THE BALLISTICS EXPERIMENTS WITH THE REPLICA OF KHANTY'S BOW. .pdf В ходе научных работ по теме «Стрела» [1] авторами был сформулирован исследовательский подход, в соответствии с которым все детерминанты явления стрельбы: стрелок, лук, стрела и цель - должны изучаться только в комплексе (рис. 1). Для реализации этой цели были разработаны специализированные пакеты программ «Osseus» [2], осуществляющих артефактную реконструкцию параметров стрел по их ископаемым остаткам (наконечникам), и программа «Archer» [3], с помощью которой можно проводить баллистическую экспертизу. Оба продукта были внедрены на практике, о чем имеются соответствующие акты о внедрении.Археологические предпосылкиЕстественнонаучные предпосылкиОстеологический материал с застрявшими наконечниками, вещевой материалВещевой материалСитуационный план, реконструкция фортификацийОстеологический материал о предполагаемом стрелке, вещевой материалРаневая баллистика, криминалистикаАэродинамика, внешняя баллистикаВнешняя баллистикаМеханика лукаРис. 1. Схема комплексной системы артефактной реконструкции Между тем базы данных, положенные в их основу, были получены на основании анализа литературных и архивных источников, в связи с чем встала задача проверки получаемых выводов на практике. В Лаборатории по изучению традиционных систем жизнеобеспечения народов Севера былапостроена реплика лука ханты [4] (рис. 2). Морфологическая достоверность изделия обеспечивалась за счёт соблюдения технологий, известных из этнографических источников: в частности, она создавалась на основе морфологических характеристик традиционного лука, хранящегося в Музее природы и человека д. Русскинская (Ханты-Мансийский АО, Тюменская обл.). Поэтому авторы приняли решение о постановке совместных баллистических экспериментов.Внешнебаллистические экспериментыРанее в наших работах [5] было отмечено, что скорость схода стрелы с тетивы можно определить по следующей зависимости:v =где Fmax и xmax - максимальная сила натяжения и максимальный ход тетивы, а m - масса стрелы. Введенный в зависимость коэффициент A характеризует эффективность преобразования энергии упругой деформации лука и тетивы в кинетическую энергию стрелы. При этом A = 1 в случае работы лука и тетивы в пределах закона Гука и A = 2 для лука с максимально возможным КПД.На основании анализа данных по современным лукам, а также с использованием выводов на основе общеизвестных уравнений механики авторы пришли к заключению, что для древних луков наиболее вероятное A » 1. И только для современных рекордных спортивных луков это значение приближается к двум. Между тем в работе Ю.А. Ведерникова и др. [6] предполагается без достаточных оснований наиболее вероятное для древних луков значение A = 2.Поэтому задача более точной реконструкции параметров ископаемых луков определила программу внешнебаллистических экспериментов. Массовые показатели использованных для этого стрел незначительно варьировались в области 0,04 кг, а сила натяжения изготовленного лука F при изменении амплитуды х имела значения, приведенные в табл. 1. Для того чтобы уменьшить степень погрешности расчётов для данного лука, предварительно была снята зависимость силы натяжения от амплитуды. При снятии характеристики лукбыл жестко зафиксирован в слесарных тисах; сила натяжения измерялась бытовыми весами, градуированными до 20 кг. Для подстановки в таблицу был произведен перерасчет результатов, исходя из того, что 1 кгс = 9,81 Н. Как видно, зависимость силы натяжения от амплитуды близка к линейной, т.е. предположение о зависимости в рамках закона Гука имеет основание.Непосредственно натурные стрельбы производились в зимнее время при температуре 0° на беговой дорожке стадиона, очищенной от снега, на которой была уложена мерная веревка. Во всех случаях угол встречи стрелы с мишенью, установленной вертикально, составлял 90°, а дистанция стрельбы - 3 м. Прогиб лука (расстояние от натянутой тетивы до рукояти) составлял 0,31 м, амплитуда натяжения лука (ход тетивы) во всех случаях составляла 0,3 м.В эксперименте участвовало три человека: первый производил выстрелы из лука, второй со стороны визуально контролировал горизонтальность стрелы перед выстрелом, а третий отмечал дальность полета стрел и возвращал их на линию огня. Полученные значения дальности занесены в табл. 2. Как видно из приводимой таблицы, предлагаемая зависимость (A = 1) дает в 2-3 раза лучшую сходимость с результатами стрельб в процентном отношении, чем аналогичная формула Ю.А. Ведерникова и др. (в которой принято значение A = 2). В связи с этим включение указанной зависимости в качестве процедуры в программный пакет «Archer» следует признать вполне обоснованным.Эксперименты по раневой баллистикеЧтобы определить способность тех или иных наконечников проникать в материал мишени на глубину, которая свидетельствует о том, что они имеют достаточную проникающую способность, авторы произвели серию экспериментов по раневой баллистике.Стрельба производилась без закрепления лука в станке (с рук) в помещении, в условиях комнатной температуры, при нормальном атмосферном давлении и влажности. Серия выстрелов производилась различными стрелами с минимальными промежутками времени, необходимыми для замера глубиныпогружения наконечника в мишень, занесения данных в протокол и извлечения стрелы из мишени. Таким образом, параметры лука, стрел и мишени оставались неизменными на всём протяжении серии стрельб.