Различается баллистика внутренняя (движение пули в канале ствола под действием пороховых газов), внешняя (движение пули в воздухе) и терминальная (движение пули или осколка в преграде плотностью больше воздуха). Частью терминальной баллистики является раневая баллистика — научное направление, в задачи которого входит исследование поведения в теле ранящего снаряда РС, его повреждающего действия на ткани, динамики и механизма формирования огнестрельной раны с ее специфическими особенностями.
В качестве исходных данных раневая баллистика включает основные сведения из внешней баллистики о движении пули в воздухе. Закономерности внешней баллистики принято рассматривать применительно к пуле.
3.4.1. Внешняя баллистика
Пуля, выброшенная из канала ствола оружия давлением пороховых газов, движется в воздухе по инерции, постепенно теряя начальную скорость, находясь под действием силы тяжести и силы сопротивления воздуха (силы торможения). В результате совместного влияния этих сил на пулю, формируется ее параболическая траектория в воздухе. Сила сопротивления воздуха не только тормозит движение пули, но и стремится опрокинуть её головной частью назад.
Рис. 3.12. Траектория полета пули в воздухе:
а — схема сил, действующих на пулю при полете в воздухе: ц.м. — центр массы, ц.с. — центр сопротивления, Q — сила тяжести, R — сила сопротивления воздуха, δ — угол между осью пули и вектором скорости, R = R2 — пара сил, hz — плечо пары сил, Rт — лобовое сопротивление, Rп — подъемная сила; б — колебательные движения пули в воздухе на траектории: 1 — ц. м., 2 — продольная ось снаряда, 3 — траектория ц.м., 4 — касательная к траектории пули, 5 — плоскость нутации, 6 — угол нутации; в — траектория пули: α — период прецессии
Основной способ обеспечения устойчивости полета пули заключается в сообщении ей большой угловой скорости вращения вокруг продольной оси (до 3600 оборотов в секунду) с помощью винтообразных нарезов в канале ствола оружия.
Вращение пули нейтрализует опрокидывающее действие силы сопротивления воздуха, но не устраняет его полностью. Под влиянием одновременного действия опрокидывающей силы воздуха и силы вращения головная часть пули совершает конические движения вокруг траектории. Вершина образуемого этими движениями конуса лежит в центре массы пули. Наряду с медленными спиралеобразными колебаниями головной части пули, называемыми прецессиями, пуля совершает и быстрые колебательные движения относительно своей продольной оси — нутации. Нутации возникают от вибрации ствола в момент выстрела.
Колебания пули, вызванные начальными возмущениями, носят свойства затухания и характеризуются двумя параметрами: периодом прецессии и углом нутации — углом между продольной осью пули и касательной к ее траектории (рис. 3.12).
Период прецессии в воздухе составляет 4-5 м, угол нутации при устойчивом движении пули не превышает 10-15?, что считается вполне допустимым для ее гироскопической устойчивости. Сумма нутационного и прецессионного движений определяет общую картину регулярных нутационно-прецессионных колебаний пули с ограниченной амплитудой итогового угла отклонения продольной оси пули от вектора скорости (угла нутации). За счет гироскопического эффекта полет пули стабилизируется, обеспечивая при этом необходимую дальность и точность поражения (рис. 3.13).
Согласно закону сопротивления Ньютона, сила лобового сопротивления воздуха при поступательном движении твердого тела, в частности РС, пропорциональна квадрату скорости РС, площади проекции РС на плоскость, перпендикулярную его движению, плотности воздуха и выражается зависимостью:
R — сила сопротивления воздуха; Cх — коэффициент лобового сопротивления; ρ — плотность воздуха; V — скорость движения РС; S0 — площадь поперечного сечения РС.
Рис. 3.13. Нутационно-прецессионые колебания пули
Знак — (минус) означает, что R действует в направлении, противоположном движению РС. Величина Сх зависит от формы головной части РС и его скорости. Связь внешнебаллистических параметров РС с силой сопротивления обтекающей среды при переходе из воздуха в биологические ткани существенно меняется, т.к. сила сопротивления среды значимо увеличивается (плотность тканей в 800-1000 раз больше, чем плотность воздуха). При этом резко возрастает опрокидывающий момент пули, что приводит к увеличению угла нутации.
3.4.2. Раневая баллистика и биофизика формирования огнестрельной раны
Пулевые и осколочные ранения до идентификации РС обозначаются как огнестрельные ранения. Морфологическим субстратом огнестрельного ранения является огнестрельная рана. Она образуется в результате взаимодействия тканей, органов и систем человека с РС, поэтому характеристика огнестрельной раны определяется, с одной стороны, баллистическими свойствами РС, а с другой — структурой повреждаемых тканей.
Раневая баллистика опирается в своих исследованиях на понимание физических законов, определяющих трансформацию полетных параметров пули (скорости, кинетической энергии и пр.) при движении в живых тканях.
Повреждающие свойства РС характеризуются скоростью его полета, массой, площадью поперечного сечения, степенью устойчивости при попадании в ткани, склонностью к деформации и фрагментации, величиной кинетической энергии в момент ранения.
Результирующим при этом является количество кинетической энергии РС, передаваемой тканям (потеря энергии).
Потеря кинетической энергии (ΔЕ, Дж) РС определяется экспериментально как разница кинетической энергии РС в момент ранения — контактной энергии (Ес, Дж) и остаточной кинетической энергии на выходе из объекта (Еr, Дж) по формуле:
ΔЕ — потеря или затрата кинетической энергии РС на образование огнестрельной раны, Дж; Vc — контактная скорость, м/с; Vr — остаточная скорость на выходе из объекта, м/с; m — масса РС, кг.
На основании квадратичного закона сопротивления Ньютона потеря энергии (ΔЕ) может быть выражена в зависимости от кинетической энергии РС в момент ранения (Ес) формулой:
С1 — безразмерный коэффициент лобового сопротивления; ρ — плотность среды г/см3; S0 — площадь поперечного сечения РС, см2; m — масса, г; х — длина раневого канала, см.
Из приведенной зависимости следует, что потеря кинетической энергии РС в среде пропорциональна кинетической энергии в момент попадания в цель, плотности среды, длине раневого канала, коэффициенту торможения С1, площади поперечного сечения РС и обратно пропорциональна массе РС.