изображено сечение конуса звуковой волны плоскостью мишени, а на фиг.5 - сечение конуса звуковой волны плоскостью, проходящей через ось конуса, и нормальной плоскости мишени YZ. Фиг.6 иллюстрирует направление главных осей эллипса, фиг.7 иллюстрирует получение модели с учетом ветра и наклона траектории.Устройство (фиг.1) содержит акустические датчики Д i , i=1...6, расположенные в одной плоскости по три слева и справа от снопа траекторий (фиг.2), коаксиальные линии связи 1, блок согласующих и пороговых устройств 2, вычислитель 3, монитор для отображения результатов 4 и контрольную рамку 5 с мишенью для идентификации регрессионной модели. В случае точного измерения скорости в схему фиг.1 вводятся еще шесть датчиков Д i , i=7...12, расположенных аналогично предыдущим датчикам, но в другой плоскости, параллельно плоскости мишени (фиг.2).Вектор скорости ветра разложен по направлению полета пули или снаряда (ось X T) и по вертикальной Х и горизонтальной Z осям системы координат мишени (фиг.3). Продольная составляющая приводит к изменению положения центра возмущения атмосферы пулей или снарядом вдоль траектории и соответственно к изменению угла конуса Маха. Составляющие приводят к поперечному сносу конуса Маха. В сечении конуса плоскостью мишени образуется эллипс (фиг.4, 5). Полуоси эллипса а, b и смещение центра эллипса определяются из геометрических соображений согласно фиг.3-6 следующими выражениями где - число Маха, с - скорость звука.Составляющие U Y и U Z приводят к параллельному переносу центра возмущения и соответственно всего эллипса вдоль осей Y, Z на расстояния, пропорциональные времени =t-t 0 , т.е. на U Y и U Z , где t 0 - начало отсчета времени (момента пролета пули через плоскость мишени). Для угла 0,1 рад. отношение полуосей эллипса не превышает величины 0.99998 и, следовательно, эллипс практически является окружностью, радиус R которой пропорционален времени , т.е. R=V k , где V k - скорость распространения фронта волны в плоскости мишени. Согласно (2) смещение также пропорционально времени , так как L=V . Суммируя векторы получим результирующий вектор направленный под углом , как показано на фиг.7. Эвклидово расстояние между точками попадания (y,z) и датчика (y ,z) равно Из АВО имеем откуда с учетом (4) следует модель акустической мишени Здесь угол при вершине О треугольника АВО соответствует разности углов и на фиг.7, причем 0 . ПоэтомуУгол определяется положением датчика (y ,z) относительно точки попадания (у,z) и равен где Если датчики расположены слева и справа от поля регистрации, то и проблемы деления на нуль в (8) и (9) не возникает. В противном случае надо проверять выполнение условия и поступать соответствующим образом (принимать при условии где - малая положительная величина).Таким образом, в модели (6) содержится 6 неизвестных V k , U p , , t 0 , y, z и для их определения необходимо минимум 6 уравнений, т.е. соответственно 6 акустических датчиков с известными координатами y i , z i положения датчиков в пространстве.В случае 12 датчиков, расположенных в двух плоскостях на расстоянии D (фиг.2), переменные V k , U p , одинаковы и в системе уравнений содержится 9 неизвестных V k , U p , , t 01 , y 1 , z 1 , t 02 , y 2 , z 2 при 12 уравнениях, которые можно решать по методу наименьших квадратов. По определенным t 02 , t 01 вычисляется горизонтальная скорость пули или снаряда Акустическая мишень по существу является системой косвенных измерений, в которой по первичным измерениям, т.е. по временам встречи звуковой волны с акустическими датчиками решается обратная задача внешней баллистики, т.е. по модели (уравнениям) вычисляются координаты и скорость. Чтобы вычислить координаты с заданной точностью, необходимо задать или измерить координаты y i , z i положения акустических датчиков относительно системы координат мишени с меньшими погрешностями. Это практически невозможно, тем более, что моменты времени прохождения фронта звуковой волны через датчик фиксируются по моментам времени превышения сигналов уровня порога порогового устройства. Поэтому единственным средством представляется идентификация физической или регрессионной модели по результатам серии выстрелов, когда для каждого выстрела системой фиксируются времена t i и параллельно измеряются координаты пробоин в мишени на контрольной рамке 5 (фиг.1), которая устанавливается только для