Ballistik är vetenskapen om rörelse, flygning och effekterna av projektiler. Den är uppdelad i flera discipliner. Intern och extern ballistik handlar om projektilers rörelse och flygning. Övergången mellan dessa två lägen kallas intermediär ballistik. Terminal ballistik avser effekten av projektiler, en separat kategori täcker graden av skada på målet. Vad studerar intern och extern ballistik?
vapen och missiler
Kanon- och raketmotorer är typer av värmemotorer, som delvis omvandlar kemisk energi till drivmedel (en projektils kinetiska energi). Drivmedel skiljer sig från konventionella bränslen genom att deras förbränning inte kräver atmosfäriskt syre. I begränsad omfattning orsakar produktionen av heta gaser med brännbart bränsle en tryckökning. Trycket driver fram projektilen och ökar förbränningshastigheten. Heta gaser tenderar att erodera pistolpipan eller halsenraketer. Intern och extern ballistik av handeldvapen studerar rörelsen, flygningen och inverkan som projektilen har.
När drivmedelsladdningen i pistolkammaren antänds hålls förbränningsgaserna tillbaka av skottet, så att trycket byggs upp. Projektilen börjar röra sig när trycket på den övervinner dess motstånd mot rörelse. Trycket fortsätter att stiga ett tag och sjunker sedan när skottet accelererar till hög hastighet. Snabbt brännbart raketbränsle är snart slut, och med tiden skjuts skottet ut från nospartiet: en skotthastighet på upp till 15 kilometer per sekund har uppnåtts. Fällbara kanoner släpper ut gas genom kammarens baksida för att motverka rekylkrafter.
En ballistisk missil är en missil som styrs under en relativt kort initial aktiv flygfas, vars bana därefter styrs av den klassiska mekanikens lagar, till skillnad från till exempel kryssningsmissiler, som styrs aerodynamiskt under flygning med motorn igång.
Skottbana
I yttre och inre ballistik är bana vägen för ett skott utsatt för gravitation. Under enbart gravitationens inverkan är banan parabolisk. Att dra saktar ner stigen. Under ljudets hastighet är luftmotståndet ungefär proportionellt mot kvadraten på hastigheten; shottailrationalisering är endast effektiv vid dessa hastigheter. Vid höga hastigheter kommer en konisk stötvåg från skottets nos. Dragkraften, somtill stor del beroende av formen på näsan, eftersom den är den minsta för fina spetsdrag. Släpningen kan minskas genom att ventilera brännargaserna i bakdelen.
Stjärtfenor kan användas för att stabilisera projektiler. Bakre stabilisering som tillhandahålls av gängning inducerar gyroskopisk oscillation som svar på aerodynamiska trummakrafter. Inte tillräckligt med snurr gör att du kan falla och för mycket hindrar näsan från att sjunka när den färdas längs banan. Skottdrift beror på lyft, meteorologiska förhållanden och jordens rotation.
Impulssvar
Raketer rör sig som svar på en impuls av utflöde av gas. Motorn är konstruerad på ett sådant sätt att de genererade trycken är nästan konstanta vid förbränning. Radiellt stabiliserade raketer är känsliga för sidvind, två eller flera motorjetstrålar lutade bort från flyglinjen kan ge spinnstabilisering. Måltavlor är vanligtvis hårda och kallas tjocka eller tunna beroende på om skottets påverkan påverkar det underliggande materialet.
Penetration inträffar när slagspänningsintensiteterna överstiger målets sträckgräns; det orsakar sega och spröda brott i tunna mål och hydrodynamiskt materialflöde i tjocka mål. Vid sammanstötning kan fel uppstå. Penetrering helt genom målet kallas perforering. Avancerade pansarfällor detonerar antingen en komprimerad explosiv mot ett mål eller fokuserar explosivt en metallstråle på det.yta.
