Balistika je znanost o kretanju, letu i djelovanju projektila. Podijeljena je u nekoliko disciplina. Unutarnja i vanjska balistika bavi se kretanjem i letom projektila. Prijelaz između ova dva načina naziva se srednja balistika. Terminalna balistika odnosi se na udar projektila, posebna kategorija pokriva stupanj oštećenja mete. Što proučava unutarnja i vanjska balistika?
Oružje i projektili
Topovski i raketni motori su vrste toplinskih motora, koji dijelom pretvaraju kemijsku energiju u pogonsko gorivo (kinetičku energiju projektila). Pogonska goriva se razlikuju od konvencionalnih goriva po tome što njihovo izgaranje ne zahtijeva atmosferski kisik. U ograničenoj mjeri, proizvodnja vrućih plinova sa zapaljivim gorivom uzrokuje povećanje tlaka. Pritisak pokreće projektil i povećava brzinu gorenja. Vrući plinovi nagrizaju cijev ili grlo pištoljarakete. Unutarnja i vanjska balistika malokalibarskog oružja proučava kretanje, let i udar koji ima projektil.
Kada se pogonsko punjenje u komori pištolja zapali, plinovi izgaranja se zadržavaju mecima, tako da se tlak povećava. Projektil se počinje kretati kada pritisak na njega prevlada njegov otpor kretanju. Tlak nastavlja rasti neko vrijeme, a zatim pada kako hitac ubrzava do velike brzine. Brzo zapaljivo raketno gorivo ubrzo se iscrpi, a s vremenom se hitac izbacuje iz njuške: postignuta je brzina metka 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 tijekom relativno kratke početne aktivne faze leta, čija je putanja naknadno vođena zakonima klasične mehanike, za razliku od, primjerice, krstarećih projektila, koje se aerodinamički navode u letu s uključenim motorom.
Putnja udarca
U vanjskoj i unutarnjoj balistici, putanja je put metka koji je podložan gravitaciji. Pod isključivim utjecajem gravitacije, putanja je parabolična. Povlačenje usporava put. Ispod brzine zvuka, otpor je otprilike proporcionalan kvadratu brzine; shottail racionalizacija je učinkovita samo pri ovim brzinama. Pri velikim brzinama, konusni udarni val dolazi iz nosa metka. Vučna sila, kojauvelike ovisi o obliku nosa, najmanji je za fine točke. Povlačenje se može smanjiti ispuštanjem plinova iz plamenika u rep.
Repna peraja se mogu koristiti za stabilizaciju projektila. Stražnja stabilizacija osigurana navojem izaziva žiroskopske oscilacije kao odgovor na aerodinamičke sile bubnja. Nedovoljno okretanje omogućuje vam da padnete, a previše sprječava da nos potone dok putuje duž putanje. Odnos sačma je posljedica podizanja, meteoroloških uvjeta i rotacije Zemlje.
Impulsni odgovor
Rakete se kreću kao odgovor na impuls istjecanja plina. Motor je konstruiran na način da su pritisci koji nastaju tijekom izgaranja gotovo konstantni. Radijalno stabilizirane rakete osjetljive su na bočni vjetar, dva ili više mlaznica motora nagnutih od linije leta mogu osigurati stabilizaciju okretanja. Mete su obično tvrde i nazivaju se debele ili tanke, ovisno o tome utječe li udar hitca na temeljni materijal.
Penetracija se događa kada intenzitet udarnog naprezanja premašuje granicu tečenja cilja; uzrokuje duktilni i krhki lom u tankim ciljevima i hidrodinamičko strujanje materijala u debelim ciljevima. 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.
Stupanj lokalnog oštećenja
Unutarnja i vanjska balistika metka uglavnom se odnose na mehanizme i medicinske posljedice ozljeda uzrokovanih mecima i eksplozivnim krhotinama. Nakon penetracije, impuls koji se prenosi na okolna tkiva stvara veliku privremenu šupljinu. Stupanj lokalnog oštećenja povezan je s veličinom ove prijelazne šupljine. Dokazi sugeriraju da je fizička ozljeda proporcionalna brzini kocke projektila, masi i površini poprečnog presjeka. Istraživanje tjelesnih oklopa ima za cilj spriječiti prodor projektila i minimizirati ozljede.
