Ballistik
Die Ballistik (altgriechisch βάλλειν bἀllein, deutsch ‚werfen‘) als „Lehre von den geworfenen Körpern“ ist ein Teilbereich der Physik und beschreibt die Vorgänge, die einen Körper betreffen, der sich in einem Schwerefeld und durch ein Medium wie Luft bewegt. In der Raumfahrt wird unter Ballistik oft auch die völlig kräftefreie Bewegung nach den Gesetzen der Himmelsmechanik verstanden, also von allen störenden Kräften abstrahiert.[1]
* ohne Reibung (schwarz oben) Wurfparabel freien Falls
* mit Newton-Reibung (grün mitten) sowie
* mit Stokes-Reibung (blau unten)
Als angewandte Wissenschaft beschäftigt sich Ballistik mit Form und Verhalten ballistischer Körper während der Phasen von Beschleunigung, Abwurf, Flug und Aufschlag, insbesondere jener aus Waffen verschossener Projektile.
Geschichte und Fachgebiete
Als „Vater“ der Ballistik gilt der Italiener Nicolo Tartaglia (~1499–1557). Sein Schriftwerk Nova Scientia war eine der am häufigsten zitierten Schriften in den Werken nachfolgender Gelehrter zur Bestimmung der Flugbahn von Geschossen. Er war jedoch nicht der erste, der sich hiermit befasste. Weitere bekannte zeitgenössische Gelehrte waren Daniel Sandtbech und Sebastian Münster. Allerdings gelang es keinem der frühen Gelehrten eine Formel zur Bestimmung einer Wurfparabel zu formulieren. Gemäß der zu jener Zeit immer noch gängigen Impetustheorie von Aristoteles ging man nicht von einer parabelförmigen Flugkurve aus, sondern von einer näherungsweise sägezahnförmigen Bahn, weshalb sich die frühen Ballistiktheoretiker auf Formeln zur Berechnung von trigonometrischen Figuren beschränkten.[2] Erst durch Forschungen zu astronomischen oder geographischen Berechnungen und vor allem die Forschungen zur Gravitationskraft durch Galileo Galilei, Isaac Newton und Leonhard Euler wurden hier wichtige Entwicklungsschritte möglich.[3]
In ihrem militärischen Zweig war die theoretische Ballistik lange Zeit hauptsächlich Inhalt des Lehrstoffes an Artillerieakademien. Tatsächlich war jedoch das praktische Erfahrungswissen der Artilleristen im Feld besser geeignet. Vor allem in der Frühphase der Ballistik profitierten viel eher die Gelehrten, wie Nicolo Tartaglia, von dem Erfahrungswissen der Artilleristen als umgekehrt.
Die Artillerieballistik bildet die Grundlage der Artillerie- und Raketenwaffen. Des Weiteren ist sie zentraler Bestandteil der Raumfahrtphysik.
Insbesondere werden in der Ballistik die Vorgänge beschrieben, die aus einer Waffe verschossene Projektile betreffen. Hierbei werden folgende Unterbereiche angesprochen:[4][5]
- Innenballistik: Vorgänge im Lauf und Patronenlager einer Waffe beim Abschuss eines Projektils[6]
- Abgangsballistik: Vorgänge an der Laufmündung einer Waffe beim Schuss
- Außenballistik: Vorgänge während des Fluges am Projektil, welches verschossen wurde
- Zielballistik: Wirkung des Projektils im Ziel (insbesondere Wundballistik)
- Raketenballistik: Vorgänge während des Fluges einer Rakete
Untersuchungsgebiete
Zentrales Untersuchungsgebiet ist die ballistische Kurve, deren Idealisierung die Wurfparabel ist.
Daneben untersucht sie zusammen mit der Sprengstoffchemie und Pyrotechnik die Interaktionen zwischen Geschoss, Ausstoßladung (bzw. im militärischen Sprachgebrauch Treibladung) und Schussvorrichtung (Rohr). Da Geschosse außer pyrotechnisch auch mit Druckluft oder anders geschossen werden, sind allgemeine Ergebnisse der Hydrodynamik ausschlaggebend, sowie der Fluiddynamik in der Untersuchung der Vorgänge während des Abschusses und während des Fluges.
