| << | >> |
«
Что заставляет тяжелый артиллерийский снаряд вылетать с огромной скоростью из ствола и падать далеко от орудия, за десятки километров от него?
Какая сила выбрасывает снаряд из орудия?
В давно прошедшие времена для метания каменных снарядов из катапульты использовали упругость туго скрученных канатов из воловьих кишок или жил.
Для метания стрел из луков использовали упругость дерева или металла.
Принцип действия катапульты и лука вполне ясен.
А в чем заключается принцип устройства и действия огнестрельного артиллерийского орудия?
Современное огнестрельное артиллерийское орудие представляет собой сложную боевую машину, которая состоит из многих различных частей и механизмов. В зависимости от назначения артиллерийские орудия весьма разнообразны по своему внешнему виду. Однако основные части и механизмы всех орудий по принципу устройства и действия мало отличаются одни от других.
Познакомимся с общим устройством орудия (рис. 31).
Орудие состоит из ствола с затвором и лафета. Это главные части любого орудия.
Ствол служит для направления движения снаряда. Кроме того, в нарезном стволе снаряду сообщается вращательное движение.
Затвор закрывает канал ствола. Он легко и просто открывается для заряжания орудия и выбрасывает гильзу. При заряжании затвор также легко закрывается и прочно соединяется со стволом. После закрывания затвора производится выстрел при помощи ударного механизма.
Лафет назначается для крепления ствола, для придания ему необходимого при выстреле положения, а в полевых орудиях лафет, кроме того, служит повозкой орудия в походном движении. {68}
Лафет состоит из многих частей и механизмов. Основанием лафета является нижний станок со станинами и ходовой частью (рис. 32).
 |
Рис. 31. Артиллерийское орудие (76-миллиметровая пушка образца 1942 года) |
Станины при стрельбе из орудия разводятся и закрепляются в разведенном положении, а для походного движения сдвигаются. Разведением станин при стрельбе орудию обеспечивается хорошая поперечная устойчивость и большой горизонтальный обстрел. На концах станин имеются сошники. Ими орудие закрепляется на грунте от продольного перемещения при выстреле.
 |
Рис. 32. Основные части 76-миллиметровой пушки образца 1942 года |
Ходовая часть состоит из колес и механизма подрессоривания, которое упруго соединяет колеса с нижним станком на походе (при сведенных станинах). Во время стрельбы подрессоривание должно быть выключено; это осуществляется автоматически при разведении станин.
На нижнем станке лафета помещается вращающаяся часть орудия, которая состоит из верхнего станка, механизмов наводки (поворотного и подъемного), уравновешивающего механизма, прицельных приспособлений, люльки и противооткатных устройств. {69}
Верхний станок (см. рис. 32) — это основание вращающейся части орудия. На нем при помощи цапф крепится люлька со стволом и противооткатными устройствами, или качающаяся часть орудия.
Вращение верхнего станка на нижнем осуществляется поворотным механизмом, чем обеспечивается большой горизонтальный обстрел орудия. Вращение люльки со стволом на верхнем станке выполняется при помощи подъемного механизма, которым придается стволу необходимый угол возвышения. Так производится наводка орудия в горизонтальном и вертикальном направлениях.
Уравновешивающий механизм назначается для уравновешивания качающейся части и для облегчения работы на подъемном механизме вручную.
При помощи прицельных приспособлений производят наводку орудия в цель. На прицельных приспособлениях устанавливаются нужные горизонтальные и вертикальный углы, которые затем придаются стволу при помощи механизмов наводки.
Противооткатные устройства уменьшают действие выстрела на орудие и обеспечивают неподвижность и устойчивость орудия во время стрельбы. Они состоят из тормоза отката и накатника. Тормоз отката поглощает энергию отдачи при выстреле, а накатник возвращает откатившийся ствол в первоначальное положение и удерживает его в этом положении при всех углах возвышения. Для уменьшения действия отдачи на орудие служит также дульный тормоз.
Щитовое прикрытие предохраняет орудийный расчет, то-есть артиллеристов, которые выполняют боевую работу у орудия, от пуль и осколков вражеских снарядов.
Таково общее, очень краткое описание современного орудия. Более подробно устройство и действие отдельных частей и механизмов орудия будет рассмотрено в последующих главах.
В современном артиллерийском орудии для выбрасывания снарядов из ствола служат пороховые газы, энергия которых обладает особым свойством.
При работе катапульты обслуживающие ее люди туго закручивали канаты из воловьих кишок, чтобы они потом с большой силой бросали камень. На это надо было затрачивать очень много времени и энергии. При стрельбе из лука нужно было с силой натягивать тетиву.
Современное артиллерийское орудие требует от нас сравнительно небольшой затраты усилий перед выстрелом. Работа, совершаемая в орудии при выстреле, производится за счет энергии, скрытой в порохе.
Перед выстрелом в ствол орудия вкладывают снаряд и заряд пороха. При выстреле пороховой заряд сгорает и обращается в газы, которые в момент своего образования обладают очень большой упругостью. Эти газы с огромной силой начинают давить во все стороны (рис. 33), а следовательно, и на дно снаряда. {70}
Пороховые газы могут выйти из замкнутого пространства только в сторону снаряда, так как под действием газов снаряд начинает быстро продвигаться по каналу ствола и вылетает из него с очень большой скоростью.
 |
Рис. 33. Пороховые газы давят во все стороны, они выталкивают снаряд из ствола |
В этом заключается особенность энергии пороховых газов — она скрыта в порохе до тех пор, пока мы его не зажжем и пока он не обратится в газы; тогда энергия пороха освобождается и производит нужную нам работу.
