Баллистика и баллистическое движение

Баллистика  и баллистическое движение

В многочисленных войнах на протяжении всей истории  человечества враждующие стороны, доказывая  своё превосходство, использовали сначала  камни, копья , и стрелы, а затем ядра, пули, снаряды, и бомбы.

Успех сражения во многом определялся точностью  попадания в цель.

При этом точный бросок камня, поражение противника летящим копьём или стрелой фиксировались  воином визуально. Это позволяло  при соответствующей тренировке повторять свой успех в следующем  сражении.

Значительно возросшая  с развитием техники скорость и дальность полёта снарядов и  пуль сделали возможным дистанционные  сражения. Однако навыка война, разрешающей  способности его глаза было недостаточно для точного попадания в цель артиллерийской дуэли первым.

Желание побеждать  стимулировало появление баллистики (от греческого слова ballo-бросаю).

б) основные термины:

Возникновение баллистики относится к 16 в.

Баллистика-наука  о движении снарядов, мин, пуль, неуправляемых  ракет при стрельбе (пуске). Основные разделы баллистики: внутренняя баллистика и внешняя баллистика. Исследованием  реальных процессов, происходящих при  горении пороха, движении снарядов, ракет (или их моделей) и т. д., занимается эксперимент баллистики. Внешняя  баллистика изучает движение снарядов, мин, пуль, неуправляемых ракет и  др. после прекращения их силового взаимодействия со стволом оружия (пусковой установкой), а также факторы, влияющие на это движение. Основные разделы  внешней баллистики: изучение сил  и моментов, действующих на снаряд в полёте; изучение движения центра масс снаряда для расчета элементов  траектории, а также движение снаряда  относит. Центра масс с целью определения  его устойчивости и характеристик  рассеивания. Разделами внешней  баллистики являются также теория поправок, разработка методов получения данных для составления таблиц стрельбы и внешнебаллистическое проектирование. Движение снарядов в особых случаях изучается специальными разделами внешней баллистики, авиационной баллистикой, подводной баллистикой и др.

Внутренняя баллистика изучает движение снарядов, мин, пуль и др. в канале ствола оружия под  действием пороховых газов, а  также другие процессы, происходящие при выстреле в канале или камере пороховой ракеты. Основные разделы  внутренней баллистики: пиростатика, изучающая закономерности горения пороха и газообразования в постоянном объёме; пиродинамика, исследующая процессы в канале ствола при выстреле и устанавливающая связь между ними, конструктивными характеристиками канала ствола и условиями заряжания; баллистическое проектирование орудий, ракет, стрелкового оружия. Баллистика (изучает процессы периода последствия) и внутренняя баллистика пороховых ракет (исследует закономерности горения топлива в камере и истечения газов через сопла, а также возникновение сил, действий на неуправляемые ракеты).

Баллистическая  гибкость оружия - свойство огнестрельного оружия, позволяющее расширять его  боевые возможности повышать эффективность  действия за счёт изменения баллистич. характеристик. Достигается путем изменения баллистич. коэффициента (напр., введением тормозных колец) и начальной скорости снаряда (применением переменных зарядов). В сочетании с изменением угла возвышения это позволяет получать большие углы падения и меньшее рассеивание снарядов на промежуточные дальности.

Баллистическая  ракета, ракета, полет которой, за исключением  относительно небольшого участка, совершается  по траектории свободно брошенного тела. В отличие от крылатой ракеты баллистическая ракета не имеет несущих поверхностей для создания подъёмной силы при  полёте в атмосфере. Аэродинамическая устойчивость полёта некоторых баллистических ракет обеспечивается стабилизаторами. К баллистическим ракетам относят ракеты различного назначения, ракеты-носители космических аппаратов и др. Они бывают одно- и многоступенчатыми, управляемые и неуправляемыми. Первые боевые баллистические ракеты ФАУ 2- были применены фашисткой Германией в конце мировой войны. Баллистические ракеты с дальностью полёта св.5500 км (по иностранной классификации - св.6500 км) называются межконтинентальными баллистическими ракетами. (МБР). Современные МБР имеют дальность полёта до 11500 км (напр., амер. «Минитмен» 11500 км, «Титан -2» ок.11000 км, «Трайдер-1» около7400 км,). Их пуск производят с наземных (шахтных) пусковых установок или ПЛ. (из надводного или подводного положения). МБР выполняются многоступенчатыми, с жидкостными или твердотопливными двигательными установками, могут оснащаться моноблочными или многозарядными ядерными головными частями.

