Деривация пули: описание, особенности и интересные факты
Термин "деривация" имеет в обиходе много значений. Образован он латинским словом derivative, что означает "отведение", "отклонение". Под термином в общем понимании понимают отклонение от траектории, уход от основополагающих значений.
Деривация в военной области
Применительно к стрельбе из огнестрельного оружия деривацией обозначается отклонение траектории пули, снаряда. Оно вызвано их вращением, которое возникает вследствие нарезов в канале ствола огнестрельного оружия. Деривация — это и отклонение пули, вызываемое эффектом гироскопическим и Магнуса.
Силы, действующие на пулю
Пули при движении по траектории после выхода из ствола испытывают действие сил тяжести и воздушного сопротивления. Первая сила всегда направлена вниз, заставляя брошенное тело снижаться.
Сила воздушного сопротивления, постоянно воздействуя на пулю, замедляет ее поступательное движение и всегда направлена навстречу. Она делает все возможное, для того чтобы летящее тело опрокинуть, направить его головную часть назад.
Вследствие воздействия указанных сил движение пули происходит не в соответствии с линией бросания, а по неравномерной, изогнутой кривой, находящейся ниже бросковой линии, которая называется траекторией.
Сила сопротивления воздуха обязана своим возникновением нескольким факторам, а именно: трению, завихрениям, баллистической волне.
Пуля и трение
Воздушные частицы, непосредственно соприкасающиеся с пулей (снарядом), благодаря контакту с ее поверхностью движутся вместе с ней. Следующий за первым слоем воздушных частиц слой вследствие вязкости воздушной среды тоже начинает двигаться. Однако с меньшей скоростью.
Этот слой передает движение очередному и так далее. До тех пор, пока воздушные частицы перестают испытывать воздействие, скорость их относительно летящей пули становится равной нулю. Воздушная среда, начиная от непосредственно контактирующей с пулей (снарядом) и заканчивая той, в которой скорость частиц становится равна 0, называется слоем пограничным.
В нем образуются "касательные напряжения", иначе говоря - трение. Оно сокращает дистанцию полета пули (снаряда), замедляя ее скорость.
Процессы в пограничном слое
Пограничный слой, окружающий летящее тело, при достижении его дна отрывается. При этом возникает пространство разряжения. Образуется разность давлений, воздействующая на голову пули и ее дно. Этот процесс порождает силу, вектор которой направлен в противоположную движению сторону. Воздушные частицы, врываясь в разреженную область, создают области завихрения.
Баллистическая волна
В полете пуля воздействует с воздушными частицами, которые, сталкиваясь, начинают колебаться. От этого возникают воздушные уплотнения. Они образуют звуковые волны. Вследствие этого полет пули сопровождается характерным звуком. После того, как пуля начинает двигаться со скоростью, которая меньше звуковой, возникающее уплотнение опережает ее, убегая вперед, серьезного влияния на полет не оказывая.
Но при полете, в котором скорость пули или снаряда выше звуковой, волны звука набегают друг на друга, образуют уплотненную волну (баллистическую), что пулю замедляет. Расчеты показывают, на фронте давление на нее баллистической волны составляет около 8-10 атмосфер. Чтобы его преодолеть, затрачивается основная часть энергии летящего тела.
Иные факторы, влияющие на полет пули
Кроме сил воздушного сопротивления и тяжести, на пулю воздействуют: давление атмосферы, температурные значения среды, направление ветра, воздушная влажность.
Атмосферное давление на поверхности Земли неравномерно относительно уровня моря. С повышением на 100 метров оно снижается приблизительно на 10 мм ртутного столба. Вследствие этого стрельба, которая идет на высоте, осуществляется в условиях пониженной силы сопротивления и воздушной плотности. Это приводит к увеличению дальности полета.
Влажность воздуха влияние также оказывает, но незначительно. Его обычно не учитывают, за исключением стрельбы на дальние дистанции. Если при стрельбе ветер попутный, то пуля пролетит большее расстояние, чем в условии безветрия. Ветер встречный - дистанция уменьшается. Боковые ветра на пулю оказывают большое влияние, отклоняют ее в ту сторону, куда дуют.
