Полёт снаряда

Свободным полётом снаряда называется фаза его движения после выстрела до попадания в твёрдое препятствие (цель, грунт) или до дистанционного подрыва. В этом процессе на снаряд действуют только сила тяжести и силы, возникающие при движении тела в газообразной среде (атмосфере Земли). В общем случае в атмосфере Земли также могут существовать упорядоченные движения масс воздуха (ветер), которые оказывают определённое влияние на полёт снаряда.

Так как размеры снаряда много меньше преодолеваемой им дистанции, то его движение можно рассматривать как движение материальной точки по кривой, называемой траекторией полёта. Однако для определения всех сил, действующих на снаряд в полёте, приближения материальной точки недостаточно; необходимо рассмотрение снаряда как тела с конечными размерами.

Принято считать за траекторию полёта снаряда кривую, которую при движении описывает его центр масс. Эта кривая также имеет название баллистической. В самом общем случае она не является ни прямой, ни параболической, ни даже плоской. Как правило, форма этой кривой задаётся таблично по результатам опытных стрельб при нормальных условиях, а впоследствии по большому статистическому материалу строится эмпирическая модель для этой траектории. Однако в ряде предельных случаев форма баллистической кривой может быть близка к одному из упомянутых выше случаев.

Согласно первому закону Ньютона при отсутствии действия на снаряд внешних сил он будет двигаться прямолинейно и равномерно. Такая ситуация возможна при стрельбе из артиллерийских орудий в глубоком космосе, вдали от источников тяготения при пренебрежимо малом сопротивлении межзвёздной среды. Однако такая возможность на текущий момент возможна лишь в фантастической литературе. При движении снаряда в гравитационном поле с начальной скоростью, неколлинеарной вектору напряжённости этого поля, траектория снаряда будет кривой линией. Если гравитационное поле однородно и сопротивление среды отсутствует, то баллистическая кривая принимает форму параболы. Это может выполниться при стрельбе на небольшую дальность на поверхности крупного небесного тела, не обладающего атмосферой, например Луны. Для земных условий это приближение как правило не выполняется — даже снаряды весьма маломощных орудий испытывают большие силы сопротивления со стороны воздуха. Поэтому даже для таких орудий параболическая форма траектории является очень грубым приближением. При стрельбе в условиях неоднородного гравитационного поля в отсутствие сопротивления среды форма траектории может быть любой, даже замкнутой. Подобные опыты проводились на одной из советских орбитальных станций серии "Салют", оснащённой малокалиберной авиационной скорострельной пушкой конструкции А.Э.Нудельмана. Большого военного значения они не имели, но наблюдения за выпущенными снарядами и их вхождением в атмосферу Земли под различными углами помогли в совершенствовании наблюдательных методик метеорной астрономии.

Для сугубо земных практических условий стрельбы снаряд выпускается под некоторым углом бросания к горизонту и во время его движения на него действуют сила тяжести и аэродинамическая сила. Первая направлена к земной поверхности и сообщает снаряду ускорение, направленное вертикально вниз. Так как снаряд представляет собой тело сложной геометрической формы, то её точкой приложения является центр масс снаряда. Положение центра масс зависит от формы снаряда и распределения масс внутри него.

Аэродинамическая сила относительно вектора скорости снаряда традиционно разбивается на две составляющие — силу сопротивления среды, направленную точно против вектора скорости и подъёмную (или прижимающую) силу в поперечном направлении к вектору скорости. Последняя компонента не оказывает заметного влияния на полёт снаряда и на практике ею можно пренебречь (так как снаряд имеет симметричную форму, а угол атаки α снаряда весьма невелик). Точкой приложения этой силы к снаряду является так называемый центр давления, обычно не совпадающий с центром масс. Положение центра давления зависит только от формы снаряда.