идентификации, а во время функционирования акустической мишени в режиме определения координат и скорости отсутствует (снимается). Так как параметров положения - координат датчиков много, то для идентификации физической модели (6) требуется большое количество выстрелов. При этом при каждом выстреле V k , U p , , t 0 также будут входить в число неизвестных. Поэтому используется следующий подход. В случае использования в модели (6) значений z i , z i , известных с точностью до погрешностей их непосредственного измерения, при вычислениях координат точки попадания y, z возникают погрешности, которые мало изменяются при измерении внешнебаллистических параметров пули или снаряда (углов наклона траектории, скорости), а также ветра. Поэтому используется регрессионная модель для поправок, например, в виде полного полинома степени 2 В каждом уравнении содержится 6 неизвестных коэффициентов и необходимо произвести минимум 6 выстрелов или, например, 9 выстрелов по углам, центру мишени и по "звездным" точкам, т.е. по осям координат на границах мишени. В уравнениях (11) при идентификации y, z - координаты, определенные с помощью модели (6) при измеренных координатах датчиков, y=y 0 -y, z=z 0 -z, где y 0 , z 0 - измеренные по пробоинам в мишени координаты точек попадания. В процессе функционирования в рабочем режиме координаты точек попадания определяют в 3 этапа. Сначала по модели (6) определяют y, z, а затем по модели (11) определяют поправки y, z и, наконец, определяют Устройство для определения внешнебаллистических характеристик полета пуль и снарядов работает следующим образом. В режиме идентификации за второй плоскостью с датчиками (в случае 12 датчиков в двух плоскостях) или за плоскостью датчиков (в случае 6 датчиков в одной плоскости) устанавливают контрольную рамку 5 с наклеенной на нее миллиметровой бумагой. После выстрела фронт звуковой волны конуса Маха последовательно (в порядке, зависящем от координат почти попадания) пересекает акустические датчики и на их выходах образуются электрические сигналы, которые по коаксиальным линиям связи 1 поступают на вход блока согласующих и пороговых устройств 2. С выхода блока 2 сигналы поступают на шину прерывания вычислителя 3. По сигналам прерывания фиксируется состояние таймера вычислителя (компьютера) и коды времени и датчиков, которым соответствуют коды времени, записываются в память компьютера. После производства серии выстрелов в заданные точки контрольной рамки 5 или после каждого выстрела измеряют координаты пробоин (и отмечают их во избежание перепутывания) и вводят их в вычислитель. После заданного числа выстрелов по программе, например по методу наименьших квадратов, проводят идентификацию моделей (11). При этом вычисляют для контроля суммы квадратов невязок и невязки для каждого выстрела. Выстрелы с большими невязками бракуют и производят либо дострел, либо бракованные точки просто исключают и повторяют определение коэффициентов моделей.В режиме функционирования (рабочий режим) аппаратура работает аналогично режиму идентификации. После выстрела и записи в память вычислителя моментов времени пересечения фронтом звуковой волны датчиков по программе по модели (6) находят предварительные координаты y, z, затем по программе по модели (11) с коэффициентами a i , b i , найденными при идентификации, определяют поправки y, z и, наконец, по (12) производят уточнение координат точки попадания. В случае необходимости координаты каждой пробоины или среднюю точку попадания, характеристики рассеивания (срединные отклонения, круги R 50 , R 80 , R 100 , поперечник рассеивания) выводят на монитор 4. В случае 12 датчиков по (10) определяют горизонтальную скорость пули или снаряда.Предложенное устройство имеет большое поле регистрации (до 2 3 м 2), высокую точность измерении координат и скорости полета пуль и снарядов, обеспечивает высокую точность измерения на открытой местности при наличии ветра.Источники информации1. Захаров В.А. Электронно-акустическая мишень. М.: Радио, 1975, №5, с.13-15.2. Стрелковый тир. Заявка №94043628, 1996 г., F 41 J 5/056. Заявители: Захаров В.Н., Ромашкин В.В., Рублев Н.Н., Смирнов Н.И.3. Устройство для определения внешнебаллистических характеристик полета пуль и снарядов. Заявка №93015148/23 от 1993.03.23, F 41 J 5/04. Дата публикации формулы изобретения 1995.09.20. Автор Вьюков Н.Н. (прототип).

