Редукторы. Производство - мотор-редукторы. Редукторы бу.

Глава третья
РАБОТА ПОРОХОВЫХ ГАЗОВ ПРИ ВЫСТРЕЛЕ

КАК „ЗАПЕРЕТЬ” ГАЗЫ В СТВОЛЕ

Мы уже знаем, что на открытом воздухе порох не взрывается, а сравнительно медленно горит. Для выстрела же нужен взрыв, так как необходимо, чтобы порох быстро превратился в газы.

Чтобы получить взрыв, нужно увеличить давление в пространстве, где находится порох. Для этого надо поместить порох в замкнутое пространство, чтобы газы, образующиеся при взрыве, не могли из него выйти. Тогда давление газов сразу же начнет повышаться. Большое давление необходимо для того, чтобы выбросить снаряд из ствола.

Таким замкнутым пространством является та часть ствола, в которую вкладывается пороховой заряд. Спереди эта часть ствола как бы закупоривается вложенным в ствол снарядом. Сзади, или, как говорят артиллеристы, с казенной части, ствол также должен быть прочно и плотно закрыт. Сравнительно недавно, около сотни лет назад, ствол орудия отливали с одним только отверстием — дульным; в казенной части ствол отверстия не имел, и «дно» канала ствола не позволяло пороховым газам уходить назад при выстреле. В казенной части делалось только небольшое, так называемое запальное отверстие, которое служило для зажигания заряда. Через это отверстие могло прорваться лишь незначительное количество газов.

Много времени приходилось затрачивать для заряжания такого орудия. Вложив в дуло заряд, досылали его в глубь ствола длинным шестом с особым наконечником, а после досылки заряда тем же шестом забивали пыж.

Затем вкладывали в дуло ядро и опять-таки шестом толкали его в глубь ствола, пока оно не доходило до пыжа (рис. 45).

Эти неудобства были еще терпимы в те времена, когда орудия делались гладкоствольными. Но от гладкоствольных орудий отказались уже около 100 лет тому назад и перешли к нарезным.  {90} 

Основной недостаток гладкоствольных орудий заключался в незначительной их дальнобойности и малой меткости. Шаровидные снаряды — ядра, вкладываемые с дула, должны были свободно входить в ствол. При этом между снарядом и стенками канала ствола всегда имелся зазор — щель; в этот зазор при выстреле прорывались пороховые газы. Другой недостаток заключался в том, что шаровидные снаряды быстро теряли скорость при полете в воздухе и дальность их полета была невелика. Поэтому, естественно, появилось стремление заменить круглое ядро продолговатым снарядом с заостренной головной частью.

Рис. 45. Так заряжали орудие в старину

Такие снаряды лучше продвигаются в воздухе, потеря скорости у них меньше.

Однако, если таким снарядом выстрелить из гладкостенного ствола, то снаряд не полетит головной частью вперед — он начнет кувыркаться в воздухе. А это сводит на нет почти все преимущества продолговатого снаряда.

Чтобы продолговатый снаряд летел в воздухе правильно, не кувыркаясь, нужно или снабдить его хвостовым оперением (как у мины) или заставить его быстро вращаться вокруг своей оси при полете.

Оперенные снаряды неприменимы в орудиях с большим давлением пороховых газов из-за неизбежного повреждения оперения при выстреле. Поэтому правильный полет продолговатых снарядов в большинстве  {91}  орудий обеспечивается тем, что снаряду придается вращение еще во время его движения в стволе.

Для этого на внутренней поверхности ствола нарезают желобки (нарезы), идущие по винтовой линии, а на снаряде делают медный ведущий поясок, врезающийся при выстреле в нарезы. При движении в таком стволе снаряд будет вращаться вокруг своей оси.

В наше время только минометы имеют гладкие стволы, так как давление пороховых газов в них сравнительно невелико и стрельба из них ведется оперенными снарядами (минами); у всех прочих орудий стволы нарезные (рис. 46). Стволы нарезных орудий имеют сквозной канал, и заряжание их производят не с дула, а с казенной части.

Но отверстие со стороны казенной части необходимо открывать только при заряжании; при выстреле оно должно быть плотно закрыто.

Рис. 46. Дульная часть ствола современного нарезного орудия

Для этого служит затвор орудия. Если затвор орудия не будет прочно и плотно закрывать ствол, то между затвором и стволом образуются щели, через которые при выстреле могут прорваться пороховые газы. Но вместе с тем затвор должен легко и быстро открываться для заряжания. Как согласовать такие требования?

Добились этого не сразу: долго мешал низкий уровень техники обработки металлов. Мысль о необходимости заряжать орудия с казны и, следовательно, снабжать их затвором появилась еще в начале развития огнестрельного оружия. Заряжать орудие с дула было очень трудно, так как порох представлял собой густую массу, прилипавшую к стенкам ствола. Гораздо удобнее было вкладывать в орудие пороховой заряд с казенной части.

Первые затворы были очень несовершенны. Один из старинных затворов показан на рис. 47. Такой затвор запирал канал ствола довольно прочно. Но чтобы открыть такой затвор, нужно было много раз  {92}  поворачивать его вокруг оси, так как для прочности соединения со стволом требовалось много витков винтовой нарезки. Открывать и закрывать такой затвор было неудобно, да и времени на это уходило много.

Пороховые газы при этом затворе прорывались наружу, в щели между витками нарезки, вследствие чего появлялся нагар, который еще больше затруднял открывание и закрывание затвора.

Современные орудия заряжаются с казенной части и имеют затворы, по идее очень похожие на своих «предков». Но они несравненно более совершенны и удобны.

В современных орудиях тоже применяют затвор в виде навинтованного поршня. Но нарезка на затворе и в затворном гнезде не сплошная: участки, имеющие нарезку, чередуются с гладкими. Как известно, впервые поршневой затвор с гладкими секторами был применен В. С. Барановским в его скорострельной пушке обр. 1872 года.

Рис. 47. „Предок” поршневого затвора (XVII век)

Закрыть такой затвор легко: нужно только поставить затвор так, чтобы нарезные участки пришлись против гладких участков в затворном гнезде, и вдвинуть его в гнездо затвора. После этого достаточно повернуть затвор, и нарезные его участки войдут в нарезные участки гнезда. Затвор прочно закроет ствол. Такие затворы называются поршневыми (рис. 48).

Держать вынутый затвор в руках тяжело и неудобно, да и поставить его правильно при закрывании трудно: малейший перекос — и затвор не войдет.

Поэтому поршневые затворы всегда укрепляют на «раме», которая шарнирно связана со стволом.

Рис. 48. Поршневой затвор

Затвор снабжен рукояткой. Ось рукоятки связывает затвор со стволом. Нажмем на ручку этой рукоятки и потянем ее назад — поршень повернется, и нарезные его участки встанут против гладких участков в гнезде. Ничто не мешает теперь поршню свободно выйти из гнезда ствола.

Ствол открыт. Можно заряжать орудие.

После заряжания опять беремся за рукоятку и поворачиваем раму к стволу. Поршень легко войдет в свое гнездо и повернется на четверть оборота (рис. 49). Затвор закрыт.

Не менее удобен клиновой затвор (рис. 50).

Клин помещается в затворном гнезде ствола и, в отличие от поршня не нуждается в специальной раме. При открывании затвора клин не полностью выходит из затворного гнезда; таким образом, он постоянна связан со стволом.

Рис. 49. Поворот поршня при закрывании затвора

Для открывания и закрывания клинового затвора также имеется рукоятка. Если ее повернуть сначала назад, а затем вперед, то клин опустится вниз в затворном гнезде и затвор откроется.

На рис. 50 показано, как под влиянием поворота рукоятки клин опускается.

Однако во время стрельбы пользуются рукояткой для открывания затвора лишь один раз — только для первого заряжания. Затвор так устроен, что при заряжании орудия он автоматически закрывается, а после выстрела так же автоматически открывается. Но об этом будет сказано дальше.

Поршневой и клиновой затворы получили широкое распространение как наиболее простые и удобные.

Теперь, когда мы ознакомились с тем, как устроены затворы современных орудий, посмотрим, как заряжается орудие.

Прежде всего нужно открыть затвор, а затем вложить снаряд и заряд в ствол. Для помещения заряда внутри ствола со стороны казенной части его имеется зарядная камора. Если орудие заряжается патроном,

Рис. 50. Клиновой затвор

Рис. 51. Орудие заряжено

в котором снаряд и заряд в гильзе соединены вместе еще до заряжания, камора называется патронником. Камора или патронник

Рис. 52. Обтюратор для поршневых затворов

обычно не цилиндрические, а слегка конические. Диаметр каморы больше диаметра нарезной части и соединяется с ней коротким коническим скатом.

Вложим снаряд и заряд в камору (рис. 51) и закроем затвор. Но один только затвор не предохраняет полностью от прорыва пороховых газов назад: очень трудно совершенно точно подогнать соприкасающиеся поверхности затвора и ствола. А если останется малейшая щелка, пороховые газы непременно устремятся в нее. