балістика
Бал і стіки (нім. Ballistik, від грец. Ballo - кидаю), наука про рух артилерійських снарядів, куль, хв, авіабомб, актівнореактівних і реактивних снарядів, гарпунів і т.п. Б. - військово-технічна наука, яка грунтується на комплексі фізико-математичних дисциплін. Розрізняють внутрішню і зовнішню балістику.
Внутрішня Б. вивчає рух снаряда (або інші тіла, механічні свобода якої обмежена певними умовами) в каналі ствола гармати під дією порохових газів, а також закономірності інших процесів, що відбуваються при пострілі в каналі ствола або каморі порохової ракети. Розглядаючи постріл як складний процес швидкого перетворення хімічної енергії пороху в теплову, а потім в механічну роботу переміщення снаряда, заряду і відкатних частин знаряддя, внутрішня Б. розрізняє в явищі пострілу: попередній період - від початку горіння пороху до початку руху снаряда; 1-й (основний) період - від початку руху снаряда до кінця горіння пороху; 2-й період - від кінця горіння пороху до моменту вильоту снаряда з каналу ствола (період адіабатичному розширення газів) і період післядії порохових газів на снаряд і ствол. Закономірності процесів, пов'язані з останнім періодом, розглядаються спеціальним розділом балістики -промежуточной балістикою. Кінець періоду післядії на снаряд розділяє область явищ, що вивчаються внутрішньої і зовнішньої Б. Основними розділами внутрішньої Б. є піростатіка, піродінаміка і балістична проектування знарядь. Піростатіка вивчає закони горіння пороху і газоутворення при згоранні пороху в постійному об'ємі і встановлює вплив хімічної природи пороху, його форми і розмірів на закони горіння і газоутворення. Піродінаміка вивчає процеси і явища, що відбуваються в каналі ствола при пострілі, і встановлює зв'язки між конструктивними характеристиками каналу ствола, умовами заряджання і різними фізико-хімічними і механічними процесами, що протікають при пострілі. На підставі розгляду цих процесів, а також сил, що діють на снаряд і ствол, встановлюється система рівнянь, що описують процес пострілу, в тому числі основне рівняння внутрішньої Б., що зв'язує величину згорілої частини заряду, тиск порохових газів в каналі ствола, швидкість снаряда і довжину пройденого ним шляху. Вирішення цієї системи і знаходження залежності зміни тиску порохових газів Р, швидкості снаряда v і інших параметрів від шляху снаряда 1 (рис. 1) і від часу його руху по каналу ствола є першою основною (прямий) завданням внутрішньої Б. Для вирішення цього завдання застосовуються : аналітичний метод, методи чисельного інтегрування [в т. ч. на основі електронно-обчислювальних машин (ЕОМ)] і табличні методи. У всіх цих методах зважаючи на складність процесу пострілу і недостатньої вивченості окремих факторів робляться деякі допущення. Велике практичне значення мають поправочні формули внутрішньої Б., що дозволяють визначити зміну дульной швидкості снаряда і максимального тиску в каналі ствола при зміні різних умов заряджання.
Балістична проектування знарядь є другою основною (зворотної) завданням внутрішньої Б. Воно визначає конструктивні дані каналу ствола і умови заряджання, при яких снаряд даного калібру і маси отримає при вильоті задану (дульну) швидкість. Для обраного при проектуванні варіанту ствола розраховуються криві зміни тиску газів в каналі ствола і швидкості снаряда по довжині ствола і за часом. Ці криві є вихідними даними при проектуванні артилерійської системи в цілому і боєприпасів до неї. Внутрішня Б. вивчає також процес пострілу при спеціальних і комбінованих зарядах, в стрілецьку зброю, системах з конічними стовбурами, системах із закінченням газів під час горіння пороху (газодинамічні і безвідкатні гармати, міномети). Важливим розділом є також внутрішньою Б. порохових ракет, яка розвинулася в спеціальну науку. Основні розділи внутрішньої Б. порохових ракет складають: піростатіка напівзамкненого обсягу, яка розглядає закони горіння пороху при порівняно невеликому постійному тиску; рішення основні завдання внутр. Б. порохової ракети, що складається у визначенні (при заданих умовах заряджання) закону зміни тиску порохових газів в камері залежно від часу, а також закону зміни сили тяги для забезпечення необхідної швидкості ракети; балістична проектування порохової ракети, що складається у визначенні енергетичних характеристик пороху, ваги і форми заряду, а також конструктивних параметрів сопла, які забезпечують при заданому вазі бойової частини ракети необхідну силу тяги під час її дії.
Зовнішня Б. вивчає рух некерованих снарядів (мін, куль і т.д.) після вильоту їх з каналу ствола (пускового пристрою), а також фактори, що впливають на цей рух. Основне її вмістом є вивчення всіх елементів руху снаряда і сил, що діють на нього в польоті (сила опору повітря, сила тяжіння, реактивна сила, сила, що виникає в період післядії, і ін.); руху центру мас снаряда з метою розрахунку його траєкторії (рис. 2) при заданих початкових і зовнішніх умовах (основне завдання зовнішньої Б.), а також визначення стійкості польоту і розсіювання снарядів. Важливими розділами зовнішньої Б. є теорія поправок, що розробляє методи оцінки впливу чинників, що визначають політ снаряда, на характер його траєкторії, а також методика складання таблиць стрільби і способів знаходження оптимального внешнебаллистические варіанту при проектуванні артилерійської систем. Теоретичне вирішення завдань про рух снаряда і завдань теорії поправок зводиться до складання рівнянь руху снаряда, спрощення цих рівнянь і відшукання методів їх вирішення; Останнім значно полегшилось і прискорилося з появою ЕОМ. Для визначення початкових умов (початкові швидкість і кут кидання, форма і маса снаряда), необхідних для отримання заданої траєкторії, в зовнішній Б. користуються спеціальними таблицями. Розробка методики складання таблиць стрільби полягає у визначенні оптимального поєднання теоретичних і експериментальних досліджень, що дозволяють отримати таблиці стрілянини необхідної точності при мінімальних затратах часу. Методами зовнішньої Б. користуються також при вивченні законів руху космічних апаратів (при їх русі без впливу керуючих сил і моментів). З появою керованих снарядів зовнішньої Б. зіграла велику роль в становленні і розвитку теорії польоту, ставши окремим випадком останньої.
