Ballistics er videnskaben om bevægelse, flugt og effekterne af projektiler. Det er opdelt i flere discipliner. Intern og ekstern ballistik beskæftiger sig med bevægelse og flugt af projektiler. Overgangen mellem disse to tilstande kaldes mellemballistik. Terminal ballistik refererer til virkningen af projektiler, en separat kategori dækker graden af skade på målet. Hvad studerer intern og ekstern ballistik?
kanoner og missiler
Kanon- og raketmotorer er typer varmemotorer, der delvist omdanner kemisk energi til drivmiddel (et projektils kinetiske energi). Drivmidler adskiller sig fra konventionelle brændstoffer ved, at deres forbrænding ikke kræver atmosfærisk ilt. Produktionen af varme gasser med brændbart brændstof forårsager i begrænset omfang en trykstigning. Trykket driver projektilet frem og øger forbrændingshastigheden. Varme gasser har en tendens til at erodere pistolens løb eller halsraketter. Intern og ekstern ballistik af håndvåben studerer den bevægelse, flugt og påvirkning, som projektilet har.
Når drivmiddelladningen i pistolkammeret antændes, holdes forbrændingsgasserne tilbage af skuddet, så trykket bygges op. Projektilet begynder at bevæge sig, når trykket på det overvinder dets modstand mod bevægelse. Trykket fortsætter med at stige et stykke tid og falder derefter, mens skuddet accelererer til høj hastighed. Hurtigt brændbart raketbrændstof er hurtigt opbrugt, og med tiden skydes skuddet ud af mundingen: en skudhastighed på op til 15 kilometer i sekundet er opnået. Foldekanoner frigiver gas gennem bagsiden af kammeret for at modvirke rekylkræfter.
Et ballistisk missil er et missil, der styres under en relativt kort indledende aktiv flyvningsfase, hvis bane efterfølgende er styret af den klassiske mekaniks love, i modsætning til for eksempel krydsermissiler, som er aerodynamisk styret under flyvningen med motoren i gang.
Skudbane
I ekstern og intern ballistik er bane banen for et skud, der er underlagt tyngdekraften. Under påvirkning af tyngdekraften er banen parabolsk. At trække bremser stien. Under lydens hastighed er træk nogenlunde proportion alt med kvadratet af hastigheden; shottailrationalisering er kun effektiv ved disse hastigheder. Ved høje hastigheder kommer en konisk stødbølge fra næsen af skuddet. Trækkraften, somi høj grad afhængig af næsens form, idet den er den mindste til fine spidsslag. Træk kan reduceres ved at udlufte brændergasser ind i halen.
Halefinner kan bruges til at stabilisere projektiler. Stabilisering på bagsiden tilvejebragt af gevindskæring inducerer gyroskopisk oscillation som reaktion på aerodynamiske tromlekræfter. Ikke nok spin giver dig mulighed for at falde, og for meget forhindrer næsen i at synke, mens den bevæger sig langs banen. Skuddrift skyldes løft, meteorologiske forhold og jordens rotation.
Impulssvar
Raketter bevæger sig som reaktion på en impuls af udstrømning af gas. Motoren er designet på en sådan måde, at de genererede tryk er næsten konstante under forbrændingen. Radi alt stabiliserede raketter er følsomme over for sidevind, to eller flere motorjetfly vippet væk fra flyvelinjen kan give spinstabilisering. Skiver er norm alt hårde og kaldes tykke eller tynde afhængigt af, om skuddets stød påvirker det underliggende materiale.
Penetration opstår, når stødspændingsintensiteten overstiger målets flydespænding; det forårsager duktilt og sprødt brud i tynde mål og hydrodynamisk materialeflow i tykke mål. Ved sammenstød kan der opstå fejl. Helt gennemtrængning gennem målet kaldes perforering. Avancerede panserfælder detonerer enten et komprimeret sprængstof mod et mål eller fokuserer eksplosivt en metalstråle på det.overflade.
