Початкова швидкість снаряда (V0) - це умовна швидкість в точці вильоту, яка виходить розрахунковим шляхом [8, 10].
Початкова швидкість є однією з найважливіших балістичних характеристик зброї, що впливає на його бойові властивості. При збільшенні початкової швидкості збільшуються дальність польоту снаряда, настильность траєкторії, поражаемое простір, бронепробиваемость, а також зменшується вплив зовнішніх умов на політ снаряда.
У таблицях стрільби і настановах вказуються величини початкових швидкостей дещо більші, ніж швидкість снаряда в момент вильоту (Vд).
Пояснюється це наступним чином. При русі снаряда по каналу ствола під дією порохових газів швидкість його весь час збільшується і досягає значення Vд.
Якби період післядії був відсутній, то ця швидкість була б найбільшою, нею визначалося б початок руху снаряда в повітрі. Але під час періоду післядії під тиском стікали газів швидкість снаряда продовжує ще кілька збільшуватися і досягає якогось значення Vm (рис. 12), після якого починає спадати.
Мал. 12. Вибір початкової швидкості.
Ділянка періоду післядії газів у зброї незначний, тому вважають, що снаряд після вильоту з каналу ствола не піддається дії порохових газів. Але в цьому випадку дійсна швидкість снаряда в момент вильоту виявляється не пов'язаної з кривою зміни швидкості польоту снаряда в повітрі.
Для того, щоб уникнути такого розриву, за початкову швидкість приймається така умовна швидкість в точці вильоту, яка узгоджується з кривою швидкостей снаряда за межами дільниці післядії.
Таким чином, початкова швидкість визначається по закономірностям, що характеризує зміну швидкості снаряда в повітрі. Отже, для визначення початкової швидкості необхідно визначити швидкість снаряда в певних точках в повітрі і потім отриману криву побудувати до дульного зрізу.
Для визначення швидкості снаряда в будь-якій точці в повітрі застосовуються спеціальні прилади - хронографи *.
Мал. 13. Принципова схема вимірювача швидкості.
S - відстань між мембранами; t - час між імпульсами; 1 - перша мембрана; 2 - друга мембрана; 3 - куля.
Сутність визначення швидкості снаряда за допомогою хронографа полягає в наступному (рис. 13).
На певній відстані один від одного встановлюються дві мішені, які являють собою або дерев'яну раму з натягнутою дротом (для артилерійських систем), або наліплену на папір фольгових мішень (поз. 1 і 2) (для стрілецької зброї), розраховану так, щоб снаряд ( поз. 3) обов'язково при пробитті рами перервав дріт або фольгових смужку. При цьому роз'єднується електричний ланцюг. Обидві рами-мішені з'єднані з хронографом. При пробитті снарядом по черзі
* Хронограф називаються прилади, за допомогою яких вимірюється час руху снаряда з метою визначення його швидкості.
першій і другій рам-мішеней хронограф дає можливість визначити час польоту снаряда між двома рамами.
Знаючи відстань між рамами-мішенями і приймаючи рух на цій ділянці рівномірним, визначають середню швидкість снаряда на ділянці між рамами-мішенями за формулою:
де Vср. - середня швидкість снаряда на ділянці між двома рамамі- мішенями; S - відстань між рамами-мішенями; t - час польоту снаряда між рамами-мішенями.
Зазвичай відстань між рамами-мішенями становить 50 м, тому знайдену середню швидкість Vср. приймають за швидкість снаряда в 25 м від дульного зрізу (V25).
Приклад. Перша рама-мішень встановлена безпосередньо у дульного зрізу кулемета ПКМ (зазвичай замість першої рами-мішені для стрілецької зброї застосовується дуловий хомутик з дротиком переривачем), друга - сталева плита з інерційним преривателем- в 50 м від дульного зрізу.
Хронограф показав час t = 0,062 с. Тоді швидкість снаряда в 25 м від дульного зрізу дорівнює: V25 = 50: 0,062 = 805 м / с.
Знаючи швидкість снаряда в даній точці і закон зміни швидкості снаряда під час польоту, за допомогою відповідних формул отримують величину початкової швидкості.
Зазвичай визначають швидкість снаряда в 25 м від дульного зрізу і множать її на величину 1,025, певну за допомогою формул для приведення до дульного зрізу.
Приклад. Визначити початкову швидкість кулі обр. 1908 р випущеної з кулемета ПКМ, якщо за допомогою хронографа встановлено, що швидкість кулі в 25 м від дульного зрізу дорівнює 805 м / с.
За своєю будовою хронографи є самих різних видів. Для стрілецької зброї широко застосовується електромагнітний хронограф з падаючим тілом.
Широке поширення мають також іскрові і соленоїдні хронографи.
Принцип визначення початкової швидкості можна показати на простій установці в класі.
Час польоту кулі на відстань АБ (рис. 14), наприклад, в 10 м визначається по висоті падіння фанерки (С), що утримується ниткою, яка через два ролика проведена до дульного зрізу укріпленого в прицільний верстат малокаліберного пістолета Марголіна.
Мал. 14. Схема навчальної установки для визначення початкової швидкості кулі.
Куля при пострілі обриває нитку, змушує фанерку З падати, потім пробиває її, а також поставлений за нею нерухомий щит К.
