Войти в систему

Home
    - Создать дневник
    - Написать в дневник
       - Подробный режим

LJ.Rossia.org
    - Новости сайта
    - Общие настройки
    - Sitemap
    - Оплата
    - ljr-fif

Редактировать...
    - Настройки
    - Список друзей
    - Дневник
    - Картинки
    - Пароль
    - Вид дневника

Сообщества

Настроить S2

Помощь
    - Забыли пароль?
    - FAQ
    - Тех. поддержка



Пишет geladen ([info]geladen)
@ 2021-08-08 22:55:00


Previous Entry  Add to memories!  Tell a Friend!  Next Entry
Настроение:эсхатологический восторг
Музыка:Ayalew Mesfin - Hasabe
Entry tags:баллистика, берите меня за ноги, внешняя баллистика, возликуй зануда, из лона дуло, ликбез, на далеко, начальная скорость, о погоде

как летают пули 8 (а теперь – о погоде) – 8.6 температура по палате
В предыдущем выпуске нашего альманаха мы в подробностях рассмотрели влияние атмосферного давления на траекторию пули.

Но это была лишь разминка. Сегодня мы подвергнем Учоной Инспекции фактор номер один – температуру. Пристегните ремни, погоним быстро, может немножко трясти.

Сначала разберёмся с теорией. В теории, как водится, всё просто, хотя и сложнее, чем с давлением.

Усидчивый читатель нашего альманаха, должно быть, помнит похожие иллюстрации из выпусков, посвящённых баллистическому коэффициенту. Коэффициент сопротивления формы, отображённый на графике, определяет торможение типичной "дальнобойной" пули (в данном случае – Lapua Scenar калибром 7,62 мм и массой 10,85 г) на разных скоростях полёта.



Внимательный же читатель нашего альманаха обратит внимание на разметку горизонтальной оси абсцисс на графике: это – не абсолютная скорость пули, к примеру, в метрах в секунду, а число Маха, то есть отношение скорости объекта к скорости звука. Скорость звука же в атмосфере, как мы помним, определяется главным образом температурой.

Вот, что происходит, к примеру, при повышении температуры с -10 до +30°C:



Этот Учоный График требует некоторых пояснений.
Толстая сплошная линия "D-10" – исходная точка, минус 10 градусов.
Тонкая штриховая линия "D+30:v" отражает фактор изменения скорости звука с температурой. В сверхзвуком диапазоне график проходит выше, т. е. сопротивление среды возрастает, поскольку с повышением температуры возрастает скорость звука и та же самая абсолютная скорость соответствует меньшему числу Маха. График "растягивается" по горизонтали.
В то же время наблюдается и тонкая пунктирная линия "D+30:d" – фактор изменения плотности атмосферы с температурой. Как мы помним из предыдущего выпуска, при одном и том же атмосферном давлении, чем выше температура – тем меньше плотность воздуха, и, соответственно, меньше сопротивление среды. График "ужимается" по вертикали.
Наложение этих двух эффектов и даёт сплошной тонкий "D+30" – график КСФ при +30°C.

График на +30°C проходит заметно ниже графика на -10°C, "тормозящий" эффект от изменения скорости звука оказывается значительно менее важен, чем "растормаживающий" от снижения плотности атмосферы. То есть

Вывод: при более высокой температуре, пуля испытывает меньше сопротивления в полёте. Точка попадания, соответственно, приходится выше.

И ради этого, подумает тут читатель нетерпеливый, ты нам городил все эти объяснения? Мог бы просто, пальцем показать. И для этого тоже, отвечу я, поскольку Понимание ценно само по себе. Кроме того, тут есть одна дополнительная – небольшая, но важная – тонкость. Некоторые баллистические калькуляторы для задания атмосферных условий используют только одну цифру – высоту по плотности (англ. density altitude), то есть высоту над уровнем моря в стандартной модели атмосферы, на которой плотность воздуха равна наблюдаемой. Некоторые карманные метеостанции обучены сразу показывать эту цифру, что немного ускоряет процесс ввода данных (одна цифра по цене двух). Цифра, по сути, задаёт плотность воздуха, необходимую для расчётов, но, поскольку температура отдельно не приводится, не даёт никакой информации о скорости звука в конкретных условиях, каковая скорость звука предполагается некой стандартной величиной. В результате

Вывод: при использовании в баллистическом калькуляторе "высоты по плотности" (вместо отдельных температуры и атмосферного давления[1]), неизбежна небольшая ошибка, из-за неучтённой зависимости скорости звука от температуры.

