Дульная скорость — это скорость снаряда ( пули , дроби , пули , шарика / выстрелов или снаряда ) относительно [1] дульного среза в момент, когда он покидает конец ствола оружия ( т. е. дульное срез ) . [2] Начальная скорость огнестрельного оружия варьируется от примерно 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 , вплоть до 1700 м/с (5600 футов/с) [5] для танковых орудий, стреляющих проникающими боеприпасами с кинетической энергией . Чтобы смоделировать удары орбитального мусора о космический корабль, НАСА запускает снаряды из легкогазовых пушек 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 пуль. Начальная скорость пули определяется несколькими факторами, включая тип огнестрельного оружия, патрон и длину ствола. [7]
Для снарядов, летящих без двигателя , их скорость максимальна при выходе из дульного среза и постепенно падает из-за сопротивления воздуха . Снаряды, движущиеся со скоростью меньше скорости звука (около 340 м/с (1100 футов/с) в сухом воздухе на уровне моря ), являются дозвуковыми , тогда как те, которые летят быстрее, являются сверхзвуковыми и, таким образом, могут преодолевать значительные расстояния и даже поражать цель раньше, чем снаряды. ближайший наблюдатель слышит «хлопок» выстрела. Скорость снаряда в воздухе зависит от ряда факторов, таких как атмосферное давление , влажность , температура воздуха и скорость ветра . Начальная скорость некоторого высокоскоростного стрелкового оружия превышает скорость убегания некоторых тел Солнечной системы , таких как Плутон и Церера , а это означает, что пуля, выпущенная из такого оружия на поверхности тела, покинет его гравитационное поле; однако не известно ни одного оружия с начальной скоростью, которая могла бы преодолеть гравитацию Земли (и атмосферы), других планет или Луны.
В то время как традиционные патроны обычно не могут достичь лунной скорости отрыва (приблизительно 2300 м/с [7500 футов/с]) или выше из-за современных ограничений действия и пороха , снаряд весом 1 грамм (15 гран ) разгонялся до скоростей, превышающих 9000 м/с (30 000 футов/с) в Национальных лабораториях Сандии в 1994 году. Пушка работала в два этапа. Сначала горящий порох использовался для приведения в движение поршня, создающего давление водорода до 10 000 атм (1,0 ГПа). Затем сжатый газ подавался во вторичный поршень, который двигался вперед в амортизирующую «подушку», передавая энергию от поршня снаряду на другой стороне подушки.
Это открытие может указывать на то, что будущие скорости снаряда, превышающие 1500 м/с (4900 футов/с), должны иметь заряжающее газовое действие, передающее энергию, а не систему, в которой используются капсюль, порох и часть высвободившейся энергии. газ. Патрон .22 LR примерно в три раза превышает массу рассматриваемого снаряда. Это может быть еще одним признаком того, что будущие разработки вооружений будут проявлять больший интерес к патронам меньшего калибра, особенно из-за современных ограничений, таких как использование металла, стоимость и конструкция патрона. При параллельном сравнении с .50 BMG (43 г) титановый патрон массой 15 г (1 г) любого калибра выделял почти в 2,8 раза больше энергии, чем .50 BMG (1 г при скорости 10 000 м/с). = 50 000 джоулей), со средней потерей импульса всего 27%. В большинстве случаев смертельным для цели является энергия, а не импульс. [8]
В обычных ружьях начальная скорость определяется количеством пороха , его качеством (с точки зрения скорости химического горения и расширения), массой снаряда и длиной ствола. Медленно горящему пороху требуется более длинный ствол, чтобы завершить горение перед отлетом, но, наоборот, можно использовать более тяжелый снаряд. Это математический компромисс. [9] Более быстрогорящее порох может разогнать более легкий снаряд до более высоких скоростей, если использовать такое же количество пороха. Внутри ружья давление газов , создаваемое в результате процесса горения, является ограничивающим фактором скорости снаряда. Следовательно, качество и количество пороха, масса снаряда и длина ствола должны быть сбалансированы для достижения безопасности и оптимизации характеристик .
Более длинные стволы дают пороховой силе больше времени для продвижения пули. [9] По этой причине более длинные стволы обычно обеспечивают более высокие скорости при прочих равных условиях. Однако по мере движения пули по каналу ствола давление пороховых газов за ней уменьшается. При наличии достаточно длинного ствола в конечном итоге наступит точка, в которой трение между пулей и стволом и сопротивление воздуха будут равны силе давления газа позади него, и с этой точки скорость пули уменьшится.
Внутри нарезных стволов вырезаны спиральные завитки, которые вращают пулю так, что она остается стабильной в полете, точно так же, как американский футбол , брошенный по спирали, будет лететь прямо и стабильно. Этот механизм известен как нарезка . Более длинные стволы дают больше возможностей повернуть пулю, прежде чем она покинет ствол. Более длинные стволы повышают общую точность оружия. Если исследовать группы выстрелов по бумажной мишени из ствола диаметром 2 дюйма (51 мм), ствола диаметром 4 дюйма (100 мм) и ствола диаметром 6 дюймов (150 мм), можно наблюдать, как более длинные стволы производят " более плотная группировка, при этом пули приземляются ближе друг к другу в цели.
Пуля, проходя через ствол, подталкивается вперед расширяющимся за ней газом. Этот газ создавался после нажатия на спусковой крючок , в результате чего ударник ударялся о капсюль , который, в свою очередь, воспламенял твердое топливо, находящееся внутри патрона с пулей , вызывая его возгорание, пока оно находилось в патроннике . Как только пуля покидает ствол, сила расширяющегося газа перестает толкать пулю вперед. [10] Когда пуля выпущена из пистолета со стволом диаметром 2 дюйма (51 мм), пуля имеет только 2-дюймовую (51 мм) «взлётно-посадочную полосу», которую нужно вращать, прежде чем она покинет ствол. Точно так же у него есть только 2-дюймовое (51 мм) пространство для ускорения, прежде чем он должен будет лететь без какой-либо дополнительной силы позади него. В некоторых случаях порох мог даже не полностью сгореть в ружьях с коротким стволом. Так, начальная скорость 2-дюймового (51-мм) ствола меньше, чем у 4-дюймового (100-мм) ствола, что меньше, чем у 6-дюймового (150-мм) ствола.
Большие морские орудия будут иметь высокое соотношение длины к диаметру — от 38:1 до 50:1. Такое соотношение длин максимизирует скорость снаряда. Существует большой интерес к модернизации военно-морского вооружения за счет использования рельсотронов с электрическим приводом , стреляющих снарядами с использованием электромагнитного импульса. Они преодолевают ограничения, отмеченные выше. В этих рельсотронах обеспечивается постоянное ускорение по всей длине устройства посредством электромагнитного импульса. Это значительно увеличивает начальную скорость. Еще одним существенным преимуществом рельсотронов является отсутствие необходимости использования взрывчатого топлива. [11] В результате кораблю не нужно будет перевозить топливо, а наземной станции также не придется поддерживать его запасы. Взрывоопасное топливо, хранящееся в больших количествах, подвержено взрыву. [12] Хотя это можно смягчить с помощью мер предосторожности, [12] рельсотроны вообще исключают необходимость в таких мерах. Даже внутренние заряды снаряда могут быть устранены из-за и без того высокой скорости. Это означает, что снаряд становится строго кинетическим оружием.
Армия США определяет разные категории начальной скорости для разных классов оружия: [13]