Grad af lokal skade
Den indre og ydre ballistik af et skud er hovedsageligt relateret til mekanismerne og de medicinske konsekvenser af skader forårsaget af kugler og eksplosive fragmenter. Ved penetration genererer impulsen, der overføres til det omgivende væv, et stort midlertidigt hulrum. Graden af lokal skade er relateret til størrelsen af dette overgangshulrum. Beviser tyder på, at fysisk skade er proportional med projektilets terninghastighed, masse og tværsnitsareal. Forskning i kropsrustninger har til formål at forhindre projektilgennemtrængning og minimere skader.
Ballistics ekstern og intern - er mekanikkens felt, der beskæftiger sig med affyring, flyvning, adfærd og effekter af projektiler, især kugler, ustyrede bomber, raketter og lignende. det er en slags videnskab eller endda kunst at designe og accelerere projektiler for at opnå den ønskede ydeevne. Et ballistisk legeme er et legeme med momentum, der kan bevæge sig frit, underlagt kræfter såsom gastryk i en pistol, rifling i en løb, tyngdekraft eller aerodynamisk modstand.
Historie og baggrund
De tidligste kendte ballistiske projektiler var pinde, sten og spyd. Det ældste bevis for projektiler med stenspidser, som måske eller måske ikke er ladet med en bue, går 64.000 år tilbage.siden, som blev fundet i Sibudu-grotten i Sydafrika. De ældste beviser for brugen af buer til skydning går cirka 10.000 år tilbage.
Fyrrepile blev fundet i Ahrensburg-dalen nord for Hamborg. De havde lavvandede furer på undersiden, hvilket tydede på, at de var skudt fra en bue. Den ældste bue, der stadig restaureres, er omkring 8.000 år gammel og blev fundet i Holmegardsumpen i Danmark. Bueskydning ser ud til at være ankommet til Amerika med den arktiske tradition for små redskaber for omkring 4.500 år siden. De første enheder identificeret som værktøjer dukkede op i Kina omkring 1000 e. Kr. og i det 12. århundrede havde teknologien spredt sig over hele Asien og ind i Europa i det 13. århundrede.
Efter et årtusinde med empirisk udvikling blev disciplinen ballistik, ekstern og intern, oprindeligt studeret og udviklet af den italienske matematiker Niccolo Tartaglia i 1531. Galileo etablerede princippet om sammensat bevægelse i 1638. Den generelle viden om ekstern og intern ballistik blev sat på et solidt videnskabeligt og matematisk grundlag af Isaac Newton med udgivelsen af Philosophia Naturalis Principia Mathematica i 1687. Dette gav de matematiske love om bevægelse og tyngdekraft, som for første gang gjorde det muligt at forudsige baner med succes. Ordet "ballistik" kommer fra græsk, som betyder "at kaste".
Projektiler og løfteraketter
Projektil - ethvert objekt projiceret ud i rummet (tomt eller ej), nårmagtanvendelse. Selvom ethvert objekt i bevægelse i rummet (såsom en kastet bold) er et projektil, refererer udtrykket oftest til et afstandsvåben. Matematiske bevægelsesligninger bruges til at analysere projektilets bane. Eksempler på projektiler omfatter bolde, pile, kugler, artillerigranater, raketter og så videre.
Throw er den manuelle affyring af et projektil. Mennesker er usædvanligt gode til at kaste på grund af deres høje smidighed, dette er en højt udviklet egenskab. Beviser på menneskeligt kast går 2 millioner år tilbage. Kastehastigheden på 145 km i timen, som findes hos mange atleter, overstiger langt den hastighed, som chimpanser kan kaste med genstande med, hvilket er omkring 32 km i timen. Denne evne afspejler evnen hos menneskelige skuldermuskler og sener til at forblive elastiske, indtil de er nødvendige for at fremdrive en genstand.
Intern og ekstern ballistik: kort om våben
En af de ældste løfteraketter var almindelige slangebøsser, bue og pile, katapult. Over tid dukkede våben, pistoler, raketter op. Oplysninger fra intern og ekstern ballistik omfatter oplysninger om forskellige typer våben.