Grad av lokal skada
Den inre och yttre ballistiken för ett skott är huvudsakligen relaterad till mekanismerna och de medicinska konsekvenserna av skada orsakad av kulor och explosiva fragment. Vid penetration genererar impulsen som överförs till de omgivande vävnaderna en stor tillfällig hålighet. Graden av lokal skada är relaterad till storleken på denna övergångskavitet. Bevis tyder på att fysisk skada är proportionell mot projektilens kubhastighet, massa och tvärsnittsarea. Kroppsskyddsforskning syftar till att förhindra projektilpenetration och minimera skador.
Ballistics extern och intern - är mekanikens område som handlar om avfyrning, flygning, beteende och effekter av projektiler, särskilt kulor, ostyrda bomber, raketer och liknande. det är en slags vetenskap eller till och med konst att designa och accelerera projektiler för att uppnå önskad prestanda. En ballistisk kropp är en kropp med momentum som kan röra sig fritt, utsatt för krafter som gastryck i en pistol, rifling i en pipa, gravitation eller aerodynamiskt motstånd.
Historia och bakgrund
De tidigaste kända ballistiska projektilerna var pinnar, stenar och spjut. Det äldsta beviset för projektiler med stenspetsar, som kanske eller inte kan laddas med en båge, går tillbaka 64 000 år.sedan, som hittades i Sibudu-grottan i Sydafrika. De äldsta bevisen för användning av pilbågar för skytte går tillbaka ungefär 10 000 år.
Tallpilar hittades i Ahrensburgdalen norr om Hamburg. De hade grunda fåror på undersidan, vilket tydde på att de var skjutna från en båge. Den äldsta bågen som fortfarande restaureras är cirka 8 000 år gammal och hittades i Holmegardsträsket i Danmark. Bågskytte tycks ha kommit till Amerika med den arktiska småverktygstraditionen för cirka 4 500 år sedan. De första enheterna som identifierades som verktyg dök upp i Kina runt 1000 e. Kr. och på 1100-talet hade tekniken spridit sig över hela Asien och in i Europa på 1200-talet.
Efter ett årtusende av empirisk utveckling studerades och utvecklades disciplinen ballistik, extern och intern, ursprungligen av den italienske matematikern Niccolo Tartaglia 1531. Galileo etablerade principen om sammansatt rörelse 1638. Den allmänna kunskapen om extern och intern ballistik lades på en solid vetenskaplig och matematisk grund av Isaac Newton med publiceringen av Philosophia Naturalis Principia Mathematica 1687. Detta gav de matematiska lagarna för rörelse och gravitation, som för första gången gjorde det möjligt att framgångsrikt förutsäga banor. Ordet "ballistik" kommer från grekiskan, som betyder "att kasta".
Projektiler och bärraketer
Projektil - vilket objekt som helst som projiceras i rymden (tomt eller inte) närtillämpning av våld. Även om alla föremål i rörelse i rymden (som en kastad boll) är en projektil, syftar termen oftast på ett avståndsvapen. Matematiska rörelseekvationer används för att analysera projektilens bana. Exempel på projektiler är bollar, pilar, kulor, artillerigranater, raketer och så vidare.
Kast är den manuella uppskjutningen av en projektil. Människor är ovanligt bra på att kasta på grund av sin höga smidighet, detta är en högt utvecklad egenskap. Bevis på mänskligt kast går 2 miljoner år tillbaka i tiden. Kasthastigheten på 145 km i timmen som finns hos många idrottare överstiger vida den hastighet med vilken schimpanser kan kasta föremål, vilket är cirka 32 km i timmen. Denna förmåga återspeglar förmågan hos mänskliga axelmuskler och senor att förbli elastiska tills de behövs för att driva ett föremål.
Intern och extern ballistik: vapen i korthet
En av de äldsta bärraketerna var vanliga slangbellor, pilar och båge, katapult. Med tiden dök det upp vapen, pistoler, raketer. Information från intern och extern ballistik inkluderar information om olika typer av vapen.