Как следствие возникает момент сил, стремящийся опрокинуть снаряд и заставить его кувыркаться в воздухе. Кувыркание снаряда на несколько порядков повышает силу сопротивления среды и резко уменьшает дальность стрельбы. Для борьбы с этим явлением применяются следующие методы: оснащение снаряда оперением, придание снаряду вращения вдоль оси симметрии или изготовление снаряда в форме шара. Последнее широко применялось в артиллерии XIV-XVIII веков — сферическая форма снаряда сама по себе исключает кувыркание, а сила сопротивления движению не зависит от ориентации снаряда в пространстве. Однако сферическая форма очень невыгодна с аэродинамической точки зрения — большая сила сопротивления движению сводит на нет преимущества от отсутствия кувыркания. Поэтому в современной артиллерии применяются другие способы стабилизации снаряда в полёте. Для гладкоствольных орудий используются оперённые снаряды, у которых опрокидывающий момент компенсируется силами давления набегающего воздуха на элементы оперения. Вторым подходом является придание снаряду вращения вокруг оси симметрии посредством нарезов в канале ствола орудия. Как известно, вращающийся волчок стремится сохранить неизменным направление оси своего вращения. За счёт этого осуществляется стабилизация полёта, однако при этом возникает побочный эффект ухода снаряда в сторону закрутки — равнодействующая сил тяжести и сопротивления имеет ненулевую проекцию на ось вращения и ненулевое плечо относительно центра масс снаряда. В результате появляется боковая сила, действующая перпендикулярно плоскости, образованной осью вращения и равнодействующей сил тяжести и сопротивления (у гироскопа с шарнирно закреплённой осью эта же причина приводит к прецессии). Поэтому у снарядов нарезных орудий баллистическая кривая не является плоской кривой. Боковой уход нарезных снарядов — так называемая деривация — учитывается при стрельбе на большие дистанции путём внесения заранее затабулированных поправок в угол доворота орудия. Оперённые снаряды гладкоствольных орудий свободны от этого недостатка, для них баллистическая кривая при спокойной атмосфере является плоской.

Важным фактором, влияющим на траекторию и, как следствие, дальность стрельбы является состояние атмосферы Земли — температура воздуха, его давление и скорость упорядоченного движения. Поправки на эти факторы учитываются в таблицах стрельбы в виде приращений к значениям элементов траектории при нормальных условиях стрельбы (температура воздуха +15 градусов Цельсия, давление 750 мм рт. ст., отсутствие ветра). Для противотанковых орудий достаточно знать метеоусловия в приземном слое атмосферы, но для гаубиц и дальнобойных пушек этого уже недостаточно — их снаряды в верхней точке баллистической кривой имеют высоту над поверхностью порядка 5-6 км. Температура, давление, направление и скорость ветра меняются с высотой сложным и не всегда предсказуемым образом. Поэтому для точной стрельбы проводят высотное зондирование атмосферы; по его данным вычисляют усреднённые, так называемые баллистические, параметры и по ним из таблиц стрельбы находят поправки на дальность и боковой ветровой снос снарядов. Следует отметить, что оперённые снаряды гладкоствольных орудий подвержены боковому ветровому сносу существенно сильнее, чем снаряды нарезных орудий.

При стрельбе на очень большие дистанции также необходимо учитывать тот факт, что Земля не является инерциальной системой отсчёта и в связанной с ней системе координат на снаряд в полёте действует сила Кориолиса (второй компонентой, связанной с неравномерностью вращения Земли можно пренебречь). Поэтому при наличии проекции скорости снаряда на направление "север — юг" будет некоторый снос снаряда в направлении "запад — восток". Этот фактор также учтён в таблицах стрельбы и методиках расчёта поправок.

Учёт всего комплекса описанных выше явлений входит составной частью в метод полной подготовки данных для стрельбы. Он позволяет заранее рассчитать все установки для стрельбы и нанести внезапный огневой удар по противнику без пристрелки и иной раз даже без помощи артиллерийской разведки. Соответственно минимизируется время нахождения на огневой позиции и вероятность успешной контрбатарейной стрельбы противника. С другой стороны, метод полной подготовки требует высокого уровня подготовки артиллеристов и понимания сущности всех учитываемых этим методом явлений и процессов.

