Начальная скорость снаряда ( пули , дроби , пули , шарика / дроби или гильзы ) относительно [1] дула в момент, когда он покидает конец ствола оружия ( т. е. дуло ) . [2] Начальная скорость огнестрельного оружия варьируется от приблизительно 120 м/с (390 футов/с) до 370 м/с (1200 футов/с) в мушкетах с черным порохом [3] до более чем 1200 м/с (3900 футов/с) [4] в современных винтовках с высокоскоростными патронами, такими как .220 Swift и .204 Ruger , и вплоть до 1700 м/с (5600 футов/с) [5] для танковых пушек, стреляющих боеприпасами с проникающей кинетической энергией . Для имитации столкновения орбитального мусора с космическим аппаратом НАСА запускает снаряды через газовые пушки со скоростью до 8500 м/с (28 000 футов/с). [6] FPS (футы в секунду) и MPH (мили в час) являются наиболее распространенными американскими единицами измерения для пуль. Начальная скорость пули определяется несколькими факторами, включая тип огнестрельного оружия, патрон и длину ствола. [7]
Для снарядов в неуправляемом полете его скорость является самой высокой при выходе из дула и неуклонно падает из-за сопротивления воздуха . Снаряды, летящие со скоростью, меньшей скорости звука (около 340 м/с (1100 футов/с) в сухом воздухе на уровне моря ), являются дозвуковыми , в то время как те, которые летят быстрее, являются сверхзвуковыми и, таким образом, могут пролететь значительное расстояние и даже поразить цель до того, как находящийся поблизости наблюдатель услышит «бах» выстрела. Скорость снаряда в воздухе зависит от ряда факторов, таких как барометрическое давление , влажность , температура воздуха и скорость ветра . Некоторое высокоскоростное стрелковое оружие имеет начальную скорость выше, чем скорость выхода некоторых тел Солнечной системы, таких как Плутон и Церера , что означает, что пуля, выпущенная из такого оружия по поверхности тела, покинет его гравитационное поле; однако не известно ни одного оружия с начальной скоростью, которая может преодолеть гравитацию Земли (и атмосферу) или других планет или Луны.
В то время как традиционные патроны, как правило, не могут достичь скорости выхода с Луны (приблизительно 2300 м/с [7500 футов/с]) или выше из-за современных ограничений действия и топлива , 1-граммовый (15- грановый ) снаряд был разогнан до скорости, превышающей 9000 м/с (30000 футов/с) в Национальных лабораториях Сандия в 1994 году. Орудие работало в два этапа. Сначала горящий порох использовался для приведения в действие поршня, чтобы сжать водород до 10000 атм (1,0 ГПа). Затем сжатый газ выпускался во вторичный поршень, который двигался вперед в амортизирующую «подушку», передавая энергию от поршня к снаряду на другой стороне подушки.
Это открытие может указывать на то, что будущие снаряды со скоростью, превышающей 1500 м/с (4900 футов/с), должны иметь зарядное, газовое действие, которое передает энергию, а не систему, которая использует капсюль, порох и часть выпущенного газа. Патрон .22 LR примерно в три раза тяжелее рассматриваемого снаряда. Это может быть еще одним признаком того, что будущие разработки оружия будут больше интересоваться патронами меньшего калибра, особенно из-за современных ограничений, таких как использование металла, стоимость и конструкция патрона. При параллельном сравнении с .50 BMG (43 г), 15-граммовый (1 г) титановый патрон любого калибра выделял почти в 2,8 раза больше энергии, чем .50 BMG (1 г при 10 000 м/с = 50 000 джоулей), при средней потере импульса всего 27%. В большинстве случаев для цели смертоносна энергия, а не импульс. [8]
В обычных пушках начальная скорость определяется количеством пороха , его качеством (с точки зрения скорости химического горения и расширения), массой снаряда и длиной ствола. Более медленно сгорающему пороху требуется более длинный ствол, чтобы закончить свое сгорание перед вылетом, но, наоборот, может использовать более тяжелый снаряд. Это математический компромисс. [9] Более быстро сгорающее порох может разогнать более легкий снаряд до более высоких скоростей, если используется то же количество пороха. Внутри пушки давление газа, создаваемое в результате процесса сгорания, является ограничивающим фактором скорости снаряда. Следовательно, качество и количество пороха, масса снаряда и длина ствола должны быть сбалансированы для достижения безопасности и оптимизации производительности.
