Баллистические приборы

Баллистика

БАЛЛИСТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ, приборы, применяемые при опытном разрешении различных вопросов баллистики. Приборы разделяются на: а) Баллистические приборы внешней баллистики, б) Баллистические приборы внутренней баллистики. Основные вопросы, решаемые внешней баллистикой при помощи баллистических приборов, следующие: 1) определение скорости полета снаряда в различных точках его траектории, 2) время полета снаряда на различные дальности, 3) положение оси фигуры снаряда в различных точках траектории, 4) определение скорости снаряда при движении в твердых срединах, 5) положение точек разрыва снаряда в пространстве. Для определения метеорологических условий стрельбы, учитываемых также современными баллистиками, применяются специальные приборы. В первый период существования экспериментальной баллистики во всех баллистических приборах пользовались механической энергией, что не давало желаемой точности. Позднее, с применением электрической энергии, точность баллистических приборов резко повысилась. Все баллистические приборы, предназначенные для решения задачи 1-й, основаны на одном из следующих принципов: а) на приведении скорости снаряда к меньшей скорости, которую легче наблюдать, б) на измерении времени прохождения снарядом известного небольшого участка пути и в) на применении фотографического метода.

Первый электробаллистический прибор был сделан известным английским физиком Уитстоном (в 1840 г.). Он состоял из двух рам, поставленных на пути снаряда на определенном расстоянии одна от другой. На рамах была натянута проволока. Каждая рама была введена в гальваническую цепь отдельной батареи с электромагнитом, поддерживающим карандаш. При прохождении снаряда через рамы электрическая цепь размыкалась, и карандаши делали отметки на вращающемся цилиндре. По скорости вращения цилиндра и по центральному углу между метками определялось время полета снаряда между рамами. Американский профессор Генри видоизменил (в 1843 г.) способ нанесения отметок, применив для этого электрическую искру от индукционного тока катушки Румкорфа. В 60-х годах Константинов и Бреже, а затем англичанин Башфорт внесли усовершенствование в прибор Уитстона. Более совершенный прибор того же типа построил Шульц, применивший камертонный тахометр для определения скорости вращения цилиндра. Прибор Шульца значительно усовершенствовал Депре. Прибор баллистический Депре в настоящее время считается одним из наиболее точных. По типу Уитстона-Генри в 1919 г. был сконструирован также прибор Эбердинского полигона, переносный, полевого типа.

Хронограф Жоли - видоизменение прибора Депре. Прерыватели тока в нем - металлические мембраны, электрически связанные с записывающими приборами. Прерыватели ставятся вдоль траектории. Звуковая, или баллистическая, волна, образующаяся впереди снаряда, приводит в колебание мембраны, и на вращающемся цилиндре искра отмечает момент прохождения снаряда мимо мембраны. К баллистическим приборам, основанным на другом принципе, относится электробаллистический маятник Наве (1849 г.). Время полета снаряда между рамами определяется по углу отклонения маятника, начинающего падать при разрыве сетки на первой раме. Подобные приборы сконструированы Виньотти (в 1855 г.), Бентоном (в 1859 г.) и Лерсом (в 1867 г.). В 20-х годах текущего века на этом принципе построен прибор инженера А. Ширского (фиг. 1).

Миллисекундомер Ширского

Xронограф ле-Буланже (бельгийского артиллериста), предложенный еще в 1864 г., впоследствии усовершенствованный, является до сих пор наиболее распространенным и общепринятым (фиг. 2).

Xронограф ле-Буланже

К вертикальной стойке прикреплены   два электромагнита А и Б, находящиеся в сообщении с двумя рамами. К электромагниту первой рамы подвешен длинный стержень Д, хронометр, другому - короткий Г, отмечатель. По разрыве тока в 1-й раме начинает падать хронометр, а во 2-й раме - отмечатель. Последний ударяет по приспособлению, спускающему пружинный нож, который дает на хронометре отметку. По ней отсчитывается высота падения хронометра и определяется время падения. При отсчетах вводится поправка на ошибку прибора, происходящую главным образом от замедления размагничивания электромагнитов; для определения ее прерывают ток в обеих рамах одновременно при помощи разобщителя и получают на хронометре отметку, определяющую время, которое берет размагничивание, действие ножа и пр. На фиг. 3 показана схема установки хронографа ле-Буланже.

