Дробовый выстрел

В статье "Деформация дроби при выстреле" (Охота и охотничье хозяйство 05-1982) были рассмотрены процессы внутренней баллистики дробового выстрела, установлены основные причины деформации дроби и ее влияние на кучность выстрела. Обратимся теперь к вопросам внешней баллистики.

Рассмотрим поведение дробового снаряда с момента вылета из дульного среза ствола; влияние на его строение и поражающую способность качественных изменений, происшедших как в результате внутрибаллистических процессов, так и в результате действия тех сил, которым он подвергается при полете по траектории. Условимся, что выстрел произведен из цилиндрического канала ствола ружья ИЖ-39-К патроном, дробовой снаряд которого находился в контейнере пластмассового пыжа с обтюратором. Завальцовка гильзы выполнена способом "звезда".

Рис. 1 Выход дробового снаряда в контейнере
за дульный срез ствола: Р - давление
пороховых газов на дно пыжа-контейнера;
С - лобовое сопротивление воздуха;
Г - головная волна (скачок уплотнения)

На рис. 1 изображено начало выхода дробового снаряда из дульного среза ствола. Как только торец контейнера станет выходить из дульного среза, его лепестки начнут раскрываться, освобождая дробовой снаряд. Раскрытие контейнера происходит под воздействием высокого давления воздуха, находящегося в нем, и лобового сопротивления, возросшего вследствие образования скачка уплотнения.

Несмотря на относительно небольшое ускорение, сообщаемое давлением пороховых газов дробовому снаряду в дульной части ствола, оно создает в нем продольное сжатие, вызывающее стремление к радиальному расширению, которому препятствуют стенки ствола. С выходом контейнера с дробью за пределы ствола дробовой снаряд получает беспрепятственную возможность радиального расширения, чему способствует дополнительный импульс, сообщаемый через пыж истекающими вслед за ним с большой скоростью пороховыми газами.

На рис. 2 показано положение дробового снаряда на некотором отдалении от дульного среза ствола, когда еще продолжается период последействия пороховых газов. Лепестки контейнера встречным потоком воздуха вывернуты назад; пыж, на дно которого продолжают действовать пороховые газы, оказывает разрушающее воздействие на заднюю часть дробового снаряда, сообщая входящим в него дробинкам боковые импульсы, под влиянием которых и происходит в основном дальнейшее рассеивание дробового снаряда на дистанции. Период последействия закончится, когда давление пороховых газов на дно пыжа-контейнера уравновесится сопротивлением воздуха. С этого момента начнется свободный полет дроби по баллистической траектории.

Рис. 2. Дробовой снаряд в конце периода последействия пороховых газов: П - область активного последействия пороховых газов; Р - давление пороховых газов, определяющее их энергию в период последействия; С - лобовое сопротивление воздуха; Г - головная волна (скачок уплотнения)

С окончанием периода последействия пороховых газов несимметричность обтекания и сопротивления воздуха приводит к тому, что пыж-контейнер переворачивается задом наперед и в таком положении, как волан бадминтона, с нарастающим отставанием следует за дробовым снарядом до 30-40 м.

Приведенная схема в принципе правильно отражает происходящий процесс, хотя на самом деле все происходит несколько сложнее. Так, перевертыванию пыжа-контейнера способствует смещение струи пороховых газов вверх вследствие того, что с открытием канала ствола после вылета дробового снаряда с контейнером вступает в действие вторая (реактивная) составляющая силы отдачи, поднимающая дульную часть ствола и меняющая направление истечения газов. Действуют еще некоторые факторы, влиянием которых мы пренебрегаем.