Balistika vanjska i unutarnja - je područje mehanike koje se bavi lansiranjem, letom, ponašanjem i djelovanjem projektila, posebno metaka, nevođenih bombi, raketa i slično. to je svojevrsna znanost ili čak umjetnost projektiranja i ubrzavanja projektila za postizanje željene izvedbe. Balističko tijelo je tijelo s zamahom koje se može slobodno kretati, podložno silama kao što su tlak plina u pištolju, narezivanje cijevi, gravitacija ili aerodinamički otpor.
Povijest 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 od 64 000 godina.prije, koji su pronađeni u špilji Sibudu, u Južnoj Africi. Najstariji dokazi o upotrebi lukova za gađanje 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 ukazuje na to da su pucani iz luka. Najstariji luk koji se još obnavlja star je oko 8000 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 identificirani kao alati pojavili su se u Kini oko 1000. godine. a do 12. stoljeća tehnologija se proširila diljem Azije i Europe do 13. stoljeća.
Nakon tisućljeća empirijskog razvoja, disciplinu balistike, vanjske i unutarnje, izvorno je proučavao i razvio talijanski matematičar Niccolo Tartaglia 1531. godine. Galileo je uspostavio princip složenog gibanja 1638. godine. Opće znanje o vanjskoj i unutarnjoj balistici postavio je Isaac Newton na čvrste znanstvene i matematičke temelje objavljivanjem Philosophia Naturalis Principia Mathematica 1687. godine. Time su dobiveni matematički zakoni gibanja i gravitacije, koji su po prvi put omogućili uspješno predviđanje putanja. Riječ "balistika" dolazi iz grčkog, što znači "baciti".
Projektili i lanseri
Projektil - bilo koji objekt projiciran u prostor (prazan ili ne) kadaprimjena sile. Iako je svaki objekt koji se kreće u prostoru (kao što je bačena lopta) projektil, pojam se najčešće odnosi na dalekometno oružje. Za analizu putanje projektila koriste se matematičke jednadžbe gibanja. Primjeri projektila uključuju kugle, strijele, metke, topničke granate, rakete i tako dalje.
Bacanje je ručno lansiranje projektila. Ljudi su neobično dobri u bacanju zbog svoje visoke agilnosti, to je vrlo razvijena osobina. Dokazi o ljudskom bacanju datiraju prije 2 milijuna godina. Brzina bacanja od 145 km na sat kod mnogih sportaša 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 predmeta.
Unutarnja i vanjska balistika: oružje ukratko
Jedan od najstarijih lansera bili su obične praćke, luk i strijele, katapult. S vremenom su se pojavile puške, pištolji, rakete. Informacije iz interne i vanjske balistike uključuju informacije o raznim vrstama oružja.
- Spling je oružje koje se obično koristi za izbacivanje tupih projektila kao što su kamen, glina ili olovni "metak". Sling ima malu kolijevku (torbu) u sredini spojenih dviju duljina užeta. Kamen se stavlja u vrećicu. Srednji prst ili palac se stavlja kroz omču na kraju jedne uzice, a jezičak na kraju druge užete stavlja se između palca ikažiprstima. Remen se zamahne u luku, a jezičak se otpušta u određenom trenutku. To oslobađa projektil da leti prema meti.
- Luk i strijele. Luk je fleksibilan komad materijala koji ispaljuje aerodinamičke projektile. Uzica spaja dva kraja, a kada se povuče natrag, krajevi štapa se savijaju. Kada se struna pusti, potencijalna energija savijenog štapa pretvara se u brzinu strijele. Streličarstvo je umjetnost ili sport streličarstva.
- Katapult je uređaj koji se koristi za lansiranje projektila na velike udaljenosti bez pomoći eksplozivnih naprava - osobito raznih vrsta antičkih i srednjovjekovnih opsadnih strojeva. Katapult se koristio od davnina jer se pokazao kao jedan od najučinkovitijih mehanizama tijekom rata. Riječ "katapult" dolazi iz latinskog, koji, pak, dolazi od grčkog καταπέλτης, što znači "baciti, baciti". Katapulte su izumili stari Grci.