Более длинные стволы дают метательной силе больше времени для работы по приведению пули в движение. [9] По этой причине более длинные стволы обычно обеспечивают более высокие скорости, при прочих равных условиях. Однако по мере того, как пуля движется вниз по каналу ствола, давление пороховых газов позади нее уменьшается. При достаточно длинном стволе в конечном итоге наступит точка, в которой трение между пулей и стволом и сопротивление воздуха будут равны силе давления газов позади нее, и с этой точки скорость пули будет уменьшаться.
Нарезные стволы имеют спиральные завихрения, вырезанные внутри них, которые вращают пулю так, чтобы она оставалась стабильной в полете, так же, как американский футбольный мяч, брошенный по спирали, будет лететь прямо, стабильно. Этот механизм известен как нарезка . Более длинные стволы предоставляют больше возможностей для вращения пули, прежде чем она покинет ружье. При условии, что в стволе достаточно нарезов для адекватной стабилизации конкретного снаряда, нет заметного увеличения точности с увеличением длины ствола. Более длинные стволы облегчают прицеливание при использовании механических прицелов из-за большего радиуса прицела, а при правильном заряде метательного заряда они могут увеличить начальную скорость пули, что дает более плоскую траекторию и снижает необходимость корректировки дальности.
Пуля, двигаясь по стволу, толкается вперед расширяющимся позади нее газом. Этот газ образовался после нажатия на спусковой крючок , в результате чего ударник ударил по капсюлю , который, в свою очередь, воспламенил твердое топливо, упакованное внутри патрона пули , заставив его сгореть, находясь в камере . Как только пуля покидает ствол, сила расширяющегося газа прекращает толкать пулю вперед. [10] Когда пуля выстреливается из пистолета с 2-дюймовым (51 мм) стволом, у пули есть только 2-дюймовая (51 мм) «взлетная полоса», которую нужно раскрутить, прежде чем она покинет ствол. Аналогично, у нее есть только 2-дюймовое (51 мм) пространство, в котором она должна ускориться, прежде чем она должна будет лететь без какой-либо дополнительной силы позади нее. В некоторых случаях порох мог даже не полностью сгореть в пистолетах с короткими стволами. Так, начальная скорость пули из 2-дюймового (51 мм) ствола меньше, чем у 4-дюймового (100 мм) ствола, который, в свою очередь, меньше, чем у 6-дюймового (150 мм) ствола.
Большие морские пушки будут иметь высокое отношение длины к диаметру, в диапазоне от 38:1 до 50:1. Это отношение длины максимизирует скорость снаряда. Существует большой интерес к модернизации морского вооружения путем использования электрических рельсотронов , которые стреляют снарядами с помощью электромагнитного импульса. Они преодолевают ограничения, указанные выше. С помощью этих рельсотронов постоянное ускорение обеспечивается по всей длине устройства с помощью электромагнитного импульса. Это значительно увеличивает начальную скорость снаряда. Еще одним существенным преимуществом рельсотронов является отсутствие необходимости в взрывчатом топливе. [11] Результатом этого является то, что кораблю не нужно будет перевозить топливо, а наземной станции также не придется поддерживать его запас. Взрывчатое топливо, хранящееся в больших количествах, подвержено взрыву. [12] Хотя это можно смягчить мерами предосторожности, [12] рельсотроны вообще избегают необходимости в таких мерах. Даже внутренние заряды снаряда могут быть устранены из-за уже высокой скорости. Это означает, что снаряд становится строго кинетическим оружием.
Армия США определяет различные категории начальной скорости пули для различных классов оружия: [13]