Все указанные выше силы и факторы воздействуют на пулю под углами к ней. Их влияние направлено на то, чтобы опрокинуть движущееся тело. Поэтому для предотвращения опрокидывания пули (снаряда) в полете им придают при выходе из канала ствола вращательное движение. Оно образуется посредством наличия в стволе нарезов.
Вращающаяся пуля приобретает гироскопические свойства, которые позволяют сохранять летящему телу в пространстве свое положение. При этом пуля получает возможность оказывать сопротивление воздействию внешних сил на значительный отрезок своего пути, сохранять заданное положение оси. Однако вращающаяся в полете пуля отклоняется от прямолинейного направления движения, что вызывает деривацию.
Гироскопический эффект и эффект Магнуса
Гироскопический эффект - это явление, при котором остается неизменным направление движения в пространстве быстро вращающегося тела. Он присущ не только пулям, снарядам, а также многочисленным техническим устройствам, таким как роторы турбин, винты самолетов, а также всем движущимся по орбитам небесным телам.
Эффектом Магнуса называется физическое явление, которое возникает при обтекании вращающейся пули потоком воздуха. Вращающееся тело создает вокруг себя вихревое движение и разности давлений, из-за чего возникает сила, имеющая векторное направление, перпендикулярное потоку воздуха.
Применительно к практической плоскости это означает, что при наличии бокового ветра с левой стороны пулю сносит вверх, а с правой - вниз. Но на небольших дистанциях влияние эффекта Магнуса несущественно. Его следует принимать во внимание при стрельбе на длинные расстояния. Вследствие этого стрелки-снайперы вынуждены использовать специальный прибор - анемометр, который измеряет скорость ветра. Более того, в практике распространены учитывающие деривацию пули 7,62 таблицы.
Причины деривации и ее значение
Деривация пули всегда направлена в ту сторону, в которую проходят стволовые нарезки. В связи с тем, что все современные модели нарезного оружия имеют нарезы в направлении слева – вверх - направо (за исключением стрелкового оружия Японии), то отклонение пули, снаряда осуществляется в правую сторону.
Деривация растет относительно дистанции стрельбы непропорционально. Вместе с увеличением дальность полета пули, деривация имеет тенденцию к постепенному росту. Поэтому траектория пули, если смотреть на нее сверху, являет собой линию, у которой кривизна постоянно нарастает.
При стрельбе на расстоянии в 1 км деривация оказывает существенное влияние на отклонение пули. Так в стандартных справочниках таблица 3 пули 7,62 х 39 деривацию показывает в размере порядка 40-60 см. Однако многочисленные исследования специалистов в области баллистики приводят к выводу, что деривацию следует учитывать только на дистанциях более 300 м.
Современная артиллерия деривационные поправки учитывает автоматически, либо посредством использования таблиц стрельбы. Отдельные образцы стрелкового оружия снабжаются оптическими прицелами, в которых она учитывается конструктивно. Прицелы монтируются таким образом, что при выстреле пуля автоматически уходит немного левее. При достижении дистанции в 300 м она оказывается на пристреливаемой линии.
Факторы, влияющие на деривацию
Деривация подвергается влиянию определенных факторов, а именно:
- Нарезной шаг в канале ствола. Чем он круче нарезан, тем сильнее вращение, деривация пули становится более значительной.
- Весовые характеристики пули. Более тяжелый объект эффектом деривации меньше отклоняется. При одинаковом калибре уход от траектории по линии прицеливания будет меньшим, если вес пули больше.
- Угол бросания. Это, так называемое возвышение ствола. Чем этот угол больше, тем меньше деривация. На пулю, запущенную вверх вертикально (угол составляет 90 градусов), опрокидывающий момент не влияет, вследствие чего деривации нет. Такие особенности учитывают при стрельбе по летящим целям.
- Температура окружающей среды. Значительнее проявляет себя деривация пули в том случае, если температура воздуха понижается.
- Встречные потоки воздуха. Если ветер дует навстречу летящей пули, то деривация усиливается.
В целях уменьшения эффекта деривации вращением пули в полете в настоящее время разработаны специальные пули. У них своеобразная внутренняя структура с подобранными центрами масс и тяжести.
Пули (снаряды), выпускаемые из гладкоствольного оружия (нарезы отсутствует), а также те, у которых стабилизация в полете осуществляется за счет оперения, и что не вращаются, явление деривации на себе не испытывают.