Balistika je věda o pohybu, letu a účincích projektilů. Je rozdělena do několika disciplín. Pohybem a letem střel se zabývá vnitřní a vnější balistika. Přechod mezi těmito dvěma režimy se nazývá střední balistika. Terminální balistika se týká dopadu střel, samostatná kategorie pokrývá stupeň poškození cíle. Co studuje interní a externí balistika?
Zbraně a střely
Kanonové a raketové motory jsou typy tepelných motorů, které částečně přeměňují chemickou energii na pohonnou látku (kinetickou energii projektilu). Pohonné látky se od běžných paliv liší tím, že jejich spalování nevyžaduje vzdušný kyslík. Produkce horkých plynů s hořlavým palivem způsobuje v omezené míře zvýšení tlaku. Tlak pohání střelu a zvyšuje rychlost hoření. Horké plyny mají tendenci erodovat hlaveň nebo hrdlo zbraněrakety. Vnitřní a vnější balistika ručních zbraní studuje pohyb, let a dopad střely.
Když se v komoře zbraně zapálí výmetná náplň, spaliny jsou zadržovány výstřelem, takže se zvyšuje tlak. Střela se začne pohybovat, když tlak na ni překoná její odpor vůči pohybu. Tlak ještě chvíli stoupá a pak klesá, jak se výstřel zrychluje na vysokou rychlost. Rychle hořlavé raketové palivo je brzy vyčerpáno a v průběhu času je výstřel vymrštěn z ústí hlavně: bylo dosaženo rychlosti výstřelu až 15 kilometrů za sekundu. Skládací děla uvolňují plyn zadní částí komory, aby působila proti zpětnému rázu.
Balistická střela je střela naváděná během relativně krátké počáteční aktivní fáze letu, jejíž dráha se následně řídí zákony klasické mechaniky, na rozdíl například od řízených střel, které jsou za letu naváděny aerodynamicky s běžícím motorem.
Trajektorie střely
Ve vnější a vnitřní balistice je trajektorie dráha střely vystavená gravitaci. Pod jediným vlivem gravitace je trajektorie parabolická. Tažení zpomaluje cestu. Pod rychlostí zvuku je tažení zhruba úměrné druhé mocnině rychlosti; racionalizace shottailu je účinná pouze při těchto rychlostech. Při vysokých rychlostech vychází z nosu výstřelu kuželová rázová vlna. Tažná síla, kterádo značné míry závisí na tvaru nosu, je nejmenší pro jemné bodové tahy. Tažení lze omezit odvětráním plynů hořáku do ocasu.
Ocasní ploutve lze použít ke stabilizaci střel. Zadní stabilizace zajišťovaná závitem vyvolává gyroskopické oscilace v reakci na aerodynamické síly bubnu. Nedostatek rotace vám umožní spadnout a příliš mnoho zabrání potopení nosu, když se pohybuje po trajektorii. Unášení střely je způsobeno vztlakem, meteorologickými podmínkami a rotací Země.
Impulzní odpověď
Rakety se pohybují v reakci na impuls výronu plynu. Motor je konstruován tak, že vznikající tlaky jsou při spalování téměř konstantní. Radiálně stabilizované rakety jsou citlivé na boční vítr, dvě nebo více motorových trysek odkloněných od linie letu mohou zajistit stabilizaci rotace. Terče jsou obvykle tvrdé a nazývají se tlusté nebo tenké v závislosti na tom, zda dopad výstřelu ovlivní podkladový materiál.
K penetraci dochází, když intenzity rázového napětí překročí mez kluzu cíle; způsobuje tvárný a křehký lom u tenkých terčů a hydrodynamický tok materiálu u tlustých terčů. Při nárazu může dojít k poruše. Úplný průnik přes cíl se nazývá perforace. Pokročilé pancéřové pasti buď odpálí stlačenou výbušninu proti cíli, nebo na něj explozivně zaměří proud kovu.povrch.