- Spling er et våben, der almindeligvis bruges til at udstøde stumpe projektiler såsom sten, ler eller en "kugle" af bly. Slyngen har en lille vugge (pose) i midten af de sammenkoblede to længder ledning. Stenen lægges i en pose. Langfingeren eller tommelfingeren placeres gennem løkken for enden af den ene snor, og tappen for enden af den anden snor placeres mellem tommelfingeren ogpegefingre. Sejlet svinger i en bue, og tappen slippes på et bestemt tidspunkt. Dette frigør projektilet til at flyve mod målet.
- bue og pile. En bue er et fleksibelt stykke materiale, der affyrer aerodynamiske projektiler. Snoren forbinder de to ender, og når den trækkes tilbage, bøjes enderne af pinden. Når snoren slippes, omdannes den bøjede pinds potentielle energi til pilens hastighed. Bueskydning er bueskydningens kunst eller sport.
- En katapult er en enhed, der bruges til at affyre et projektil på stor afstand uden hjælp af eksplosive anordninger - især forskellige typer af antikke og middelalderlige belejringsmotorer. Katapulten har været brugt siden oldtiden, da den viste sig at være en af de mest effektive mekanismer under krig. Ordet "katapult" kommer fra latin, som igen kommer fra det græske καταπέλτης, som betyder "kaste, kaste". Katapulter blev opfundet af de gamle grækere.
- En pistol er et konventionelt rørformet våben eller en anden enhed designet til at frigive projektiler eller andet materiale. Projektilet kan være fast, flydende, gasformigt eller energisk og kan være løst, som med kugler og artillerigranater, eller med klemmer, som med sonder og hvalfangstharpuner. Projektionsmediet varierer afhængigt af designet, men udføres sædvanligvis ved påvirkning af gastryk genereret af den hurtige forbrænding af drivmidlet, eller komprimeret og lagret af mekaniske midler, der opererer inde i det åbne rør istempel type. Den kondenserede gas accelererer det bevægende projektil langs rørets længde, hvilket giver tilstrækkelig hastighed til at holde projektilet i bevægelse, når gassen stopper for enden af røret. Alternativt kan du bruge acceleration ved at generere et elektromagnetisk felt, i hvilket tilfælde du kan kassere røret og udskifte guiden.
- En raket er en raket, et rumfartøj, et fly eller et andet køretøj, der bliver ramt af en raketmotor. Udstødningen fra en raketmotor er fuldstændig dannet af de drivmidler, der er medbragt i raketten før brug. Raketmotorer virker ved handling og reaktion. Raketmotorer skubber raketter frem ved blot at kaste deres udstødninger tilbage meget hurtigt. Selvom de er forholdsvis ineffektive til lavhastighedsbrug, er raketter relativt lette og kraftige, i stand til at generere høje accelerationer og nå ekstremt høje hastigheder med rimelig effektivitet. Raketter er uafhængige af atmosfæren og fungerer fantastisk i rummet. Kemiske raketter er den mest almindelige type højtydende raketter, og de skaber typisk deres udstødningsgasser, når raketbrændstoffet brændes. Kemiske raketter lagrer store mængder energi i en let frigivet form og kan være meget farlige. Omhyggeligt design, test, konstruktion og brug vil dog minimere risici.
Fundamentals af ekstern og intern ballistik: hovedkategorier
Ballistik kan studeres ved hjælp af højhastighedsfotografering ellerhøjhastighedskameraer. Et fotografi af et skud taget med en luftgab-flash med ultrahøj hastighed hjælper med at se kuglen uden at sløre billedet. Ballistik er ofte opdelt i følgende fire kategorier:
- Intern ballistik - studiet af processer, der i starten accelererer projektiler.
- Transitional ballistics - studiet af projektiler under overgangen til kontantløs flyvning.
- Ekstern ballistik - studiet af passage af et projektil (bane) under flyvning.
- Terminalballistik - studiet af et projektil og dets virkninger, efterhånden som det afsluttes
Intern ballistik er studiet af bevægelse i form af et projektil. I kanoner dækker det tiden fra drivmiddeltænding, indtil projektilet forlader kanonløbet. Dette er, hvad intern ballistik studerer. Dette er vigtigt for designere og brugere af skydevåben af alle typer, fra rifler og pistoler til højteknologisk artilleri. Oplysninger fra intern ballistik for raketprojektiler dækker den periode, hvor raketmotoren giver stød.
