Баллистика

Прибор для обжатия пуль в дульце гильз патронов к нарезному оружию.

Функции стрелка (или охотника) можно разделить на две части. Одна из них заключается в правильных стрелковых навыках: умении обращаться с оружием, владении набором устойчивых исходных положений для стрельбы.

 

Но наиболее ответственная часть работы, от которой зависит успех стрельбы, должна выполняться c умом. Сюда относятся выбор правильной тактики, собственной маскировки, умение наблюдать, находить и выбирать цель, определять дистанцию стрельбы и поправки для прицела в зависимости от условий стрельбы.

Для решения этих сложных задач хороший стрелок и охотник должен представлять, что происходит после того, как боек разобьет капсюль патрона. Эти явления изучает баллистика. Мы предлагаем читателям познакомиться с материалом, составленным по обзорам статей американских авторов.

Баллистику (для лучшего понимания и систематизации) принято разделять на три части: внутреннюю, внешнюю и баллистику в конечной точке. Внутренняя баллистика начинается, когда боек ударника разбивает капсюль, и заканчивается, когда пуля выходит из ствола. Внешняя баллистика исследует полет пули с момента вылета из ствола до контакта с целью.

С этого момента начинается баллистика в конечной точке. Она включает в себя вход в мишень (не важно какую — бумажную или живую), а заканчивается, когда все фрагменты пули остановятся.

ВНУТРЕННЯЯ БАЛЛИСТИКА

 

Внутренняя баллистика в значительной мере определяет внешние баллистические характеристики выстрела. Ниже изложена упрощенная версия того, что происходит во время выстрела.

Сначала боек ударяет в капсюль. Это вызывает его взрыв, и создается форс (выброс)пламени, поджигающего порох, содержащийся в патроне. В результате горения пороха выделяется большое количество разогретых газов, которые вызывают быстрое увеличение давления в гильзе, благодаря которому она расширяется и плотно прижимается к стенкам патронника. Это не дает пороховым газам вырваться из казенной части оружия.

Когда их давление достигнет определенного уровня, пуля выталкивается в канал ствола, где спиральные нарезы придают ей вращательное движение, которое стабилизирует пулю после вылета из ствола. Следует иметь в виду, что давление, вызванное горением пороха, в определенный момент начинает уменьшаться, пока пуля еще в стволе, и уменьшится очень быстро (до атмосферного давления), когда пуля вылетит из него.

Понятно, что на характеристики выстрела значительно влияют различные факторы. Сюда можно отнести форму нарезов, объем гильзы, конструкцию пули, свойства капсюля и пороха и многое другое. В этой статье мы сконцентрируем внимание на капсюле и порохе.

КАПСЮЛЬ-ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬ

Выбор капсюля влияет на начальное воспламенение пороха в патроне и может изменять картину давления во время выстрела. На протяжении всей истории огнестрельного оружия в капсюльных смесях используется три основных вещества— гремучая ртуть, бертолетова соль и стифнат (тринитрорезорцинат) свинца. Так как гремучую ртуть легко получать и она очень чувствительна, ее использовали во времена черного пороха.

Джошуа Шоу (Joshua Shaw) запатентовал в 1822 году капсюль с использованием гремучей ртути в качестве воспламенителя. С появлением бездымного пороха обнаружили, что гремучая ртуть недостаточно сильна для него. Но если в капсюльную смесь вместе с гремучей ртутью добавлять окислитель, например бертолетову соль, то получается подходящий состав для бездымного пороха.

При использовании гремучей ртути после выстрела образуются растворы ртути (амальгамы) в латуни, делая ее настолько слабой и хрупкой, что гильзы становились непригодными для перезарядки. Вооруженные силы США прекратили использовать гремучую ртуть примерно в 1900 годах.

После того как проблемы, относящиеся к гремучей смеси, стали широко известны, состав капсюля был изменен на рецептуру, не содержащую ртуть. Один из составов, который начала использовать армия США примерно в 1917 году, применялся под маркой FA70.

Капсюльная смесь FA70 использовалась в качестве стандартной смеси до Второй мировой войны. Но с бертолетовой солью была проблема — из-за нее канал ствола оружия покрывался ржавчиной.