Stupeň místního poškození
Vnitřní a vnější balistika výstřelu souvisí především s mechanismy a lékařskými následky zranění způsobených střelami a úlomky výbušnin. Při průniku impuls přenášený do okolních tkání vytváří velkou dočasnou dutinu. Stupeň lokálního poškození souvisí s velikostí této přechodové dutiny. Důkazy naznačují, že fyzické zranění je úměrné rychlosti, hmotnosti a průřezu střely. Cílem výzkumu brnění je zabránit průniku projektilu a minimalizovat zranění.
Balistika vnější a vnitřní - je obor mechaniky, který se zabývá odpalem, letem, chováním a účinky střel, zejména střel, neřízených bomb, raket a podobně. je to druh vědy nebo dokonce umění navrhování a urychlování projektilů k dosažení požadovaného výkonu. Balistické těleso je těleso s hybností, které se může volně pohybovat v závislosti na silám, jako je tlak plynu ve zbrani, loupení v hlavni, gravitace nebo aerodynamický odpor.
Historie a pozadí
Nejstarší známé balistické projektily byly tyče, kameny a oštěpy. Nejstarší důkazy o střelách s kamennými hroty, které mohou nebo nemusí být nabité lukem, pocházejí z doby před 64 000 lety.které byly nalezeny v jeskyni Sibudu v Jižní Africe. Nejstarší důkazy o používání luků ke střelbě se datují přibližně před 10 000 lety.
V údolí Ahrensburg severně od Hamburku byly nalezeny borové šípky. Na spodní straně měli mělké rýhy, což naznačovalo, že byli zastřeleni z luku. Nejstarší luk, který je stále restaurován, je starý asi 8 000 let a byl nalezen v bažině Holmegard v Dánsku. Zdá se, že lukostřelba dorazila do Ameriky s tradicí arktických malých nástrojů asi před 4 500 lety. První zařízení identifikovaná jako nástroje se objevila v Číně kolem roku 1000 našeho letopočtu. a do 12. století se technologie rozšířila po celé Asii a do 13. století do Evropy.
Po tisíciletí empirického vývoje byla disciplína balistiky, vnější i vnitřní, původně studována a vyvinuta italským matematikem Niccolo Tartagliou v roce 1531. Galileo zavedl princip složeného pohybu v roce 1638. Obecnou znalost vnější a vnitřní balistiky položil na pevný vědecký a matematický základ Isaac Newton publikací Philosophia Naturalis Principia Mathematica v roce 1687. To dalo matematické zákony pohybu a gravitace, které poprvé umožnily úspěšně předpovídat trajektorie. Slovo „balistika“pochází z řečtiny, což znamená „házet“.
Projektily a odpalovací zařízení
Projektil – jakýkoli objekt promítnutý do prostoru (prázdný nebo ne), kdyžpoužití síly. Přestože jakýkoli objekt v pohybu v prostoru (např. vržený míč) je projektil, tento termín nejčastěji označuje zbraň na dálku. K analýze trajektorie střely se používají matematické pohybové rovnice. Příklady projektilů zahrnují koule, šípy, kulky, dělostřelecké granáty, rakety a tak dále.
Throw je ruční vystřelení projektilu. Lidé jsou neobvykle dobří v házení díky své vysoké hbitosti, to je vysoce vyvinutá vlastnost. Důkazy o lidském házení jsou staré 2 miliony let. Rychlost házení 145 km za hodinu zjištěná u mnoha sportovců daleko převyšuje rychlost, kterou mohou šimpanzi házet předměty, což je asi 32 km za hodinu. Tato schopnost odráží schopnost lidských ramenních svalů a šlach zůstat elastické, dokud není potřeba k pohonu předmětu.
Vnitřní a vnější balistika: zbraně ve zkratce
Jedním z nejstarších odpalovacích zařízení byly obyčejné praky, luk a šípy, katapult. Postupem času se objevily zbraně, pistole, rakety. Informace z vnitřní a vnější balistiky zahrnují informace o různých typech zbraní.
- Spling je zbraň běžně používaná k vymrštění tupých projektilů, jako je kámen, hlína nebo olověná „kulka“. Popruh má uprostřed spojených dvou délek šňůry malou kolébku (tašku). Kámen je umístěn v sáčku. Prostředníček nebo palec se protáhne smyčkou na konci jedné šňůrky a poutko na konci druhé šňůrky se umístí mezi palec aukazováčky. Popruh se houpe v oblouku a jazýček se v určitém okamžiku uvolní. Tím se projektil uvolní a může letět směrem k cíli.