Скрытой энергией обладает не только порох; и дрова, и каменный уголь, и керосин, и бензин также обладают энергией, которая освобождается при их сгорании и может быть использована для производства работы.
Так почему бы не использовать для выстрела не порох, а другое горючее, например, бензин? При горении бензин тоже обращается в газы. Почему не поместить над орудием бак с бензином и не подводить его но трубке в ствол? Тогда при заряжании нужно будет вкладывать только снаряд, а «заряд» сам потечет в ствол — стоит только открыть кран!
Это было бы очень удобно. Да и качество бензина как топлива, пожалуй, выше качества пороха: если сжечь 1 килограмм бензина, выделяется 10 000 больших калорий тепла, а 1 килограмм бездымного пороха дает при сгорании примерно 800 калорий, то-есть раз в 12 меньше, чем бензин. Это значит, что килограмм бензина дает столько тепла, сколько его нужно для того, чтобы нагреть на один градус 10 000 литров воды, а килограмм пороха может нагреть на один градус всего лишь 800 литров воды.
Почему же не «стреляют» бензином?
Чтобы ответить на этот вопрос, надо выяснить, как горит бензин и как горит порох. {71}
На открытом воздухе и бензин и бездымный порох горят не очень медленно, но и не очень быстро. Они горят, но не взрываются. Тут особой разницы между бензином и порохом нет.
Но совсем по-разному ведут себя бензин и порох, если их поместить в замкнутом, закрытом со всех сторон пространстве, лишенном притока воздуха, например за снарядом в стволе орудия, плотно закрытом затвором. Бензин в этом случае гореть не будет: для его горения нужен приток воздуха, приток кислорода.
Порох же в закрытом пространстве сгорит очень быстро: он взорвется и обратится в газы.
Горение пороха в закрытом пространстве — явление очень сложное, своеобразное, совсем не похожее на обычное горение. Такое явление называют взрывчатым разложением, взрывчатым превращением или просто взрывом, лишь условно сохраняя за ним более привычное название «горение».
Почему же порох горит и даже взрывается без доступа воздуха?
Потому что в самом порохе содержится кислород, за счет которого и происходит горение.
В замкнутом пространстве порох сгорает чрезвычайно быстро, газов выделяется очень много, и температура их весьма высока. В этом сущность взрыва; в этом отличие взрыва от обыкновенного горения.
Итак, чтобы получить взрыв бездымного пороха, нужно его зажечь непременно в замкнутом пространстве. Пламя тогда очень быстро, почти мгновенно, распространится по всей поверхности пороха, — произойдет его воспламенение. Порох быстро сгорит и превратится в газы.
Так протекает взрыв. Он возможен только при наличии кислорода в самом взрывчатом веществе.
В этом именно и заключается особенность пороха и почти всех других взрывчатых веществ: в них самих имеется кислород, и при горении они не нуждаются в притоке кислорода извне.
Возьмем, например, порох, который применяется в военном деле с давних времен: дымный, черный порох. В нем смешаны уголь, селитра и сера. Горючим здесь является уголь. В селитре содержится кислород. А сера введена для того, чтобы порох легче зажегся; кроме того, сера служит скрепляющим веществом, она соединяет уголь с селитрой. При взрыве этот порох далеко не весь обращается в газы. Значительная часть сгоревшего пороха в виде мельчайших твердых частиц осаждается на стенках канала ствола (нагар) и в виде дыма выбрасывается в воздух. Поэтому такой порох и называется дымным.
В современных орудиях применяют обычно бездымные, пироксилиновые или нитроглицериновые пороха.
В бездымном порохе, как и в дымном, содержится кислород. При взрыве этот кислород выделяется, и за его счет происходит сгорание пороха. Бездымный порох при сгорании весь превращается в газы и не дает дыма. {72}
Итак, порох заменить бензином нельзя: в порохе есть все, что нужно для его горения, а в бензине нет кислорода. Поэтому, когда нужно добиться быстрого сгорания бензина в закрытом пространстве, например в цилиндре автомобильного мотора, приходится устраивать специальные сложные приспособления, чтобы предварительно смешать бензин с воздухом — приготовить горючую смесь.
Произведем несложный расчет.
Мы уже сказали, что 1 килограмм бензина при сгорании дает 10 000 больших калорий тепла. Но, оказывается, для сгорания каждого килограмма бензина нужно к нему присоединить 15,5 килограмма воздуха. Значит, 10 000 калорий приходится не на 1 килограмм бензина, а на 16,5 килограмма горючей смеси. Один же ее килограмм выделяет при горении всего около 610 калорий. Это меньше, чем дает 1 килограмм пороха.
Как видим, смесь бензина с воздухом уступает пороху и в калорийности.
Однако главное все же не в этом. Главное в том, что при взрыве пороха образуется очень много газов. Объем газов, образующихся при сгорании одного литра смеси бензина с воздухом, а также одного литра дымного и одного литра бездымного пироксилинового пороха, показан на рис. 34.
 |
Рис. 34. При горении пороха образуется гораздо больше газов, при горении бензина |
| {73} |
Такой объем газы заняли бы при охлаждении их до нуля градусов и при давлении в одну атмосферу, то-есть при нормальном давлении. А объем пороховых газов при температуре взрыва (опять-таки при давлении в одну атмосферу) будет еще во много раз больше.
