Теория оружия и боеприпасов

ВНУТРЕННЯЯ БАЛЛИСТИКА

Для более полноценной и качественной эксплуатации оружия снайпер обязан знать, какие огневые процессы происходят внутри его винтовки при выстреле. Четкое представление о течении этих процессов сможет объяснить непредвиденные погрешности в работе оружия и позволит избежать их.

УСТРОЙСТВО БОЕПРИПАСОВ

Боевой патрон для стрелкового оружия состоит из пули, порохового заряда, гильзы и капсюля (схема 107).

Схема 107. Боевой патрон

Гильза предназначена для соединения воедино всех элементов патрона, для предупреждения прорыва пороховых газов при выстреле (обтюрация) и для сохранения заряда.

Гильза имеет дульце, скат, корпус и дно (см. схему 107). В дне гильзы имеется капсюльное гнездо с перегородкой, наковальней и затравочными отверстиями (схема 108). Наковальня выступает в капсюльное гнездо, которое выполнено с наружной поверхности дна гильзы. На наковальне разбивается бойком ударный состав капсюля для его воспламенения, через затравочные отверстия пламя от капсюля проникает к пороховому заряду.

Капсюль предназначается для воспламенения порохового заряда и представляет собой чашечку-колпачок, на дне которого запрессован ударный состав, покрытый фольговым кружочком (см. схему 107). Для воспламенения пороха используют так называемые инициирующие вещества, которые обладают большой чувствительностью и взрываются от механического воздействия.

Колпачок, служащий для сборки элементов капсюля, вставляется в капсюльное гнездо с некоторым натягом с целью устранения прорыва газов между его стенками и стенками капсюльного гнезда. Дно колпачка делается достаточно прочным, чтобы оно не пробивалось насквозь бойком ударника и не прорывалось от давления пороховых газов. Колпачок капсюлей изготовляется из латуни.

Ударный состав обеспечивает безотказное воспламенение порохового заряда. На приготовление ударного состава идет гремучая ртуть, хлорат калия и антимоний.

Гремучая ртуть Hg(ONC)₂ является инициирующим веществом в ударном составе. Достоинства гремучей ртути: сохранение своих качеств при длительном хранении, надежность действия, легкость воспламенения и сравнительная безопасность. Недостатки: интенсивное взаимодействие с металлом ствола, что способствует усилению коррозии канала ствола, амальгамирование (покрытие ртутью) колпачка капсюля, что приводит к самопроизвольному его растрескиванию и прорыву пороховых газов. Для устранения последнего недостатка внутреннюю поверхность колпачка лакируют.

Хлорат калия KClO₃ является окислителем в ударном составе, обеспечивает полное сгорание компонентов, увеличивает температуру горения ударного состава и облегчает воспламенение пороха. Он представляет собой бесцветный кристаллический порошок.

Антимоний Sb₂S₃ является горючим в ударном составе. Он представляет собой черный порошок.

Ударный состав капсюля винтовочного патрона содержит: гремучей ртути 16%, хлората калия 55,5% и антимония 28,5%.

Фольговый кружок предохраняет капсюльный состав от разрушения при сотрясениях патронов (при перевозке, подаче) и от попадания влаги. Фольговый кружок лакируется шеллачно-канифольным лаком.

Капсюль запрессовывается в капсюльные гнезда с таким расчетом, чтобы фольга, прикрывающая капсюльный состав, ложилась без напряжения на наковальню (схема 109).

Схема 108. Схема капсюльного гнезда с капсюлем:
1 - наковальня

Схема 109. Капсюль:
1 - колпачок; 2 - ударный состав; 3 - фольговый кружок

Скорость горения бездымного пороха и качество выстрела в большой мере зависят от качества срабатывания капсюля. Капсюль должен образовывать факел пламени определенной длины, температуры и продолжительности действия. Эти качества объединяют термином "форс пламени". Но капсюли, даже очень хорошего качества, могут не дать необходимого форса пламени при плохом ударе бойка. Для полноценной вспышки энергия удара должна быть 0,14 кг м. Такую энергию имеют ударные механизмы современных снайперских винтовок. Но для полноценного воспламенения боевого вещества капсюля имеют значение также форма и величина бойка. При нормальном бойке и сильной боевой пружине вычищенного ударного механизма форс пламени капсюля постоянный и обеспечивает стабильное воспламенение порохового заряда. При заржавленном, загрязненном, изношенном спусковом механизме энергия удара по капсюлю будет различной, при загрязнениях выход бойка для удара будет мал, следовательно, форс пламени будет различным (схема 110), сгорание пороха будет неоднообразным, давление в стволе от выстрела к выстрелу будет меняться (больше - меньше - больше), и не удивляйтесь, если нечищеное оружие вдруг будет давать заметные "отрывы" вверх-вниз.