- Luk a šípy. Luk je pružný kus materiálu, který střílí aerodynamické projektily. Provázek oba konce spojuje, a když se zatáhne, konce tyčinky se ohnou. Po uvolnění tětivy se potenciální energie ohnuté tyče přemění na rychlost šípu. Lukostřelba je umění nebo sport lukostřelby.
- Katapult je zařízení používané k odpálení projektilu na velkou vzdálenost bez pomoci výbušných zařízení - zejména různých typů starověkých a středověkých obléhacích strojů. Katapult se používal od starověku, protože se během války ukázal jako jeden z nejúčinnějších mechanismů. Slovo „katapult“pochází z latiny, která zase pochází z řeckého καταπέλτης, což znamená „hodit, vrhnout“. Katapulty vynalezli staří Řekové.
- Pistole je konvenční trubková zbraň nebo jiné zařízení určené k vystřelování projektilů nebo jiného materiálu. Střela může být pevná, kapalná, plynná nebo energetická a může být volná, jako u kulek a dělostřeleckých granátů, nebo se svorkami, jako u sond a velrybářských harpun. Projekční médium se liší podle konstrukce, ale obvykle se provádí působením tlaku plynu generovaného rychlým spalováním pohonné látky nebo je stlačováno a skladováno mechanickými prostředky působícími uvnitř trubky s otevřeným koncem vtyp pístu. Kondenzovaný plyn urychluje pohybující se projektil po délce trubice a uděluje dostatečnou rychlost k udržení pohybu projektilu, když se plyn zastaví na konci trubice. Alternativně můžete použít zrychlení generováním elektromagnetického pole, v takovém případě můžete trubici vyhodit a vyměnit vodítko.
- Raketa je raketa, kosmická loď, letadlo nebo jiné vozidlo, které je zasaženo raketovým motorem. Výfuk raketového motoru je kompletně vytvořen z pohonných látek nesených v raketě před použitím. Raketové motory fungují akcí a reakcí. Raketové motory posouvají rakety dopředu tím, že jejich výfuky velmi rychle vyhodí zpět. Ačkoli jsou poměrně neefektivní pro použití při nízké rychlosti, rakety jsou relativně lehké a výkonné, schopné generovat vysoké zrychlení a dosahovat extrémně vysokých rychlostí s rozumnou účinností. Rakety jsou nezávislé na atmosféře a skvěle fungují ve vesmíru. Chemické rakety jsou nejběžnějším typem vysoce výkonných raket a typicky vytvářejí své výfukové plyny při spalování raketového paliva. Chemické rakety ukládají velké množství energie ve snadno uvolnitelné formě a mohou být velmi nebezpečné. Pečlivý návrh, testování, konstrukce a používání však minimalizuje rizika.
Základy vnější a vnitřní balistiky: hlavní kategorie
Balistiku lze studovat pomocí vysokorychlostní fotografie nebovysokorychlostní kamery. Fotografie záběru pořízená ultra vysokorychlostním zábleskem vzduchové mezery pomáhá vidět kulku bez rozmazání obrazu. Balistika se často dělí do následujících čtyř kategorií:
- Vnitřní balistika – studium procesů, které zpočátku urychlují střely.
- Přechodná balistika – studium projektilů při přechodu na bezhotovostní let.
- Vnější balistika – studium průchodu střely (dráhy) za letu.
- Terminální balistika – studium projektilu a jeho účinků po dokončení
Vnitřní balistika je studium pohybu ve formě projektilu. U zbraní pokrývá dobu od zapálení pohonné látky do okamžiku, kdy střela opustí hlaveň zbraně. To je to, co studuje vnitřní balistika. To je důležité pro konstruktéry a uživatele střelných zbraní všech typů, od pušek a pistolí až po špičkové dělostřelectvo. Informace z interní balistiky pro raketové projektily pokrývají období, během kterého raketový motor poskytuje tah.