- Spling är ett vapen som vanligtvis används för att skjuta ut trubbiga projektiler som sten, lera eller en "kula" av bly. Selen har en liten vagga (påse) i mitten av de sammankopplade två längderna av sladd. Stenen läggs i en påse. Långfingret eller tummen placeras genom öglan i änden av en sladd, och fliken i slutet av den andra sladden placeras mellan tummen ochpekfingrar. Selen svänger i en båge och fliken släpps vid ett visst ögonblick. Detta frigör projektilen att flyga mot målet.
- Båge och pilar. En båge är ett flexibelt stycke material som avfyrar aerodynamiska projektiler. Snöret förbinder de två ändarna, och när det dras tillbaka böjs ändarna av pinnen. När snöret släpps omvandlas den böjda pinnens potentiella energi till pilens hastighet. Bågskytte är bågskyttets konst eller sport.
- En katapult är en anordning som används för att skjuta upp en projektil på långt avstånd utan hjälp av explosiva anordningar - särskilt olika typer av antika och medeltida belägringsmotorer. Katapulten har använts sedan urminnes tider eftersom den visade sig vara en av de mest effektiva mekanismerna under krig. Ordet "katapult" kommer från latinet, som i sin tur kommer från grekiskan καταπέλτης, som betyder "kasta, kasta". Katapulter uppfanns av de gamla grekerna.
- En pistol är ett konventionellt rörformigt vapen eller annan anordning utformad för att frigöra projektiler eller annat material. Projektilen kan vara fast, flytande, gasformig eller energisk, och kan vara lös, som med kulor och artillerigranater, eller med klämmor, som med sonder och valfångstharpuner. Projektionsmediet varierar beroende på konstruktionen, men utförs vanligtvis genom verkan av gastryck som genereras av den snabba förbränningen av drivmedlet, eller komprimeras och lagras av mekaniska medel som arbetar inuti det öppna röret ikolvtyp. Den kondenserade gasen accelererar den rörliga projektilen längs rörets längd, vilket ger tillräcklig hastighet för att hålla projektilen i rörelse när gasen stannar vid änden av röret. Alternativt kan du använda acceleration genom att generera ett elektromagnetiskt fält, i vilket fall du kan kassera röret och byta ut styrningen.
- En raket är en raket, rymdfarkost, flygplan eller annat fordon som träffas av en raketmotor. Avgaserna från en raketmotor är helt bildade av de drivmedel som transporteras i raketen före användning. Raketmotorer fungerar genom aktion och reaktion. Raketmotorer driver raketer framåt genom att helt enkelt kasta tillbaka sina avgaser väldigt snabbt. Även om de är jämförelsevis ineffektiva för låghastighetsanvändning, är raketer relativt lätta och kraftfulla, kan generera höga accelerationer och nå extremt höga hastigheter med rimlig effektivitet. Raketer är oberoende av atmosfären och fungerar utmärkt i rymden. Kemiska raketer är den vanligaste typen av högpresterande raketer, och de skapar vanligtvis sina avgaser när raketbränslet förbränns. Kemiska raketer lagrar stora mängder energi i en lätt frigörande form och kan vara mycket farliga. Men noggrann design, testning, konstruktion och användning kommer att minimera riskerna.
Fundamentals of extern och intern ballistik: huvudkategorier
Ballistik kan studeras med höghastighetsfotografering ellerhöghastighetskameror. Ett fotografi av en bild som tagits med en luftgapblixt med ultrahög hastighet hjälper till att se kulan utan att göra bilden suddig. Ballistik delas ofta upp i följande fyra kategorier:
- Intern ballistik – studiet av processer som initi alt accelererar projektiler.
- Transitional ballistics - studiet av projektiler under övergången till kontantlös flygning.
- Extern ballistik - studiet av passage av en projektil (bana) under flykt.
- Terminal ballistics - studiet av en projektil och dess effekter när den slutförs
Intern ballistik är studiet av rörelse i form av en projektil. I vapen täcker det tiden från att drivmedlet tänds tills projektilen lämnar vapenpipan. Detta är vad intern ballistik studerar. Detta är viktigt för designers och användare av skjutvapen av alla slag, från gevär och pistoler till högteknologiskt artilleri. Information från intern ballistik för raketprojektiler täcker den period under vilken raketmotorn ger dragkraft.