Forbigående ballistik, også kendt som mellemballistik, er studiet af et projektils adfærd fra det øjeblik, det forlader mundingen, indtil trykket bag projektilet er afbalanceret, så det falder mellem intern og ekstern ballistik.
Ekstern ballistik er studiet af atmosfærisk trykdynamik omkring en kugle og er en del af videnskaben om ballistik, som beskæftiger sig med opførsel af et projektil uden strøm under flugt. Denne kategori er ofte forbundet med skydevåben oger relateret til kuglens ubesatte friflyvningsfase, efter at den forlader kanonløbet, og før den rammer målet, så den sidder mellem overgangsballistik og terminalballistik. Ekstern ballistik vedrører dog også den frie flyvning af missiler og andre projektiler såsom bolde, pile og så videre.
Terminalballistik er studiet af opførsel og virkninger af et projektil, når det rammer sit mål. Denne kategori er relevant for både små kaliber projektiler og stor kaliber projektiler (artilleriskydning). Studiet af effekter med ekstrem høj hastighed er stadig meget nyt og anvendes i øjeblikket hovedsageligt til design af rumfartøjer.
Forensic Ballistics
Retsmedicinsk ballistik involverer analyse af kugler og kuglers påvirkninger for at bestemme oplysninger om brug i en domstol eller anden del af retssystemet. Adskilt fra ballistiske oplysninger involverer skydevåben- og værktøjsmærket ("Ballistisk fingeraftryk")-eksamener gennemgang af beviser for skydevåben, ammunition og værktøjer for at afgøre, om et skydevåben eller værktøj blev brugt til at begå en forbrydelse.
Astrodynamics: orbital mekanik
Astrodynamics er anvendelsen af våbenballistik, ekstern og intern, og orbital mekanik til de praktiske problemer med fremdrift af raketter og andre rumfartøjer. Bevægelsen af disse objekter beregnes norm alt ud fra Newtons bevægelseslove.og tyngdeloven. Det er kernedisciplinen inden for design og kontrol af rummissioner.
Projektilrejse i fly
Det grundlæggende i ekstern og intern ballistik omhandler rejsen af et projektil under flyvning. En kugles vej omfatter: ned gennem løbet, gennem luften og gennem målet. Det grundlæggende i intern ballistik (eller original, inde i en kanon) varierer alt efter typen af våben. Kugler affyret fra en riffel vil have mere energi end lignende kugler affyret fra en pistol. Mere pulver kan også bruges i pistolpatroner, fordi kuglekamre kan designes til at modstå mere tryk.
Højere tryk kræver en større pistol med mere rekyl, som lades langsommere og genererer mere varme, hvilket resulterer i mere metalslid. I praksis er det svært at måle kræfterne inde i pistolløbet, men en let målelig parameter er den hastighed, hvormed kuglen forlader løbet (mundingshastighed). Den kontrollerede udvidelse af gasser fra brændende krudt skaber tryk (kraft/areal). Det er her kuglebasen (svarende til løbsdiameteren) er placeret og er konstant. Derfor vil energien, der overføres til kuglen (med en given masse) afhænge af massetiden ganget med det tidsinterval, som kraften påføres over.
Den sidste af disse faktorer er en funktion af tøndens længde. Kuglebevægelse gennem en maskingeværanordning er karakteriseret ved en stigning i accelerationen, når de ekspanderende gassertryk på den, men reducer trykket i tønden, efterhånden som gassen udvider sig. Op til punktet af faldende tryk, jo længere løbet er, jo større acceleration af kuglen. Når kuglen bevæger sig ned i løbet af en pistol, er der en lille deformation. Dette skyldes mindre (sjældent større) ufuldkommenheder eller variationer i riflingen eller mærker i løbet. Hovedopgaven for intern ballistik er at skabe gunstige betingelser for at undgå sådanne situationer. Effekten på kuglens efterfølgende bane er norm alt ubetydelig.