Přechodná balistika, známá také jako střední balistika, je studium chování střely od okamžiku, kdy opustí ústí střely, dokud se tlak za střelou nevyrovná, takže spadá mezi vnitřní a vnější balistiku.
Externí balistika je studium dynamiky atmosférického tlaku kolem střely a je součástí vědy o balistice, která se zabývá chováním střely bez energie za letu. Tato kategorie je často spojována se střelnými zbraněmi asouvisí s neobsazenou fází volného letu střely poté, co opustí hlaveň zbraně a než zasáhne cíl, takže se nachází mezi přechodovou balistikou a koncovou balistikou. Vnější balistika se však týká také volného letu střel a jiných projektilů, jako jsou koule, šípy a tak dále.
Terminální balistika je studium chování a účinků střely, když zasáhne cíl. Tato kategorie je relevantní jak pro malorážové projektily, tak pro velkorážové střely (dělostřelecká střelba). Studium efektů extrémně vysokých rychlostí je stále velmi nové a v současné době se používá hlavně v konstrukci kosmických lodí.
Forenzní balistika
Forenzní balistika zahrnuje analýzu střel a dopadů střel za účelem zjištění informací o použití u soudu nebo v jiné části právního systému. Bez ohledu na balistické informace zahrnují zkoušky Značky střelných zbraní a nářadí („Ballistic Fingerprint“) kontrolu důkazů o střelných zbraních, střelivu a nástrojích, aby se zjistilo, zda nějaká střelná zbraň nebo nástroj nebyly použity při spáchání trestného činu.
Astrodynamika: orbitální mechanika
Astrodynamika je aplikace balistiky zbraní, vnější a vnitřní a orbitální mechaniky na praktické problémy pohonu raket a jiných kosmických lodí. Pohyb těchto objektů se obvykle vypočítává z Newtonových pohybových zákonů.a zákon gravitace. Je to základní disciplína při navrhování a řízení vesmírných misí.
Cestování projektilem za letu
Základy vnější a vnitřní balistiky se zabývají dráhou střely za letu. Dráha střely zahrnuje: dolů po hlavní, vzduchem a přes cíl. Základy vnitřní balistiky (nebo originální, uvnitř děla) se liší podle typu zbraně. Kulky vystřelené z pušky budou mít více energie než podobné kulky vystřelené z pistole. V nábojích do zbraní lze také použít více prášku, protože nábojové komory mohou být navrženy tak, aby vydržely větší tlak.
Vyšší tlaky vyžadují větší pistoli s větším zpětným rázem, která se nabíjí pomaleji a generuje více tepla, což má za následek větší opotřebení kovu. V praxi je obtížné měřit síly uvnitř hlavně zbraně, ale jedním snadno měřitelným parametrem je rychlost, kterou střela opouští hlaveň (úsťová rychlost). Řízená expanze plynů z hořícího střelného prachu vytváří tlak (sílu/plochu). Zde je umístěna základna střely (ekvivalent průměru hlavně) a je konstantní. Proto bude energie přenesená na kulku (s danou hmotností) záviset na čase hmoty vynásobeném časovým intervalem, po který je síla aplikována.
Poslední z těchto faktorů je funkcí délky hlavně. Pohyb střely přes kulometné zařízení je charakterizován zvýšením zrychlení při expanzi plynůstiskněte jej, ale snižte tlak v hlavni, jak se plyn rozpíná. Až do bodu klesajícího tlaku platí, že čím delší hlaveň, tím větší zrychlení střely. Když kulka prochází po hlavní pistole, dochází k mírné deformaci. To je způsobeno menšími (zřídka velkými) nedokonalostmi nebo odchylkami v loupení nebo stopách na hlavni. Hlavním úkolem vnitřní balistiky je vytvářet příznivé podmínky pro předcházení takovým situacím. Vliv na následnou trajektorii střely je obvykle zanedbatelný.
Od zbraně k cíli
Externí balistika se dá stručně nazvat cesta od zbraně k cíli. Kulky obvykle necestují v přímé linii k cíli. Existují rotační síly, které drží kulku od přímé osy letu. Mezi základy vnější balistiky patří pojem precese, který označuje rotaci střely kolem jejího těžiště. Nutace je malý krouživý pohyb na špičce střely. Zrychlení a precese klesají s rostoucí vzdáleností střely od hlavně.
