Вопросы формы

Стрелки и охотники сталкиваются в баллистике с двумя специальными понятиями. В одном случае речь идет о поперечной нагрузке, а в другом - о баллистическом коэффициенте. Обе величины имеют значение для характеристик пули в полете и поэтому заслуживают нашего внимания.

Траектория пули - это баллистическая кривая, на форму которой влияют многие факторы, одни больше, другие меньше. Во-первых, и прежде всего это два важнейших, не оказывающих взаимного влияния, фактора: сила тяжести (сила земного притяжения), а также сопротивление воздуха. Пользователь оружия имеет возможность влиять на следующие существенные факторы: скорость пули, ее стабилизацию при помощи нарезов, баллистический коэффициент формы пули (вероятно, имеется в виду коэффициент формы пули, в отличие от баллистического коэффициента пули, который рассматривается в статье ниже - Прим. переводчика), а также начальный угол вылета. В этой статье будет ближе рассмотрено значение формы пули для ее баллистических свойств. Последующие рассуждения относятся к современным винтовочным пулям и обычным для них скоростям пуль.

Почему этот круг проблем так важен и интересен на практике? Как правило, при выстреле стремятся к наиболее настильной траектории. Следующий важный фактор, имеющий практическое влияние - это ветровой снос. Во время своего полета по траектории пуля подвержена влиянию ветра в зависимости от его силы и направления и поэтому отклоняется от предусмотренной траектории. Чем короче время полета, то есть чем выше скорость, тем меньше времени остается ветру для воздействия на пулю.

Но на траекторию и на ветровой снос можно значительно повлиять через поперечную нагрузку, а также баллистический коэффициент. Цель - сделать применяемую пулю в наибольшей степени нечувствительной к сопротивлению воздуха и ветровому сносу.

Иногда по-европейски, иногда по-американски

Сначала мы займемся величиной, которая называется поперечной нагрузкой, а также поперечной плотностью. Поперечной нагрузкой называется отношение массы пули к площади поперечного сечения пули. Поперечная нагрузка выражает, сколько граммов приходится на квадратный сантиметр в зависимости от массы пули. Наряду с формой пули и скоростью пули, поперечная нагрузка значительно влияет на способность пули преодолевать сопротивление воздуха. Чем меньше масса пули по отношению к калибру, и, следовательно, чем меньше поперечная нагрузка, тем больше сопротивление воздуха оказывает тормозящее воздействие.

В результате по сравнению с более тяжелой пулей одинакового калибра и с одинаковой формой головной части может получиться менее настильная траектория. Соответственно, уменьшаются энергия у цели, глубина проникновения и пробивная способность. Для достижения дальнего выстрела в рамках других важных для траектории факторов в основном стремятся к высокой поперечной нагрузке. Конечно, возможности конструктивного оформления ограничены шагом нарезов, процессом нарастания давления газов и действием пули по цели. Можно исходить из того, что при одинаковом калибре более тяжелая пуля на дальней дистанции при попадании в цель обладает большей скоростью, чем более легкая пуля такого же калибра и с той же формой головной части.

Один практический пример для лучшего понимания: снаряжением своего патрона .300 Winchester Magnum фирма Norma придает пуле Oryx массой 180 гран (11,7 г) начальную скорость 890 м/с. По сведениям производителя скорость пули на дальности 300 м составляет 594 м/с. При одинаковом калибре для пули Oryx массой 200 гран (13 г) фирма Norma указывает начальную скорость 850 м/с. Однако, при таком снаряжении на дальности 300 м скорость составляет еще 601 м/с.

В английских справочниках поперечная нагрузка называется Sectional Density. Наши американские друзья тоже рассчитывают ее несколько по-другому, и это относится не только к размерностям. Тогда как при определении поперечной нагрузки масса относится к поперечному сечению пули, для определения Sectional Density масса делится на квадрат диаметра пули (в отечественной внешней баллистике поперечная нагрузка тоже определяется, как отношение массы пули к квадрату ее калибра -Прим. переводчика). Затем результат выражается в фунтах на квадратный дюйм (1 фунт = 454 г).

Важный фактор для ВС

Поперечная нагрузка вместе с коэффициентом формы входит в формулу для расчета баллистического коэффициента, который в англоязычном пространстве называется Ballistic Coefficient и сокращенно называется «ВС», то обозначение, которое мы регулярно встречаем в американских книгах по снаряжению. Баллистический коэффициент характеризует способность пули преодолевать сопротивление воздуха. Речь идет об относительном значении в сравнении со стандартной пулей с ВС равным 1,0. Практически ВС свыше 1,0 вряд ли встречается у винтовочных пуль. С большим значением ВС автору известна только пуля Hornady, предназначенная для патрона .50 BMG. При массе пули A-Max 750 гран (48,6 г) и ее диаметре .510 дюйма (12,95 мм) Hornady указывает ВС, равный 1,050.

Собственно говоря, ВС является устаревшей альтернативой для функции сопротивления воздуха или функции лобового сопротивления (CW), которую обычно используют для оценки аэродинамики автомобилей и которая тоже играет важную роль для нахождения ВС.

В сущности, сегодня ВС еще находит применение только для пуль, что в основном объясняет то, что американцы работают с ним при указании своих характеристик пуль. На практике ВС является очень хорошим вспомогательным средством, если дело идет о выборе патрона, а также о переснаряжении патронов.

Обтекаемость предопределена

Даже новичку ясно, что пуля с удлиненной головной частью лучше пронизывает набегающий поток воздуха, чем чисто цилиндрическая пуля, у которой на лобовой стороне создается большая поверхность для сопротивления воздуху. Зато форма дна пули у сверхзвуковых винтовочных пуль играет существенно более незначительную роль, чем это отчасти воспринимается стрелками. Корма подводной лодки или кормовая часть торпеды уменьшают диаметр задней части, на которую действует кормовой подсос.

