Ballistics er vitenskapen om bevegelse, flukt og effekten av prosjektiler. Den er delt inn i flere disipliner. Intern og ekstern ballistikk omhandler bevegelse og flukt av prosjektiler. Overgangen mellom disse to modusene kalles mellomballistikk. Terminalballistikk refererer til virkningen av prosjektiler, en egen kategori dekker graden av skade på målet. Hva studerer intern og ekstern ballistikk?
våpen og missiler
Kanon- og rakettmotorer er typer varmemotorer, som delvis konverterer kjemisk energi til drivmiddel (den kinetiske energien til et prosjektil). Drivmidler skiller seg fra konvensjonelle drivstoff ved at forbrenningen deres ikke krever atmosfærisk oksygen. Produksjon av varme gasser med brennbart drivstoff forårsaker i begrenset grad en trykkøkning. Trykket driver frem prosjektilet og øker brennhastigheten. Varme gasser har en tendens til å erodere pistolløpet eller halsenraketter. Intern og ekstern ballistikk av håndvåpen studerer bevegelsen, flukten og innvirkningen som prosjektilet har.
Når drivladningen i pistolkammeret antennes, holdes forbrenningsgassene tilbake av skuddet, slik at trykket bygges opp. Prosjektilet begynner å bevege seg når trykket på det overvinner motstanden mot bevegelse. Trykket fortsetter å stige en stund og synker deretter når skuddet akselererer til høy hastighet. Raskt brennbart rakettdrivstoff er snart oppbrukt, og over tid blir skuddet kastet ut fra snuten: en skuddhastighet på opptil 15 kilometer i sekundet er oppnådd. Foldekanoner slipper ut gass gjennom baksiden av kammeret for å motvirke rekylkrefter.
Et ballistisk missil er et missil som styres i løpet av en relativt kort innledende aktiv flygefase, hvis bane deretter styres av lovene til klassisk mekanikk, i motsetning til for eksempel kryssermissiler, som styres aerodynamisk under flyging med motoren i gang.
Skuttebane
I ekstern og intern ballistikk er banen banen til et skudd utsatt for tyngdekraften. Under påvirkning av tyngdekraften er banen parabolsk. Å dra bremser stien. Under lydhastigheten er luftmotstanden omtrent proporsjonal med kvadratet på hastigheten; shottailrasjonalisering er bare effektiv ved disse hastighetene. Ved høye hastigheter kommer en konisk sjokkbølge fra nesen til skuddet. Trekkkraften, somi stor grad avhengig av formen på nesen, og er den minste for fine spissslag. Draget kan reduseres ved å lufte brennergasser inn i halen.
Haljefinner kan brukes til å stabilisere prosjektiler. Bakre stabilisering gitt av gjenger induserer gyroskopisk oscillasjon som respons på aerodynamiske trommelkrefter. Ikke nok spinn lar deg falle og for mye hindrer nesen i å synke når den beveger seg langs banen. Skudddrift skyldes løft, meteorologiske forhold og jordens rotasjon.
Impulsrespons
Raketter beveger seg som svar på en impuls av utstrømning av gass. Motoren er konstruert på en slik måte at trykket som genereres er nesten konstant under forbrenning. Radi alt stabiliserte raketter er følsomme for sidevind, to eller flere motorjetfly vippet bort fra flylinjen kan gi spinnstabilisering. Skiver er vanligvis harde og kalles tykke eller tynne avhengig av om skuddet påvirker det underliggende materialet.
Penetrasjon oppstår når støtspenningsintensiteten overstiger målets flytestyrke; det forårsaker duktilt og sprøtt brudd i tynne mål og hydrodynamisk materialflyt i tykke mål. Ved sammenstøt kan feil oppstå. Helt penetrering gjennom målet kalles perforering. Avanserte rustningsfeller detonerer enten et komprimert eksplosiv mot et mål eller fokuserer en metallstråle eksplosivt på det.overflate.