Спустя некоторое время в промышленности стали использоваться капсюльные смеси, основанные на стифнате (тринитрорезорцинат) свинца (которые не содержали ртути и не приводили к интенсивному окислении стволов). Армия США приняла на вооружение эти капсюли в 1948 году. Они до сих пор используются под маркой FA956.

ИЗ ИСТОРИИ ПОРОХА

Самое старое взрывчатое вещество, известное человечеству, это черный порох. Он состоит из смеси селитры (азотнокислый калий), древесного угля и серы. Пропорция смеси приблизительно следующая:

Азотнокислый калий 75%
Древесный уголь 15%
Сера 10%

При горении уголь и сера быстро окисляются кислородом, выделяющимся из азотнокислого калия. Во время сгорания черного пороха образуются газообразные продукты — углекислый газ, угарный газ, азот и немного сероводорода (из-за которого образуется специфический запах дыма черного пороха).

Основные твердые продукты сгорания — это карбонат калия, сульфат калия, сульфид калия и несколько свободного углерода. Образующиеся твердые продукты составляют примерно половину начального веса порохового заряда.

Хотя бездымный порох был изобретен во второй половине 18 века, до 1893 года в Соединенных Штатах черный порох оставался основным.

Основной компонент всех типов бездымного пороха — нитро­целлюлоза. Впервые нитроцеллюлоза была приготовлена в 1845 и 1846 годах независимо друг от друга учеными Шенбейном (Schoenbein) и Беттгером (Bottger). Чтобы получить ее, нужно осторожно обработать хлопковые или другие целлюлозные волокна нитрующей смесью (азотной и серной кислотой).

Если получившуюся нитроцеллюлозу поджечь, она распадается на угарный газ, углекислый газ, азот, водород и воду. Все продукты сгорания — газы, которые занимают гораздо больший объем, чем твердая нитроцеллюлоза. Кроме того, остается немного (по сравнению с черным порохом) твердого нагара, и ствол ружья загрязняется меньше.

Все продукты сгорания нитроцеллюлозы газообразны, и в процессе горения выделяется значительное количество теплоты, создающее высокое давление в стволе. Но нитроцеллюлоза была слишком активной, чтобы ее в чистом виде можно было использовать вместо пороха, поэтому требовались определенные меры по снижению скорости горения. Этого удалось добиться путем создание из нее газонепроницаемого твердого вещества.

Один из вариантов — создание желатинового коллоида из нитроцеллюлозы, используя смесь спирта и эфира. Благодаря этому после высушивания коллоид принимает желаемую форму. Первым удачно использовал этот метод француз Вьель в 1884 году. Используя упомянутый способ, он сделал плотный пластинчатый порох. Эти пластины был настолько плотными, что горели только с поверхности. Таким образом, скорость горения нового пороха зависела от его удельной поверхности.

В 1887 году знаменитый Альфред Нобель изобрел бездымный порох другого состава. Нобель начал с нитроцеллюлозы и сформировал коллоид с нитроглицерином, затем скатал и высушил этот коллоид в пластины. Нобель назвал свой порох «баллистит». Этот продукт несколько легче производить, потому что не требуется никаких других растворителей, чтобы приготовить исходный коллоид. Стоит отметить, что один из первых бездымных порохов, кордит, имел сходный состав, но, в отличие от пороха Нобеля, его выпускали в виде длинных нитей, а не в пластинах.

Развитие технологии получения порохов, на одном компоненте (нитроцеллюлозе) и на двух компонентах (нитроцеллюлозе и нитроглицерине) в совокупности с совершенствованием технологии Вьелем и Нобелем обеспечило быструю замену черного пороха. До сих пор эти вещества являются основными компонентами бездымного пороха.

Благодаря возможности создавать плотную твердую форму из нитроцеллюлозы, начал действовать эффект формы пороховых зерен на скорость их горения. По этому показателю пороха могут быть разделены на три группы: регрессивную, нейтральную и прогрессивную.