Jedním z úkolů externí balistiky je vytvořit perfektní střelu. Pro snížení odporu vzduchu by ideální střelou byla dlouhá, těžká jehla, ale taková střela by proletěla přímo cílem, aniž by rozptýlila většinu své energie. Koule budou zaostávat a uvolní více energie, ale nemusí ani zasáhnout cíl. Dobrý aerodynamický kompromisní tvar střely je parabolická křivka s nízkou čelní plochou a rozvětveným tvarem.
Nejlepší složení střely je olovo, které má vysoký obsahhustotu a levně získat. Jeho nevýhodou je, že má tendenci měknout při > 1000fps, což způsobuje mazání hlavně a snížení přesnosti a olovo má tendenci se úplně roztavit. Legování olova (Pb) s malým množstvím antimonu (Sb) pomáhá, ale skutečnou odpovědí je spojení olověné střely s tvrdou ocelovou hlavní přes jiný kov dostatečně měkký, aby utěsnil střelu v hlavni, ale s vysokou teplotou tání. směřovat. Měď (Cu) je pro tento materiál nejlepší jako plášť pro olovo.
Terminální balistika (zasahování cíle)
Krátká, vysokorychlostní kulka začne vrčet, kroutit se a dokonce se prudce otáčet, když proniká do tkáně. To způsobí přemístění většího množství tkáně, zvýšení odporu a předání většiny kinetické energie cíle. Delší a těžší střela může mít více energie v širším dosahu, když zasáhne cíl, ale dokáže proniknout tak dobře, že s většinou své energie opustí cíl. I střela s nízkou kinetikou může způsobit značné poškození tkáně. Kulky způsobují poškození tkáně třemi způsoby:
- Zničení a drcení. Průměr poranění rozdrcením tkáně je průměr střely nebo úlomku až do délky osy.
- Kavitace - „trvalá“dutina je způsobena samotnou trajektorií (dráhou) střely s fragmentací tkáně, zatímco „dočasná“dutina vzniká radiálním napětím kolem dráhy střely z neustálého zrychlování média (vzduch nebo tkáň) vv důsledku kulky, což způsobí, že se dutina rány roztáhne směrem ven. U projektilů pohybujících se nízkou rychlostí jsou trvalé a dočasné dutiny téměř stejné, ale při vysoké rychlosti a při vybočení střely se dočasná dutina zvětší.
- Šokové vlny. Rázové vlny stlačují médium a pohybují se před kulkou i do stran, ale tyto vlny trvají jen několik mikrosekund a nezpůsobují hluboké poškození při nízké rychlosti. Při vysoké rychlosti mohou generované rázové vlny dosáhnout tlaku až 200 atmosfér. Zlomenina kosti v důsledku kavitace je však extrémně vzácná. Balistická tlaková vlna z dopadu kulky na velkou vzdálenost může způsobit otřes mozku a způsobit akutní neurologické příznaky.
Experimentální metody k prokázání poškození tkáně využívaly materiály s vlastnostmi podobnými lidské měkké tkáni a kůži.
Design odrážky
Design střely je důležitý pro potenciální zranění. Haagská konvence z roku 1899 (a následně Ženevská konvence) zakazovala použití roztahovacích, deformovatelných kulek v době války. To je důvod, proč mají vojenské kulky kolem olověného jádra kovový plášť. Smlouva měla samozřejmě méně společného s dodržováním předpisů než skutečnost, že moderní vojenské útočné pušky vystřelují projektily vysokou rychlostí a kulky musí být opatřeny měděným pláštěm, protože olovo se začíná tavit v důsledku tepla generovaného rychlostí > 2000 snímků za sekundu.
