Кіріспе

Баллистикада баллистикалық коэффициент (БК, С) – дененің ұшу кезінде ауаға қарсы кедергіні жеңу шамасын өлшейтін көрсеткіш. Ол теріс үдеуге кері пропорционалды: жоғары сан төмен теріс үдеуді білдіреді – дененің массасына қатысты ауа кедергісі аз. БК килограммға шаршы метр (кг/м²) немесе фунтқа шаршы дюйм (lb/in²) бірліктерімен көрсетіледі (мұнда 1 lb/in² 703,069581-ге тең).

Өмірбаян

1537 жылы Николо Тарталья оқтың ең үлкен бұрышы мен қашықтығын анықтау үшін сынақ атыс жүргізді. Оның қорытындысы 45 градусқа жуық болды. Ол оқ траекториясының үнемі қисық екенін атап өтті. 1636 жылы Галилео Галилей «Екі жаңа ғылым туралы диалогтар» еңбегінде нәтижелерін жариялады. Ол құлайтын дененің тұрақты үдеумен қозғалатынын анықтады. Бұл Галилейге оқтың траекториясы қисық екенін көрсетуге мүмкіндік берді. 1718 жылы Джон Килл Continental Mathematica-ға қарсы шығып, «Гравитацияның ең қарапайым болжамдары мен ортаның біртекті тығыздығы ескерілгенде, снарядтың ауада қозғалысын сипаттайтын қисықты табу» туралы мәселе қойды. Бұл сын ауа кедергісінің снаряд жылдамдығына пропорционалды түрде өсетінін болжайды. Килл өзінің бұл мәселесіне жауап берген жоқ. Иоганн Бернулли бұл сынға жауап берді, мәселені шешті және ауа кедергісі жылдамдықтың «кәдімгі күші» ретінде өзгеретінін көрсетті, бұл Бернулли теңдеуі деп аталады. Бұл «стандартты снаряд» тұжырымдамасының алға басуы болды. 1753 жылы Леонхард Эйлер Бернулли теңдеуін қолдана отырып, теориялық траекторияларды есептеу әдісін көрсетті, бірақ бұл әдіс жылдамдықтың квадратына пропорционалды кедергіге ғана қолданылады. 1864 жылы электробаллистикалық хронограф ойлап табылды, ал 1867 жылы оның авторы бір электробаллистикалық хронографтың секундының он миллиондық бөлігін анықтай алатынын мәлімдеді, бірақ абсолюттік дәлдігі белгісіз.

Сынақпен ату

Көптеген елдер мен олардың әскерлері он сегізінші ғасырдың ортасынан бастап әрбір оқтың ауа кедергісін анықтау үшін үлкен артиллерияны пайдаланып, сынақ оқ атуларын жүргізді. Бұл жеке сынақ атылулар тіркеліп, кең баллистикалық кестелерде есеп берілді. Ең танымал сынақ атулардың қатарында: Фрэнсис Башфорт, Англиядағы Вулвич Маршесс және Шоубернесс (1864-1889) жылдамдықтарымен және М. Крупп (1865-1880), Фридрих Крупп АГ, Германияның Меппен қаласында. Фридрих Крупп АГ осы сынақ атуларын 1930 жылға дейін жалғастырды; сондай-ақ, генерал Николай В. Маевский, сол кезде полковник (1868-1869), Санкт-Петербург, Ресей; Франциядағы Ле Гаврдегі Эксперимент комиссиясы (1873-1889) жылдамдықтарымен және Ұлыбритания Корольдік артиллериясы (1904-1906). Қолданылған сынақ оқ-дәрілері (снарядтар) шар, сфералық, оғры тәрізді болды; олардың құрылысы қуыс, қатты және ішкі бөлігі толтырылған түрде жасалған, ал сопақ басқа ие оқ-дәрілердің радиусы 1, 1½, 2 және 3 калибрге тең болды. Бұл оқ-дәрілердің мөлшері дейін және дейін ауытқып келді.