- Pištolj je konvencionalno cjevasto oružje ili drugi uređaj dizajniran za ispuštanje projektila ili drugog materijala. Projektil može biti čvrst, tekući, plinovit ili energičan, a može biti labav, kao kod metaka i topničkih granata, ili sa stezaljkama, kao kod sondi i kitolovih harpuna. Medij za projekciju varira ovisno o dizajnu, ali se obično izvodi djelovanjem tlaka plina koji nastaje brzim izgaranjem pogonskog goriva ili se komprimira i skladišti mehaničkim sredstvima unutar cijevi s otvorenim krajem utip klipa. Kondenzirani plin ubrzava pokretni projektil duž duljine cijevi, dajući dovoljnu brzinu da se projektil pomakne kada se plin zaustavi na kraju cijevi. Alternativno, možete koristiti ubrzanje generiranjem elektromagnetskog polja, u tom slučaju možete odbaciti cijev i zamijeniti vodilicu.
- Raketa je raketa, svemirska letjelica, zrakoplov ili drugo vozilo koje je pogođeno raketnim motorom. Ispušni plinovi raketnog motora u potpunosti se formiraju od pogonskog goriva koje se nosi u raketi prije upotrebe. Raketni motori rade djelovanjem i reakcijom. Raketni motori guraju rakete naprijed jednostavnim odbacivanjem njihovih ispušnih plinova vrlo brzo. Iako su relativno neučinkovite za korištenje pri malim brzinama, rakete su relativno lagane i snažne, sposobne generirati velika ubrzanja i postići ekstremno velike brzine s razumnom učinkovitošću. Rakete su neovisne o atmosferi i izvrsno rade u svemiru. Kemijske rakete najčešći su tip raketa visokih performansi i obično stvaraju svoje ispušne plinove kada se raketno gorivo izgori. Kemijske rakete pohranjuju velike količine energije u obliku koji se lako oslobađa i mogu biti vrlo opasne. Međutim, pažljiv dizajn, testiranje, konstrukcija i korištenje minimizirat će rizike.
Osnove vanjske i unutarnje balistike: glavne kategorije
Balistika se može proučavati pomoću fotografije velike brzine ilikamere velike brzine. Fotografija snimka snimljena ultra-brzinom bljeskalicom s zračnim razmakom pomaže vidjeti metak bez zamućenja slike. Balistika se često dijeli u sljedeće četiri kategorije:
- Unutarnja balistika - proučavanje procesa koji u početku ubrzavaju projektile.
- Tranzicijska balistika - proučavanje projektila tijekom prijelaza na bezgotovinski let.
- Vanjska balistika - proučavanje prolaska projektila (putoje) u letu.
- Terminalna balistika - proučavanje projektila i njegovih učinaka dok se završava
Unutarnja 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. To je važno za dizajnere i korisnike vatrenog oružja svih vrsta, od pušaka i pištolja do visokotehnološkog topništva. Informacije iz interne balistike za raketne projektile pokrivaju razdoblje tijekom kojeg raketni motor daje potisak.
Prilazna balistika, također poznata kao srednja balistika, je proučavanje ponašanja projektila od trenutka kada izađe iz njuške sve dok se pritisak iza projektila ne uravnoteži, tako da pada između unutarnje i vanjske balistike.
Vanjski balistika je proučavanje dinamike atmosferskog tlaka oko metka i dio je balističke znanosti, koja se bavi ponašanjem projektila bez snage u letu. Ova se kategorija često povezuje s vatrenim oružjem ise odnosi na fazu slobodnog leta metka nakon što iziđe iz cijevi pištolja i prije nego što pogodi metu, tako da se nalazi između prijelazne balistike i terminalne balistike. Međutim, vanjska balistika također se tiče slobodnog letenja projektila i drugih projektila kao što su kugle, strijele i tako dalje.
Terminalna balistika je proučavanje ponašanja i učinaka projektila dok pogađa svoju metu. Ova kategorija je relevantna i za projektile malog kalibra i za projektile velikog kalibra (topnička paljba). Proučavanje učinaka iznimno velikih brzina još je vrlo novo i trenutno se uglavnom primjenjuje 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 sustava. Zasebno od balističkih informacija, ispiti za vatreno oružje i otisak alata („balistički otisak prsta”) uključuju pregled dokaza o vatrenom oružju, streljivu i alatima kako bi se utvrdilo je li neko vatreno oružje ili alat korišteno u počinjenju zločina.