Виникнення Б. як науки відноситься до 16 ст. Першими працями по Б. є книги італійця Н. Тарталья «Нова наука» (1537) і «Питання і відкриття, які стосуються артилерійської стрільби» (1 546). У 17 ст. фундаментальні принципи зовнішньої Б. були встановлені Г. Галілеєм, що розробив параболічну теорію руху снарядів, італійцем Е. Торрічеллі і французом М. Мерсенна, який запропонував назвати науку про рух снарядів балістикою (+1644). І. Ньютон провів перші дослідження про рух снаряда з урахуванням опору повітря - «Математичні початки натуральної філософії» (1687). У 17-18 вв. дослідженням руху снарядів займалися: голландець Х. Гюйгенс, француз П. Варіньон, швейцарець Д. Бернуллі, англієць Б. Робінс, російський учений Л. Ейлер і ін. Експериментальні та теоретичні основи внутрішньої Б. закладені в 18 ст. в працях Робінса, Ч. Хеттон, Бернуллі і ін. В 19 ст. були встановлені закони опору повітря (закони Н. В. Маіевскій, Н. А. Забудського, Гаврскій закон, закон А. Ф. Сіаччі). На початку 20 ст. дано точне рішення основного завдання внутрішньої Б. - роботи Н. Ф. Дроздова (1903, 1910), досліджувалися питання горіння пороху в незмінному обсязі - роботи І. П.Граве (1904) і тиску порохових газів в каналі ствола - роботи Н. А . Забудського (1904, 1914), а також француза П. Шарбонье і італійця Д. Біанкі. В СРСР великий внесок у подальший розвиток Б. внесений вченими Комісії особливих артилерійських дослідів (КОСЛРТОП) в 1918-26. У цей період В. М. Трофімовим, А. Н. Криловим, Д. А. Вентцелем, В. В. Мечниковим, Г. В. Оппокова, Б. Н. Окуневим і ін. Виконаний ряд робіт по вдосконаленню методів розрахунку траєкторії, розробці теорії поправок і по вивченню обертального руху снаряда. Дослідження М. Є. Жуковського і С. А. Чаплигіна з аеродинаміки артилерійських снарядів лягли в основу робіт Е. А. Беркалова і ін. Щодо вдосконалення форми снарядів і збільшенню дальності їх польоту. В. С. Пугачов вперше вирішив загальну задачу про рух артилерійського снаряда.
Важливу роль у вирішенні проблем внутрішньої Б. грали дослідження Трофімова, Дроздова і І. П. Граве, який написав в 1932-38 якнайповніший курс теоретичної внутрішньою Б. значний внесок в розвиток методів оцінки і балістичного дослідження артилерійських систем і у вирішення спеціальних завдань внутрішньої Б . внесли М. Е. Серебряков, В. Е. Слухоцкій, Б. Н. Окунєв, а з іноземних авторів - П. Шарбонье, Ж. сюго і ін.
В період Великої Вітчизняної війни 1941-45 під керівництвом С. А. Христиановича проведені теоретичні та експериментальні роботи по підвищенню купчастості реактивних снарядів. У повоєнний час ці роботи тривали; досліджувалися також питання підвищення початкових швидкостей снарядів, встановлення нових законів опору повітря, підвищення живучості ствола, розвитку методів балістичного проектування. Значного розвитку набули роботи по дослідженню періоду післядії (В. Е. Слухоцкій і ін.) І розвитку методів Б. для вирішення спеціальних завдань (гладкоствольні системи, актівнореактівние снаряди і ін.), Завдань зовнішньої і внутрішньої Б. стосовно реактивних снарядів, подальшого вдосконалення методики балістичних досліджень, пов'язаних з використанням ЕОМ.
Літ .: Граве І. П., Внутрішня балістика. Піродінаміка, в. 1-4, Л., 1933-37; Серебряков М. Е., Внутрішня балістика стовбурних систем і порохових ракет, М., 1962 (бібл.); Корнер Д., Внутрішня балістика знарядь, пров. з англ., М., 1953; Шапіро Я. М., Зовнішня балістика, М., 1946.
Ю. В. Чуєв, К. А. Ніколаєв.
Мал. 2. Елементи траєкторії і основні сили, що діють на снаряд у польоті: Про - точка вильоту снаряда; S - вершина траєкторії; С - точка падіння; v0 - початкова швидкість снаряда; Q o - кут кидання: х і y - поточна горизонтальна дальність і висота польоту снаряда; Y - висота траєкторії; Х - повна горизонтальна дальність польоту; vc - кінцева швидкість снаряда; Q c - кут падіння; R - сила опору повітря, q - сила тяжіння.
Мал. 1. Криві зміни тиску порохових газів (Р) і швидкості снаряда (v) в залежності від шляху снаряда (l); ln - відстань, на якому припиняється дія порохових газів на снаряд в періоді післядії; lg - довжина шляху снаряда до дульного зрізу.