Схема 110. Форс пламени одинаковых капсюлей в разных условиях:
А - боек правильной формы и величины при необходимой энергии удара;
Б - очень острый и тонкий боек;
В - боек нормальной формы при малой энергии удара

Пороховой заряд предназначается для образования газов, выбрасывающих пулю из канала ствола. Источником энергии при выстреле являются так называемые метательные пороха, которые имеют взрывчатое превращение при сравнительно медленном нарастании давления, что позволяет использовать их для метания пуль и снарядов. В современной практике нарезных стволов применяются только бездымные пороха, которые делятся на пироксилиновый и нитроглицериновый порох.

Пироксилиновый порох изготавливается путем растворения смеси (в определенных пропорциях) влажного пироксилина в спиртоэфирном растворителе.

Нитроглицериновый порох изготавливается из смеси (в определенных пропорциях) пироксилина с нитроглицерином.

В бездымные пороха добавляются: стабилизатор - для предохранения пороха от разложения, флегматизатор - для замедления скорости горения и графит - для достижения сыпучести и устранения слипания зерен пороха.

Пироксилиновые пороха применяются главным образом в боеприпасах к стрелковому оружию, нитроглицериновые, как более мощные, - в артиллерийских системах и гранатометах.

При горении порохового зерна его площадь все время уменьшается, и соответственно уменьшается давление внутри ствола. Чтобы выровнять рабочее давление газов и обеспечить более-менее постоянную площадь горения зерна, пороховые зерна выполняются с внутренними полостями, а именно - в виде полой трубки или кольца. Зерна такого пороха горят одновременно и с внутренней, и с внешней поверхности. Уменьшение наружной поверхности горения возмещается увеличением внутренней горящей поверхности, так что общая площадь остается постоянной.

ОГНЕВОЙ ПРОЦЕСС В СТВОЛЕ

Пороховой заряд винтовочного патрона весом 3,25 г при выстреле сгорает примерно за 0,0012 с. При сгорании заряда выделяется около 3 калорий тепла и образуется около 3 л газов, температура которых в момент выстрела равна 2400-2900°С. Газы, будучи сильно нагретыми, оказывают высокое давление (до 2900 кг/см²) и выбрасывают пулю из ствола со скоростью свыше 800 м/с. Общий объем раскаленных пороховых газов от сгорания порохового заряда винтовочного патрона примерно в 1200 раз больше по объему, чем было пороха до выстрела.

Выстрел из стрелкового оружия происходит в следующем порядке, от удара бойка по капсюлю боевого патрона, запертого в патроннике, его инициирующее вещество, зажатое между жалом ударника и наковальней гильзы, воспламеняется, это пламя через затравочные отверстия выбрасывается к пороховому заряду и охватывает зерна пороха. Весь заряд пороха загорается почти одновременно. Образующееся при сгорании пороха большое количество газов создает высокое давление на дно пули и стенки гильзы. Это давление газов создает растяжение в ширину стенок гильзы (при сохранении их упругой деформации), и гильза плотно прижимается к стенкам патронника, препятствуя, как обтюратор, прорыву пороховых газов назад к затвору.

В результате давления газов на дно пули она сдвигается с места и врезается в нарезы. Вращаясь по нарезам, пуля продвигается по каналу ствола с непрерывно возрастающей скоростью и выбрасывается по направлению оси канала ствола.

Давление газов на противоположные стенки ствола и патронника также вызывает их незначительную упругую деформацию и взаимно уравновешивается. Давление газов на дно гильзы запертого затвором патрона вызывает движение оружия назад. Это явление называется отдачей. Согласно законам механики отдача возрастает с увеличением порохового заряда, веса пули и с уменьшением собственного веса оружия.

Во всех странах боеприпасы стараются делать очень высокого качества. Несмотря на это время от времени имеет место производственный брак или боеприпасы портятся от неправильного хранения. Иногда после удара бойком по капсюлю выстрела не последует или он происходит с некоторым запозданием. В первом случае имеет место осечка, во втором - затяжной выстрел. Причиной осечки чаще всего бывает отсыревание ударного состава капсюля или порохового заряда, а также слабый удар бойка по капсюлю. Поэтому необходимо оберегать боеприпасы от влаги и содержать оружие в исправном состоянии.