Grad av lokal skade
Den indre og ytre ballistikken til et skudd er hovedsakelig relatert til mekanismer og medisinske konsekvenser av skade forårsaket av kuler og eksplosive fragmenter. Ved penetrering genererer impulsen som overføres til det omkringliggende vevet et stort midlertidig hulrom. Graden av lokal skade er relatert til størrelsen på dette overgangshulrommet. Bevis tyder på at fysisk skade er proporsjonal med prosjektilets kubehastighet, masse og tverrsnittsareal. Kroppsrustningsforskning tar sikte på å forhindre prosjektilpenetrering og minimere skade.
Ballistics ekstern og intern - er mekanikkfeltet som omhandler utskyting, flukt, oppførsel og effekter av prosjektiler, spesielt kuler, ustyrte bomber, raketter og lignende. det er en slags vitenskap eller til og med kunst å designe og akselerere prosjektiler for å oppnå ønsket ytelse. En ballistisk kropp er en kropp med momentum som kan bevege seg fritt, utsatt for krefter som gasstrykk i en pistol, rifling i en løp, gravitasjon eller aerodynamisk motstand.
Historie og bakgrunn
De tidligste kjente ballistiske prosjektilene var kjepper, steiner og spyd. Det eldste beviset for prosjektiler med steintupp, som kanskje eller ikke kan være lastet med en bue, dateres tilbake 64 000 år.siden, som ble funnet i Sibudu-hulen i Sør-Afrika. Det eldste beviset for bruk av buer til skyting dateres tilbake til omtrent 10 000 år.
Furupiler ble funnet i Ahrensburg-dalen nord for Hamburg. De hadde grunne furer på undersiden, noe som tydet på at de ble skutt fra en bue. Den eldste baugen som fortsatt er restaurert er rundt 8000 år gammel og ble funnet i Holmegardsumpen i Danmark. Bueskyting ser ut til å ha kommet til Amerika med den arktiske småredskapstradisjonen for rundt 4500 år siden. De første enhetene identifisert som verktøy dukket opp i Kina rundt 1000 e. Kr. og på 1100-tallet hadde teknologien spredt seg over hele Asia og inn i Europa på 1200-tallet.
Etter et årtusen med empirisk utvikling ble disiplinen ballistikk, ekstern og intern, opprinnelig studert og utviklet av den italienske matematikeren Niccolo Tartaglia i 1531. Galileo etablerte prinsippet om sammensatt bevegelse i 1638. Den generelle kunnskapen om ekstern og intern ballistikk ble satt på et solid vitenskapelig og matematisk grunnlag av Isaac Newton med utgivelsen av Philosophia Naturalis Principia Mathematica i 1687. Dette ga de matematiske lovene om bevegelse og tyngdekraft, som for første gang gjorde det mulig å forutsi baner med hell. Ordet "ballistikk" kommer fra gresk, som betyr "å kaste".
Projektiler og bæreraketter
Projektil - ethvert objekt projisert ut i rommet (tomt eller ikke) nårbruk av makt. Selv om ethvert objekt i bevegelse i rommet (som en kastet ball) er et prosjektil, refererer begrepet oftest til et avstandsvåpen. Matematiske bevegelsesligninger brukes til å analysere prosjektilets bane. Eksempler på prosjektiler inkluderer kuler, piler, kuler, artillerigranater, raketter og så videre.
Kast er den manuelle utskytingen av et prosjektil. Mennesker er uvanlig flinke til å kaste på grunn av sin høye smidighet, dette er en høyt utviklet egenskap. Bevis på menneskelig kasting dateres tilbake 2 millioner år. Kastehastigheten på 145 km i timen som finnes hos mange idrettsutøvere, overskrider langt hastigheten sjimpanser kan kaste gjenstander med, som er omtrent 32 km i timen. Denne evnen gjenspeiler evnen til menneskelige skuldermuskler og sener til å forbli elastiske til de trengs for å drive frem en gjenstand.
Intern og ekstern ballistikk: kort om våpen
En av de eldste utskytere var vanlige sprettert, pil og bue, katapult. Over tid dukket det opp våpen, pistoler, raketter. Informasjon fra intern og ekstern ballistikk inkluderer informasjon om ulike typer våpen.