Әдістер және стандартты оқпан

1860 жылдарға дейін көптеген әскерлер оқ-дәрінің траекториясын есептеу үшін есептеуді (калькульді) қолданды. Тек бір траекторияны есептеу үшін қажетті сандық есептеулер ұзақ, көбіксіз және қолмен орындалатын. Сондықтан, теориялық кедергі моделін жасау үшін зерттеулер басталды. Бұл зерттеулер кедергіні тәжірибелік тұрғыдан қарастыруды едәуір жеңілдетті. Осының нәтижесінде "стандартты оқ-дәрі" деген ұғым пайда болды. Баллистикалық кестелер нақты емес (жалған) оқ-дәрі үшін жасалады, ол: "нақты емес салмаққа және белгілі бір пішінге, сондай-ақ калибрлер арақатынасындағы белгілі бір өлшемдерге ие". Бұл стандартты модельдің баллистикалық коэффициентін есептеуді жеңілдетеді, ол математикалық тұрғыдан стандартты атмосферада нақты оқ-дәрінің нақты атмосферадағы қозғалысына теңдей қозғала алады. Бэшфорт "шектелген аймақ" ұғымын ойлап таппаса да, математикалық жолмен 5 шектелген аймақ бар екенін көрсетті. Бэшфорт стандартты оқ-дәрі ұсынбады, бірақ бұл ұғымды жақсы білген.