Баллистическая  трасса, спец. оборудованный на арт. полигоне участок местности для  эксперимент, изучения движения арт. снарядов, мини др. На баллистической трассе устанавливаются  соответственные баллистические приборы  и баллистич. мишени, с помощью которых на основе опытных стрельб определяются функция (закон) сопротивления воздуха, аэродинамические характеристики, параметры поступательного и колебат. движения, начальные условия вылета и характеристики рассеивания снарядов.

Баллистические  условия стрельбы, совокупность баллистич. характеристик, оказывающих наибольшее влияние на полёт снаряда (пули). Нормальными, или табличными, баллистическими условиями стрельбы считаются условия, при которых масса и начальная скорость снаряда (пули) равны расчётной (табличной), температура зарядов 15°С, а форма снаряда (пули) соответствует установленному чертежу.

Баллистические  характеристики, основные данные, определяющие закономерности развития процесса выстрела и движения снаряда (мины, гранаты, пули) в канале ствола (внутрибаллистические) или на траектории (внешнебаллистические). Основные внутрибаллистические характеристики: калибр оружия, объём зарядной каморы, плотность заряжания, длина пути снаряда в канале ствола, относительная масса заряда (отношение её к массе снаряда), сила пороха, макс. давление, давление форсирования, характеристики прогрессивности горения пороха и др. К основным внешнебаллистическим характеристикам относятся: начальная скорость, баллистический коэффициент, углы бросания и вылета, срединные отклонения и др.

Баллистический  вычислитель, электронный прибор стрельбы (как правило, прямой наводкой) из танков, БМП, малокалиберных зенитных пушек  и др. Баллистический вычислитель  учитывает сведения о координатах  и скорости цели и своего объекта, ветре, тем-ре и давлении воздуха, начальной  скорости и углах вылета снаряда  и др.

Баллистический  спуск, неуправляемое движение спускаемого  космического аппарата (капсулы) с момента  схода с орбиты до достижения заданной относительно поверхности планеты.

Баллистическое  подобие, свойство артиллерийных орудий, заключающееся в сходстве зависимостей, характеризующих процесс горения порохового заряда при выстреле в каналах стволов различных артиллерийных систем. Условия баллистического подобия изучаются теорией подобия, основу которой составляют уравнения внутренней баллистики. На основании этой теории составляются баллистические таблицы, используемые при баллистич. проектировании.

Баллистический  коэффициент (С), одна из основных внешнебаллистических характеристик снаряда (ракеты), отражающая влияние его коэффициент формы(i), калибра (d),и массы(q) на способность преодолевать сопротивление воздуха в полёте. Определяется по формуле С=(id/q)1000, где d в м, a q в кг. Чем меньше баллистич. коэффициент, тем легче снаряд преодолевает сопротивление воздуха.

Баллистическая  фотокамера, специальное устройство для фотографирования явления выстрела и сопровождающих его процессов  внутри канала ствола и на траектории с целью определения качественных и количественных баллистических характеристик  оружия. Позволяет осуществлять мгновенное одноразовое фотографирование к.-л. фазы изучаемого процесса или последовательное скоростное фотографирование (более 10 тыс. кадровс) различных фаз. По способу получения экспозиции Б.Ф. бывают искровые, с газосветными лампами, с электрооптическими затворами и рентгенографичные импульсные.

в) скорость при  баллистическом движении.

Для расчёта  скорости v снаряда произвольной точке траектории, а также для определения угла , который образует вектор скорости с горизонталью,

достаточно знать  проекции скорости на оси X и Y(рис№1).