Затяжной выстрел является следствием медленного развития процесса воспламенения порохового заряда. Поэтому после осечки не следует сразу же открывать затвор. Обычно после осечки отсчитывают пять-шесть секунд и только после этого открывают затвор.

При сгорании порохового заряда только 25-30% выделяемой энергии затрачивается в качестве полезной работы на выброс пули. На совершение второстепенных работ - врезание в нарезы и преодоление трения пули при движении по каналу ствола, нагревание стенок ствола, гильзы и пули, перемещение подвижных частей в автоматическом оружии, выброс газообразной и несгоревшей части пороха - используется до 20% энергии порохового заряда. Около 40% энергии не используется и теряется после вылета пули из канала ствола.

Задача порохового заряда и ствола - разогнать пулю до необходимой полетной скорости и придать ей убойную боевую энергию. Процесс этот имеет свои особенности и происходит в несколько периодов.

Предварительный период длится от начала горения порохового заряда до полного врезания оболочки пули в нарезы ствола. В течение этого периода в канале ствола создается давление газов, необходимое для того, чтобы сдвинуть пулю с места и преодолеть сопротивление ее оболочки врезанию в нарезы ствола. Это давление называется давлением форсирования, оно достигает 250-500 кг/см² в зависимости от геометрии нарезов, веса пули и твердости ее оболочки. Горение порохового заряда в этом периоде происходит в постоянном объеме, оболочка врезается в нарезы мгновенно, а движение пули по стволу начинается сразу же при достижении в канале ствола давления форсирования. Порох в это время еще продолжает гореть.

Первый, или основной, период длится от начала движения пули до момента полного сгорания порохового заряда. В этот период сгорание пороха происходит в быстро изменяющемся объеме. В начале периода, когда скорость движения пули по каналу ствола еще не велика, количество газов растет быстрее, чем объем пространства между дном пули и дном гильзы (запульного пространства), давление газов быстро повышается и достигает наибольшей величины - 2800-3000 кг/см² (см. схемы 111, 112). Это давление называется максимальным давлением. Оно создается у стрелкового оружия при прохождении пулей 4-6 см пути. Затем, вследствие быстрого увеличения скорости движения пули, объем запульного пространства увеличивается быстрее притока новых газов, давление в стволе начинает падать и к концу периода оно достигает примерно 3/4 искомой начальной скорости пули. Пороховой заряд сгорает незадолго до того, как пуля вылетит из канала ствола.

Схема 111. Изменение давления газов и нарастание скорости пули в стволе винтовки образца 1891-1930 гг.

Схема 112. Изменение давления газов и скорости пули в стволе малокалиберной винтовки

Второй период длится от момента полного сгорания порохового заряда до момента вылета пули из канала ствола. С началом этого периода приток пороховых газов прекращается, однако сильно сжатые и нагретые газы продолжают расширяться и, продолжая оказывать давление на пулю, увеличивают скорость ее движения. Спад давления во втором периоде происходит довольно быстро и у дульного среза составляет у винтовки 570-600 кг/см².

Третий период, или период последействия газов, длится от момента вылета пули из канала ствола до момента прекращения действия пороховых газов на пулю. В течение этого периода пороховые газы, истекающие из канала ствола со скоростью 1200-2000 м/с, продолжают действовать на пулю и сообщают ей дополнительную скорость. Наибольшей, максимальной, скорости пуля достигает в конце третьего периода на удалении нескольких десятков сантиметров от дульного среза ствола. Этот период заканчивается в тот момент, когда давление пороховых газов на дно пули будет уравновешено сопротивлением воздуха.

Какое практическое значение имеет все вышеизложенное? Посмотрите на схему-график 111 по винтовке калибра 7,62 мм. Исходя из данных этого графика, становится понятным, почему длину винтовочного ствола практически не имеет смысла делать более 65 см. Если его делать длиннее, скорость пули возрастает очень незначительно, а габариты оружия бессмысленно увеличиваются. Становится понятно, почему трехлинейный карабин с длиной ствола 47 см и скоростью пули 820 м/с имеет практически такие же боевые качества, как и трехлинейная винтовка с длиной ствола 67 см и начальной скоростью пули 865 м/с.

Аналогичная картина наблюдается и у малокалиберных винтовок (схема-график 112) и особенно у оружия под 7,62-миллиметровый автоматический патрон образца 1943 года.