Fra pistol til mål
Ekstern ballistik kan kort kaldes rejsen fra pistol til mål. Kugler rejser norm alt ikke i en lige linje til målet. Der er rotationskræfter, der holder kuglen fra en lige flyveakse. Det grundlæggende i ekstern ballistik omfatter begrebet præcession, som refererer til en kugles rotation omkring dens massecentrum. Nutation er en lille cirkulær bevægelse i spidsen af en kugle. Acceleration og præcession falder, efterhånden som kuglens afstand fra løbet øges.
En af opgaverne med ekstern ballistik er at skabe den perfekte kugle. For at reducere luftmodstanden ville den ideelle kugle være en lang, tung nål, men et sådant projektil ville gå lige gennem målet uden at sprede det meste af dets energi. Kuglerne vil sakke bagud og frigive mere energi, men rammer måske ikke engang målet. En god aerodynamisk kompromis kugleform er en parabolsk kurve med et lavt frontareal og forgrenet form.
Den bedste kuglesammensætning er bly, som har en højtæthed og billig at få. Dens ulemper er, at den har en tendens til at blive blød ved > 1000 fps, hvilket får den til at smøre tønden og reducere nøjagtigheden, og bly har en tendens til at smelte fuldstændigt. Det hjælper at legere blyet (Pb) med en lille mængde antimon (Sb), men det rigtige svar er at binde blykuglen til en hård ståltønde gennem et andet metal, der er blødt nok til at forsegle kuglen i løbet, men med en høj smeltning punkt. Kobber (Cu) er bedst til dette materiale som en jakke til bly.
Terminalballistik (målslag)
Den korte kugle med høj hastighed begynder at knurre, vride sig og endda snurre voldsomt, når den trænger ind i væv. Dette får mere væv til at forskydes, hvilket øger modstanden og giver det meste af målets kinetiske energi. En længere, tungere kugle kan have mere energi over et bredere område, når den rammer målet, men den kan trænge så godt igennem, at den forlader målet med det meste af sin energi. Selv en kugle med lav kinetik kan forårsage betydelig vævsskade. Kugler producerer vævsskade på tre måder:
- Destruktion og knusning. Vævsknusningsskades diameter er kuglens eller fragmentets diameter op til aksens længde.
- Kavitation - et "permanent" hulrum er forårsaget af selve kuglens bane (spor) med vævsfragmentering, mens et "midlertidigt" hulrum dannes af radial spænding omkring kuglesporet fra mediets kontinuerlige acceleration (luft eller væv) isom følge af kuglen, hvilket får sårhulen til at strække sig udad. For projektiler, der bevæger sig med lav hastighed, er de permanente og midlertidige hulrum næsten ens, men ved høj hastighed og med kuglegiring bliver det midlertidige hulrum større.
- chokbølger. Chokbølgerne komprimerer mediet og bevæger sig foran kuglen såvel som til siderne, men disse bølger varer kun et par mikrosekunder og forårsager ikke dyb skade ved lav hastighed. Ved høj hastighed kan de genererede chokbølger nå op til 200 atmosfæres tryk. Imidlertid er knoglebrud på grund af kavitation en yderst sjælden begivenhed. Den ballistiske trykbølge fra et kuglestød på lang afstand kan forårsage hjernerystelse hos en person, hvilket forårsager akutte neurologiske symptomer.
Eksperimentelle metoder til at påvise vævsskade brugte materialer med egenskaber svarende til menneskeligt blødt væv og hud.
kugledesign
Kugledesign er vigtigt i skadespotentiale. Haagerkonventionen fra 1899 (og efterfølgende Genèvekonventionen) forbød brugen af ekspanderende, deformerbare kugler i krigstid. Det er derfor, militærkugler har en metalkappe omkring blykernen. Traktaten havde naturligvis mindre at gøre med overholdelse end det faktum, at moderne militærgevær affyrer projektiler med høje hastigheder, og kugler skal være kobberbeklædt, da bly begynder at smelte på grund af varmen, der genereres med > 2000 billeder i sekundet.