Положення фанерки С до пострілу було відзначено на щиті К. Якщо тепер поєднати пробоїни на фанерці і нерухомому щиті, то можна виміряти величину вільного падіння фанерки. При дальності стрільби в 10 м
фанерка встигає спуститися приблизно на 10 мм. Знаючи шлях падіння h = 10,0 мм = 0,01 м, знайдемо з виразу час польоту кулі t:
Середня швидкість кулі на ділянці в 10 м дорівнює; V = 10: 0,045≈222 м / с. У нашому досвіді її можна прийняти за початкову швидкість без приведення до дульного зрізу, так як відстань до щита було всього 10 м.
За нерухомим щитом при проведенні описаного досвіду в класі встановлюється ящик з піском для перехоплення куль.
Величина початкової швидкості снаряда залежить від багатьох умов, основними з яких є наступні.
Вага снаряда. Зі збільшенням ваги снаряда при одному в тому ж заряді величина початкової швидкості зменшується (і навпаки).
Така залежність початкової швидкості від ваги снаряда легко пояснюється фізично: однакова сила тиску газів в стовбурі зброї надає снаряду меншою маси більше прискорення. Ця залежність і використовується в подкалиберних артилерійських снарядах: збільшення початкової швидкості досягається за рахунок зниження загальної ваги такого снаряда.
Вага заряду. Зі збільшенням ваги заряду при одному і тому ж вазі снаряда початкова швидкість збільшується.
У мінометах і гаубицях, наприклад, початкова швидкість змінюється за допомогою змінних зарядів.
Для десятіперих хв 82-мм міномета початкова швидкість залежить від ваги заряду в такий спосіб (див. Таб. 3).
Змінні заряди широко використовуються в артилерійських системах,
дозволяючи надавати снарядів найбільш доцільні початкові швидкості для стрільби на різні дальності по різним цілям.
Залежність початкової швидкості від ваги заряду.
Початкова швидкість (м / с)
Найбільша горизонтальна дальність (м)
Основний Перший (осн. + 1 дод.) Другий (осн. + 2 дод.) Третій (осн. + 3 доп.)
Близько 8 Близько 21 Близько 34 Близько 47
При конструкторської відпрацюванні боєприпасів, при проведенні пробних стрільб часто використовують змінні заряди, для перевірки міцності гільз, зміни дальності стрільби, надання різних початкових швидкостей.
Довжина каналу ствола. Зі збільшенням довжини каналу ствола до певних меж початкова швидкість збільшується, так як снаряд більший час піддається дії тиску газів. Стрілянина, наприклад, з автоматичного пістолета Стечкина і пістолета Макарова ведеться одним і тим же патроном. Довжина нарізної частини ствола пістолета Стєчкіна - 126 мм, а пістолета Макарова - 80 мм. Тому для першого V0 = 340 м / с, а для другого V0 = 315 м / с. Довжина нарізної частини ствола АК74 - 372 мм, а кулемета РПК74 - 549 мм. Тому для АК74 V0 = 900м / с, а для РПК74 - 960 м / с.
Але збільшення довжини стовбура доцільно тільки до тих пір, поки тиск газів на дно снаряда перевищує опір руху снаряда в каналі ствола (см. Рис. 15).
Відносна довжина ствола є одним з ознак поділу знарядь на гармати, гаубиці і мортири.
Зброя, призначена для стрільби з великими початковими швидкостями (протитанкові і зенітні гармати, далекобійні знаряддя), має велику довжину ствола - 50 і більше калібрів. Початкові швидкості цих
снарядів досягають 800 і більше м / с.
Мал. 15. Крива тиску на стінки каналу ствола. F - сила опору стовбура; 1 - точка рівнодення сил опору стовбура і тиску порохових газів.
Знаряддя, призначені для стрільби крутими траєкторіями (гаубиці), мають коротші стовбури - до 40 калібрів.
Міномети, автоматичні і підствольні гранатомети призначені для стрільби снарядом на невеликі відстані, мають стовбури довжиною до 20 калібрів і дають початкові швидкості менше 300 м / с.
Крім перерахованих причин на величину початкової швидкості впливає щільність заряджання і швидкість горіння пороху, які відповідним чином підбираються при конструюванні даного зразка зброї.
Для боєприпасів з відсіченням порохових газів початкова швидкість залежить від довжини штоків, що беруть участь в розгоні снаряда, і від схеми метання, яка використовується для цих боєприпасів.
Наприклад, в схемах зворотного метання початкова швидкість залежить від маси штоків, що беруть участь в розгоні. У пострілі, що складається з 3 штоків, розгін відбувається ступенями (див. Рис.16).
На графіку V (l) (див. Рис. 17) добре простежується різке поніже-
ня швидкості внаслідок зачеплення штоків за основну рухому масу в кінці кожної стадії.
Спостерігаємо, що приріст швидкості на третій стадії невеличкий проти приростом на другій стадії. Звідси випливає, що нераціонально використовувати більшу кількість штоків в даній системі.
Мал. 17. Графіки залежностей: t (l), V (l).
Продовження графіка V (l) (див. Рис. 17), позначене сірою лінією, показує швидкість, яку мав би постріл, якби не було зменшення діаметрів штоків, а висувався б один довгий шток довгою рівною сумі довжин висунення всіх штоків.
Графік t (l) (див. Рис. 17) показує скільки часу витрачено для повного розкриття штоків в даній схемі.
Як вже зазначалося раніше початкова швидкість може бути збільшена наступними способами:
· Зменшенням ваги снаряда при тому ж заряді;
· Збільшенням щільності заряджання;
· Збільшенням обсягу зарядної камори, а отже, і ваги заряду (для
збереження щільності заряджання);
· Збільшенням максимального тиску;
· Збільшенням довжини каналу ствола;
· Збільшенням сили пороху і наданням йому найбільш вигідною прогресивності горіння.