Из рис. 34 видно, что пироксилиновый порох выделяет газов в 4 с лишним раза больше, чем дымный порох при равных количествах по весу. Поэтому пироксилиновый порох сильнее дымного.
Но и этим еще не исчерпываются преимущества пороха перед обычным горючим, каким, например, является бензин. Громадное значение имеет скорость превращения пороха в газы.
Взрывчатое превращение порохового заряда при выстреле длится всего несколько тысячных долей секунды. Бензиновая смесь в цилиндре мотора горит раз в 10 медленнее.
Пороховой заряд 76-миллиметровой пушки целиком превращается в газы меньше чем за 6 тысячных (0,006) секунды.
Такой малый промежуток времени даже трудно себе представить. Ведь «миг» — мигание века человеческого глаза — длится около трети секунды. Пороховой заряд взрывается в 50 раз быстрее.
Взрыв заряда бездымного пороха создает в стволе орудия огромное давление: до 3000–3500 атмосфер, то-есть 3000–3500 килограммов на каждый квадратный сантиметр.
При высоком давлении пороховых газов и очень малом времени взрывчатого превращения и создается огромная мощность, которой обладает стреляющее орудие. Такой мощности в тех же условиях не создает ни одно из других горючих.
На открытом воздухе бездымный порох горит спокойно, а не взрывается. Поэтому при горении трубки бездымного пороха (рис. 35) на
 |
Рис. 35. На открытом воздухе порох горит спокойно. В замкнутом пространстве порох взрывается |
| {74} |
открытом воздухе можно по часам проследить за временем ее горения: между тем даже самым точным секундомером нельзя измерить времени взрывчатого превращения того же пороха в орудии. Чем это объяснить?
Оказывается, все дело в условиях, при которых происходит образование газов.
При горении пороха на открытом воздухе образующиеся газы быстро рассеиваются: их ничто не удерживает. Давление вокруг горящего пороха почти не повышается, и скорость горения сравнительно невелика.
В замкнутом пространстве образующиеся газы не имеют выхода. Они заполняют все пространство. Их давление быстро повышается. Под действием этого давления взрывчатое превращение идет весьма энергично, то-есть весь порох с чрезвычайной быстротой превращается в газы. Получается уже не обыкновенное горение, а взрыв (см. рис. 35).
Чем больше давление вокруг горящего пороха, тем больше скорость взрыва. Увеличивая это давление, мы можем получить очень большую скорость взрыва. Такой взрыв, протекающий с огромной скоростью, в десятки и даже сотни раз большей, чем скорость обычного взрыва, называется детонацией. При таком взрыве воспламенение и взрывчатое превращение как бы сливаются, происходят почти одновременно, в течение нескольких стотысячных долей секунды.
Скорость взрыва зависит не только от давления. Можно иногда получить детонацию, не применяя большого давления.
Что лучше для стрельбы — обыкновенный взрыв или детонация?
Скорость детонации намного больше скорости обыкновенного взрыва. Может быть, и работа, совершаемая газами при детонаций, будет больше?
Попробуем заменить взрыв детонацией: создадим для этого в стволе более высокое давление, чем то, которое получается обычно при воспламенении пороха.
Для этого все пространство в стволе позади снаряда заполним порохом до отказа. Воспламеним теперь порох.
Что получится?
Первые же порции газа, не имея выхода, создают в стволе очень большое давление. Под действием такого давления весь порох сразу превратится в газы, это еще во много раз увеличит давление. Все это произойдет в промежуток времени, неизмеримо, меньший, чем при обыкновенном взрыве. Он будет измеряться уже не тысячными, а десятитысячными и даже стотысячными долями секунды!
Но что же случилось с орудием?
Посмотрите на рис. 36.
Ствол не выдержал! {75}
Снаряд не успел еще тронуться с места, как огромным давлением газов уже разорвало ствол на куски.
Значит, чрезмерная скорость взрыва не годится для стрельбы. Нельзя заполнять порохом все пространство за снарядом и таким образом создавать чрезмерное давление. В этом случае орудие может разорваться.
 |
 |
Рис. 36. Произошла детонация, ствол орудия разорвало |
Рис. 37. Плотность заряжания этого орудия равна 2,1 кг/3,6 л = 0,58 кг/л |
Поэтому при составлении заряда пороха никогда не забывают о пространстве, в котором порох будет взорван, то-есть об объеме так называемой зарядной каморы орудия. Отношение веса заряда в килограммах к объему зарядной каморы в литрах называется плотностью заряжания (рис. 37). Если плотность заряжания превысит известный предел, появится опасность детонации. Обычно плотность заряжания в орудиях не превышает 0,5–0,7 килограмма пороха на 1 литр объема зарядной каморы.
Есть, однако, такие вещества, которые изготовляются специально для получения детонации. Это бризантные или дробящие взрывчатые вещества, например пироксилин, тротил. В отличие от них пороха называются метательными взрывчатыми веществами.