Формула изобретения

Способ определения внешнебаллистических характеристик полета пуль и снарядов, включающий фиксацию моментов времени прохождения фронта звуковой волны через акустические датчики, установленные на мишени в количестве не менее шести, и вычисление характеристик по регрессионной или математической модели мишени с помощью вычислителя, отличающийся тем, что число датчиков выбирают по минимальному количеству неизвестных в регрессионной или математической модели, которыми являются начало отсчета времени, соответствующее моменту пролета пули или снаряда через плоскость мишени, скорость пули или снаряда, углы наклона их траектории и величину и направление силы ветра, при этом для определения положения датчиков осуществляют идентификацию модели, для чего предварительно на мишень устанавливают контрольную рамку и производят серию выстрелов в заданные точки, причем после каждого выстрела измеряют время срабатывания датчиков и координаты пробоин в контрольной рамке, а затем по методу наименьших квадратов определяют координаты датчиков.

Внешняя баллистика - это наука, изучающая движение снаряда (пули) после прекращения действия на него пороховых газов, вылетев из канала ствола под действием пороховых газов, снаряд (пуля) движется по инерции. Снаряды, имеющие реактивный двигатель движутся по инерции прекращения работы реактивного двигателя.

При полете в воздухе снаряд (пуля) подвергается действию двух сил: силы тяжести и силы сопротивления воздуха. Сила тяжести приложена к центру тяжести снаряда (пули), направлена к центру Земли и заставляет снаряд (пулю) постепенно снижаться, а сила сопротивления воздуха направлена в сторону, противоположную движению снаряда (пули), непрерывно замедляет ее движение и стремится опрокинуть ее.

В результате действия этих сил скорость полета снаряда (пули) постепенно уменьшается, т.к. часть энергии расходуется на преодоление силы сопротивления, а ее траектория представляет собой неравномерную изогнутую кривую линию.

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

Рис. Образование силы сопротивления воздуха.

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

1. Частицы воздуха, непосредственно соприкасающиеся с движущейся пулей (гранатой), вследствие сцепления с ее поверхностью движутся со скоростью пули. Следующий слой частиц воздуха вследствие внутреннего сцепления (вязкости) также приходит в движение, но уже с несколько меньшей скоростью. Движение этого слоя передается следующему, и так до тех пор, пока скорость частиц воздуха не станет равной нулю. Слой воздуха, непосредственно примыкающий к поверхности пули (гранаты), в котором движение частиц изменяется от скорости пули (гранаты) до нуля, называется пограничным слоем .

В пограничном слое возникают касательные напряжения - трение , уменьшающее скорость полета пули.

2. Пограничный слой, достигнув донной части пули (гранаты), отрывается, образуя разреженное пространство. Появившаяся разность давлений на головную и донную части, создает силу, направленную в сторону, обратную движению, и уменьшающую скорость полета пули (гранаты). Частицы воздуха, стремясь заполнить разрежение, образовавшееся за пулей, создают завихрение.