Мишень представляла собой торец соснового бревна (рис. 3). Во всех случаях угол встречи стрелы с мишенью составлял 90°, а дистанция стрельбы - 3 м. Прогиб лука и ход тетивы полностью совпадали с таковыми в ходе внешнебаллистических экспериментов.Стандартная величина амплитуды на-тяжения тетивы контролировалась по дли-не стрелы. Общая длина стрелы от остриянаконечника до ушка составляла ~ 0,78 м.Сила натяжения лука на данной амплитуде,измеренная до начала эксперимента дина-мометром, составляла 12 кгс (-120 Н). Сле-довательно, каждая из стрел получала отметательной установки одинаковый им-пульс. Масса стрел варьировалась от 0,033до 0,047 кг и была обусловлена в каждом изслучаев массой наконечника и массой древ-ка: стрелы имели наконечники с разнымигабаритами с черешковым насадом и древ-ки различного диаметра.Рис. 3. Наконечникв мишени (увеличено)Реплики ланцетовидных наконечников были изготовлены из стали методом ковки, их поверхность зашлифована до металлического блеска. Следовательно, чистота поверхности и прочностные характеристики всех снарядов были одинаковыми. Ни один из снарядов в ходе экспериментов не получил деформаций или разрушений (рис. 4).Параметры исследованных стрел и результаты экспериментальной стрельбы были занесены в табл. 3. Перечень минимально необходимых параметров и, соответственно, состав полей таблицы были подобраны таким образом, чтобы осуществлять поиск реляционных связей между значениями. Исходя из того, что значимыми параметрами наконечников были их толщина и ширина в миделе, их сечение в плоскости поверхности цели, поперечная площадь S рассматривалось несколько упрощенно - как эллипс.Известно, что убойное действие огнестрельного снаряда (пули) принято оценивать по величине энергии на 1 см длины раневого канала (длиннее канал - больше убойное действие). То есть убойное действие зависит от способности данного снаряда проникать в тот или иной материал: от проникающей способности. В свою очередь, относительное останавливающее действие (пули) принято определять умножением массы на скорость и поперечную площадь наибольшего сечения (по формуле Ю. Хатчера [7]). Однако стрелы не всегда входят в цель на всю свою длину. Частым случаем является проникновение в цель лишь головной части наконечника. При этом наибольшая поперечная площадь (мидель) может оставаться снаружи. Таким образом, для анализа качественных параметров стрел было предложено целесообразным ввести величину, которая отражает и глубину проникновения снаряда и его поперечную площадь на данной глубине: проникающий объём. Соответственно, объём острия наконечника V, погружённый в мишень (проникающий объём) для рассматриваемых здесь наконечников предлагается вычислять как объём овального конуса по формулек-d ■ d2 ■ hV =12конs- '6где d1 - большой диаметр овала сечения (ширина наконечника); d2 - меньший диаметр овала (толщина наконечника); h - высота конуса (глубина погружённой части).Как можно прокомментировать табличные данные?1. Наконечники № 1 и 5 имеют близкие значения площади поперечного сечения (в плоскости поверхности цели) S и проникающего объёма. Однако массы стрел, которые несут эти наконечники, отличаются на 40 %. Из чего можно сделать заключение, что, поскольку величины дульной энергии обеих стрел почти равны, у образца № 1 она обеспечивается большей массой, а у № 5 - повышенной скоростью.2..Наконечник № 2, по всей видимости, имеет наилучшую форму для проникновения в материал цели: он имеет наивысшие показатели глубины проникновения и величины проникающего объёма.3..Введём показатель степени удлинения наконечников в погрузившейся части. Выразим его как отношение площади сечения (в плоскости цели) к глубине проникновения: S/h. Наилучший показатель по данному параметру имеет образец № 4. Однако это и наиболее массивный образец, который имеет второй по величине показатель проникающего объёма. Поэтому можно обоснованно полагать, что массовые показатели снарядов № 2 и 4 (~0,047 кг) соответствуют тем, что требуются для наивысшего КПД системы лук-стрела.Поскольку для столь малой дистанции, которую пролетали стрелы в условиях эксперимента (3 м), работу сил сопротивления воздуха можно считать пренебрежимо малой, полученные данные можно в первой степени приближения распространить на раневую баллистику реальной боевой или охотничьей стрелы. В нашем случае величина кинетической энергии рассматриваемого множества стрел (масса около 0,04 кг, скорость схода с тетивы около 30 м/с) составляет 176,6 Дж. Известно, что снаряд, имеющий величину энергии 135...145 Дж на 1 см поперечной площади способен произвести проникающее ранение грудной клетки с повреждением задней стенки [8]. Наибольший показатель поперечной площади имеет образец № 2: 0,8 см2. Для него величина удельной кинетической энергии (на единицу площади) составит 176,6 : 0,8 = 220 Дж/см2 , что значительно превышает необходимый минимум для летального поражения. Эти данные позволяют обоснованно полагать, что, пролетев 50 м, те же стрелы внедрятся в ту же мишень на требуемую для целей войны и охоты глубину - 0,5 см. Иными словами, в точке падения стрела, преодолев сопротивление воздуха, сохранит минимально необходимое убойное значение энергии. Данные обстоятельства дают основания для вывода о том, что принятая авторами методика баллистической экспертизы и натурной реконструкции позволяет создавать реплики предметов оружия, которое в реальности могло быть применено народом ханты в целях войны и охоты, и описанный комплекс исследовательских подходов может быть рекомендован для применения историками вооружений и археологами.

Скачать электронную версию публикации