Так как все-таки давление на вершинку пули в области сверхзвуковых скоростей огромное, то торможение, возникающее в районе ее донной части, то есть донное сопротивление, действительно практически не играет значительной роли. Из-за внезапного уплотнения воздуха пуля создает такого же рода волны, как это делает быстро плывущий корабль в воде. При этом различают головную и донную волны. Решающее значение для формы и размеров волн имеют скорость, а также форма пули.

Что происходит при полете пули?

Позади дна пули образуется сильно разреженное пространство, в которое устремляется воздух, уплотненный вершинкой пули и пронесшийся по поверхности оболочки пули. Поэтому и в донной части возникает сильное сопротивление воздуха. Суммарное сопротивление воздуха складывается из давления, действующего фронтально на головную часть пули, и подсоса, возникающего в донной части пули. Трение воздуха по боковой поверхности оболочки пули у небольших охотничьих и целевых спортивных пуль, которые применяются в наших винтовках, ввиду экстремально короткого времени полета не играет никакой значительной роли и поэтому им можно пренебречь.

Оживальная часть пули, как важный фактор

Решающее значение для фактора формы имеет размер радиуса оживала пули. Обычно его выражают в калибрах и, таким образом, получают радиус головной части пули. Если оживальная часть переходит в цилиндрическую ведущую часть пули плавно без углового участка, то мы говорим о тангенциальном оживале. Если оживальная часть образует с цилиндрической частью угол, то ее называют секущим оживалом. Преобладающая часть матчевых пуль, например, Lapua Scenar или Sierra Matchking, имеют тангенциальную оживальную часть.

Теоретически еще меньшим сопротивление воздуха, чем известные матчевые пули с далеко вытянутой вершинкой могли бы еще обладать только пули с формой головной части типа Haack, но это не подходит для коммерческого изготовления оболочечных пуль и, вероятно, не реализуемо. Оживальная часть пуль типа Haack была разработана математиком Вольфгангом Хааком (Wolfgang Haack, 1902-1994) в 1940-е годы для военных целей, как идеальная форма для тел с пониженным сопротивлением воздуха при сверхзвуковых скоростях.

Хороший сервис

Собственно, чтобы проверить все эти факторы, нужно понести значительные расходы и при этом, вероятно, нужно было бы еще учитывать довольно высокий фактор выносливости. На практике за нас эту проблему принимают на себя производители пуль и указывают баллистический коэффициент. Все же при этом нужно учитывать, что со стороны производителя эти данные зачастую возможно рассчитаны несколько «оптимистично».

Однако это не наносит никакого урона практической пользе, так как ВС служит возможностью для сравнения при выборе пули. При этом пользуются основным условием: чем больше значение ВС, тем меньше потеря скорости и тем более пологой будет траектория пули при одинаковой начальной скорости. Кроме того, при высоком ВС снижается и ветровой снос. Зная скорость пули, начальный угол вылета и ВС, можно рассчитать траекторию пули. Но это достаточно сложная вещь и практически только приближенное значение, потому что в зависимости от формулы при этом исчезают другие факторы, имеющие ограниченное влияние на траекторию. Так, например, ВС несколько изменяется при различных скоростях. Также на траекторию влияют такие атмосферные условия, как температура, относительная влажность воздуха атмосферное давление, правда, значительно меньше, чем масса пули и форма пули. На практике «обычный пользователь» эти действия может не осуществлять, так как справочники по переснаряжению ведущих производителей пуль предоставляют нам эти факторы в виде таблиц. Значения, найденные теоретически, для собственного оружия можно окончательно опробовать на практике.

ВС - это не панацея

Баллистический коэффициент до сих пор практически лучшая возможность для сравнения пуль, если дело идет о достижении наиболее пологой траектории. Еще он дает понять то, когда можно получить для пули как можно меньшее сопротивление воздуха и ветровой снос. Стрелки из высокоточного оружия, стреляющие на большие дальности, отводят ВС центральную роль, когда больше ничего не требуется, кроме пробоины в бумажной мишени. Так, исключительно с точки зрения точности, при проектировании пули ориентируются, в том числе и на форму пули, и тем самым на ВС.

ВС ничего не говорит о поражающем действии пули по цели. Однако именно раневое действие пули самый важный фактор в охотничьей практике. Следовательно, при производстве винтовочных патронов для охоты ВС только одна из важных величин. Особое значение он может иметь только для патронов с высокой настильностью траектории. Однако при этом постоянно приходится искать компромисс между поражающим действием по цели и ВС. Следовательно, при охоте пуля с высоким ВС не неизбежно лучше, чем пуля с более низким ВС.

Выводы DWJ

На практике, если известный точностью стрелок спортсмен, стреляющий на большие дистанции, хочет оптимизировать свой патрон, то он не сможет обойтись без величины баллистического коэффициента. При этом поможет знание о взаимосвязи. Однако на практике для правильного нахождения решения, как правило, достаточно сервиса производителей пуль и боеприпасов. Охотник тоже должен учитывать фактор баллистического коэффициента, но, если он хочет успешно охотиться, то должен обращать внимание и на другие свойства пули. Важно понимание, что все эти данные в справочниках получены расчетным путем и совершенно определенно подходят только в качестве пробных указаний. Так как индивидуальные практические условия в большей или меньшей степени отличаются от этих теоретических предварительных данных, то обойтись без теста на стрелковом стенде не получится.

Ханс Хайгель (Hans J. Heigel)
Перевод Николая Ежова
DWJ, №4/12