3. Пуля (граната) при полете сталкивается с частицами воздуха и заставляет их колебаться. Создается уплотнение воздуха и образуются звуковые волны, поэтому полет пули (гранаты) сопровождается характерным звуком. При движении пули со скоростью, меньшей скорости звука, это уплотнение «обгоняет» пулю и уходит вперед, не оказывая на нее значительного влияния. При скорости полета пули, большей скорости звука, от набегания звуковых волн друг на друга создается волна сильно уплотненного воздуха - баллистическая волна, замедляющая скорость полета пули. Давление на фронте этой волны может достигать 8-10 атмосфер. Для преодоления такого большого давления расходуется наибольшая часть энергии пули (гранаты).

При движении в воздухе пуля подвергается действию сил тяжести, и сопротивления воздуха. Сила тяжести направлена вниз и заставляет пулю постепенно понижаться, а сила сопротивления воздуха направлена навстречу движению дули и непрерывно замедляет ее движение, а также стремится опрокинуть ее головной частью назад (рис.) Под действием этих двух сил пуля летит в воздухе не по линии бросания, а по неравномерно изогнутой кривой линии, расположенной ниже линии бросания. Кривая линия, которую описывает центр тяжести пули при полете в воздухе, называется траекторией.

Рис. Действие сил на полет пули.

Действие силы сопротивления воздуха на полет пули: Цт – центр тяжести; Цс – центр сопротивления; б- угол между осью пули и касательной к траектории.

Под действием начальных возмущений (толчков) в момент вылета пули из канала ствола и давления газов на донную часть пули (в период последействия газов), между осью пули и касательной к траектории образуется угол б (угол нутации).

Сила сопротивления воздуха действует не вдоль оси пули, а под углом к ней, стремясь не только замедлить движение пули, но и опрокинуть ее.

Для того чтобы пуля не опрокидывалась, ей придают с помощью нарезов в канале ствола под действием силы сопротивления воздуха, быстрое вращательное движение.

Движение быстро вращающейся пули получает свойство гироскопа

Вращающаяся пуля способна сопротивляться воздействию внешней силы (силы сопротивления воздуха), сохраняя приданное положение оси. При воздействии на пулю ее ось отклонится в ту сторону, где окажется получившая импульс точка через 3/4 оборота.

Рис. Прецессионное (коническое) движение пули.

Так как действие силы сопротивления воздуха непрерывно, а направление ее относительно пули меняется с каждым отклонением оси пули, то головная часть пули описывает окружность. Происходит медленное коническое и прецессионное движение, в результате пуля летит головной частью вперед, как бы «следит» за изменением кривизны траектории.

Сила тяжести заставляет пулю постепенно понижаться относительно линии бросания. В безвоздушном пространстве падение пули происходит с ускорением (g). Понижение (h) определяется по формуле h = g х t 2 : 2 . Без учета силы сопротивления воздуха центр тяжести пули опишет плавную кривую (параболическую траекторию).

Рис. Действие силы тяжести на полет пули в безвоздушном пространстве.

Отклонение пули от плоскости стрельбы в сторону ее вращения называется деривацией

Причины деривации: 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.

Пуля отклоняется в сторону вращения вправо при правой нарезке ствола.

Рис. Деривация (вид траектории сверху).

При стрельбе на дальности действительного огня или вверх (вниз) поправки на деривацию не учитываются.

Устойчивость гранаты при полете обеспечивается наличием стабилизатора, который позволяет перенести центр сопротивления назад. Вследствие этого сила сопротивления воздуха поворачивает ось гранаты к касательной к траектории - граната движется головной частью вперед.

Рис. Действие сопротивления воздуха на полет гранаты.

Кроме сил тяжести и сопротивления воздуха на полет пули (гранаты) оказывают влияние атмосферное давление, влажность воздуха, направление ветра, температура воздуха.

Атмосферное давление при повышении местности (в сравнении с уровнем моря) на каждые 100 м понижается в среднем на 9 мм рт. ст. (округленно на 10 мм рт.ст.). Поэтому при стрельбе на высотах плотность и сила сопротивления воздуха уменьшаются, а дальность полета пули увеличивается.

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

Боковой ветер справа отклоняет пулю в левую сторону, ветер слева - в правую сторону.