Отрывок, характеризующий Полёт снаряда

– Слава Богу! – сказал он. – Жена мне всё сказала! – Он обнял одной рукой Пьера, другой – дочь. – Друг мой Леля! Я очень, очень рад. – Голос его задрожал. – Я любил твоего отца… и она будет тебе хорошая жена… Бог да благословит вас!…
Он обнял дочь, потом опять Пьера и поцеловал его дурно пахучим ртом. Слезы, действительно, омочили его щеки.
– Княгиня, иди же сюда, – прокричал он.
Княгиня вышла и заплакала тоже. Пожилая дама тоже утиралась платком. Пьера целовали, и он несколько раз целовал руку прекрасной Элен. Через несколько времени их опять оставили одних.
«Всё это так должно было быть и не могло быть иначе, – думал Пьер, – поэтому нечего спрашивать, хорошо ли это или дурно? Хорошо, потому что определенно, и нет прежнего мучительного сомнения». Пьер молча держал руку своей невесты и смотрел на ее поднимающуюся и опускающуюся прекрасную грудь.
– Элен! – сказал он вслух и остановился.
«Что то такое особенное говорят в этих случаях», думал он, но никак не мог вспомнить, что такое именно говорят в этих случаях. Он взглянул в ее лицо. Она придвинулась к нему ближе. Лицо ее зарумянилось.
– Ах, снимите эти… как эти… – она указывала на очки.
Пьер снял очки, и глаза его сверх той общей странности глаз людей, снявших очки, глаза его смотрели испуганно вопросительно. Он хотел нагнуться над ее рукой и поцеловать ее; но она быстрым и грубым движеньем головы пeрехватила его губы и свела их с своими. Лицо ее поразило Пьера своим изменившимся, неприятно растерянным выражением.
«Теперь уж поздно, всё кончено; да и я люблю ее», подумал Пьер.
– Je vous aime! [Я вас люблю!] – сказал он, вспомнив то, что нужно было говорить в этих случаях; но слова эти прозвучали так бедно, что ему стало стыдно за себя.
Через полтора месяца он был обвенчан и поселился, как говорили, счастливым обладателем красавицы жены и миллионов, в большом петербургском заново отделанном доме графов Безухих.