Для иллюстрации этого фактора рассмотрим две ситуации:
1) атмосферное давление 1000 гПа (примерно соответствует высоте 100 м над уровнем моря), температура +20°С
2) 931.8 гПа (~700 м над уровнем моря), 0°C
Плотность воздуха в обоих случаях – одна и та же, 1.1884 кг/м3, следовательно "высота по плотности" – тоже одна и та же (по стандартной модели – 321 м).

Задействовав свой любимый баллистический калькулятор с этими цифрами давления и температуры, ты сможешь, дорогой читатель, оценить разницу для своего любимого комплекса оружие-патрон. Для пресловутого Lapua Scenar 7,62/10,85, например, на дальности 1000 м разница траекторий составляет около 0.3 мрад, а 1000 м – уже глубокий трансзвук. В сверхзвуковом же диапазоне, например на дальности 700 м, разница и того меньше – 0.1 мрад.

Смотри сам, дорогой читатель, собравшийся использовать "высоту по плотности" в баллистических расчётах, стоит ли мизерный выигрыш во времени столь же мизерного проигрыша в точности.

Как правило, впрочем, температуру всё равно придётся учитывать отдельно, поскольку для подавляющего большинства порохов от температуры зависит скорость горения, и, как следствие – дульная скорость, что на траекторию оказывает не в пример более значительный эффект [2].

Вот и вся теория. С практикой же, как водится, всё значительно сложнее и интереснее.

Начнём с плохой новости.

Плохая новость: как и в случае с атмосферным давлением, не существует простого правила или эвристического метода, что позволил бы "на коленке" прикинуть поправки на температуру для произвольно взятого комплекса оружие-патрон. Физика задействована очень сложная и, в общем случае, требуется баллистический калькулятор.

И ещё одна плохая новость: температура – чрезвычайно изменчивый феномен. Если атмосферное давление достаточно измерить один раз с утра [3], то, между разогревом ствола на завтрак и сытной послеобеденной серией, особенно в горном или континентальном климате, температура может запросто скакнуть на 15°C и более. Экстремальные погодные примеры, приведённые в предыдущем выпуске, своей экстремальностью в первую очередь обязаны скачкам температуры.

Но есть и хорошие новости.

Хорошая новость: температура начинает оказывать значимое влияние на траекторию только начиная со средних дистанций. Для большинства стрелковых применений, на коротких дистанциях (до 200-300 м), в неэкстремальных вариантах климата, температурой можно пренебречь.

Вот как, например, это выглядит в случае карабина К31 под 7,5х55 (достаточно типичная картина для классических винтовочных трёхлинейных калибров).



На средних и дальних дистанция же всё становится значительно интереснее. Ошибка в оценке температуры ведёт к ошибке прицеливания по вертикали – пуля может пройти выше или ниже предполагаемой точки попадания. Для понимания практических последствий, рассмотрим пример, уже знакомый верному читателю нашего альманаха: охота на Адского Телепузика. Предположим, бесстрашный унд многоопытный охотник Гуня идёт с рюкзаком по горам, а за плечом его – высокоточная винтовка калибра .308. Условия идеальные – лазерный дальномер, электронный барометр, практический штиль, но нет термометра.

Адский Телепузик, что б вы знали – тварь любопытная, и, сидя в засаде, постоянно высовывается примерно по пояс, что, по странному капризу физиологии инфернальных созданий, соответствует габаритам армейской грудной мишени.



Но любой, кто когда либо имел дело с жуткими созданиями, знает – тварей нужно бить наверняка, издалека. Круглая голова монстра, диаметром 20 см, примерно соответствует убойной зоне средней дичи.



В обоих графиках, унылая пунктирная линия внизу соответствует срединной ошибке оценки температуры в ±5°C, что значит, что в половине случаев оценка будет ближе к реальности, но, внимание!, в другой половине – от реальности дальше.