Astrodinamika: orbitalna mehanika
Astrodinamika je primjena balistike oružja, vanjske i unutarnje, te orbitalne mehanike na praktične probleme pogona raketa i drugih svemirskih letjelica. Gibanje ovih objekata obično se izračunava iz Newtonovih zakona gibanja.i zakon gravitacije. To je temeljna disciplina u dizajnu i kontroli svemirskih misija.
Putovanje projektila u letu
Osnove vanjske i unutarnje balistike bave se putovanjem projektila u letu. Put metka uključuje: niz cijev, kroz zrak i kroz metu. Osnove interne balistike (ili originalne, unutar topa) razlikuju se ovisno o vrsti oružja. Meci ispaljeni iz puške imat će više energije od sličnih metaka ispaljenih iz pištolja. Više praha se također može koristiti u patronama za oružje jer se komore za metke mogu dizajnirati da izdrže veći pritisak.
Viši pritisci zahtijevaju veći pištolj s većim trzajem, koji se puni sporije i stvara više topline, što rezultira većim trošenjem 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 gorućeg baruta stvara pritisak (sila/površina). Ovdje se nalazi baza metka (ekvivalentna promjeru cijevi) i konstantna je. Stoga će energija prenesena na metak (s danom masom) ovisiti o vremenu mase pomnoženom s vremenskim intervalom u kojem se sila primjenjuje.
Posljednji od ovih faktora je funkcija duljine cijevi. Kretanje metka kroz uređaj za mitraljez karakterizira povećanje ubrzanja pri širenju plinovapritisnite ga, ali smanjite tlak u bačvi kako se plin širi. Do točke pada tlaka, što je dulja cijev, to je veće ubrzanje metka. Dok metak putuje niz cijev pištolja, dolazi do lagane deformacije. To je zbog manjih (rijetko većih) nesavršenosti ili varijacija u narezima ili tragova na cijevi. Glavni zadatak interne balistike je stvoriti povoljne uvjete za izbjegavanje takvih situacija. Učinak na daljnju putanju metka obično je zanemariv.
Od pištolja do mete
Vanjska balistika može se ukratko nazvati putovanjem od pištolja do mete. Meci obično ne putuju pravocrtno do cilja. Postoje rotacijske sile koje drže metak od ravne osi leta. Osnove vanjske balistike uključuju koncept precesije, koji se odnosi na rotaciju metka oko središta 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 stvoriti savršeni metak. Da bi se smanjio otpor zraka, idealan bi metak bila duga, teška igla, ali takav projektil bi prošao ravno kroz metu bez raspršivanja 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 niskim prednjim područjem i granastim oblikom.
Najbolji sastav metka je olovo, koje ima visoku vrijednostgustoće i jeftin za dobivanje. Nedostaci su mu što ima tendenciju omekšavanja pri > 1000fps, zbog čega podmazuje cijev i smanjuje točnost, a olovo ima tendenciju potpunog topljenja. Legiranje olova (Pb) s malom količinom antimona (Sb) pomaže, ali pravi je odgovor spojiti olovni metak na tvrdu čeličnu cijev kroz drugi metal dovoljno mekan da zatvori metak u cijevi, ali s visokim taljenjem točka. Bakar (Cu) je najbolji za ovaj materijal kao omotač za olovo.
Balistika terminala (pogođanje mete)
Kratak metak velike brzine počinje režati, uvijati se, pa čak i silovito okretati dok ulazi u tkivo. To uzrokuje pomicanje većeg broja tkiva, povećavajući otpor i prenoseći većinu kinetičke energije mete. Dulji, teži metak može imati više energije u širem rasponu kada pogodi metu, ali može prodrijeti tako dobro da s većinom energije izađe iz mete. Čak i metak niske kinetike može uzrokovati značajna oštećenja tkiva. Meci oštećuju tkivo na tri načina:
- Uništenje i drobljenje. Promjer ozljede od nagnječenja tkiva je promjer metka ili fragmenta, do duljine osi.
- Kavitacija - "trajna" šupljina je uzrokovana putanjom (tragom) samog metka s fragmentacijom tkiva, dok je "privremena" šupljina formirana radijalnom napetošću oko traga metka od kontinuiranog ubrzanja medija (zrak ili tkivo) ukao rezultat metka, uzrokujući da se šupljina rane rasteže prema van. Za projektile koji se kreću malom brzinom, stalne i privremene šupljine su gotovo iste, ali pri velikoj brzini i s zakretanjem metka, privremena šupljina postaje veća.