Схема установки хронографа ле-Буланже

В хронограф ле-Буланже были введены французом Бреже и англичанином Гольденом усовершенствования, направленные гл. обр. к устранению причин постоянных ошибок. Первый сделал хронометр и отмечатель одинакового веса, поддерживаемые тождественными электромагнитами и действующие в цепи равного сопротивления. Второй обратил главное внимание на добавочные приборы - реостаты, разобщитель и коммутаторы.

С 1918 г. американское артиллерийское управление ввело хронограф-соленоид (фиг. 4).

Общая схема работы хронографа-соленоида

Он состоит в основном из двух соленоидов, прибора для записи времени и источника света. Соленоиды соединены электрической цепью с записывающим прибором. Предварительно намагниченный снаряд по вылете из орудия проходит через катушку соленоида и вызывает ЭДС, индуктирующую электрический ток в цепи. При помощи света от вольтовой дуги, отражаемого зеркальцем этого прибора, кривая колебаний записывается на вращающейся и поступательно движущейся фильме. На той же фильме пучком лучей света при помощи камертона производится отметка времени. Когда магнитный центр тяжести снаряда совпадает с центральной плоскостью катушки, ЭДС принимает значение, равное нулю. Этот момент отмечается на фильме перерывом записываемой линии. Определение скорости снаряда между мишенями по кривым на фильме производится быстро и весьма точно.

Несколько особо стоит прибор инженера Высоцкого, сконструированный в 1925 г. Этот прибор измеряет длину каморы орудия, которая изменяется в зависимости от разгара и износа начала нарезной части канала. Этим прибором удалось установить зависимость между приращением длины каморы и падением начальной скорости и на основании полученных данных составить специальные графики. Прибор состоит из стержня с делениями, по которому двигается надетое на него дно гильзы. На конце стержня укреплен диск, с размерами, соответствующими ведущему пояску нормального профиля. Полученные этим прибором измерения каморы и составленные графики дают возможность установить величину падения начальной скорости от разгара нарезной части канала орудия и определить достаточно точно категорию орудийных стволов в отношении баллистических качеств.

Применение фотографии к экспериментальной баллистике является делом новым, получившим распространение только с 1917—1918 гг. Несмотря на это, фотобаллистические приборы с успехом решают теперь самые разнообразные баллистические вопросы. В этих приборах применяется один из следующих способов: 1) подвижной объектив при неподвижной или медленно перемещающейся пластинке и 2) подвижная пластинка при неподвижном объективе. К фотобаллистическим приборам, основанным на первом методе, относится аппарат системы немецкого инженера Дуда (фиг. 5).

Баллистограф Дуда

Аппарат располагается параллельно траектории на определенном от нее расстоянии, и фотографирование летящего снаряда производится четырьмя объективами, непосредственно за которыми вращается цилиндр с 4 парами прорезей. Каждая пара прорезей расположена на концах одного диаметра цилиндра по его производящей: одна прорезь узкая, другая широкая. На фотографической пластинке получается ряд последовательных снимков одного и того же снаряда от каждого из 4 объективов. Вращение цилиндра совершается от маленького специального электромотора. Кроме того, имеется еще микрохронограф, дающий запись времени на перемещающейся фильме при помощи свободно колеблющегося камертона с зеркалом. Обработка результатов опыта требует наличия компаратора, что заставляет ограничить применение этого баллистического прибора только для опытов на полигоне, тем более, что и конструкция прибора сложная и тонкая. Аппарат устанавливается на определенном расстоянии от траектории с таким расчетом, чтобы был захвачен исследуемый участок траектории. Неподвижный затвор фотоаппарата помещается непосредственно перед пластинкой, которая расположена параллельно траектории. В приборе Фекса и Кемп де-Ферье использован другой способ применения фотографии. Снаряд, проходя перед объективом, оставляет на подвижной фотографической пластинке след в виде наклонной полосы. Зная удаление аппарата от траектории, скорость перемещения пластинки и угол наклона полосы, определяют скорость снаряда. Время перемещения пластинки записывается колебаниями камертона. От ширины щели затвора, которую можно регулировать, зависит резкость изображения следа снаряда. Если применить узкую щель, то ее трудно направить на траекторию. Инженер Поль предложил вместо одной щели, параллельной траектории, систему двух щелей, перпендикулярных к траектории; скорость перемещения фотопластинки м. б. отрегулирована так, что изображение снаряда окажется неподвижным, и, кроме того, получают два зарегистрированных положения снаряда, соответствующих интервалу между щелями. Зная расстояние объектива от траектории, скорость перемещения пластинки, расстояние объектива от пластинки, интервал между щелями и интервал между двумя изображениями снаряда на пластинке, определяют скорость снаряда. Точность измерения скоростей снарядов при помощи фотобаллистического прибора считают в 1/500 сек., что в 2 раза меньше, чем у хронографов, у которых точность = 1/1000 сек.