В этом и состоит главная трудность температуры – в правильном измерении. Если атмосферное давление (в обитаемых пределах высот) – неощутимо для человека, то внутренний термометр, казалось бы, встроен в каждого. Самонадеянный читатель, должно быть, тут подумал, дескать уж 15 от 20°C я отличу, но я отвечу – именно что 15 от 20. В тени. В сухости. Без ветра.

Знай, дорогой читатель, встроенный термометр человека, в зависимости от обстоятельств, безбожно врёт. Даже если абстрагироваться от физиологических обстоятельств конкретного индивида (физическое усилие, влажная одежда, привычка к тому или иному климату, etc.), во многих прогнозах погоды теперь приводится графа "ощущается как". Дело в том, что ощущаемая человеком температура определяется не только собственно температурой воздуха, но и солнечным излучением, скоростью ветра и влажностью. "Ощущается как" – не фантазия синоптиков; основа этому была заложена ещё в законодательствах по охране труда, где по результатам яростных битв буржуя и пролетария выковалось определение приемлемых условий работы, а также в армейских исследованиях по сохранению и поддержанию боеспособности личного состава в конкретно неласковых погодных условиях. Вот как, например, выглядит выдержка из таблицы индекса ощущаемой температуры для жаркой погоды (Heat Index) по данным Национального управления океанических и атмосферных исследований США:



К примеру, температура воздуха +30°C при 80% влажности "ощущается как" +38°C. При этом, в зависимости от интенсивности солнечного излучения, к этой цифре предлагается добавить ещё до 8 градусов (в ясный день на солнцепёке).

Обратный пример: выдержка из ветро-холодового индекса, по формулам полярных исследователей Пола Сайпла и Чарльза Пассла (Paul Siple, Charles Passel)



Комментариев не требует. Мороз + даже умеренный ветер = лютый мороз.

На сегодняшний день существуют гораздо более полные и точные модели, учитывающие все факторы одновременно, и работающие во всём диапазоне температур, в котором человек ещё может худо-бедно функционировать. Но общая идея понятна.

Общая идея: вне около-комнатных условий (15-20°C, в тени и безветрии), субъективная оценка температуры может быть радикально ошибочной. Температуру нужно измерять не тушкой, а термометром.

С термометрами, однако, есть свои сложности. Точнее – одна сложность: измерить температуру атмосферы на на траектории, а не температуру корпуса прибора, или стены здания, или грунта.

Для этого, Учоные Синоптики городят на специальных столбах специальные метеорологические будки имени Георгия Селянинова (также известные как будки психрометрические, что в переводе с английского языка означает "экраны Стивенсона но не того, болезного, который про остров сокровищ, а его умного папы, который нормальный инженер, хоть и шотландец". Будка представляет собой эдакий белый скворечник с жалюзи по периметру


(Иллюстрация: wikimedia.org / Bidgee, CC BY 3.0)

Синоптики, лезущие на свои скворечники с вёдрами краски, чтобы подновить девственную белизну жалюзи – верная примета весны.

Скворечники городят в понятных целях – оградить приборы от воды, ветра и солнечного излучения (продумана естественная вентиляция), а на столбы в человеческий рост ставят, чтобы избежать влияния температуры грунта. Пусть же эта картина встанет у тебя, дорогой читатель, перед глазами, когда ты в следующий раз задумаешь измерить температуру на стрелковом рубеже.

Если достать из кармана карманную метеостанцию, она покажет температуру внутри кармана. Во многих недорогих карманных метеостанциях датчик температуры встроен внутрь. Как можно догадаться, измеряет он, по сути, температуру корпуса прибора.

Современные электронные датчики, как правило, дают точность "одна сигма" об 0.2-0.3°C, что для стрелковых применений более, чем достаточно. Но для показаний, близких к реальности необходимо, чтобы тело датчика сравнялось по температуре с окружающей средой. А для этого, друзья, нужно считать, для уверенности, минут 30. Эти полчаса термометр должен провести (а) в тени (если есть), и (б) вдалеке от грунта, например на штативе (или, хотя бы, на рюкзаке) или за верёвочку на ветке (если есть) [4].

