Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2016 » Июль » 2 » Скорострельные орудия.ч.2.
07:18
Скорострельные орудия.ч.2.

     В прошлый раз мы остановились на авиационных орудиях с высоким темпом стрельбы. Отдельно отметим глубину проблемы.
     Если скорость полета истребителя равна 1 М (одна скорость звука), тогда он за 1 секунду делает 320 метров полета. Представим, что самолет идет на перерез бомбардировщику, скорость которого в два раза ниже. Дальность полета 23 мм снаряда авиационной пушки близка к 8-9 км, но, на дальности более 3 км траектория уже далека от прямой линии, что осложняет прицеливание. Таким образом, получаем, что огонь можно вести с дистанции не более 3 км. В ближнем бою бомбардировщики имеют преимущество за счет оборонительного вооружения, плотного строя и сложностей с прицеливанием в связи с высокими угловыми скоростями полета (в отличие от бомбардировщика, истребители имеют встроенные неподвижные орудия и пулеметы). Таким образом, истребителю не желательно приближаться к бомбардировщику ближе 1,5 км.
     За время сближения истребитель должен прицелиться и произвести залп, то есть, за 4-4,5 секунд. Примем на прицеливание 1,5 секунд, тогда за оставшиеся 3 секунды (пока истребитель пролетает примерно километр), он должен попасть в бомбардировщик.
     Линейная скорость бомбардировщика близка к 160 метрам в секунду, что дает угловую скорость относительно истребителя, порядка 100 метров в секунду. То есть, при учете всех поправок, получаем, что бомбардировщик смещается в сетке прицела за секунду на 100 метров, или примерно в четыре раза больше его длинны. За секунду орудия истребителя должны выпустить не менее сотни снарядов для приближения вероятности единичного попадания к 90%. Данные параметры ситуации приведены для истребителей первого и второго поколения (1950-е – начало 1970-х годов), такие машины как МиГ-15, МиГ-17, МиГ-19, GNet, Сейбр и пр. Современные самолеты летают быстрее и отличаются высокой маневренностью. Хотя, по канонам современной тактики воздушного боя, считается неэффективным использование ствольной артиллерии при ведении боя на сверхзвуковых скоростях полета.
     На фоне такой ситуации, ствольная артиллерия решала проблемы повышения темпа огня разными методами.
     Первый и простейший метод заключается в уменьшении длинны хода подвижных деталей автоматики и уменьшении массы затвора, этот путь реализован в таком легендарном пулемете как “УльтраШКАС”.УльтраШКАС был разработан в СССР еще во второй половине 1930-х годов для вооружения истребителей. Темп стрельбы данного пулемета составляет порядка 1800 выстрелов в минуту. Охлаждение ствола воздушное, ствол оснащен радиатором охлаждения, и выполнен из высококачественной низколегированной стали.
     Почти тем же путем пошли чешские конструкторы, создавая свой легендарный ZB-53 (лицензионная версия британского производства - станковый пулемет “Беза”). В казенной части ствольной коробки установили тарельчатую пружину, которую можно выключить или включить специальным эксцентриком. При включении пружины, она дополнительно ускоряет затвор при его движении в переднее положение. Это ускоряет темп стрельбы примерно в полтора раза (с 900 выстрелов в минуту до 1400 выстрелов в минуту). Но, все подобные пути тупиковые по причине перегрева ствола, ибо темп стрельбы более 1800-1900 выстрелов на ствол дает его перегрев менее чем за 1-2 секунды стрельбы. Проще говоря, пулемет не сможет стрелять как следует, или выйдет из строя через десяток выпущенных очередей.
     В чем же проблема? Как мы уже отмечали ранее в статьях про дальнобойную артиллерию и при рассмотрении вопросов оптимизации условий сгорания порохового заряда, температура пороховых газов у высокоимпульсных систем достигает порядка 2,5-3,5 тысяч градусов Цельсия. При такой температуре плавиться любая сталь.
     Время выстрела ствольной артиллерии составляет порядка нескольких тысячных долей секунду, живучесть ствола артиллерийского орудия достигает 1-5 тысяч выстрелов. При перемножении получаем всего 1-3 секунды непрерывной стрельбы. Проще говоря, время воздействия пороховых газов на поверхность канала ствола составляет крайне небольшой промежуток времени. За это время успевает разрушиться или оплавиться ничтожный по толщине слой металла. Износ от трения и эрозии намного превышает это оплавление.
     Гипотетически представим, что пороховые газы с температурой 2000*С соприкасаются с поверхностью канала ствола в течение времени T, тогда температура поверхностного слоя металла (скажем, 0,01 мм) будет зависеть от двух взаимно противоположных факторов. С одной стороны это приток тепла от пороховых газов, с другой стороны, это отток тепла в глубину металла ствола за счет теплопроводности металла. Ясно, что приток тепла зависит от теплоемкости пороховых газов (зависящую, преимущественно, от плотности упаковки молекул пороховых газов и их энергии, то есть, от температуры и давления пороховых газов), и от конвективных потоков (перемешивания) пороховых газов у поверхности канала ствола. Отток тепла в металл ствола зависит от теплопроводности стали ствола, температуры металла ствола, а так же, от структуры стали.
     Разумеется, используется вполне ограниченный перечень металлов для изготовления стволов. Можно отметить попытку ускорения отвода тепла за счет внешних радиаторов из бронзы на станковых пулеметах системы Хочкиса (Франция), но, это экзотика. Структура сталей почти всегда одинаковая, так как, для производства стволов используют высококачественные стали одних и тех же марок. Другой вопрос, температура.
     После первого выстрела, в течение которого пороховые газы контактировали с поверхностью канала ствола всего тысячную долю секунды, тепло от внутренней поверхности ствола ушло в массу металла ствола, разогрев его всего на несколько градусов Цельсия. При повторном выстреле отток тепла в металл ствола происходит уже медленнее, как раз за счет его более высокой температуры. На десятом выстреле отток тепла за время выстрела, уменьшается весьма существенно, из-за остаточной температуры стали ствола, скажем 50-60*С, что заметно больше исходных 20*С. Вскоре мы упираемся в предел, когда из-за большой продолжительности стрельбы нагрев металла ствола столь велик, что внутренний слой перегреется всего за 2-3 секунды залповой стрельбы, что приведет к его прогреву, на очередном выстреле, на глубину 0,01 мм до 1200-1500*С. При данной температуре сталь активно вступает в химические реакции с пороховыми газами, теряет прочность, оплавляется и даже подвергается эрозии (отрыву небольших фрагментов при обтекании потоком сжатых высокотемпературных пороховых газов). Все это приводит к очень быстрому износу ствола. Снизить перегрев и износ ствола можно путем уменьшения температуры и давления пороховых газов, но, это неминуемо приводит к снижению начальной скорости снаряда, что ограничивает эффективность орудия, и нивелирует преимущества повышения темпа стрельбы. Как вариант, можно использовать пороха с низкой температурой сгорания, например, на основе нитрогуанидина, но, это дает очень ограниченный эффект и может лишь дополнить общую картину более коренного решения проблемы.
     Можно попытаться компенсировать перегрев внутренней поверхности канала ствола за счет интенсивного отвода тепла в массу металла ствола при увеличении толщины стенки ствола. Это реализуется на ручных пулеметах с магазинным питанием. По сути, современный ручной пулемет с магазинным питанием это обычный автомат с толстостенным длинным стволом, хорошим прицелом и массивным прикладом. Такое решение увеличивает практическую скорострельность (за счет большей массы прогреваемого при стрельбе металла, и, за счет большей площади поверхности теплоотдачи на границе металл-воздух), но, темп огня это повышает незначительно. Кроме того, очень скоро мы упремся в предел массы, когда толщина стенки ствола превысит его калибр в разы.
     Другой прием заключается в нанесении на внешней поверхности ствола рифления (как радиатор охлаждения) для увеличения площади поверхности теплоотвода в воздух. Это решение часто встречалось на авиационных пулеметах первой половины прошлого века, а так же на многих видах стрелкового оружия той эпохи, примерами служат зенитные 40-мм орудия “Бофорс”, ПП Томпсона, пулеметы Холека, и мн. др. Данное решение заметно повышает практическую скорострельность, но, мало влияет на темп стрельбы. Аналогичный эффект дает жидкостное охлаждение ствола (как на пулеметах Х. Максима или Шкода (1900 года)).
      Таким образом, мы приходим к выводу об ограниченной эффективности одноствольных систем. Ни новые марки сталей, ни интенсивный обдув ствола, ни жидкостное охлаждение, ни радиаторы из цветных металлов, не позволяют получить темп огня более 1,5-1,8 тыс. выстрелов на ствол. В противном случае износ ствола крайне высок. Как обойти эту проблему, мы обсудим в следующий раз.

Категория: Баллистика | Просмотров: 407 | Добавил: Chemadm | Теги: скорострельные автоматы, автоматические пушки, темп огня, скорострельность | Рейтинг: 5.0/3
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]