Vnější a vnitřní balistika PM (pistole Makarov) se liší od balistiky takzvaných „zničitelných“střel, určených k prasknutí při dopadu na tvrdý povrch. Takové kulky jsou obvykle vyrobeny z kovu jiného než olovo, jako je měděný prášek, zhutněný do kulky. Vzdálenost cíle od ústí hlavně hraje velkou roli ve schopnosti zranění, protože většina kulek vypálených z ručních zbraní ztratila významnou kinetickou energii (KE) na 100 yardů, zatímco vysokorychlostní vojenská děla mají stále významnou KE i na 500 yardů. Vnější a vnitřní balistika PM a vojenských a loveckých pušek určených k doručování kulek s velkým počtem CE na delší vzdálenost se tedy bude lišit.
Navrhnout kulku pro efektivní přenos energie na konkrétní cíl není snadné, protože cíle jsou různé. Koncepce vnitřní a vnější balistiky zahrnuje i konstrukci střely. Aby pronikla do sloní tlusté kůže a pevné kosti, musí mít střela malý průměr a dostatečně silná, aby odolala rozpadu. Taková kulka však pronikne do většiny tkání jako kopí a způsobí o něco větší poškození než rána nožem. Kulka navržená tak, aby poškodila lidskou tkáň, bude vyžadovat určité „brzdy“, aby se zajistilo, že všechny CE budou přeneseny na cíl.
Je snazší navrhnout prvky, které pomohou zpomalit velkou, pomalu se pohybující kulku v tkáni, než malou, vysokorychlostní kulku. Mezi taková opatření patří tvarové úpravy jako kulaté, zploštělé popřklenutý. Kulky s kulatým nosem poskytují nejmenší odpor, jsou obvykle v pochvě a jsou užitečné především v nízkorychlostních pistolích. Zploštělý design poskytuje největší odpor pouze tvaru, není opláštěný a používá se v nízkorychlostních pistolích (často pro cvičení na terč). Kopulovitý design je mezi kulatým nástrojem a řezným nástrojem a je užitečný při střední rychlosti.
Design dutého hrotu střely usnadňuje otočení střely "naruby" a zarovnání přední části, označované jako "expanze". K expanzi spolehlivě dochází pouze při rychlostech nad 1200 fps, takže je vhodný pouze pro zbraně s maximální rychlostí. Zničitelná prachová kulka navržená tak, aby se při dopadu rozpadla, uvolnila všechny CE, ale bez významného průniku, velikost úlomků by se měla zmenšovat, jak se zvyšuje rychlost dopadu.
Možnost zranění
Typ tkáně ovlivňuje možnost poranění i hloubku průniku. Specifická hmotnost (hustota) a elasticita jsou hlavními tkáňovými faktory. Čím vyšší je měrná hmotnost, tím větší je poškození. Čím větší elasticita, tím menší poškození. Lehká tkáň s nízkou hustotou a vysokou elasticitou je tedy poškozena méně svalů s vyšší hustotou, ale s určitou elasticitou.
Játra, slezina a mozek nemají elasticitu a snadno se poraní, podobně jako tuková tkáň. Orgány naplněné tekutinou (močový měchýř, srdce, velké cévy, střeva) mohou vlivem vytvořených tlakových vln prasknout. Úder kulkoukost, může způsobit fragmentaci kosti a/nebo více sekundárních střel, z nichž každá způsobí další zranění.
Balistika pistole
Tuto zbraň lze snadno skrýt, ale je obtížné přesně zamířit, zejména na místa činu. Většina střel z ručních zbraní se vyskytuje na méně než 7 yardů, ale i tak většina střel mine zamýšlený cíl (pouze 11 % nábojů útočníků a 25 % střel vypálených policií zasáhlo zamýšlený cíl v jedné studii). Nízkorážové zbraně se obvykle používají při zločinu, protože jsou levnější a snadněji se nosí a snáze se ovládají při střelbě.
Zničení tkáně může být zvýšeno jakýmkoliv kalibrem pomocí rozšiřující se střely s dutým hrotem. Dvě hlavní proměnné v balistice ručních zbraní jsou průměr střely a objem prachu v nábojnici. Náboje starší konstrukce byly omezeny tlaky, které mohly odolat, ale pokroky v metalurgii umožnily zdvojnásobení a ztrojnásobení maximálního tlaku, aby bylo možné generovat více kinetické energie.
