Ветровая нагрузка и опрокидывающий момент

Надо отметить, что в общем случае пуля имеет угол рыскания d. Говоря так, баллистики имеют в виду, что направление движения ЦТ пули отклоняется от направления, в котором расположена ось симметрии пули. Бесчисленные экспериментальные наблюдения показали, что первоначальный угол на дульном срезе ствола оружия практически неизбежен, и он обусловлен такими возмущениями, как вибрация ствола и дульный выхлоп. Для такой пули различия в давлении на поверхность пули приводят к возникновению силы, называемой ветровой нагрузкой.

Ветровая нагрузка прилагается к центру давления ветровой нагрузки (CPW), который для пуль, стабилизируемых вращением, располагается впереди ЦТ. Расположение CPW, конечно же, не является стационарным и смещается по мере изменения поля обдувания. На рисунке 1. схематично показана ветровая нагрузка F1, которая приложена к ее центру давления CPW.

Для пули, движущейся со скоростью v, имеющей угол рыскания d, давление ветрового потока будет различным, приводя к результирующей силе, которая называется ветровой нагрузкой F1. Эта сила будет приложена к центру давления CPW ветровой нагрузки, который, для стабилизируемых вращением пуль, будет располагаться впереди центра тяжести ЦТ или CG. Расположение CPW зависит от условий ветрового потока и изменяется по мере уменьшения скорости.

Две силы FW и F2, приложенные к CG, взаимно компенсирующие друг друга, могут быть добавлены к ветровой нагрузке (смотри рисунок 2).

Эта сила прилагается к центру давления CPW для ветровой нагрузки, который, для стабилизируемых вращением пуль располагается впереди центра тяжести CG или ЦТ. Для пуль, стабилизируемых плоскостями, CPW расположен позади CG. Расположение CPW зависит от условий ветрового потока и изменяется по мере уменьшения скорости.

Две силы FW и F2, приложенные к CG, взаимно нейтрализующие друг друга, можно добавить к ветровой нагрузке. Силы F1 и F2 создают опрокидывающий момент MW (смотри рисунок 3).

Как показано на рисунке 2, существует возможность добавить две силы к ветровой нагрузке, которые будут иметь одинаковую величину, такую же как и ветровая нагрузка, но будут противоположно направлены. Если приложить эти две силы к ЦТ, Эти две силы, очевидно, не будут иметь никакого воздействия на пулю, так как они полностью уравновешивают друг друга.

Теперь давайте предположим, что эти две силы F1 и F2. Можно показать, что эта пара является свободным вектором, который называется аэродинамическим моментом ветровой нагрузки, или, для краткости, опрокидывающим моментомMw, или моментом рыскания. Опрокидывающий момент пытается развернуть пулю вокруг оси, которая проходит через ЦТ и перпендикулярна оси формы пули.

Для снарядов, стабилизируемых вращением, этот момент будет стремиться вызвать болтанку пули.

Вывод: Ветровая нагрузка, которая прилагается к центру давления, может быть заменена на силу той же величины и направления плюс момент. Сила прилагается к ЦТ, момен разворачивает пулю вокруг оси, проходящей через ЦТ. Это основное правило классической механики (смотри любой учебник по элементарной физике) и оно верно для любой силы, которая действует на точку, отличную от ЦТ твердого тела.

Вы можете пойти еще дальше и разложить силу, которая приложена к ЦТ, на силу, которая противоположно направлена к направлению движения ЦТ и силу, которая перпендикулярна этому направлению. Первая сила называется силой сопротивления воздуха, FD или просто сопротивлением.

= - •A•(B, Ma, Re, д)••.

ПОЯСНЕНИЕ: Сила сопротивления воздуха FD является компонентом силы FW, расположенным в направлении, противоположном направлению движения центра тяжести (смотри рисунок). Сила FW, происходит из-за различий давления на поверхность пули, обусловленного воздухом, обдувающим движущееся тело. В случае отсутствия рыскания сила сопротивления. При данных атмосферных условиях p, T, h, справочной площади A и моментальной скорости UW, сила сопротивления воздуха полностью определяется коэффициентом сопротивления воздухаCD.

Другая сила — подъемная сила FL или подъем для краткости. Название подъем указывает на направление силы вверх, что верно для взлетающего самолета, но в общем случае не верно для пули. Направление подъемной силы зависит от направления угла рыскания. Так словосочетанием, лучшим чем подъемная сила, было бы поперечная ветровая сила, это название можно найти в некоторых учебниках по баллистике.

=•A•(B, Ma, Re, д) ••.

=(•(•)).

Подъемная сила FL (также называется сила поперечного ветра) это компонент ветровой нагрузки FW в направлении, перпендикулярном направлению движения центра тяжести в плоскости угла рыскания. Подъемная сила исчезает при отсутствии рыскания, и по этой причине происходит снос вращающейся пули даже при отсутствии ветра. Очевидно, что при отсутствии рыскания ветровая нагрузка сводится только к силе сопротивления воздуха.