Рис. 3. Теневая фотография дробового снаряда в 3 м от
дульного среза ствола после выстрела из ствола
с цилиндрическим каналом

На рис. 3 воспроизведена теневая фотография, сделанная в 3 м от дульного среза ствола, на которой хорошо виден дробовой снаряд с плотным ядром в головной части и значительно расширившейся задней частью, летящий чуть выше его продольной оси перевернувшийся задом наперед пыж-контейнер. Впереди отчетливо видна головная волна. За ядром снаряда тянется широкий шлейф воздуха, приведенного в вихревое состояние, в котором движется основная масса дроби. Между снарядом и пыжом-контейнером протянулась цепочка из дробинок, отделившихся от пыжа во время его перевертывания. На рассматриваемой фотографии видим начало превращения дробового снаряда в дробовой сноп, строение, форма и размеры которого на различной дистанции будут зависеть главным образом от того, какие по силе и направлению импульсы получили дробинки в период последействия пороховых газов, а также от тех аэродинамических сил, которые будут возникать и действовать на них во время полета.

Дополнительный импульс, полученный хвостовой частью снаряда в период последействия, приведет к возникновению внутренних сил, аналогичных тем, которые заставляют бильярдные шары разлетаться в стороны при ударе в пирамиду, с той разницей, что тут "шаров" много больше и происходит это во время их полета по траектории с большой скоростью. Чем сильнее импульс, тем с большей силой и, следовательно, скоростью разлетаются дробинки в стороны от траектории. Боковые импульсы, получаемые дробинками, несоизмеримо малы в сравнении с тем, который получила каждая из них при вылете из ствола в направлении к цели, и тем не менее конечное отклонение на дистанции 35 м в сторону может быть достаточно большим - 0,5 м.

Именно в период последействия пороховых газов в дробовом снаряде возникают силы, определяющие характер и величину его рассеивания на дистанции. Имеются еще два фактора, способствующие рассеиванию, действие которых проявляется по окончании периода последействия. Один - это деформированная дробь, которая, вызывая значительное сопротивление воздуха, не только быстро теряет скорость и растягивает сноп в длину, но и в зависимости от своего положения к встречному потоку воздуха вызывает появление аэродинамических сил. Они отклоняют дробинки от первоначального направления и увеличивают вероятность соударений с соседними дробинками, что также ускоряет процесс рассеивания. Другой фактор, способствующий рассеиванию, - различие условий, в которых оказываются дробинки головной и центральной частей снаряда, сохранившие сферическую форму.

В принципе все дробинки снаряда вылетают из ствола с цилиндрическим каналом с одинаковой начальной скоростью и равным запасом кинетической энергии. Передние, встретившись с сильным лобовым сопротивлением, усиленным образовавшейся головной волной, затрачивают на его преодоление значительную энергию и быстро теряют скорость, в то время как следующие за ними, находясь как бы в "аэродинамической тени", затрачивают на преодоление сопротивления меньше энергии и медленнее теряют скорость.

Вследствие образующейся разности скоростей задние дробинки настигают передние и, сталкиваясь с ними, изменяют их и собственное направления полета. На начальном участке пути, когда дробовой снаряд летит компактно, вероятность соударений наиболее велика.

В тех случаях, когда задние дробинки обгоняют передние, проходя в промежутках между ними, они принимают на себя работу по преодолению лобового сопротивления с соответствующим увеличением расхода энергии и потерей скорости. Обогнанные дробинки, оказавшись позади обогнавших, меняются с ними не только месторасположением, но и условиями, в которых совершается полет. Таким образом, через некоторое время вновь происходит изменение в соотношении скоростей и, следовательно, очередная перемена мест. Происходящее напоминает прием, используемый велосипедистами во время командных гонок, когда для поддержания высокой скорости происходит периодическая смена лидера.

Рис. 4. Теневая фотография дробового снаряда в 6 м от
дульного среза ствола после выстрела из ствола
с цилиндрическим каналом

Перестроение в дробовом снаряде происходит главным образом в его головной и центральной частях, состоящих преимущественно из сферических и малоповрежденных дробинок с примерно одинаковыми коэффициентами сопротивлений, и продолжается до тех пор, пока расстояние между ними не станет достаточно большим, а скорости примерно одинаковыми.