- Spling er et våpen som vanligvis brukes til å skyte ut stumpe prosjektiler som stein, leire eller en "kule" av bly. Seilet har en liten vugge (pose) i midten av de sammenkoblede to ledningene. Steinen legges i en pose. Langfingeren eller tommelen plasseres gjennom løkken på enden av den ene snoren, og tappen på enden av den andre snoren plasseres mellom tommelen ogpekefingrene. Seilet svinger i en bue, og tappen frigjøres i et bestemt øyeblikk. Dette frigjør prosjektilet til å fly mot målet.
- Piler og bue. En bue er et fleksibelt stykke materiale som avfyrer aerodynamiske prosjektiler. Snoren forbinder de to endene, og når den trekkes tilbake, bøyes endene av pinnen. Når strengen slippes, omdannes den potensielle energien til den bøyde pinnen til pilens hastighet. Bueskyting er bueskytingens kunst eller sport.
- En katapult er en enhet som brukes til å skyte opp et prosjektil på stor avstand uten hjelp av eksplosive innretninger - spesielt ulike typer antikke og middelalderske beleiringsmotorer. Katapulten har blitt brukt siden antikken da den viste seg å være en av de mest effektive mekanismene under krig. Ordet "katapult" kommer fra latin, som igjen kommer fra det greske καταπέλτης, som betyr "kaste, kaste". Katapulter ble oppfunnet av de gamle grekerne.
- En pistol er et konvensjonelt rørformet våpen eller annen enhet designet for å frigjøre prosjektiler eller annet materiale. Prosjektilet kan være fast, flytende, gassformet eller energisk, og kan være løst, som med kuler og artillerigranater, eller med klemmer, som med sonder og hvalfangstharpuner. Projeksjonsmediet varierer i henhold til konstruksjonen, men utføres vanligvis ved påvirkning av gasstrykk generert ved rask forbrenning av drivmidlet, eller komprimert og lagret av mekaniske midler som opererer inne i det åpne røret istempel type. Den kondenserte gassen akselererer det bevegelige prosjektilet langs lengden av røret, og gir tilstrekkelig hastighet til å holde prosjektilet i bevegelse når gassen stopper ved enden av røret. Alternativt kan du bruke akselerasjon ved å generere et elektromagnetisk felt, i så fall kan du kaste røret og erstatte føringen.
- En rakett er en rakett, et romfartøy, et fly eller et annet kjøretøy som blir truffet av en rakettmotor. Eksosen fra en rakettmotor er fullstendig dannet av drivmidlene som fraktes i raketten før bruk. Rakettmotorer fungerer ved handling og reaksjon. Rakettmotorer skyver raketter fremover ved ganske enkelt å kaste eksosene tilbake veldig raskt. Selv om de er relativt ineffektive for lavhastighetsbruk, er raketter relativt lette og kraftige, i stand til å generere høye akselerasjoner og nå ekstremt høye hastigheter med rimelig effektivitet. Raketter er uavhengige av atmosfæren og fungerer utmerket i verdensrommet. Kjemiske raketter er den vanligste typen høyytelsesraketter, og de lager vanligvis eksosgassene sine når rakettdrivstoffet brennes. Kjemiske raketter lagrer store mengder energi i en lett frigjort form og kan være svært farlige. Imidlertid vil nøye design, testing, konstruksjon og bruk minimere risikoen.
Grunnleggende for ekstern og intern ballistikk: hovedkategorier
Ballistikk kan studeres ved hjelp av høyhastighetsfotografering ellerhøyhastighetskameraer. Et fotografi av et bilde tatt med en ultrahøyhastighets luftgapblits hjelper deg å se kulen uten å gjøre bildet uskarpt. Ballistikk er ofte delt inn i følgende fire kategorier:
- Intern ballistikk - studiet av prosesser som i utgangspunktet akselererer prosjektiler.
- Transitional ballistics - studiet av prosjektiler under overgangen til kontantløs flyvning.
- Ekstern ballistikk - studiet av passasje av et prosjektil (bane) under flukt.
- Terminal ballistics - studiet av et prosjektil og dets virkninger når det fullføres
Intern ballistikk er studiet av bevegelse i form av et prosjektil. I våpen dekker det tiden fra drivmiddelantenning til prosjektilet går ut av pistolløpet. Dette er hva intern ballistikk studerer. Dette er viktig for designere og brukere av skytevåpen av alle typer, fra rifler og pistoler til høyteknologisk artilleri. Informasjon fra intern ballistikk for rakettprosjektiler dekker perioden rakettmotoren gir skyvekraft.
Transient ballistics, også kjent som intermediate ballistics, er studiet av oppførselen til et prosjektil fra det øyeblikket det går ut av munningen til trykket bak prosjektilet er balansert, slik at det faller mellom intern og ekstern ballistikk.
Ekstern ballistikk er studiet av atmosfærisk trykkdynamikk rundt en kule og er en del av vitenskapen om ballistikk, som omhandler oppførselen til et prosjektil uten kraft under flukt. Denne kategorien forbindes ofte med skytevåpen oger relatert til den ledige friflygingsfasen til kulen etter at den kommer ut av pistolløpet og før den treffer målet, så den sitter mellom overgangsballistikk og terminalballistikk. Ekstern ballistikk gjelder imidlertid også fri flukt av missiler og andre prosjektiler som baller, piler og så videre.
Terminalballistikk er studiet av oppførselen og effektene til et prosjektil når det treffer målet. Denne kategorien er relevant for både små kaliber prosjektiler og stor kaliber prosjektiler (artilleriskyting). Studiet av ekstremt høyhastighetseffekter er fortsatt veldig nytt og brukes for tiden hovedsakelig til romfartøydesign.
Forensic Ballistics
Forensic ballistics involverer analyse av kuler og kulepåvirkninger for å fastslå informasjon om bruk i en domstol eller annen del av rettssystemet. Separat fra ballistisk informasjon, involverer skytevåpen og verktøymerke («Ballistisk fingeravtrykk») eksamener gjennomgang av bevis for skytevåpen, ammunisjon og verktøy for å finne ut om noe skytevåpen eller verktøy ble brukt til å begå en forbrytelse.
Astrodynamics: orbital mechanics
Astrodynamics er bruken av våpenballistikk, ekstern og intern, og orbitalmekanikk på de praktiske problemene med fremdrift av raketter og andre romfartøyer. Bevegelsen til disse objektene beregnes vanligvis ut fra Newtons bevegelseslover.og tyngdeloven. Det er kjernedisiplinen innen design og kontroll av romoppdrag.
Projectile travel in flight
Det grunnleggende om ekstern og intern ballistikk omhandler reisen til et prosjektil under flukt. Banen til en kule inkluderer: ned løpet, gjennom luften og gjennom målet. Det grunnleggende om intern ballistikk (eller original, inne i en kanon) varierer i henhold til våpentypen. Kuler avfyrt fra en rifle vil ha mer energi enn tilsvarende kuler avfyrt fra en pistol. Mer pulver kan også brukes i pistolpatroner fordi kulekammer kan utformes for å tåle mer trykk.
Høyere trykk krever en større pistol med mer rekyl, som laster saktere og genererer mer varme, noe som resulterer i mer metallslitasje. I praksis er det vanskelig å måle kreftene inne i pistolløpet, men en lett målt parameter er hastigheten som kulen kommer ut av løpet (munningshastighet). Den kontrollerte ekspansjonen av gasser fra brennende krutt skaper trykk (kraft/areal). Det er her kulebasen (tilsvarer løpsdiameteren) befinner seg og er konstant. Derfor vil energien som overføres til kulen (med en gitt masse) avhenge av massetiden multiplisert med tidsintervallet som kraften påføres over.
Den siste av disse faktorene er en funksjon av tønnelengden. Kulebevegelse gjennom en maskingeværenhet er preget av en økning i akselerasjon når de ekspanderende gassenetrykk på den, men reduser trykket i fatet når gassen utvider seg. Opp til punktet med synkende trykk, jo lengre løpet er, desto større akselerasjon av kulen. Når kulen beveger seg ned gjennom løpet av en pistol, er det en liten deformasjon. Dette skyldes mindre (sjelden store) feil eller variasjoner i riflingen eller merkene i løpet. Hovedoppgaven til intern ballistikk er å skape gunstige forhold for å unngå slike situasjoner. Effekten på den påfølgende banen til kulen er vanligvis ubetydelig.