Wichtige thermodynamische Aspekte sind:
- Geschossenergie
- Mündungsenergie
- Auftreffenergie
- Gasdruck und spezifische Energie der Treibladung
Wichtige pyrotechnische Aspekte sind:
- Ladedichte
- spezifisches Schwadenvolumen
- Detonationsgeschwindigkeit
- sowie die Rohrgeometrie und insbesondere der Zug, der den Drall erzeugt, um die Flugbahn zu stabilisieren.
Von einer ballistischen Rakete spricht man, wenn diese im Unterschied zum aerodynamischen Flug eine ballistische Kurve fliegt, was bei gegebener Menge an Treibstoff theoretisch und praktisch die höchste effektive Reichweite ergibt. Hierbei wird die Rakete nur in der Antriebsphase direkt nach dem Start beschleunigt und fliegt dann anschließend antriebslos (wenn auch nicht ungesteuert) wie ein Geschoss weiter.
Literatur
- Carl Cranz: Compendium der theoretischen äußeren Ballistik. Teubner, Leipzig 1896.
- Carl Cranz: Äussere Ballistik oder Theorie der Bewegung des Geschosses von der Mündung der Waffe ab bis zum Eindringen in das Ziel. 5. Auflage. Julius Springer Verlag, Berlin 1925, (Carl Cranz: Lehrbuch der Ballistik 1).
- Carl Cranz: Ballistik, Enzyklopädie der mathematischen Wissenschaften 1903.
- Carl Cranz: Über die constanten Geschoßabweichungen Jahresbericht DMV 1899.
- Martin Prehn: Versuch über die Elemente der innern Ballistik der gezogenen Geschütze preußischen Systems. Mittler, Berlin 1866.
- Peter Haupt: Mathematische Theorie der Flugbahnen gezogener Geschosse. Vossische Buch-Handlung, Berlin 1876.
- Günther Hauck, Der Flug ungelenkter Geschosse und Raketen. Eine Einführung in die äussere Ballistik. Militärverlag der DDR, Berlin 1990, ISBN 3-327-00081-6.
- Beat Kneubuehl (Hrsg.), Robin Coupland, Markus Rothschild, Michael Thali: Wundballistik. Grundlagen und Anwendungen. 3., vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage. Springer Medizin Verlag, Heidelberg 2008, ISBN 978-3-540-79008-2.
- Beat Kneubuehl: Geschosse. Band 1: Ballistik, Treffsicherheit, Wirkungsweise. 2. Auflage. Motorbuch Verlag, Stuttgart 1998, ISBN 3-7276-7119-X.
- Beat Kneubuehl: Geschosse. Band 2: Ballistik, Wirksamkeit, Messtechnik. Motorbuch Verlag u. a., Stuttgart u. a. 2004, ISBN 3-613-30501-1.
- Donald E. Carlucci, et al.: Ballistics - theory and design of guns and ammunition. CRC-Press, Boca Raton 2013, ISBN 978-1-4665-6437-4.
- Beat P. Kneubuehl: Ballistik, Theorie und Praxis. Springer Verlag, Berlin/Heidelberg 2018, ISBN 978-3-662-58299-2
Weblinks
Einzelnachweise
- Albert Ducrocq: Der Mensch im Weltall. Die zweite Entwicklungsstufe der Raumflugkörper, Rowohlt-Taschenbuch 175/176, Hamburg 1963
- Gerhard Arend: Die Mechanik des Niccolò Tartaglia im Kontext der zeitgenössischen Erkenntnis- und Wissenschaftstheorie. München 1998, ISBN 3-89241-025-9.
- István Szabó: Geschichte der mechanischen Prinzipien und ihrer wichtigsten Anwendungen. Basel, Boston, Stuttgart 1979, ISBN 3-7643-1063-4, S. 199–224.
- Richard Emil Kutterer Ballistik
- Ballistik (Teil 1), Eintrag Lueger: Lexikon der gesamten Technik (eingesehen am 3. Oktober 2009)
- Ballistik (Teil 2), Eintrag Lueger: Lexikon der gesamten Technik (eingesehen am 3. Oktober 2009)