В результате выстрела из ствола с цилиндрическим каналом дробовой снаряд под влиянием перечисленных факторов интенсивно рассеивается. Как это видно на теневых фотографиях, сделанных в 3 и 6 м от дульного среза (рис. 3 и 4), в строении и размерах дробового снаряда произошли большие изменения. За 3 м пути, на что потребовалось всего 0,009 с, площадь поперечного сечения увеличилась в 6,2 раза, а занимаемый объем - почти в 17 раз. Наибольшее относительное расширение наблюдается в задней части, подвергшейся наибольшему воздействию в период последействия и состоящей к тому же преимущественно из наиболее деформированных дробинок. Ее диаметр увеличился с 12 до 30 см, то есть в 2,5 раза; диаметр ядра увеличился с 5 до 8 см (в 1,6 раза), а длина снопа - с 14 до 31 см, или в 2,2 раза.

Иначе происходит формирование дробового снаряда после выстрела из канала ствола с дульным сужением. Рассмотрим этот процесс на примере выстрела из ружья ИЖ-39-Т, предназначенного для спортивной стрельбы в условиях траншейного стенда, имеющего стволы длиной 750 мм, нижний ствол - чок (1 мм), верхний - сильный чок (1,2 мм). Патрон использовался такой же, как и при стрельбе из ствола без дульного сужения. Стрельба производилась из верхнего ствола.

Рис. 5. Прохождение дробового снаряда через сильное дульное сужение: А - вход дробового снаряда в дульное сужение: V - скорость, сообщаемая периферийным дробинкам профилем дульного сужения, направлена к центру; V1 - скорость снаряда перед дульным сужением; V2 - равнодействующая скорости. Б - перестройка дробового снаряда в дульном сужении: ?V - приращение скорости дроби в дульном сужении; V1 + ?V - суммарная скорость дроби, приобретенная в дульном сужении; V2 - скорость пыжа-контейнера при движении в дульном сужении. В - выход дробового снаряда за дульное сужение. Дробь, получившая ускорение, уходит вперед, а пыж-контейнер, сопротивляясь сжатию в дульном сужении, тормозиться, теряя скорость (V3 < V2 < V1)

На рис. 5 изображен вход в дульное сужение дробового снаряда, движущегося со скоростью около 400 м/с. Входя в дульное сужение, периферийные дробинки, направляемые стенками дульного сужения, имеющего форму, приближенную к параболе, смещаются к центру. Они оказывают давление как на соседние дробинки вследствие сокращения длины окружности, на которой они расположены, так и на находящиеся внутри дробового снаряда, вытесняя их вперед в сторону открытого конца. Чем глубже входит дробовой снаряд в дульное сужение, тем энергичнее происходит вытеснение дроби вперед, сопровождающееся увеличением ее скорости с одновременным торможением в сужении пыжа-контейнера. Скорость дроби при прохождении ею дульного сужения в рассматриваемом случае увеличивается на 66,6 м/с. Увеличение скорости дробового снаряда происходит за счет ускорения, приобретаемого при прохождении дульного сужения, подобно тому как его получает струя воды, проходящая через насадку брандспойта меньшего сечения, чем подводящий шланг.

Рис. 6. Дробовой снаряд в 3 м от дульного среза
после выстрела из ствола с дульным сужением 1,2 мм

Сила инерции тяжелого дробового снаряда (при его довольно рыхлой структуре) позволяет ему относительно легко пройти через дульное сужение, в то время как пыж-контейнер, обладающий незначительной инерцией вследствие малой объемной плотности материала, но большим сопротивлением сжатию, которому он подвергается в дульном сужении, притормозится. Результатом этого кратковременного торможения будет увеличение разности скоростей дробового снаряда и пыжа настолько, что, несмотря на ускорение, сообщаемое пыжу пороховыми газами в период последействия, он не настигнет ушедший вперед дробовой снаряд и не окажет на него разрушающего воздействия. При всех съемках дробовых снарядов на расстоянии 3 м от дульного среза после выстрела из ствола с чоком 1,2 мм ни разу в кадре не был зафиксирован пыж-контейнер, и дробовой снаряд не имел следов его воздействия.