Transient ballistics, även känd som intermediär ballistik, är studiet av beteendet hos en projektil från det ögonblick den lämnar mynningen tills trycket bakom projektilen är balanserat, så den faller mellan intern och extern ballistik.
Extern ballistik är studiet av atmosfärstrycksdynamik runt en kula och är en del av vetenskapen om ballistik, som handlar om beteendet hos en projektil utan kraft under flygning. Denna kategori förknippas ofta med skjutvapen ochär relaterad till kulans obesatta friflygningsfas efter att den lämnar pistolpipan och innan den träffar målet, så den sitter mellan övergångsballistik och terminalballistik. Extern ballistik avser dock även fri flygning av missiler och andra projektiler såsom bollar, pilar och så vidare.
Terminalballistik är studiet av beteendet och effekterna av en projektil när den träffar sitt mål. Denna kategori är relevant för både små kaliberprojektiler och storkaliberprojektiler (artilleriskjutning). Studiet av effekter med extremt hög hastighet är fortfarande mycket nytt och tillämpas för närvarande främst på rymdfarkoster.
Forensic Ballistics
Forensic ballistics involverar analys av kulor och kulpåverkan för att fastställa information om användning i en domstol eller annan del av rättssystemet. Separat från ballistisk information innefattar undersökningarna för skjutvapen och verktygsmärke (”Ballistiskt fingeravtryck”) granskning av bevis för skjutvapen, ammunition och verktyg för att avgöra om något skjutvapen eller verktyg användes vid begåvningen av ett brott.
Astrodynamics: orbital mekanik
Astrodynamics är tillämpningen av vapenballistik, extern och intern, och orbitalmekanik på de praktiska problemen med framdrivning av raketer och andra rymdfarkoster. Dessa föremåls rörelse beräknas vanligtvis utifrån Newtons rörelselagar.och tyngdlagen. Det är kärndisciplinen i design och kontroll av rymduppdrag.
Projektilresor under flygning
Grunderna i extern och intern ballistik handlar om färden av en projektil under flygning. En kulas väg inkluderar: nedför pipan, genom luften och genom målet. Grunderna för intern ballistik (eller original, inuti en kanon) varierar beroende på typen av vapen. Kulor som avfyras från ett gevär kommer att ha mer energi än liknande kulor som avfyras från en pistol. Mer pulver kan också användas i pistolpatroner eftersom kulkammare kan utformas för att tåla mer tryck.
Högre tryck kräver en större pistol med mer rekyl, som laddar långsammare och genererar mer värme, vilket resulterar i mer metallslitage. I praktiken är det svårt att mäta krafterna inuti pistolpipan, men en lätt mätbar parameter är den hastighet med vilken kulan lämnar pipan (mynningshastighet). Den kontrollerade expansionen av gaser från brinnande krut skapar tryck (kraft/area). Det är här kulbasen (motsvarande pipdiametern) finns och är konstant. Därför kommer energin som överförs till kulan (med en given massa) att bero på masstiden multiplicerad med tidsintervallet över vilket kraften appliceras.
Den sista av dessa faktorer är en funktion av fatets längd. Kulrörelse genom en maskingevärsanordning kännetecknas av en ökning av accelerationen när de expanderande gasernatryck på den, men minska trycket i tunnan när gasen expanderar. Fram till punkten av minskande tryck, ju längre pipan är, desto större acceleration har kulan. När kulan färdas nerför pipan på en pistol, uppstår en liten deformation. Detta beror på mindre (sällan större) defekter eller variationer i geväret eller märken i pipan. Huvuduppgiften för intern ballistik är att skapa gynnsamma förutsättningar för att undvika sådana situationer. Effekten på kulans efterföljande bana är vanligtvis försumbar.