Сколько, о сколько раз я видел товарищей, что выкладывают метеостанцию на солнцепёке рядом с винтовкой, время от времени поглядывают на показания, бьют сильно ниже рассчитанного, а потом грешат на баллистический калькулятор или карточки.

С советами я давно уже не лезу, имеющий язык да спросит, но для таких случаев у меня в рукаве припасён волшебный козырь. Козырь работает только с метеостанциями типа Кестреля, где датчик температуры находится снаружи корпуса.



Датчик температуры снаружи корпуса отмечен бодрой красной стрелкой, для контраста с соседствующим безымянным поделием Трудолюбивого Дядюшки Ли (ТДЛ), где всё находится внутри. Оба прибора были только что извлечены из Глубокого Ящика, где у меня хранится всё Стрелковое Барахло (ГЯСБ), но на Кестреле был применён Козырь.

К Кестрелю неспроста приделана Специальная Верёвочка (СВ). Козырь заключается в верчении прибора на СВ, на манер пращи, примерно в течение 30 секунд. Тогда внешний датчик измеряет действительную температуру окружающей атмосферы, каковая атмосфера его мощно обтекает, в отличие от поделия ТДЛ, что по-прежнему показывает внутреннюю температуру ГЯСБ.

Козырь, разумеется, не я придумал. Вращение прибора на… СВ – официальная рекомендация производителя [5]. Разница в показаниях на иллюстрации – ровно разница между внутренностями ГЯСБ, и атмосферой Колоссальной Террасы, где я пишу эти строки.

Для сравнения, вот показания трёх термометров (добавил ещё одно, наручное, поделие ТДЛ) полчаса спустя.



Максимальное расхождение в показаниях – 0.4°C (что, со стрелковой точки зрения – совершенная ерунда), корпус остыл, Козырь более не нужен.

Вывод: при покупке термометра для стрелковых нужд, товарищ, отдавай предпочтение моделям с внешним сенсором, поскольку их можно вертеть на СВ, и тогда уже через полминуты будешь читать полезные цифры. С иными моделями, выжди полчаса, подвесив их в теньке, или иным образом, в теньке же, отдалив от грунта.

На вопрос "а что если у меня нет получаса", я отвечу так – снаружи рюкзака, подальше от тела, в максимально затенённом месте, и, если ты не в тропиках – с должным запасом батареек. Но на солнцепёке во внешних карманах рюкзака метеостанции всё равно греются, так что проще всего разориться на инструмент с внешним датчиком.

Без карманного термометра же, дорогой читатель, в стрельбе "на далеко" жизнь твоя сильно усложнится. Иногда возможен пресловутый "рояль в кустах" – метеоцентр неподалёку (в радиусе 50 км), что транслирует показания своего термометра в реальном времени, и подключение к Международной Сети Интернет, чтобы эти показания считать и учесть. Тут, однако, существует своя тонкость, важная в горном рельефе – по стандартной модели атмосферы, с подъёмом на каждые 1000 м, температура падает на 6,5°C. Практика подтверждает – так, примерно, оно и есть – 0,65°C на каждые 100 метров высоты.

В заключение, следует напомнить, что из всех измеримых факторов стрельбы "на далеко", температура находится на втором месте по важности – сразу за дальностью цели (а в общем зачёте – на третьем, после инструментарию непостижимой скорости ветра). После хорошего лазерного дальномера (абсолютный приоритет, "на далеко" идущий даже раньше дорогой оптики, и любого другого "обвеса"), хороший термометр – за цену пачки-другой высокоцелких патронов – позволит сэкономить множество боеприпаса в будущем.

___________________________
[1] и, для зануд, относительной влажности

[2] забывчивого читателя отсылаем к соответствующим выпускам нашего альманаха:
https://geladen.livejournal.com/71424.html
https://geladen.livejournal.com/72341.html

[3] Если не стрелять на грани тропического урагана.

[4] Вариант "за верёвочку на ветке", впрочем, чреват безвозвратной утерей прибора, вследствие забывания.

[5] https://kestrelinstruments.com/faqs/question/view/id/4/ – прописано в достаточно неочевидном разделе официального сайта, но кто, скажите, нынче ещё читает, нет, я спрашиваю?