На рис. 6 воспроизведена фотография дробового снаряда в 3 м от дульного среза после выстрела из ствола с дульным сужением 1,2 мм, а на рис. 7 - в 6 м.

В таблице приведены основные параметры всех дробовых снарядов (снопов), форма и структуры которых хорошо видны на воспроизведенных фотографиях.

Из данных таблицы видно, что после выстрела из ствола с сильным чоком дробовой снаряд значительно дальше летит компактной массой и его объем на пути от 3 до 6 м увеличивается всего в 5 раз, в то время как объем, занимаемый снарядом из цилиндрического ствола, возрастает почти в 17 раз.

Рис. 7. Дробовой снаряд в 6 м от дульного среза
после выстрела из ствола с дульным сужением 1,2 мм

Следует обратить внимание на принципиальную разницу в структурных изменениях, происшедших в снарядах за рассматриваемый период. В 6 м от дульного среза дробовой снаряд из цилиндрического канала относительно равномерно заполняет занимаемый объем пространства, и лишь в передней его части заметна небольшая остаточная концентрация дроби, У дробового снаряда из сильного чока в 3 м от дульного среза распределение массы дроби по длине приблизительно равное, причем можно заметить начавшееся расширение не хвостовой, как у снаряда из цилиндра, а головной части. В 6 м основное количество дроби сконцентрировалось впереди, в то время как хвостовая часть, занимающая почти половину длины, состоит примерно из 10-15 % дроби, входящей в снаряд. Обращает внимание и то, что, несмотря на незначительные путь и время, отделяющие от предыдущего снимка, наиболее значительное расширение произошло в головной части снаряда. Отмеченная концентрация, дроби в передней части снаряда могла произойти только при наличии разности скоростей между передними и задними дробинками, причем эта разница должна быть в пользу задних дробинок.

Догнать впереди бегущего можно только при одном из двух условий: либо самому увеличить скорость, либо преследуемый должен замедлить свой бег. В данном случае задние дробинки, вылетевшие из ствола с той же скоростью, что и передние, увеличить ее не могут. Следовательно, сосредоточение дроби в головной части произошло в результате того, что передние дробинки замедлялись быстрее, чем задние. При малом расстоянии между дробинками неизбежны их столкновения, в том числе и боковые, которые способствуют ускоренному рассеиванию этой части снаряда.

При разности скоростей дробинок, учитывая, что при сближении передние дробинки замедляются быстрее преследующих, задние настигнут и столкнутся с передними, находящимися перед ними. Если обгон произойдет без столкновения, то обогнавшая группа дробинок займет на какое-то время лидирующее положение. Основная причина рассеивания дроби в стволе без дульного сужения - непосредственное воздействие на дробовой снаряд порохового пыжа в период последействия пороховых газов, энергия и длительность которого определяются величиной дульного давления.

Дульные сужения регулируют степень воздействия пыжей на дробовые снаряды. При малой величине дульного сужения происходит небольшое увеличение начальной скорости дроби и слабое торможение порохового пыжа, но и в этом случае наличие дульного сужения отразится на результате выстрела. Чем сильнее дульное сужение, тем значительней прирост скорости дробового снаряда и заметнее торможение в нем порохового пыжа.

При большом дульном сужении можно полностью исключить воздействие пыжа на дробовой снаряд и получить максимально достижимую для данного ствола (и патрона) кучность выстрела. Рассеивание в этом случае будет определяться только действием аэродинамических сил и сил земного тяготения (гравитации) на летящий дробовой снаряд.

Наличие в дробовом снаряде деформированной дроби в известной мере повлияет на величину и характер рассеивания; кроме того, она, значительно больше затрачивая энергии на преодоление сопротивления воздуха, чем дробинки, сохранившие правильную сферическую форму, на всей дистанции будет обладать меньшей по сравнению с ними кинетической энергией.

Н. Изметинский
Охота и охотничье хозяйство 11-1986