Från pistol till mål
Extern ballistik kan kort kallas resan från pistol till mål. Kulor färdas vanligtvis inte i en rak linje till målet. Det finns rotationskrafter som håller kulan från en rak flygaxel. Grunderna för extern ballistik inkluderar begreppet precession, som hänvisar till en kulas rotation runt dess masscentrum. Nutation är en liten cirkulär rörelse i spetsen av en kula. Acceleration och precession minskar när kulans avstånd från pipan ökar.
En av uppgifterna för extern ballistik är att skapa den perfekta kulan. För att minska luftmotståndet skulle den ideala kulan vara en lång, tung nål, men en sådan projektil skulle gå rakt igenom målet utan att försvinna det mesta av sin energi. Sfärerna kommer att släpa efter och frigöra mer energi, men kanske inte ens träffar målet. En bra aerodynamisk kompromisskulform är en parabolisk kurva med låg frontyta och grenform.
Den bästa kulsammansättningen är bly, som har en hightäthet och billig att få tag på. Dess nackdelar är att den tenderar att mjukna vid > 1000fps, vilket gör att den smörjer pipan och minskar noggrannheten, och bly tenderar att smälta helt. Att legera blyet (Pb) med en liten mängd antimon (Sb) hjälper, men det verkliga svaret är att binda blykulan till en hård stålpipa genom en annan metall som är tillräckligt mjuk för att täta kulan i pipan, men med hög smältpunkt. punkt. Koppar (Cu) är bäst för detta material som en jacka för bly.
Terminalballistik (målträff)
Den korta kulan med hög hastighet börjar morra, vrida sig och till och med snurra häftigt när den kommer in i vävnaden. Detta gör att mer vävnad förskjuts, vilket ökar motståndet och ger det mesta av målets kinetiska energi. En längre, tyngre kula kan ha mer energi över ett större område när den träffar målet, men den kan penetrera så bra att den lämnar målet med det mesta av sin energi. Även en kula med låg kinetik kan orsaka betydande vävnadsskador. Kulor ger vävnadsskador på tre sätt:
- Förstörelse och krossning. Vävnadskrossskadas diameter är diametern på kulan eller fragmentet, upp till axelns längd.
- Kavitation - en "permanent" kavitet orsakas av själva kulans bana (spår) med vävnadsfragmentering, medan en "tillfällig" kavitet bildas av radiell spänning runt kulbanan från mediets kontinuerliga acceleration (luft eller vävnad) isom ett resultat av kulan, vilket gör att sårhålan sträcker sig utåt. För projektiler som rör sig i låg hastighet är de permanenta och temporära hålrummen nästan desamma, men vid hög hastighet och med kulgiring blir det tillfälliga hålrummet större.
- Chockvågor. Stötvågorna komprimerar mediet och rör sig framför kulan såväl som åt sidorna, men dessa vågor varar bara några mikrosekunder och orsakar inte djupa skador vid låg hastighet. Vid hög hastighet kan de genererade stötvågorna nå upp till 200 atmosfärers tryck. Benfraktur på grund av kavitation är dock en extremt sällsynt händelse. Den ballistiska tryckvågen från en kula på lång håll kan orsaka hjärnskakning hos en person, vilket orsakar akuta neurologiska symtom.
Experimentella metoder för att påvisa vävnadsskada använde material med egenskaper som liknar mänsklig mjukvävnad och hud.
kuldesign
Kuldesign är viktig för skador. 1899 års Haagkonvention (och därefter Genèvekonventionen) förbjöd användningen av expanderande, deformerbara kulor under krigstid. Det är därför militärkulor har en metallmantel runt blykärnan. Naturligtvis hade fördraget mindre att göra med efterlevnaden än det faktum att moderna militära automatgevär avfyrar projektiler i höga hastigheter och kulor måste vara kopparmantlade när bly börjar smälta på grund av värmen som genereras med > 2000 bilder per sekund.
