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).
In ballistics, the ballistic coefficient (BC, C) of a body is a measure of its ability to overcome air resistance in flight. It is inversely proportional to the negative acceleration: a high number indicates a low negative acceleration—the drag on the body is small in proportion to its mass. BC can be expressed with the units kilograms per square meter (kg/m2) or pounds per square inch (lb/in2) (where 1 lb/in2 corresponds to 703.069581).
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.
In 1880, Colonel Francesco Siacci published his work "Balistica". Siacci found as did those who came before him that the resistance and density of the air becomes greater and greater as a projectile displaced the air at higher and higher velocities. Siacci's method was for flat fire trajectories with angles of departure of less than 20 degrees. He found that the angle of departure is sufficiently small to allow for air density to remain the same and was able to reduce the ballistics tables to easily tabulated quadrants giving distance, time, inclination and altitude of the projectile. Using Bashforth's k and Mayevski's tables, Siacci created a four zone model. Siacci used Mayevski's standard projectile. From this method and standard projectile, Siacci formulated a shortcut. Siacci wrote that within any restricted zone, C being the same for two or more projectiles, the trajectories differences will be minor. Therefore, C agrees with an average curve, and this average curve applies for all projectiles. Therefore, a single trajectory can be computed for the standard projectile without having to resort to tedious calculus methods, and then a trajectory for any actual bullet with known C can be computed from the standard trajectory with just simple algebra. The 1870 Bashforth tables were to Mayevski, using his tables, supplemented by the Bashforth tables (to 6 restricted zones) and the Krupp tables. Mayevski conceived a 7th restricted zone and extended the Bashforth tables to Mayevski converted Bashforth's data from Imperial units of measure to metric units of measure (now in SI units of measure). In 1884, James Ingalls published his tables in the U. S. Army Artillery Circular M using the Mayevski tables. Ingalls extended Mayevski's ballistics tables to within an 8th restricted zone, but still with the same n value (1.55) as Mayevski's 7th restricted zone. Ingalls, converted Mayevski's results back to Imperial units. The British Royal Artillery results were very similar to those of Mayevski's and extended their tables to within the 8th restricted zone changing the n value from 1.55 to 1.67. These ballistic tables were published in 1909 and almost identical to those of Ingalls. In 1971 the Sierra Bullet company calculated their ballistic tables to 9 restricted zones but only within
The general form for the calculations of trajectory adopted for the G model is the Siacci method. The standard model projectile is a "fictitious projectile" used as the mathematical basis for the calculation of actual projectile's trajectory when an initial velocity is known. The G1 model projectile adopted is in dimensionless measures of 2 caliber radius ogival head and 3.28 caliber in length. By calculation this leaves the body length 1.96 caliber and head, 1.32 caliber long. For the purposes of mathematical convenience for any standard projectile (G) the C is 1.00. Where as the projectile's sectional density (SD) is dimensionless with a mass of 1 divided by the square of the diameter of 1 caliber equaling an SD of 1. Then the standard projectile is assigned a coefficient of form of 1. Following that C, as a general rule, within flat fire trajectory, is carried out to 2 decimal points. C is commonly found within commercial publications to be carried out to 3 decimal points as few sporting, small arms projectiles rise to the level of 1.00 for a ballistic coefficient.
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.