Маевский-Сиаччи әдісі

1872 жылы Маевский өзінің «Traité de Balistique Extérieure» атты еңбегін жариялады, онда Маевский моделі қамтылған. Маевский баллистикалық кестелерін 1870 жылғы Башфорттың есебіндегі кестелермен бірге пайдаланып, log A және n мәндері арқылы снарядтың ауа кедергісін есептейтін аналитикалық математикалық формула жасады. Маевскийдің математикалық тәсілі Башфорттан өзгеше болғанымен, ауа кедергісін есептеудің нәтижесі бірдей болды. Маевский шектеулі аймақ тұжырымын ұсынды және оқтар үшін алты шектеулі аймақ бар екенін анықтады. 1886 жылы Маевский М. Крупптың (1880) жүргізген тәжірибелердің талқылау нәтижелерін жариялады. Огивалды басқа ұшақтардың калибрі әртүрлі болғанымен, олардың пропорциялары стандартты ұшаққа ұқсас болды, көбінесе ұзындығы 3 калибр, ал огива радиусы 2 калибрді құрады. Стандартты снарядтың өлшемдері және 1880 жылы полковник Франческо Сиаччи «Balistica» атты еңбегін жариялады. Сиаччи өзінен бұрынғылар сияқты, снаряд ауаның орнын жылдамдықпен ауыстырған сайын ауаның кедергісі мен тығыздығы артатынын анықтады. Сиаччидің әдісі 20 градустан кем бұрышпен траекториялар үшін жазық отқа арналған. Ол, бұрыш ауа тығыздығының өзгермеуіне жеткілікті кішкентай екенін анықтады және баллистикалық кестелерді снарядтың қашықтығы, уақыты, көлбеуі және биіктігін көрсететін оңай кестеленген квадранттарға дейін қысқартты. Башфорттың k және Маевскийдің кестелерін пайдаланып, Сиаччи төрт аймақты модель жасады. Сиаччи Маевскийдің стандартты снарядын қолданды. Осы әдіс пен стандартты снарядтан Сиаччи ыңғайлы шешім табу жолын жасады. Сиаччи былай деп жазды: егер кез келген шектеулі аймақта C екі немесе одан көп снаряд үшін бірдей болса, траекториялардың айырмашылығы шамалы болады. Сондықтан C орташа қисыққа сәйкес келеді және бұл орташа қисық барлық снарядтарға қолданылады. Осылайша, стандартты снаряд үшін бір траекторияны есептеуге болады, оның үшін күрделі есептеулерге жүгінбестен, ал нақты оқтың траекториясын стандартты траекториядан C белгілі болған жағдайда қарапайым алгебра арқылы есептеуге болады. 1870 жылғы Башфорт кестелері Маевскийге, оның кестелерін пайдаланып, Башфорт кестелерімен (6 шектеулі аймаққа) және Крупп кестелерімен толықтырылды. Маевский 7-ші шектеулі аймақты ойлап тапты және Башфорт кестелерін кеңейтті. Маевский Башфорттың деректерін Империялық өлшем бірліктерінен метрикалық өлшем бірліктеріне (қазіргі SI өлшем бірліктеріне) аударды. 1884 жылы Джеймс Ингаллс өзінің кестелерін АҚШ армиясының артиллериясы M циркулярында Маевский кестелерін пайдаланып жариялады. Ингаллс Маевскийдің баллистикалық кестелерін 8-ші шектеулі аймаққа дейін кеңейтті, бірақ n мәні (1.55) Маевскийдің 7-ші шектеулі аймағымен бірдей болды. Ингаллс Маевскийдің нәтижелерін Империялық бірліктерге қайта аударды. Британдық Корольдік Артиллерияның нәтижелері Маевскийдің нәтижелеріне өте ұқсас болды және олардың кестелерін 8-ші шектеулі аймаққа дейін кеңейтіп, n мәнін 1.55-тен 1.67-ге өзгертті. Бұл баллистикалық кестелер 1909 жылы жарық көрді және Ингаллстың кестелерімен бірдей болды. 1971 жылы Sierra Bullet компаниясы баллистикалық кестелерін 9 шектеулі аймаққа дейін есептеді. G моделі үшін қабылданған траекторияны есептеудің жалпы түрі - Сиаччи әдісі. Стандартты модельдің снаряды - бастапқы жылдамдық белгілі болған кезде нақты снарядтың траекториясын есептеу үшін математикалық негіз ретінде пайдаланылатын «шартты снаряд». G1 үлгісіндегі снарядтың өлшемдері 2 калибр радиусты огивалды бас және 3,28 калибр ұзындығы бар. Есептеу бойынша, дене ұзындығы 1,96 калибр, ал бас ұзындығы 1,32 калибрді құрайды. Кез келген стандартты снаряд үшін (G) математикалық ыңғайлылық үшін C 1,00-ге тең. Снарядтың қимасының тығыздығы (SD) 1 калибр диаметрінің квадратына бөлінген 1 массасымен өлшемсіз, SD 1-ге тең. Содан кейін стандартты снарядқа 1 форма коэффициенті беріледі. Одан кейін C, жалпы ереже бойынша, жазық от траекториясында 2 ондық таңбаға дейін жүргізіледі. C коммерциялық басылымдарда жиі 3 ондық таңбаға дейін көрсетіледі, өйткені спорттық, ұсақ қару снарядтарының баллистикалық коэффициенті 1,00-ге жете бермейді.