- Udarni valovi. Udarni valovi komprimiraju medij i pomiču 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 tlak do 200 atmosfera. Međutim, prijelom kosti uslijed kavitacije iznimno je rijedak događaj. Val balističkog pritiska od udarca metka velikog dometa može uzrokovati potres mozga kod osobe, uzrokujući akutne neurološke simptome.
Eksperimentalne metode za demonstriranje oštećenja tkiva korištene su materijale sa karakteristikama sličnim mekom tkivu i koži čovjeka.
Dizajn metka
Dizajn metka važan je u potencijalu ozljeda. Haaška konvencija iz 1899. (a kasnije i Ženevska konvencija) zabranjivala je upotrebu ekspanzivnih, deformabilnih metaka u ratu. Zbog toga vojni meci imaju metalni omotač oko olovne jezgre. Naravno, ugovor je imao manje veze s poštivanjem nego činjenica da moderne vojne jurišne puške ispaljuju projektile velikim brzinama i da meci moraju biti obloženi bakrom jer se olovo počinje topiti zbog topline koja se stvara pri > 2000 sličica u sekundi.
Vanjska i unutarnja balistika PM (Makarov pištolj) razlikuje se od balistike takozvanih "uništivih" metaka, dizajniranih da se lome pri udaru u tvrdu površinu. Takvi se meci obično izrađuju od metala koji nije olovo, kao što je bakreni 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. Stoga će se razlikovati vanjska i unutarnja balistika PM te vojnih i lovačkih pušaka dizajniranih za isporuku metaka s velikim brojem CE na većoj udaljenosti.
Dizajniranje metka za učinkovit prijenos energije na određenu metu nije lako jer su mete različite. Koncept unutarnje i vanjske balistike također uključuje dizajn projektila. Da bi probio slonovu debelu kožu i čvrstu kost, metak mora biti malog promjera 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 zahtijevat će određene "kočnice" kako bi se osiguralo da se svi CE prenesu na metu.
Lakše je dizajnirati značajke koje pomažu usporiti veliki metak koji se sporo kreće u tkivu nego mali metak velike brzine. Takve mjere uključuju modifikacije oblika kao što su okrugli, spljošteni ilizasvođen. Meci s okruglim nosom pružaju najmanji otpor, 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 rezanje i koristan je pri srednjoj brzini.
Dizajn šuplje točke metka olakšava okretanje metka "iznutra prema van" i poravnavanje prednje strane, što se naziva "ekspanzija". Proširenje se pouzdano događa samo pri brzinama većim od 1200 fps, tako da je prikladno 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 trebala bi se smanjiti kako se brzina udara povećava.
Potencijal za ozljedu
Vrsta tkiva utječe na mogućnost ozljede kao i na dubinu prodiranja. Specifična težina (gustoća) i elastičnost su glavni čimbenici tkiva. Što je veća specifična težina, veća je šteta. Što je više elastičnosti, to je manje oštećenja. Dakle, lagano tkivo male gustoće i visoke elastičnosti manje je oštećeno mišića veće gustoće, ali s određenom elastičnošću.
Jetra, slezena i mozak nemaju elastičnost i lako se ozljeđuju, poput masnog tkiva. Organi ispunjeni tekućinom (mokraćni mjehur, srce, velike žile, crijeva) mogu puknuti zbog nastalih valova pritiska. Pogađanje metkakosti, može rezultirati fragmentacijom kosti i/ili višestrukim sekundarnim projektilima, od kojih svaki uzrokuje dodatnu ranu.
Balistika za pištolj
Ovo je oružje lako sakriti, ali ga je teško precizno ciljati, osobito na mjestima zločina. Većina paljbi iz malokalibarskog oružja događa se na manje od 7 jardi, ali čak i tako, većina metaka promašuje svoju namjeravanu 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 kontrolirati tijekom pucanja.
Destrukcija tkiva može se povećati za bilo koji kalibar korištenjem proširenog metka sa šupljom točkom. Dvije glavne varijable u balistici pištolja su promjer metka i volumen baruta u čauri. Patrone starijeg dizajna bile su ograničene pritiscima koje su mogli izdržati, ali napredak u metalurgiji omogućio je da se maksimalni tlak udvostruči i utrostruči kako bi se moglo generirati više kinetičke energije.