Бризантные взрывчатые вещества обладают интересными свойствами. Например, одно из разрушительных бризантных веществ — пироксилин — лет 100 тому назад применяли без всякого опасения для самых мирных целей: для зажигания свечей в люстрах. Пироксилиновый шнур поджигали, и он горел совершенно спокойно, чуть коптя, без взрыва, зажигая одну свечу за другой. От удара или от трения тот же пироксилин, если его высушить и заключить в оболочку, взрывается. А если поблизости происходит взрыв гремучей ртути, сухой пироксилин детонирует.
Влажный пироксилин от прикосновения пламени горит спокойно, но в отличие от сухого пироксилина при ударе не взрывается и при взрыве гремучей ртути, происходящем по соседству, не детонирует. {76}
Почему же пироксилин ведет себя при различных обстоятельствах по-разному: иногда горит, иногда взрывается, а иногда детонирует?
Здесь играют роль прочность химического соединения молекул, химическая и физическая природа вещества и способность вещества к взрывчатому превращению.
 |
Рис. 38. Взрыв и детонация |
Различно ведут себя и другие бризантные взрывчатые вещества. Одним бризантным веществам для взрывчатого превращения достаточно прикосновения пламени, у других взрывчатое превращение происходит от удара, у третьих оно происходит лишь при сильном сотрясении молекул, вызванном взрывом другого взрывчатого вещества. Сотрясение от взрыва распространяется довольно далеко, на десятки метров. Поэтому многие бризантные вещества могут детонировать даже тогда, когда взрыв такого же или другого бризантного вещества произойдет довольно далеко от них.
При детонации все бризантное вещество почти мгновенно превращается в газы. В этом случае газы не успевают по мере образования распространяться в воздухе. Они с огромной скоростью и силой стремятся расшириться и разрушают все на своем пути.
Чем ближе к взрывчатому веществу находится препятствие, мешающее распространению газов, тем сильнее удар газов по этому препятствию. Вот почему бризантное вещество, взрываясь в сосуде, закрытом крышкой, раздробляет сосуд на мелкие части, а крышка сосуда отлетает в сторону, но обычно остается целой (рис. 38).
Можно ли пользоваться бризантными взрывчатыми веществами для заряжания орудия?
Конечно, нет. Мы уже знаем, что при детонации пороха ствол орудия разрывается. То же самое произошло бы и в том случае, если бы мы вложили в орудие заряд из бризантного взрывчатого вещества.
Поэтому бризантные взрывчатые вещества служат главным образом для заполнения каморы артиллерийских снарядов. Мало чувствительные к удару бризантные вещества, например тротил, помещают внутри снарядов и заставляют детонировать при встрече снаряда с целью. {77}
Некоторые взрывчатые вещества отличаются необычайной чувствительностью: гремучая ртуть, например, взрывается от легкого укола и даже от сотрясения.
Чувствительностью таких взрывчатых веществ пользуются для воспламенения заряда пороха и для детонации бризантных взрывчатых веществ. Эти вещества называются инициирующими. Кроме гремучей ртути, к инициирующим веществам относятся азид свинца, тринитрорезорцинат свинца (ТНРС) и другие.
Для воспламенения порохового заряда чаще всего применяют небольшие порции гремучей ртути.
Однако использовать гремучую ртуть в чистом виде нельзя — она слишком чувствительна; гремучая ртуть может взорваться и воспламенить заряд пороха, когда этого еще не нужно — при случайном легком ударе во время заряжания или даже от сотрясения при перевозке зарядов. Кроме того, пламя от чистой гремучей ртути плохо воспламеняет порох.
Чтобы пользоваться гремучей ртутью, надо понизить ее чувствительность и повысить воспламеняющую способность. Для этого гремучую ртуть смешивают с другими веществами: шеллаком, бертолетовой солью, антимонием. Получаемая смесь воспламеняется только при сильном ударе или уколе и называется ударным составом. Медная чашечка с помещенным в нее ударным составом называется капсюлем.
При ударе или уколе капсюль дает пламя с очень высокой температурой, которое воспламеняет пороховой заряд.
Как видим, в артиллерии применяются и инициирующие, и метательные, и бризантные взрывчатые вещества, но только для разных целей. Инициирующими взрывчатыми веществами пользуются для изготовления капсюлей, порохом — для выбрасывания снаряда из ствола, бризантными взрывчатыми веществами — для снаряжения большинства снарядов.
При выстреле часть энергии, заключенной в заряде пороха, переходит в энергию движения снаряда.
Пока заряд еще не зажжен, он обладает потенциальной или скрытой энергией. Ее можно сравнить с энергией воды, стоящей на высоком уровне у шлюзов мельницы, когда они закрыты. Вода спокойна, колеса неподвижны (рис. 39).
Но. вот мы воспламенили заряд. Происходит взрывчатое превращение — энергия освобождается. Порох превращается в сильно нагретые газы. Таким образом, химическая энергия пороха превращается в механическую, то-есть в энергию движения газовых частиц. Это движение частиц создает давление пороховых газов, которое, в свою очередь, вызывает движение снаряда: энергия пороха превратилась в энергию движения снаряда. {78}
Мы как бы открыли шлюзы. Бурный поток воды ринулся с высоты и быстро завертел лопасти водяного колеса (см. рис. 39).