Старый князь Николай Андреич Болконский в декабре 1805 года получил письмо от князя Василия, извещавшего его о своем приезде вместе с сыном. («Я еду на ревизию, и, разумеется, мне 100 верст не крюк, чтобы посетить вас, многоуважаемый благодетель, – писал он, – и Анатоль мой провожает меня и едет в армию; и я надеюсь, что вы позволите ему лично выразить вам то глубокое уважение, которое он, подражая отцу, питает к вам».)
– Вот Мари и вывозить не нужно: женихи сами к нам едут, – неосторожно сказала маленькая княгиня, услыхав про это.
Князь Николай Андреич поморщился и ничего не сказал.
Через две недели после получения письма, вечером, приехали вперед люди князя Василья, а на другой день приехал и он сам с сыном.
Старик Болконский всегда был невысокого мнения о характере князя Василья, и тем более в последнее время, когда князь Василий в новые царствования при Павле и Александре далеко пошел в чинах и почестях. Теперь же, по намекам письма и маленькой княгини, он понял, в чем дело, и невысокое мнение о князе Василье перешло в душе князя Николая Андреича в чувство недоброжелательного презрения. Он постоянно фыркал, говоря про него. В тот день, как приехать князю Василью, князь Николай Андреич был особенно недоволен и не в духе. Оттого ли он был не в духе, что приезжал князь Василий, или оттого он был особенно недоволен приездом князя Василья, что был не в духе; но он был не в духе, и Тихон еще утром отсоветывал архитектору входить с докладом к князю.
– Слышите, как ходит, – сказал Тихон, обращая внимание архитектора на звуки шагов князя. – На всю пятку ступает – уж мы знаем…
Однако, как обыкновенно, в 9 м часу князь вышел гулять в своей бархатной шубке с собольим воротником и такой же шапке. Накануне выпал снег. Дорожка, по которой хаживал князь Николай Андреич к оранжерее, была расчищена, следы метлы виднелись на разметанном снегу, и лопата была воткнута в рыхлую насыпь снега, шедшую с обеих сторон дорожки. Князь прошел по оранжереям, по дворне и постройкам, нахмуренный и молчаливый.
– А проехать в санях можно? – спросил он провожавшего его до дома почтенного, похожего лицом и манерами на хозяина, управляющего.
– Глубок снег, ваше сиятельство. Я уже по прешпекту разметать велел.
Князь наклонил голову и подошел к крыльцу. «Слава тебе, Господи, – подумал управляющий, – пронеслась туча!»
– Проехать трудно было, ваше сиятельство, – прибавил управляющий. – Как слышно было, ваше сиятельство, что министр пожалует к вашему сиятельству?
Князь повернулся к управляющему и нахмуренными глазами уставился на него.
– Что? Министр? Какой министр? Кто велел? – заговорил он своим пронзительным, жестким голосом. – Для княжны, моей дочери, не расчистили, а для министра! У меня нет министров!
– Ваше сиятельство, я полагал…
– Ты полагал! – закричал князь, всё поспешнее и несвязнее выговаривая слова. – Ты полагал… Разбойники! прохвосты! Я тебя научу полагать, – и, подняв палку, он замахнулся ею на Алпатыча и ударил бы, ежели бы управляющий невольно не отклонился от удара. – Полагал! Прохвосты! – торопливо кричал он. Но, несмотря на то, что Алпатыч, сам испугавшийся своей дерзости – отклониться от удара, приблизился к князю, опустив перед ним покорно свою плешивую голову, или, может быть, именно от этого князь, продолжая кричать: «прохвосты! закидать дорогу!» не поднял другой раз палки и вбежал в комнаты.
Перед обедом княжна и m lle Bourienne, знавшие, что князь не в духе, стояли, ожидая его: m lle Bourienne с сияющим лицом, которое говорило: «Я ничего не знаю, я такая же, как и всегда», и княжна Марья – бледная, испуганная, с опущенными глазами. Тяжелее всего для княжны Марьи было то, что она знала, что в этих случаях надо поступать, как m lle Bourime, но не могла этого сделать. Ей казалось: «сделаю я так, как будто не замечаю, он подумает, что у меня нет к нему сочувствия; сделаю я так, что я сама скучна и не в духе, он скажет (как это и бывало), что я нос повесила», и т. п.
Князь взглянул на испуганное лицо дочери и фыркнул.
– Др… или дура!… – проговорил он.
«И той нет! уж и ей насплетничали», подумал он про маленькую княгиню, которой не было в столовой.
– А княгиня где? – спросил он. – Прячется?…
– Она не совсем здорова, – весело улыбаясь, сказала m llе Bourienne, – она не выйдет. Это так понятно в ее положении.
– Гм! гм! кх! кх! – проговорил князь и сел за стол.
Тарелка ему показалась не чиста; он указал на пятно и бросил ее. Тихон подхватил ее и передал буфетчику. Маленькая княгиня не была нездорова; но она до такой степени непреодолимо боялась князя, что, услыхав о том, как он не в духе, она решилась не выходить.
– Я боюсь за ребенка, – говорила она m lle Bourienne, – Бог знает, что может сделаться от испуга.
Вообще маленькая княгиня жила в Лысых Горах постоянно под чувством страха и антипатии к старому князю, которой она не сознавала, потому что страх так преобладал, что она не могла чувствовать ее. Со стороны князя была тоже антипатия, но она заглушалась презрением. Княгиня, обжившись в Лысых Горах, особенно полюбила m lle Bourienne, проводила с нею дни, просила ее ночевать с собой и с нею часто говорила о свекоре и судила его.
– Il nous arrive du monde, mon prince, [К нам едут гости, князь.] – сказала m lle Bourienne, своими розовенькими руками развертывая белую салфетку. – Son excellence le рrince Kouraguine avec son fils, a ce que j'ai entendu dire? [Его сиятельство князь Курагин с сыном, сколько я слышала?] – вопросительно сказала она.
– Гм… эта excellence мальчишка… я его определил в коллегию, – оскорбленно сказал князь. – А сын зачем, не могу понять. Княгиня Лизавета Карловна и княжна Марья, может, знают; я не знаю, к чему он везет этого сына сюда. Мне не нужно. – И он посмотрел на покрасневшую дочь.
– Нездорова, что ли? От страха министра, как нынче этот болван Алпатыч сказал.
– Нет, mon pere. [батюшка.]
Как ни неудачно попала m lle Bourienne на предмет разговора, она не остановилась и болтала об оранжереях, о красоте нового распустившегося цветка, и князь после супа смягчился.
После обеда он прошел к невестке. Маленькая княгиня сидела за маленьким столиком и болтала с Машей, горничной. Она побледнела, увидав свекора.
Маленькая княгиня очень переменилась. Она скорее была дурна, нежели хороша, теперь. Щеки опустились, губа поднялась кверху, глаза были обтянуты книзу.
– Да, тяжесть какая то, – отвечала она на вопрос князя, что она чувствует.
– Не нужно ли чего?
– Нет, merci, mon pere. [благодарю, батюшка.]
– Ну, хорошо, хорошо.
Он вышел и дошел до официантской. Алпатыч, нагнув голову, стоял в официантской.
– Закидана дорога?
– Закидана, ваше сиятельство; простите, ради Бога, по одной глупости.
Князь перебил его и засмеялся своим неестественным смехом.
– Ну, хорошо, хорошо.
Он протянул руку, которую поцеловал Алпатыч, и прошел в кабинет.
Вечером приехал князь Василий. Его встретили на прешпекте (так назывался проспект) кучера и официанты, с криком провезли его возки и сани к флигелю по нарочно засыпанной снегом дороге.