Жалпы үрдістер

Спорттық оқтардың калибрі d-ден бастап, C көрсеткіші 0,12 фунт/квадрат дюймнен (84 кг/м2) 1,00 фунт/квадрат дюймнен (703 кг/м2) сәл артыққа дейін өзгереді. Жоғары BC көрсеткішіне ие оқтар ең аэродинамикалық, ал төмен BC көрсеткішіне ие оқтар ең аз. C ≥ 1,10 фунт/квадрат дюйм (773 кг/м2-ден жоғары) өте төмен кедергісі бар оқтарды монометалл таяқшалардан CNC прецизиондық токарлық станоктарында жасауға және өндіруге болады, бірақ оларды көбінесе арнайы жасалған, толық калибрлі мылтықтардан, арнайы стволдармен ату қажет. Оқ-дәрі өндірушілер әдетте белгілі бір патронға қатысты бірнеше оқ салмағы мен түрлерін ұсынады. Калибрі жоғары, сүйір (спитцер) оқтар, қайық тәрізді конструкциясы бар, BC көрсеткіші қалыпты диапазонның жоғарғы шегінде болады, ал жеңіл оқтар, тік бұрышты құйрықтары мен дөңгелек мұрындары бар, төмен BC көрсеткішіне ие. 6 мм және 6,5 мм патрондар жоғары BC көрсеткіштерімен ең танымал және көбінесе ұзақ қашықтықтағы нысана ату жарыстарында қолданылады. 6 және 6,5 калибрлі оқтар, салыстырмалы түрде жеңіл кері соққыға ие және дәлдік маңызды жарыстарда жеңімпаз атуға мүмкіндік береді. Мысалдарға 6 мм PPC, 6 мм Norma BR, 6×47 мм SM, 6,5×55 мм Swedish Mauser, 6,5×47 мм Lapua, 6,5 Creedmoor, 6,5 Grendel, .260 Remington және 6,5 284 жатады. АҚШ-та .25 06 Remington (6,35 мм калибр), .270 Winchester (6,8 мм калибр) және .284 Winchester (7 мм калибр) сияқты аңшылық патрондар жоғары BC көрсеткіштері және орташа кері соққы қажет болған кезде қолданылады. .30 06 Springfield және .308 Winchester патрондары да бірнеше жоғары BC оқтарын ұсынады, бірақ оқ салмағы қол жетімді корпус көлеміне байланысты ауыр болады, сондықтан жылдамдық рұқсат етілген максималды қысыммен шектеледі. Ірі калибрлі категорияда .338 Lapua Magnum және .50 BMG 1000 метрден астам қашықтықта ату үшін өте жоғары BC көрсеткішіне ие оқтармен танымал. Ірі калибрлі категориядағы жаңа патрондарға .375 және .408 Cheyenne Tactical, сондай-ақ .416 Barrett жатады.

Ақпарат көздері

Көптеген жылдар бойы оқ өндірушілер траектория есептеулерде қолданылатын баллистикалық коэффициенттердің басты көзі болып келді. Дегенмен, соңғы он жылдың ішінде тәуелсіз сарапшылар жүргізген баллистикалық коэффициент өлшемдері көбінесе өндірушілер көрсеткен мәліметтерге қарағанда дәл екені анықталды. Баллистикалық коэффициенттер нақты мылтыққа және басқа да өзгеріп отыратын жағдайларға байланысты болғандықтан, жеке қолданушылардың өз баллистикалық коэффициенттерін өлшеуіне мүмкіндік беретін әдістер әзірленгені ерекше атап өтуге лайық.

Жерсеріктік және қайта кіру құралдары

Жердің төменгі орбитасында (LEO) жоғары баллистикалық коэффициенттері бар спутниктер атмосфералық сүйрелістен туындаған орбиталық бұзылыстарға аз ұшырайды. Атмосфераға қайта кіретін аппараттың баллистикалық коэффициенті оның қозғалысына маңызды әсер етеді. Өте жоғары баллистикалық коэффициенті бар аппарат жылдамдығын өте баяу жоғалтады және Жер бетіне жоғары жылдамдықпен түседі. Керісінше, төмен баллистикалық коэффициенті бар аппарат жерге жеткенге дейін дыбыс асты жылдамдыққа жетеді. Континентаралық баллистикалық зымыранмен (ICBM) ұшырылатын, ядролық қару тасымалдайтын аппараттардың баллистикалық коэффициенті 100-ден 5000 фунт/фут² дейін жетеді, бұл оларға ғарыштан жер бетіне едәуір жылдам түсуге мүмкіндік береді. Бұл өз кезегінде қарудың қарсы желдерге немесе басқа да ауа-райы құбылыстарына аз сезімтал болуын, сондай-ақ оны анықтау, тоқтату немесе қорғануды қиындатады.