(рис№1)

Если v и v известны, по теореме Пифагора можно найти скорость: 

v = .

Отношение катета v , противолежащего углу , к катету v ,принадлежащему

к этому углу, определяет tg  и соответственно угол : 

tg  = .

При равномерном  движении по оси X проекция скорости движения v остаётся неизменной и равной проекции начальной скорости v :

v = v cos .

Зависимость v (t) определяется формулой:  

v = v + a t.

в которую следует  подставить:

v = v sin , a = -g.

Тогда

v = v sin - gt.

Графики зависимости  проекций скорости от времени приведены на рис№2.

(рис №2).

В любой точке  траектории проекция скорости на ось X остается постоянной. По мере подъема  снаряда проекция скорости на ось У уменьшается по линейному закону. При t = 0 она равна  = sin а. Найдем промежуток времени, через который проекция этой скорости станет равна нулю:

0 = v sin - gt , t =  

Полученный результат  совпадает со временем подъема снаряда  на максимальную высоту. В верхней  точке траектории вертикальная компонента скорости равна нулю.

Следовательно, тело больше не поднимается. При t >  проекция скорости

v становится отрицательной. Значит, эта составляющая скорости направлена противоположно оси Y, т. е. тело начинает падать вниз (рис.№3).

(рис№3)

Так как в  верхней точке траектории v = 0, то скорость снаряда равна:  

v = v = v cos

г) траектория движения тела в поле тяжести.

Рассмотрим основные параметры траектории снаряда, вылетающего  с начальной скоростью v из орудия, направленного под углом α к горизонту (рис №4).

(рис №4)

Движение снаряда  происходит в вертикальной плоскости XY, содержащей v .

Выберем начало отсчёта в точке вылета снаряда.

В евклидовом физическом пространстве перемещения тела по координатным

осям X и Y можно  рассматривать независимо.

Ускорение свободного падения g направлено вертикально вниз, поэтому по оси X движение будет равномерным.

Это означает, что  проекция скорости v остаётся постоянной, равной её значению в начальный момент времени v .

Закон равномерного движения снаряда по оси X имеет вид: x= x + v t. (5)

По оси Y движение является равномерным, так как вектор ускорения свободного падения g постоянен.

Закон равнопеременного движения снаряда по оси Y можно представить  в следующем виде: y = y +v t + . (6)

Криволинейное баллистическое движение тела можно  рассматривать как результат  сложения двух прямолинейных движений: равномерного движения

по оси X и  равнопеременного движения по оси Y.

В выбранной  системе координат:

x =0. y =0.

v = v cos α. v = v sin α.

Ускорение свободного падения направлено противоположно оси Y, поэтому 

а = -g.

Подставляя x , y , v ,v ,а в (5) и (6), получаем закон баллистического

движения в  координатной форме, в виде системы  двух уравнений:

(7)

Уравнение траектории снаряда, или зависимость y(x), можно получить,

исключая из уравнений системы время. Для этого из первого уравнения системы найдём:

t = .

Подставляя его  во второе уравнение получаем:  

y = v sin α - .

Сокращая v в первом слагаемом и учитывая, что  = tg α, получаем

уравнение траектории снаряда: y = x tg α – .(8)

д) Траектория баллистического движения.

Построим баллистическую траекторию (8).

Графиком квадратичной функции, как известно, является парабола. В рассматриваемом случае парабола проходит через начало координат,

так как из (8) следует, что у = 0 при х = 0. Ветви параболы направлены вниз, так как коэффициент ( -  ) при x меньше нуля. (Рис №5).

 (рис №5)

Определим основные параметры баллистического движения: время подъема на максимальную высоту, максимальную высоту, время и дальность  полета. Вследствие независимости движений по координатным осям подъем снаряда  по вертикали определяется только проекцией  начальной скорости  на ось Y. В соответствии с формулой: , полученной для тела, брошенного вверх с начальной скоростью , время подъема снаряда на максимальную высоту равно: