Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2015 » Декабрь » 31 » Конструкции сверхдальнобойных орудий. ч.3
22:49
Конструкции сверхдальнобойных орудий. ч.3

    Ранее мы коснулись составов и свойств пороховых зарядов для ствольной артиллерии большой дальности, сейчас обратимся к устройству орудий. Как мы уже неоднократно отмечали ранее, дальность орудия складывается из начальной скорости снаряда, и того, насколько экономно снаряд будет расходовать запасенную кинетическую энергию в полете.
                                                         История.
    Первые попытки повышения дальности орудий сводились к принципу: “больше калибр - больше пороха – толще стенка ствола – длиннее ствол”. Отчасти, такой принцип оправдывал себя, вплоть до середины 19-го века удавалось несколько повышать дальность стрельбы. Немалую роль в этой гонке сыграло уплотнение и флегматизация дымных порохов. Вскоре предел был достигнут, тяжелые “карронады” и “колумбиады” посылали снаряды на 9-14 км. Масса орудий при этом исчислялась десятками тонн (сухопутных паровых тягачей тогда еще практически не было, основной была конная тяга и пароходы). Снаряд имел калибр 300-450 мм, а давление в канале ствола достигало 2-3 тыс. атмосфер (для 1860-х годов это очень много).
    Многие изобретатели обратили свои надежды на устройства, позволяющие ускорять движения снаряда за счет реактивной тяги, которую сулил принцип сверхзвукового сопла Лаваля. Принцип работы сверхзвукового сопла прост – газовая среда проходит сужающуюся часть сопла (при этом повышается давление), и резко ускоряется в расширяющейся части за счет снижения внутреннего трения и динамических ограничений (давление при этом резко падает). Было предложено несколько орудий данного типа, один из вариантов имел в стволе ряд последовательных кольцевых выточек, повторяющих профиль сопла. Другой вариант предусматривал помещение порохового заряда в камеру с прочными стенками, а со стволом соединить камеру через сопло, что бы реактивная струя пороховых газов воздействовала непосредственно в дно снаряда. Все эти предложения не оправдали себя, главным образом по двум причинам: высокая зольность дымного пороха, и повышение потерь на трение в жидкой среде при увеличении длины сопла. То есть, реактивный принцип воздействия пороховых газов на снаряд оправдал себя лишь в короткоствольных арт. системах, где переходное сопло между каморой и стволом, позволяет увеличить эффективность порохового заряда в столь коротком стволе. Впервые этот принцип использован задолго до открытий Лаваля, например, в осадной мортире системы барона Кегорна (образца 1820-х годов). Повышения дальности это не принесло.
    Разработка и внедрение в производство пироксилиновых порохов дало мощный толчок в развитии баллистики. Простая полевая артиллерия получила прирост дальности в 2-3 раза, как за счет снижения зольности порохов (у дымных 45-57%, у пироксилиновых всего 0,001-0,5%), так и за счет повышения их прочности и энергетических характеристик. Прочность пороховых элементов пироксилинового пороха находится на уровне прочности целлулоида из которого изготавливают шарики для настольного тенниса.
                                                            Гиганты.
    Венцом творения в эпоху пироксилиновых порохов можно считать упоминавшееся выше орудие “Колоссаль” (Германия, 1917-1918 годы). Мы уже упоминали, что орудие имело неимоверно тяжелый ствол с толщиной стенки в казенной части почти в полметра, давление в стволе достигало 5 тыс. атм. Воздействие высокого давления и температуры приводили к быстрому износу ствола, ресурс ствола всего несколько десятков выстрелов.

       Немного обратившись к истории, мы видим, что опыт ПМВ не прошел даром. В 1941 году инженеры третьего рейха откопали на складах несколько своевременно припрятанных стволов от орудий “Колоссаль”, в том числе, изношенных. Немцы вообще бережливый  народ, а тут еще и начиналась война на истощение. Было принято решение провести модернизацию орудий. Изношенные стволы расточили с 203 мм до 340 мм, придали системе пороховые заряды нового баллиститного пороха (изначально “Колоссаль” питался стареньким морским баллиститом, разработанным для корабельных орудий ПМВ), а так же, новый гладкий оперенный снаряд с легким поддоном. Использование принципа подкалиберного снаряда с отделяющимся поддоном, а так же, нового порохового заряда и гладкого ствола, позволило разгонять снаряды массой почти в центнер (без массы отделяющегося поддона, массой 30 кг) до 2 км в секунду. Давление в стволе при этом было всего лишь около 2,5 тыс. атм. Выигрыш очевиден, живучесть ствола выросла в несколько раз при сохранении дальности и почти полном сохранении массы снаряда.
    Здесь мы упомянули явление износа ствола под воздействием высоких температуры и давления. Подсчитано, что для среднего нарезного орудия калибром 76 – 155 мм, живучесть ствола в среднем составляет несколько тысяч выстрелов, а время прохождения снарядом канала ствола всего 0,001 – 0,005 сек. То есть, ствол испытывает нагрузки выстрела в течение 2-3 секунд за все время своей эксплуатации. Средняя температура в стволе танкового орудия калибром 105 мм (например, Д-10Т, L-7A1 или М-60) составляет порядка 700-800*С, максимальная температура при этом достигает 3-4 тыс. градусов Цельсия. Немудрено, что при температуре пороховых газов, превышающей температуру плавления стали, ствол живет всего 1-3 секунды. Дальнейшее повышение температуры и давления приводит к еще большему снижению ресурса.
    Как меру борьбы с малой живучестью стволов иногда используют “лейеры”, то есть вставки в ствол. Внутренний канал лейера повторяет профиль нарезной части ствола, а внешняя поверхность соответствует каналу стола. Ствол при этом состоит из двух трубок, вставленных одна в другую. Когда внутренняя трубка (лейер) изнашивается, ее просто вынимают и заменяют на новый лейер. Это весьма выгодно в экономическом плане, но, имеет ряд недостатков.
    Стоит отметить, что ресурс ствола можно несколько повысить за счет использования более дорогих и высококачественных легированных сталей, но, это больно ударит, как по кошельку, так и по промышленности (вспомните, как мучилась промышленность СССР в 1941-1943 года от недостатка вольфрама, или как третий рейх в 1940-1944 годах покупал в США легирующие металлы втридорога).
                                          Гладкие и конические стволы.
    Одним из методов облегчения ствола и повышения его долговечности, да и снижения потерь на трение, является использования гладких стволов. Во-первых, нет лишних потерь на трение, во-вторых, снижается поверхность контакта пороховых газов с поверхностью ствола, что снижает эрозию металла ствола (и как следствие, его “эксплуатационную шероховатость”). Кроме того, нет тангенциальной составляющей движения снаряда по каналу ствола (вращение), что так же, уменьшает потери энергии. Взамен всех этих преимуществ приходит всего один недостаток, зато какой! Требуется принимать специальные меры по стабилизации снаряда в полете. Обычно снаряды гладкоствольных орудий (2А26, 2А46, L-11, GIAT-120 и пр.) имеют аэродинамический стабилизатор, например, складной перьевой. Таким образом, хотя мы выигрываем лишние 2-4% энергии снаряда в стволе, но, теряем в плане аэродинамики. Хотя, для орудий большого калибра и массы, при высокой степени точности изготовления снарядов и орудийных стволов, выигрыш может оказаться намного более существенным, чем потери. Типичный пример удачной гладкоствольной пушки – танковое орудие 2А46 (танк Т-80), калибром 125 мм. Подкалиберный снаряд имеет отделяющийся в поле поддон, а сердечник стабилизируется за счет перьевого стабилизатора. Хотя, аэродинамическое сопротивление стабилизатора достаточно велико, он вполне исправно исполняет свою функцию и обеспечивает эффективную дальность стрельбы по танкам противника до 2-3 км.
    Упомянув о гладкоствольных системах, мы не можем обойти вниманием системы с коническим стволом. В первую очередь, это орудие системы Герлиха (Германия, 1920-е годы). Первым релизом этого принципа стала знаменитая противотанковая пушечка немецких парашютистов PzB-41, чей снаряд достигает скорости в 1403 м/сек. Калибр орудия 28/20 мм, то есть, снаряд начинает движение по стволу при диаметре 28 мм, по мере приближения к дульному срезу, его диаметр снижается до 20 мм за счет обжимания ведущих поясков. Выгода работы таких орудий слагается из двух особенностей: оптимизация вида баллистической кривой давление-время, и реализация максимальной площади воздействия пороховых газов на снаряд в начале движения снаряда, при оптимальной аэродинамике в полете (принцип подкалиберного снаряда). Недостатков у таких орудий много: сложность изготовления ствола, высокие нагрузки на ствол и снаряд (что ускоряет износ и увеличивает потери на трение), уменьшение полезного объема снаряда (объем под БВВ, зажигательный состав, или, например, ОВ) и пр. Кроме того, высокое давление ограничивает возможности достижения высоких начальных скоростей, из-за увеличения внутреннего трения в сжиженной газовой среде.
                                              "Камень преткновения".
    Накануне ВМВ, немецкие инженеры вспомнили один из интересных проектов времен ПМВ. Наравне с “Колоссаль”, разрабатывалось многокаморное орудие. Так как, для достижения большой начальной скорости требуется длинный ствол, и по всей длине ствола нужно поддерживать оптимальное давление, тогда можно установить по длине ствола несколько камор, соединив их с каналом ствола. В процессе выстрела, после воспламенения первого порохового заряда, остальные пороховые заряды воспламеняются поочередно, по мере продвижения снаряда по каналу ствола.
 
    В годы ПМВ этот проект не был реализован, так как, тогдашний уровень техники не позволял воспламенять пороховые заряды с точностью до десятитысячных долей секунды. Испытания в годы ВМВ дали неутешительные результаты, орудие V-3 имело массу в разы больше аналогичных корабельных орудий классического устройства, но, давало всего на 5-15% большую начальную скорость снаряду. Проблема заключалась опять во внутреннем трении в пороховых газах. На практике, для пороховых газов современных порохов (почитай, практически всех химических порохов), достижимы лишь скорости порядка 3-4 тыс. метров в секунду, далее уже никакие многокаморные орудия, конические стволы, легкие поддоны, литые пороховые шашки со звездообразным каналом и пр., не дадут прироста скорости. Просто, торможение пороховых газов за счет внутреннего трения, не позволит им быстрее перемещаться по каналу ствола.
    Хотя, сегодня предпринимаются попытки разработать специальные жидкие пороха (например, пара водород+кислород, дает несколько более низкое внутренне трение в пороховых газах, чем классические баллиститы), или собрать воедино принцип электромагнитной пушки и классического орудия, орудие на легком газе и пр., но, все это простое “заколачивание денег”. Ибо, если нужна массивная, дорогая, сложная система для достижения большой дальности, тогда используют ракеты (преимущественно многоступенчатые), а ствольная артиллерия сегодня не должна выходить за рамки “эконом-класса”.
     Все наработки и открытия былых эпох сегодня с успехом применяют для модернизации классических орудий различного назначения. В следующий раз мы разберем другие методы повышения дальности ствольных артиллерийских систем.

Категория: Баллистика | Просмотров: 472 | Добавил: Chemadm | Рейтинг: 5.0/3
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]