Fra våpen til mål
Ekstern ballistikk kan kort kalles reisen fra våpen til mål. Kuler beveger seg vanligvis ikke i en rett linje til målet. Det er rotasjonskrefter som holder kulen fra en rett flyakse. Det grunnleggende om ekstern ballistikk inkluderer konseptet presesjon, som refererer til rotasjonen av en kule rundt massesenteret. Nutasjon er en liten sirkulær bevegelse på spissen av en kule. Akselerasjon og presesjon avtar etter hvert som kulens avstand fra løpet øker.
En av oppgavene til ekstern ballistikk er å skape den perfekte kulen. For å redusere luftmotstanden ville den ideelle kulen være en lang, tung nål, men et slikt prosjektil ville gå rett gjennom målet uten å spre mesteparten av energien. Kulene vil henge etter og frigjøre mer energi, men treffer kanskje ikke engang målet. En god aerodynamisk kompromiss kuleform er en parabolsk kurve med lavt frontareal og forgrening.
Den beste kulesammensetningen er bly, som har en høytetthet og billig å få tak i. Ulempene er at den har en tendens til å mykne ved > 1000 fps, noe som får den til å smøre tønnen og redusere nøyaktigheten, og bly har en tendens til å smelte fullstendig. Det hjelper å legere blyet (Pb) med en liten mengde antimon (Sb), men det virkelige svaret er å binde blykulen til et hardt stålløp gjennom et annet metall som er mykt nok til å forsegle kulen i løpet, men med høy smelting punkt. Kobber (Cu) er best for dette materialet som en jakke for bly.
Terminalballistikk (måltreff)
Den korte kulen med høy hastighet begynner å knurre, vri seg og til og med spinne voldsomt når den kommer inn i vev. Dette fører til at mer vev forskyves, øker luftmotstanden og overfører mesteparten av målets kinetiske energi. En lengre, tyngre kule kan ha mer energi over et større område når den treffer målet, men den kan trenge så godt inn at den kommer ut av målet med det meste av energien. Selv en kule med lav kinetikk kan forårsake betydelig vevsskade. Kuler produserer vevsskade på tre måter:
- Ødeleggelse og knusing. Diameter på vevsknusskade er diameteren til kulen eller fragmentet, opp til aksens lengde.
- Kavitasjon - et "permanent" hulrom er forårsaket av banen (sporet) til selve kulen med vevsfragmentering, mens et "midlertidig" hulrom dannes av radiell spenning rundt kulesporet fra den kontinuerlige akselerasjonen av mediet (luft eller vev) isom et resultat av kulen, noe som får sårhulen til å strekke seg utover. For prosjektiler som beveger seg i lav hastighet er de permanente og midlertidige hulrommene nesten like, men ved høy hastighet og med kulegir blir det midlertidige hulrommet større.
- Sjokkbølger. Sjokkbølgene komprimerer mediet og beveger seg foran kulen så vel som til sidene, men disse bølgene varer bare noen få mikrosekunder og forårsaker ikke dyp skade ved lav hastighet. Ved høy hastighet kan de genererte sjokkbølgene nå opp til 200 atmosfæres trykk. Imidlertid er benbrudd på grunn av kavitasjon en ekstremt sjelden hendelse. Den ballistiske trykkbølgen fra et langdistanseskudd kan forårsake hjernerystelse hos en person og forårsake akutte nevrologiske symptomer.
Eksperimentelle metoder for å demonstrere vevsskade brukte materialer med egenskaper som ligner på menneskelig bløtvev og hud.
kuledesign
Kuldesign er viktig i skadepotensial. Haagkonvensjonen fra 1899 (og senere Genèvekonvensjonen) forbød bruk av ekspanderende, deformerbare kuler i krigstid. Dette er grunnen til at militærkuler har en metallkappe rundt blykjernen. Traktaten hadde selvsagt mindre med overholdelse å gjøre enn det faktum at moderne militærgevær skyter prosjektiler i høye hastigheter og kuler må være kobbermantel ettersom bly begynner å smelte på grunn av varmen som genereres med > 2000 bilder per sekund.
Den ytre og indre ballistikken til PM (Makarov-pistolen) skiller seg fra ballistikken til de såk alte "ødeleggbare" kulene, designet for å knekke når de treffer en hard overflate. Slike kuler er vanligvis laget av et annet metall enn bly, for eksempel kobberpulver, komprimert til en kule. Målavstand fra munningen spiller en stor rolle i sårevnen, ettersom de fleste kuler avfyrt fra håndvåpen har mistet betydelig kinetisk energi (KE) på 100 yards, mens høyhastighets militærvåpen fortsatt har betydelig KE selv ved 500 yards. Dermed vil den ytre og indre ballistikken til statsministeren og militær- og jaktrifler designet for å levere kuler med et stort antall CE over en lengre avstand variere.
Å designe en kule for å effektivt overføre energi til et bestemt mål er ikke lett fordi målene er forskjellige. Konseptet med intern og ekstern ballistikk inkluderer også prosjektildesign. For å trenge gjennom elefantens tykke skinn og seige bein, må kulen være liten i diameter og sterk nok til å motstå oppløsning. En slik kule trenger imidlertid gjennom de fleste vev som et spyd, og gjør noe mer skade enn et knivsår. En kule designet for å skade menneskelig vev vil kreve visse "bremser" for å sikre at all CE blir overført til målet.
Det er enklere å designe funksjoner som hjelper til med å bremse en stor, saktegående kule i vev enn en liten høyhastighets kule. Slike tiltak inkluderer formmodifikasjoner som runde, flate ellerkuppelformet. Kuler med rund nese gir minst luftmotstand, er vanligvis omhyllet og er først og fremst nyttige i lavhastighetspistoler. Den flate designen gir mest mulig dragkraft, er ikke dekket og brukes i lavhastighetspistoler (ofte for måløvelse). Kuppeldesignet er mellom et rundt verktøy og et skjæreverktøy og er nyttig ved middels hastighet.
Kulens hule spissdesign gjør det lettere å snu kulen "inn og ut" og justere fronten, referert til som "ekspansjon". Utvidelse skjer kun pålitelig ved hastigheter over 1200 fps, så den er kun egnet for våpen med maksimal hastighet. En destruerbar pulverkule designet for å gå i oppløsning ved støt, og levere hele CE, men uten betydelig penetrering, bør størrelsen på fragmentene reduseres etter hvert som støthastigheten øker.
potensial for skade
Typen vev påvirker potensialet for skade så vel som penetrasjonsdybden. Egenvekt (densitet) og elastisitet er de viktigste vevsfaktorene. Jo høyere egenvekt, jo større skade. Jo mer elastisitet, jo mindre skade. Dermed blir lett vev med lav tetthet og høy elastisitet skadet mindre muskler med høyere tetthet, men med noe elastisitet.
Leveren, milten og hjernen har ikke elastisitet og blir lett skadet, som fettvev. Væskefylte organer (blære, hjerte, store kar, tarmer) kan sprekke på grunn av trykkbølgene som skapes. Kule trefferbein, kan resultere i beinfragmentering og/eller flere sekundære missiler, som hver forårsaker et ekstra sår.
Pistolballistics
Dette våpenet er lett å skjule, men vanskelig å sikte nøyaktig, spesielt på åsteder. De fleste branner med håndvåpen skjer på mindre enn 7 yards, men likevel savner de fleste kuler det tiltenkte målet (bare 11 % av angripernes runder og 25 % av politiavfyrte kuler treffer det tiltenkte målet i en studie). Vanligvis brukes lavkalibervåpen i kriminalitet fordi de er billigere og lettere å bære og lettere å kontrollere mens du skyter.
vevsødeleggelse kan økes med hvilken som helst kaliber ved å bruke en ekspanderende hulpunktkule. De to hovedvariablene i håndvåpenballistikk er kulediameteren og pulvervolumet i patronhylsen. Eldre designkassetter ble begrenset av trykket de kunne motstå, men fremskritt innen metallurgi har gjort det mulig å doble og tredoble det maksimale trykket slik at mer kinetisk energi kan genereres.