Зерна, имеющие форму тонких пластинок, тонких полосок и трубочек, как правило, горят с постоянной скоростью, т.к. площадь их поверхности не сильно меняется по мере их сгорания. Такое горение называется нейтральным. Если зерна имеют форму длинных нитей и сфер, то площадь поверхности слегка уменьшится во время горения. Уменьшение поверхности вызовет уменьшение скорости горения, поэтому такое горение называется регрессивным. Прогрессивное горение достигается благодаря форме зерен (и большому количеству внутренних пор), которые увеличивают площадь поверхности во время горения.

До 1933 года бездымный порох производился в промышленном масштабе либо экструдированием коллоида в маленькие цилиндры, либо сворачиванием и нарезкой в виде чешуек. Потом западной патронной компанией был выпущен сферический порох. При производстве сферического пороха нитроцеллюлоза растворяется полностью, а не образует коллоид. Контролируя выделение нитроцеллюлозы из раствора, можно сформировать маленькие сферы или шары.

Технология позволяла получать шарики нужного размера, чтобы они оптимально соответствовали баллистическим требованиям. Обычно добавляется нитроглицерин для увеличения выделения энергии при горении. Как было упомянуто выше, сферическая форма приводит к регрессивному горению, поэтому добавление химических защитных покрытий играет важную роль в действии пороха.

Производство сферического пороха относительно безопасно, т.к. большинство этапов выполняется в воде. Также это быстрый производственный процесс с использованием простого оборудования по сравнению с более традиционным экструдированным порохом.

КАПСЮЛЬНЫЕ СМЕСИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ АРМИЕЙ США

1900 г.

Гремучая ртуть 13,7%
Бертолетова соль 41,5%
Сульфид сурьмы 33,4%
Стеклянный порошок 10,7%
Желатиновый клей 0,7%

1917 г. FA70

Бертолетова соль 53,0%
Сульфид сурьмы 17,0%
Роданид свинца 25,0%
Тротил 5,0%

1948 г. FA956

Стифнат свинца, нормальный 36,8%
Тетразен 4,0%
Нитрат бария 32,0%
Сульфид сурьмы 15,0%
Алюминиевый порошок 7,0%
Пентаэритриттетранитрат 5,0%
Гуммиарабик 0,2%

Чтобы гильза легко извлекалась

В любом оружии после выстрела периодически возникает проблема извлечения стреляной гильзы. Наиболее распространенная причина — разношенный (увеличенного диаметра) патронник. Хотя есть распространенное заблуждение, что это связано с тем, что гильзы имеют великоватый внешний диаметр. В действительности это не так.

Если гильза плотно входит в патронник, то высокое давление пороховых газов ее деформирует лишь в пределах упругости (упругой деформации). После спада давления диаметр гильзы возвращается к первоначальному значению. Если же гильза «болтается» в патроннике, то при выстреле возможна ее деформация выше предела вынужденной пластичности. В результате после спада давления гильза останется очень плотно прижатой к патроннику.

Для облегчения экстракции гильз из ствола им придают не цилиндрическую, а слегка коническую форму. Чтобы извлекать их после выстрела с минимальным усилием, необходимо прилагать его вдоль оси оружия. Повороты гильзы вокруг этой оси требуют несравненно больших усилий.

Изобретение, обогнавшее время

Оригинальный способ обеспечения легкой экстракции стреляных гильз был реализован в семидесятых годах 18 века в английских винтовках системы Снайдера. Метод состоял в обжатии гильзы пороховыми газами при выстреле. Для этого на поверхности гильзы были желобки, идущие вдоль гильзы от дульца к шляпке.

Идея гофрирования гильз незадолго до того осуществлялась на папковых и тонких латунных гильзах для охотничьих ружей. Матрицы для такого обжатия производили английские, французские и бельгийские оружейники. Эта идея довольно долго не имела развития.

Лишь в 1929 году итальянцы сделали в патроннике ручного пулемета Ревелли желобки, которые начинались от дульца и сходили на нет, немного не доходя до казенного среза. При выстреле газы окружают гильзу и не позволяют ей прилипнуть к патроннику, даже когда туда попадали пыль, песок и другие загрязнения.

1822 год — время появления первого капсюля. Он был запатентован Джошуа Шоу (Joshua Shaw).

В 1846 году независимо друг от друга ученые Шенбейн и Беттгер изобрели бездымный порох.