Клепсидр ле-Буланже определяет время полета снаряда на различные дальности. Клапан прибора соединен электрической цепью с двумя рамами, через которые проходит снаряд. По весу вытекшей ртути определяют время полета снаряда. При времени полета до 20 сек. точность прибора ±0,01 сек. Для той же цели можно применить и обычный секундомер. При опытном определении положения оси симметрии снаряда в различных точках траектории встречаются значительные затруднения, и до сих пор надежного прибора, дающего исчерпывающее решение этой задачи, не имеется. Обычно этот вопрос решается стрельбой достаточно большим числом выстрелов через картонные щиты, по пробоинам на которых вычерчивают кривые и определяют радиусы нутации и прецессии жироскопического движения снаряда. Кривые эти имеют вид, указанный на фиг. 6.

Кривая жироскопического движения снаряда

При помощи жироскопа (фиг. 7) изучают лишь вращательное движение снаряда. Жироскоп состоит из 3 соединенных последовательно одноцентренных колец с взаимно перпендикулярными осями, расположенных одно в другом. Снаряд помещен внутри прибора так, что он может занять любое положение в пространстве; центр его тяжести совпадает с центром колец. Сообщив снаряду вращательное движение вокруг его оси, изучают это движение. Для приведения же опыта к условиям, близким к действительности, снаряд подвергают действию пружин или груза, заменяющих силы сопротивления воздуха. Для измерения скорости снаряда в твердых срединах применяют  т. н. самозаписывающие снаряды, предложенные впервые в 1880 г. французским артиллеристом Собером. При ударе в препятствие движение снаряда замедляется, и звучащий камертон внутри снаряда будет продолжать свое движение, выводя волнообразную кривую, по которой можно определить зависимость между проходимым снарядом пространством и временем.

Жироскоп

Для решения вопроса об определении положения точки разрыва в пространстве применяют фотосъемку разрыва снаряда одновременно двумя фототеодолитами (например, фототеодолитами Цейса), поставленными на известном расстоянии один от другого по обе стороны плоскости стрельбы. Кроме того, может быть использован и прибор инженера Дуда. Фотографирование с помощью электрической искры винтовочных пуль и снарядов в момент их выхода из ствола орудия дает представление о действии пороховых газов; эти снимки имеют значение не только для внешней баллистики, но и для проектирования лафетов.

Основной вопрос, рассматриваемый внутренней баллистикой и требующий экспериментального изучения, это - вопрос о действии пороховых газов в неизменяемом и изменяемом объемах и выражении величины этого давления в зависимости от времени и пути, проходимого снарядом.

I. Статические способы. Прибор американца Родмана - «нож Родмана» (1857 г.). Схема прибора показана на фиг. 8.

Нож Родмана

При выстреле поршень ножа е под действием давления пороховых газов продвигается, и нож е1 вдавливается в плитку в, на которой делается отпечаток в виде ромба, большая диагональ которого служит мерой для определения силы давления пороховых газов. Крешер Нобля (1870 г.) состоит (фиг. 9) из коробки б, в которую вставляется поршень г с головкой а, поддерживаемой пружиной ж. Медный цилиндрик д, поддерживаемый резиновым кольцом е, ставят на головку а; коробка закрывается винтом в. При выстреле медный цилиндрик д под действием поршня сдавливается, и по величине его укорочения определяют давление. Этот прибор вкладывается в камору перед выстрелом. После выстрела крешер Нобля остается в канале орудия или выбрасывается газами недалеко от дула.

Крешер Нобля

Кроме указанного вкладного крешера, применяют крешерные приборы, ввинчивающиеся или в затвор или в тело орудия (боковой крешер). Эти приборы отличаются только наружным очертанием и устройством нарезки для ввинчивания прибора в соответствующее гнездо. Теория крешера и подробное изучение его показаний были детально разработаны французскими учеными Сарро и Вьелем. Последним из них был применен крешер-отмечатель, отличающийся от обычного крешера тем, что в нем имеется вибрирующий брусок с пером. До выстрела брусок оттянут от своего нормального положения специальным зубом на поршне. При выстреле брусок соскакивает с зуба, перо приходит в колебательное движение и записывает на закопченной поверхности синусоиду. Зная число колебаний бруска в секунду и измеряя величину отдельных волн синусоиды, можно определить соответствующее каждому моменту давление пороховых газов. Для определения не только нарастания, но и падения давления во французской морской центральной лаборатории сконструирован пружинный крешер (фиг. 10).