Какое же количество энергии заключено в заряде пороха, например в полном заряде 76-миллиметровой пушки?
 |
Рис. 39. Потенциальная энергия превращается в энергию движения |
Это легко подсчитать. Полный заряд пироксилинового пороха 76-миллиметровой пушки весит 1,08 килограмма. Каждый килограмм такого пороха выделяет при сгорании 765 больших калорий тепла. Каждая большая калория, как известно, соответствует 427 килограммометрам механической энергии.
 |
Рис. 40. Единица работы — килограммометр |
Таким образом, энергия, заключенная в полном заряде 76-миллиметровой пушки, равна: 1,08 × 765 × 427 = 352 000 килограммометров.
А что такое килограммометр? Это работа, которую надо затратить для того, чтобы поднять один килограмм на высоту в один метр (рис. 40).
Однако далеко не вся энергия пороха уходит на выталкивание снаряда из орудия, то-есть на полезную работу. Большая часть энергии пороха пропадает: около 40% энергии совершенно не используется, так как часть газов бесполезно выбрасывается из ствола вслед за вылетевшим снарядом, около 22% {79} расходуется на нагревание ствола, около 5% уходит на отдачу и движение газов.
 |
Рис. 41. Единица мощности — лошадиная сила |
Если учесть все потери, окажется, что только одна треть, или 33%, энергии заряда идет на полезную работу.
Это не так уж мало. Орудие как машина обладает довольно высоким коэфициентом полезного действия. В самых совершенных двигателях внутреннего сгорания на полезную работу затрачивается не более 40% всей тепловой энергии, а в паровых машинах, например в паровозах, — не более 20%.
Итак, на полезную работу в 76-миллиметровой пушке тратится 33% от 352 000 килограммометров, то-есть около 117 000 килограммометров.
И вся эта энергия выделяется всего лишь в 6 тысячных долей секунды!
Простой расчет показывает, что мощность орудия составляет более 260 000 лошадиных сил. А что такое «лошадиная сила», видно из рис. 41.
Если бы люди могли произвести такую работу в столь же короткий срок, потребовалось бы примерно полмиллиона человек. Вот какова мощность выстрела даже небольшой пушки!
Применение пороха как источника огромной энергии сопряжено со значительными неудобствами.
Например, вследствие очень высокого давления пороховых газов орудийные стволы приходится делать весьма прочными, тяжелыми, а из-за этого страдает подвижность орудия.
Кроме того, при взрыве пороха развивается чрезвычайно высокая температура (рис. 42) — до 3000 градусов. Это в 4 раза выше температуры пламени газовой горелки!
Для плавления стали достаточно 1400 градусов тепла. Температура взрыва, таким образом, больше чем вдвое превышает температуру плавления стали.
Орудийный ствол не плавится только потому, что высокая температура взрыва действует в продолжение ничтожно малого времени и ствол не успевает нагреться до температуры плавления стали.
| {80} |
 |
Рис. 42. Температура пламени газовой горелки, плавления стали, пороховых газов |
Но все же ствол сильно нагревается, этому способствует также трение снаряда. При продолжительной стрельбе приходится увеличивать промежутки времени между выстрелами, чтобы ствол не перегревался. В некоторых же скорострельных малокалиберных орудиях устраивают специальные системы охлаждения.
Все это, конечно, создает неудобства при стрельбе. Кроме того, большое давление, высокая температура, а также химическое действие газов не остаются бесследными для ствола: металл его постепенно разрушается.
Наконец, к числу неудобств, вызываемых применением пороха, следует отнести также и то, что выстрел сопровождается громким звуком. Звук зачастую обнаруживает скрытое орудие, демаскирует его.
Как видите, применение пороха сопряжено с большими неудобствами.
Вот почему уже давно пытаются заменить порох другим источником энергии.
Действительно, разве не странно, что порох и сейчас, как несколько веков назад, безраздельно господствует в артиллерии? Ведь за эти века техника далеко шагнула вперед: от мускульной силы перешли к силе ветра и воды; потом была изобретена паровая машина — настал век пара; затем стали применять жидкое топливо — нефть, бензин.
И, наконец, электричество проникло во все области жизни.
Сейчас нам доступны такие источники энергии, о которых шесть веков назад, в годы появления пороха, люди не имели даже понятия.
Ну, а порох? Неужели его нельзя заменить чем-нибудь более совершенным?
Не будем говорить о замене пороха другим горючим. Мы уже убедились в неудаче этой попытки на примере с бензином. {81}
Но почему бы, например, не воспользоваться для стрельбы энергией сжатого воздуха?
Попытки ввести в употребление пневматические ружья и пушки делались уже давно. Но пневматическое оружие все же не получило распространения. И понятно, почему.
Ведь, чтобы получить необходимую для выстрела энергию, нужно предварительно затратить гораздо большую энергию для сжатия воздуха, так как при выстреле значительная часть энергии будет неизбежно потеряна. Если при заряжании пневматического ружья достаточно энергии одного человека, то для заряжания пневматического орудия необходимы усилия большого количества людей или специальный двигатель.
Можно, правда, создать пневматическое орудие с зарядами сжатого воздуха, заготовленными заблаговременно на заводах. Тогда при стрельбе достаточно было бы вложить такой заряд в ствол и открыть его «крышку» или «кран».
Попытки создать такое орудие были. Однако они тоже оказались неудачными: во-первых, возникали трудности хранения в сосуде сильно сжатого воздуха; во-вторых, как показали расчеты, такое пневматическое орудие могло выбрасывать снаряд с меньшей скоростью, чем огнестрельное орудие того же веса.
Пневматическое оружие не может соперничать с огнестрельным. Пневматические ружья, правда, существуют, но не как боевое оружие, а лишь для тренировочной стрельбы на десяток-другой метров.
Еще хуже обстоит дело с использованием пара. Слишком сложны и громоздки должны быть паровые установки для получения нужного давления.
Не раз делались попытки применять для бросания снарядов и центробежную метательную машину.
Почему бы не укрепить снаряд на быстро вращающемся диске? При вращении диска снаряд будет стремиться оторваться от него. Если в известный момент освободить снаряд, он полетит, и при этом скорость его будет тем больше, чем быстрее будет вращаться диск. Идея на первый взгляд очень заманчивая. Но только на первый взгляд.
Точные расчеты показывают, что такая метательная машина была бы очень большой и громоздкой. Для «ее необходим был бы мощный двигатель. И, самое главное, такая центробежная машина не могла бы «стрелять» метко: малейшая ошибка в определении момента отрыва снаряда от диска, вызвала бы резкое изменение в направлении полета снаряда. А освободить снаряд точно в нужный момент при быстром вращении диска чрезвычайно трудно. Следовательно, центробежную метательную машину использовать невозможно.
Остается еще один вид энергии — электричество. Здесь уж, наверное, таятся огромные возможности!
И вот, еще два десятка лет тому назад было построено электрическое орудие. Правда, не боевой образец, а модель. Эта модель электрического {82} орудия бросала снаряд весом 50 граммов со скоростью 200 метров в секунду. Никакого давления, обычная температура, почти никакого звука. Достоинств много. Почему же не построить по модели настоящее боевое орудие?
Оказывается, это не так просто.
Ствол электропушки должен состоять из обмоток проводника в виде катушек. Когда по обмоткам пойдет ток, стальной снаряд будет втягиваться последовательно в эти катушки магнитными силами, образующимися вокруг проводника. Таким образом, снаряд получит нужный разгон и после выключения тока из обмоток вылетит по инерции из ствола.
Электропушка должна получать энергию для метания снаряда извне, от источника электрического тока, иначе говоря, от машины. Чему должна равняться мощность машины для стрельбы, например, из 76-миллиметровой электрической пушки?
Вспомним, что для метания снаряда из 76-миллиметровой пушки затрачивается в шесть тысячных долей секунды огромная энергия в 117 000 килограммометров, что составляет мощность в 260 000 лошадиных сил. Такая же мощность, конечно, необходима для стрельбы из 76-миллиметровой электрической пушки, бросающей такой же снаряд на то же расстояние.
Но в машине неизбежны потери энергии. Эти потери могут составить не менее 50% мощности машины. Значит, машина при нашей электрической пушке должна обладать мощностью не менее чем в 500 000 лошадиных сил. Это мощность огромной электростанции.
Вы видите, что даже небольшое электрическое орудие должна снабжать энергией огромная электрическая станция.
Но мало того, чтобы сообщить необходимую для движения снаряда энергию в ничтожный промежуток времени, нужен ток огромной силы; для этого на электростанции необходимо иметь специальное оборудование. Применяемое теперь оборудование не выдержит «удара», который последует при «коротком замыкании» очень сильного тока.
Если же увеличить время воздействия тока на снаряд, то-есть уменьшить мощность выстрела, то потребуется удлинить ствол.
Совершенно необязательно, чтобы выстрел «длился», например, одну сотую секунды. Мы могли бы удлинить время выстрела до одной секунды, то-есть увеличить его в 100 раз. Но тогда примерно во столько же раз нужно было бы удлинить и ствол. Иначе нельзя будет сообщить снаряду нужной скорости.
Чтобы бросить 76-миллиметровый снаряд на полтора десятка километров при длительности выстрела в целую секунду, ствол электропушки пришлось бы сделать длиной около 200 метров. При такой длине ствола мощность «метательной» электростанции можно уменьшить в 100 раз, то-есть сделать равной 5000 лошадиных сил. Но и эта {83} мощность достаточно велика, а пушка чрезвычайно длинна и громоздка.
На рис. 43 показан один из проектов электропушки. Из рисунка видно, что о движении такого орудия с войсками по полю боя и думать не приходится; оно сможет перемещаться лишь по железной дороге.
Однако достоинств у электропушки все же много. Прежде всего нет большого давления. Значит, снаряд можно сделать с тонкими стенками и поместить в нем гораздо больше взрывчатого вещества, чем в снаряде обычной пушки.
Кроме того, как показывают расчеты, из электропушки, при очень большой длине ее ствола, можно будет стрелять не на десятки, а на сотни километров. Это не под силу современным орудиям.
 |
Рис. 43. Вот как выглядела бы электропушка средней мощности |
Поэтому использование электричества для сверхдальней стрельбы в будущем весьма вероятно.
Но это дело будущего. Сейчас же, в наше время, порох в артиллерии незаменим; нам, конечно, надо продолжать совершенствовать порох и учиться применять его наилучшим образом. Наши ученые занимались и занимаются этим.
В старину знали только один дымный порох. Таким порохом пользовались во всех армиях до второй половины XIX века, до введения бездымного пороха. {84}
Способы изготовления дымного пороха в течение нескольких столетий изменялись весьма незначительно. Русские мастера-пороховщики уже в XV–XVI веках отлично знали свойства различных составных частей пороха, поэтому изготовляемые ими пороха обладали хорошими качествами.
До XVII века порох производился преимущественно частными лицами. Перед походами этим лицам объявлялось, сколько «зелья» должен поставить в казну боярский, купеческий или поповский двор. «А кто отговаривается, что зелья добыть не может, к тем посылать ямчужных (селитренных) мастеров».
Только в XVII веке производство пороха стало сосредоточиваться в руках так называемых пороховых уговорщиков, то-есть предпринимателей, изготовлявших порох по договорам с государством.
Во втором десятилетии XVIII века русские мастера, и прежде всего выдающийся мастер Иван Леонтьев, горячо взялись за работу по усовершенствованию порохового производства в стране. Они установили, что порох становится рыхлым и, следовательно, утрачивает способность сообщать снаряду необходимую скорость в результате того, что пороховая смесь прессуется под сравнительно небольшим давлением; поэтому они решили уплотнять пороховую смесь мельничными жерновами, используя их как катки.
Эта мысль была не новой. Еще в середине XVII века в России на пороховых мельницах были в ходу каменные жернова. До сих пор сохранились расписки в уплате денег за жернова для выделки «зелья».
Однако впоследствии жернова перестали применять, вероятно, потому, что при ударах и толчках каменные жернова давали искру, воспламенявшую пороховую смесь.
Иван Леонтьев и его ученики восстановили старый русский способ фабрикации пороха при помощи жерновов и усовершенствовали его — жернова стали изготовляться из меди, форма жерновов была улучшена, было введено автоматическое смачивание смеси и т. д. Все эти усовершенствования в производстве пороха способствовали выдвижению русской артиллерии на одно из первых мест в Европе.
Порох для русской армии изготовлял Охтенский пороховой завод в Петербурге, основанный еще Петром I в 1715 году и существующий в настоящее время. В течение нескольких десятилетий в России изготовлялось около 30–35 тысяч пудов пороха в год. Но в конце XVIII века России пришлось почти одновременно вести две войны: с Турцией (в 1787–1791 годах) и со Швецией (в 1788–1790 годах). Для армии и флота потребовалось значительно больше пороха, и в 1789 году пороховым заводам был дан огромный по тому времени заказ: изготовить 150 тысяч пудов пороха. В связи с увеличением выработки пороха в 4–5 раз потребовалось расширить существовавшие заводы и построить новые; кроме того, в производство пороха были введены значительные усовершенствования. {85}
Все же работа на пороховых заводах попрежнему оставалась весьма опасной и трудной. Постоянное вдыхание пороховой пыли вызывало легочные заболевания, чахотка сокращала жизнь рабочих-пороховщиков. В селитренных варницах, где работа была особенно трудна, рабочие бригады сменялись еженедельно.
Невыносимые условия труда заставляли рабочих убегать с пороховых заводов, хотя им и угрожало за это жестокое наказание.
Важным шагом вперед в фабрикации дымного пороха было появление бурого или шоколадного призматического пороха. О том, какую роль сыграл этот порох в военном деле, мы уже знаем из первой главы,
В XIX веке, в связи с большими достижениями в области химии, были открыты новые взрывчатые вещества, в том числе и новые, бездымные пороха. Большая заслуга в этом принадлежит русским ученым.
Бездымные пороха, как мы уже знаем, оказались значительно сильнее старого дымного пороха. Однако еще долго шел спор о том, какой из этих порохов лучше.
Между тем введение бездымного пороха во всех армиях шло своим чередом. Вопрос был решен в пользу бездымного пороха.
Бездымный порох приготовляется преимущественно из пироксилина или нитроглицерина.
Пироксилин, или нитроклетчатка, получается путем обработки клетчатки смесью азотной и серной кислот; такую обработку химики называют нитрацией. В качестве клетчатки применяют вату или отходы текстильного производства, льняную кудель, древесную целлюлозу.
Пироксилин по внешнему виду почти не отличается от исходного вещества (ваты, льняных отходов и пр.); он нерастворим в воде, но растворяется в смеси спирта с эфиром.
Честь открытия пироксилина принадлежит замечательному русскому пороховщику, питомцу Михайловской артиллерийской академии Александру Александровичу Фадееву.
До открытия пироксилина А. А. Фадеев нашел замечательный способ безопасного хранения дымного пороха на складах; он показал, что если перемешать дымный порох с углем и графитом, то при зажжении на воздухе порох не «взрывается, а лишь медленно горит. Для доказательства справедливости своего утверждения А. А. Фадеев поджег бочку с таким порохом. Во время этого опыта он сам стоял всего в трех шагах от горящей бочки. Взрыва пороха так и не последовало.
Описание предложенного А. А. Фадеевым способа хранения пороха было издано французской Академией наук, так как этот способ превосходил все существовавшие заграничные способы.
По поводу применения пироксилина для изготовления бездымного пороха в немецкой газете «Алльгемейне Прейсише цейтунг» в 1846 году было напечатано, что в Петербурге полковник Фадеев уже приготовляет «ватный порох» и надеется заменить вату более дешевым материалом. (Биография А. А. Фадеева. Журнал «Разведчик» № 81, декабрь 1891 года.) {86}
Однако царское правительство не придало должного значения изобретению пироксилина, и его производство в России было налажено значительно позже.
Знаменитый русский химик Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907 годы), занявшись пороховым делом, решил упростить и удешевить изготовление пироксилинового пороха. Решение этой задачи было облегчено после того, как Д. И. Менделеевым был изобретен пироколлодий, из которого порох можно было получать значительно проще.