Den yttre och inre ballistiken hos PM (Makarov-pistolen) skiljer sig från ballistiken hos de så kallade "förstörbara" kulorna, designade för att gå sönder när de träffar en hård yta. Sådana kulor är vanligtvis gjorda av en annan metall än bly, såsom kopparpulver, packad till en kula. Målavstånd från mynningen spelar en stor roll för sårförmågan, eftersom de flesta kulor som avfyrats från handeldvapen har förlorat betydande kinetisk energi (KE) på 100 yards, medan höghastighets militära vapen fortfarande har betydande KE även vid 500 yards. Således kommer den externa och interna ballistiken för PM och militära och jaktgevär utformade för att leverera kulor med ett stort antal CE över en längre sträcka att skilja sig åt.
Att designa en kula för att effektivt överföra energi till ett visst mål är inte lätt eftersom målen är olika. Konceptet med intern och extern ballistik inkluderar även projektildesign. För att penetrera elefantens tjocka hud och hårda ben måste kulan vara liten i diameter och tillräckligt stark för att motstå sönderfall. Men en sådan kula penetrerar de flesta vävnader som ett spjut och gör något mer skada än ett knivsår. En kula utformad för att skada mänsklig vävnad kommer att kräva vissa "bromsar" för att säkerställa att all CE överförs till målet.
Det är lättare att designa funktioner som hjälper till att bromsa en stor, långsamt rörlig kula i vävnad än en liten, höghastighetskula. Sådana åtgärder inkluderar formändringar som runda, tillplattade ellervälvd. Kulor med rund nos ger minst drag, är vanligtvis mantlade och är främst användbara i låghastighetspistoler. Den tillplattade designen ger det mest formbara motståndet, är inte mantlad och används i låghastighetspistoler (ofta för målträning). Kupoldesignen ligger mellan ett runt verktyg och ett skärverktyg och är användbart vid medelhastighet.
Kulans design med ihåliga spetsar gör det lättare att vända kulan "ut och in" och rikta in framsidan, kallad "expansion". Expansion sker endast på ett tillförlitligt sätt vid hastigheter över 1200 fps, så det är endast lämpligt för vapen med maximal hastighet. En förstörbar puderkula utformad för att sönderfalla vid islag, levererar all CE men utan betydande penetration, storleken på fragmenten bör minska när anslagshastigheten ökar.
Potential för skada
Typen av vävnad påverkar risken för skada såväl som penetrationsdjupet. Specifik vikt (densitet) och elasticitet är de viktigaste vävnadsfaktorerna. Ju högre densitet, desto större skada. Ju mer elasticitet, desto mindre skada. Således skadas lätt vävnad med låg densitet och hög elasticitet mindre muskler med högre densitet, men med viss elasticitet.
Leveren, mjälten och hjärnan har inte elasticitet och skadas lätt, som fettvävnad. Vätskefyllda organ (blåsa, hjärta, stora kärl, tarmar) kan brista på grund av tryckvågorna som skapas. Kula träffarben, kan resultera i benfragmentering och/eller flera sekundära missiler, som var och en orsakar ytterligare ett sår.
Pistolballistics
Det här vapnet är lätt att gömma, men svårt att sikta exakt, särskilt på brottsplatser. De flesta handeldvapeneldningar inträffar på mindre än 7 yards, men trots det missar de flesta kulor sitt avsedda mål (endast 11 % av angriparnas skott och 25 % av polisavfyrade kulor träffar det avsedda målet i en studie). Vanligtvis används lågkalibriga vapen i brott eftersom de är billigare och lättare att bära och lättare att kontrollera under skjutning.
Vävnadsförstöring kan ökas med vilken kaliber som helst med hjälp av en expanderande ihålig kula. De två huvudvariablerna inom handeldvapenballistik är kulans diameter och pulvervolymen i patronhylsan. Äldre designpatroner begränsades av trycket de kunde motstå, men framstegen inom metallurgin har gjort att det maximala trycket har kunnat fördubblas och tredubblas så att mer kinetisk energi kan genereras.