Den ydre og indre ballistik af PM (Makarov-pistolen) adskiller sig fra ballistikken af de såkaldte "destruerbare" kugler, designet til at knække, når de rammer en hård overflade. Sådanne kugler er norm alt lavet af et andet metal end bly, såsom kobberpulver, komprimeret til en kugle. Målafstand fra mundingen spiller en stor rolle for sårevnen, da de fleste kugler affyret fra håndvåben har mistet betydelig kinetisk energi (KE) ved 100 yards, mens højhastigheds militærpistoler stadig har betydelig KE selv ved 500 yards. Således vil den ydre og indre ballistik af PM og militær- og jagtrifler designet til at levere kugler med et stort antal CE over en længere afstand være forskellig.
Det er ikke let at designe en kugle til effektivt at overføre energi til et bestemt mål, fordi målene er forskellige. Begrebet intern og ekstern ballistik omfatter også projektildesign. For at trænge ind i elefantens tykke skind og hårde knogle skal kuglen være lille i diameter og stærk nok til at modstå opløsning. Men sådan en kugle trænger ind i de fleste væv som et spyd og gør lidt mere skade end et knivsår. En kugle designet til at beskadige menneskeligt væv vil kræve visse "bremser" for at sikre, at al CE transmitteres til målet.
Det er nemmere at designe funktioner, der hjælper med at bremse en stor, langsomt bevægende kugle i væv end en lille, højhastighedskugle. Sådanne mål omfatter formændringer såsom runde, fladtrykte ellerhvælvet. Kugler med rund næse giver det mindste modstand, er norm alt beklædt og er primært nyttige i lavhastighedspistoler. Det flade design giver det mest formløse træk, er ikke beklædt og bruges i lavhastighedspistoler (ofte til måløvelser). Kuppeldesignet ligger mellem et rundt værktøj og et skæreværktøj og er nyttigt ved middel hastighed.
kuglens hule spidsdesign gør det nemmere at vende kuglen "indenfra" og justere fronten, kaldet "ekspansion". Ekspansion sker kun pålideligt ved hastigheder på over 1200 fps, så den er kun egnet til våben med maksimal hastighed. En ødelæggelig pulverkugle designet til at gå i opløsning ved sammenstød og levere hele CE, men uden væsentlig gennemtrængning, bør størrelsen af fragmenterne falde, efterhånden som anslagshastigheden stiger.
Potentiale for skade
Vævstypen påvirker potentialet for skade såvel som penetrationsdybden. Vægtfylde (densitet) og elasticitet er de vigtigste vævsfaktorer. Jo højere vægtfylde, jo større skade. Jo mere elasticitet, jo mindre skade. Således beskadiges let væv med lav tæthed og høj elasticitet mindre muskler med højere tæthed, men med en vis elasticitet.
Leveren, milten og hjernen har ikke elasticitet og skades let, ligesom fedtvæv. Væskefyldte organer (blære, hjerte, store kar, tarme) kan briste på grund af de dannede trykbølger. Kuglen rammerknogle, kan resultere i knoglefragmentering og/eller flere sekundære missiler, der hver især forårsager et ekstra sår.
Pistolballistik
Dette våben er nemt at skjule, men svært at sigte præcist, især på gerningssteder. De fleste affyringe med håndvåben sker på mindre end 7 yards, men alligevel savner de fleste kugler deres tilsigtede mål (kun 11 % af angribernes skud og 25 % af politiets affyrede kugler rammer deres tilsigtede mål i en undersøgelse). Norm alt bruges lavkalibervåben i kriminalitet, fordi de er billigere og nemmere at bære og nemmere at kontrollere, mens de skyder.
Vævsdestruktion kan øges med enhver kaliber ved hjælp af en ekspanderende hul spidskugle. De to hovedvariabler i pistolballistik er kuglediameteren og mængden af pulver i patronhylsteret. Ældre designpatroner var begrænset af det tryk, de kunne modstå, men fremskridt inden for metallurgi har gjort det muligt at fordoble og tredoble det maksimale tryk, så der kan genereres mere kinetisk energi.