Пружинный крешер

В этом приборе медный столбик заменен сильной пружиной а, которая сжимается на величину около 2 мм. На фиг. 11 показан примерный вид получаемой в таком приборе кривой прямого и обратного движения поршня.

Кривые давлений в пружинном крешере и в бомбе Сарро и Вьеля

Для определения давления пороховых газов  в неизменяемом объеме применяют бомбу Сарро и Вьеля. Она состоит (фиг. 12) из цилиндра Б со сквозным каналом, закрытым с обоих концов пробками.

Бомба Сарро и Вьеля

В одной из пробок устроен электрический запал для воспламенения заряда, а вторая пробка служит коробкой крешерного прибора. У последнего головка поршня имеет выступ, снабженный пером Д. Барабан А укреплен так, что перо Д прикасается к одному из краев боковой поверхности барабана, покрытого закопченной бумагой. В другом месте к барабану прикасается своим пером камертон Г. Для производства опыта приводят барабан в равномерное вращение, - перо описывает на закопченной бумаге линию е. Затем производят в бомбе взрыв испытуемого вещества, и поршень с пером в бомбе передвигается. По окончании взрыва перо начинает описывать другую линию н. Период взрыва отмечается кривой, соединяющей обе линии. Одновременно камертон записывает синусоиду времени. По окончании опыта эти кривые, имеющие вид, показанный на фиг. 11, обрабатывают на компараторе и устанавливают зависимость величины давления от времени. На кривой сжатия величина жк отвечает времени полного сжатия, определяемому по записи камертона; лм - величина абсолютного сжатия столбика. Измерив величины жз и зи, получим время и отвечающее ему сжатие столбика. Так как медные цилиндрики, подвергающиеся сжатию, начинают деформироваться только после того, как давление достигнет определенной величины, и запись нарастания давления до этого момента не производится, то теперь иногда применяют цилиндрики, у которых одно основание переходит в конус. В этом случае смещение пера начинается почти с первого момента нарастания, так как деформация начинается с вершины конуса, для сжатия которой не требуется значительных усилий.

II. Динамические способы заключаются в том, что каким-либо способом находят зависимости между путем, пройденным снарядом по каналу, и временем. Строятся кривые, и по ним определяют скорости и ускорения движений снаряда. Искровой хронограф Нобля (фиг. 13) служит для непосредственного определения времени движения снаряда по каналу.

Искровой хронограф Нобля

Он состоит из тонких дисков А, вращающихся на общей оси посредством часового механизма ЧМ, заводимого маховиком Г. По окружности каждого диска наклеивается закопченная бумага, и против нее располагается острие изолированного электрического провода а, идущего от одного из борнов катушки Румкорфа В. От батареи Б ток поступает через первичную обмотку катушки к размыкателю Р, расположенному в теле орудия О. Для каждого диска имеются свои катушки и размыкатель. Число оборотов дисков отмечается счетчиком Д. Перед опытом делают поверку прибора и размыкают ток одновременно в первичных обмотках всех катушек, вследствие чего между остриями и дисками проскочат искры и прожгут бумажки на дисках. При выстреле снаряд обрывает постепенно цепи всех размыкателей, и на дисках последовательно отмечается искрами момент прохождения снаряда мимо каждого размыкателя. В хронографе Шульца, усовершенствованном Депре и Собером, имеется один общий вращающийся барабан с закопченной поверхностью, к которому прилегают перо камертона, записывающего время, и перья, соединенные электрической цепью с размыкателями, которые от размыкания этой цепи смещаются немного в сторону. Давление пороховых газов можно определить еще при помощи велосиметра, предложенного Собером. В этом приборе давление пороховых газов определяется по скорости отката, которая записывается закрепленным в своем основании камертоном на закопченной металлической ленте, связанной с откатывающимся орудием. В этом приборе необходимо учесть работу тормоза отката. Велосиметр может также служить и для изучения явлений, отката и наката орудий.

Законы движения снаряда и орудия изучаются также при помощи приборов Марселя Депре - акселерографа и акселерометра. Большинство описанных баллистических приборов, помимо решения чисто баллистических задач, находит себе применение при измерении ударных напряжений в металлах, при исследовании взрывчатых смесей в двигателях внутреннего сгорания, в электротехнике - при изучении свойств магнето, при кораблевождении - для измерения расстояния от корабля до встречных судов, скал и т. д.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 2 - 1928 г.

Еще по теме:

Избранное