Пироколлодиевый порох обладал прекрасными свойствами, но получил широкое распространение не в России, а в США. «Предприимчивые» предки современных американских империалистов украли у русских секрет изготовления пироколлодиевого пороха, наладили производство этого пороха и во время первой мировой войны снабжали им воюющие страны в огромных количествах, получая при этом большие прибыли.
При производстве пироксилинового пороха весьма важное значение имеет удаление из пироксилина воды. Д. И. Менделеев еще в 1890 году предложил применять для этого промывание пироксилиновой массы спиртом, но это предложение не было принято.
В 1892 году на одном из пороховых заводов произошел взрыв недостаточно обезвоженной пироксилиновой массы. Спустя некоторое время талантливый изобретатель самородок, обер-фейерверкер Захаров, ничего не знавший о предложении Д. И. Менделеева, выдвинул такой же проект обезвоживания пироксилина спиртом. На этот раз предложение было принято.
Не меньшую роль играет в изготовлении бездымных порохов нитроглицерин.
Нитроглицерин получают путем нитрации глицерина; в чистом виде нитроглицерин — бесцветная прозрачная жидкость, напоминающая глицерин. Чистый нитроглицерин может храниться очень долго, но если к нему примешаны вода или кислоты, то он начинает разлагаться, что в конечном счете приводит к взрыву.
Еще в 1852 году русский ученый Василий Фомич Петрушевский, при содействии знаменитого русского химика Н. Н. Зимина, занимался опытами по применению нитроглицерина как взрывчатого вещества.
В. Ф. Петрушевский первым разработал способ фабрикации нитроглицерина в значительных количествах (до него приготовлялись только лабораторные дозы).
Применение нитроглицерина в жидком виде связано со значительными опасностями, да и при фабрикации этого вещества, чрезвычайно чувствительного к удару, трению и т. п., необходимо соблюдать большую предосторожность.
В. Ф. Петрушевский первым применил нитроглицерин для получения динамита и использовал это взрывчатое вещество в разрывных снарядах и подводных минах. {87}
Динамит В. Ф. Петрушевского содержал 75% нитроглицерина и 25% жженой магнезии, которая пропитывалась нитроглицерином, то-есть служила, как говорят, поглотителем.
В небольшой справке по истории развития русского пороха нет возможности даже упомянуть имена всех замечательных русских ученых-пороховщиков, трудами которых наше пороходелие выдвинулось на одно из первых мест в мире.
Порох можно использовать для метания снарядов и без применения прочных, тяжелых орудийных стволов.
Всем известна ракета. Для движения ракеты, как мы знаем, ствол не нужен. Оказывается, принцип движения ракеты можно с успехом использовать для метания артиллерийских снарядов.
В чем состоит этот принцип?
Он состоит в использовании так называемой реактивной силы, поэтому и снаряды, в которых используется эта сила, называются реактивными.
 |
Рис. 44. Ракета, двигающаяся под действием реактивной силы |
На рис. 44 показана ракета, в хвостовой части которой имеется отверстие. После воспламенения пороха внутри ракеты образующиеся пороховые газы с большой скоростью будут «вытекать» через отверстие. При вытекании струи газов из камеры сгорания пороха возникает сила, направленная в сторону движения струи; величина этой силы зависит от массы вытекающих газов и от скорости их истечения.
Из физики известно, что всякому действию всегда отвечает равное ему противодействие. Короче мы иногда говорим так: «действие равно противодействию». Значит, и в рассматриваемом нами случае при возникновении силы, направленной в сторону движения газов, должна возникнуть равная ей по величине, но противоположно» направленная сила, под действием которой ракета начинает двигаться вперед.
Эта противоположно направленная сила является как бы реакцией на возникновение силы, направленной в сторону истечения газов; поэтому она называется реактивной силой, а движение ракеты, вызываемое реактивной силой, — реактивным движением. {88}
Посмотрим, какие преимущества дает использование реактивной силы.
Пороховой заряд для метания реактивного снаряда помещается в самом снаряде. Значит, орудийный ствол в данном случае не нужен, так как снаряд приобретает скорость не под действием пороховых газов, образующихся вне снаряда, а под действием реактивной силы, развивающейся в самом снаряде при выстреле.
Для направления движения реактивного снаряда достаточно легкой «направляющей», например рейки. Это очень выгодно, так как без ствола орудие значительно легче и подвижнее.
На орудии реактивной артиллерии (на боевой машине) легко укрепить несколько направляющих и вести стрельбу залпом, выпуская одновременно несколько реактивных снарядов. Могучее действие таких залпов проверено на опыте стрельбы советских «катюш» в Великую Отечественную войну.
Реактивный снаряд не испытывает высокого внешнего давления, как артиллерийский снаряд в канале ствола. Поэтому стенки его можно сделать тоньше и благодаря этому поместить в снаряд больше взрывчатого вещества.
Таковы основные преимущества реактивных снарядов.
Но есть и недостатки. Например, при стрельбе реактивной артиллерии получается значительно большее рассеивание снарядов, чем при стрельбе из ствольных артиллерийских орудий, значит, стрельба снарядами реактивной артиллерии менее точна.
Поэтому мы применяем и те и другие орудия, и те и другие снаряды и используем для метания снарядов давление пороховых газов в стволе и реактивную силу.
| << | {89} | >> |