Длина нарезной части ствола автомата АКМ составляет всего 37 см при начальной скорости пули 715 м/с. Длина нарезной части ствола ручного пулемета Калашникова, стреляющего теми же патронами, - 54 см, на 17 см больше, а пуля разгоняется незначительно - начальная скорость пули 745 м/с. Но у винтовок и пулеметов ствол приходится делать удлиненным для большей кучности боя и для удлинения прицельной линии. Эти параметры обеспечивают повышенную точность стрельбы.

НАЧАЛЬНАЯ СКОРОСТЬ ПУЛИ

Начальная скорость является одной из важнейших характеристик боевых свойств оружия. При увеличении начальной скорости увеличивается дальность полета пули, дальность прямого выстрела, убойное и пробивное действие пули, а также уменьшается влияние внешних условий на ее полет. В частности, чем быстрее летит пуля, тем меньше она сносится в сторону ветром. Величина начальной скорости пули обязательно указывается в таблицах стрельбы и в боевых характеристиках оружия.

Величина начальной скорости пули зависит от длины ствола, веса пули, веса, температуры и влажности порохового заряда, формы и размеров зерен пороха и плотности заряжания.

Чем длиннее ствол, тем большее время на пулю действуют пороховые газы и тем больше (в известных технических пределах, см. ранее) начальная скорость.

При постоянной длине ствола и постоянном весе порохового заряда начальная скорость тем больше, чем меньше вес пули.

Изменение веса порохового заряда приводит к изменению количества пороховых газов, а следовательно, и к изменению величины максимального давления в канале ствола и начальной скорости пули. Чем больше пороха, тем больше давление и тем больше разгоняется пуля по стволу.

Длина ствола и вес порохового заряда балансируются согласно вышеприведенным графикам (схемы 111, 112) внутренних огневых процессов в винтовочном стволе при конструировании и компоновке оружия до наиболее рациональных размеров.

С повышением внешней температуры увеличивается скорость горения пороха, и поэтому увеличиваются максимальное давление и начальная скорость. При понижении внешней температуры начальная скорость уменьшается. Кроме того, при изменении наружной температуры изменяется и температура ствола, и нужно большее или меньшее количество тепла для его нагревания. А это в свою очередь влияет на изменение давления в стволе и соответственно на начальную скорость пули.

Один из старых снайперов на памяти автора в специально сшитом патронташе носил под мышкой десяток винтовочных патронов. На вопрос, какое это имеет значение, пожилой инструктор ответил- "Очень большое значение. Мы с тобой сейчас оба стреляли на 300 метров, но у тебя разброс шел по вертикали вверх-вниз, а у меня - нет. Потому что порох в моих патронах согрет до 36 градусов под мышкой, а твой в подсумке замерз до минус 15 (дело было зимой). Ты винтовку пристреливал осенью при плюс 15, итого разница 30 градусов. Ты стреляешь частым огнем, и у тебя ствол нагрелся, поэтому у тебя первые пули пошли ниже, а вторые - выше. А я все время стреляю порохом одинаковой температуры, поэтому у меня все летит, как положено".

Увеличение (уменьшение) начальной скорости вызывает увеличение (уменьшение) дальности стрельбы. Разности этих величин настолько существенны, что в практике охотничьей стрельбы из гладкоствольных ружей применяют летние и зимние стволы разной длины (зимние стволы обычно на 7-8 см длиннее летних) для достижения одной и той же дальнобойности выстрела. В снайперской практике обязательно делаются поправки дальности на температуру воздуха по соответствующим таблицам (см. ранее).

С повышением влажности порохового заряда уменьшается скорость его горения и соответственно падают давление в стволе и начальная скорость.

Скорость горения пороха прямо пропорциональна окружающему его давлению. На открытом воздухе скорость горения бездымного винтовочного пороха равна приблизительно 1 м/с, а в замкнутом пространстве патронника и ствола вследствие повышения давления скорость горения пороха увеличивается и достигает нескольких десятков метров в секунду.

Отношение веса заряда к объему гильзы при вставленной пуле (камеры сгорания заряда) называется плотностью заряжания. Чем больше "трамбуется" порох в гильзе, что происходит при передозировке пороха или глубокой посадке пули, тем больше возрастают давление и скорость сгорания. Это иногда приводит к резкому скачку давления и даже к детонации порохового заряда, что может привести к разрыву ствола. Плотность заряжания производится по сложным инженерным расчетам и для отечественного винтовочного патрона равна 0,813 кг/дм3. При уменьшении плотности заряжания уменьшается скорость горения, увеличивается время прохождения пули по стволу, что, как ни парадоксально, приводит к быстрому перегреву оружия. По всем этим причинам переснаряжать боевые патроны запрещается!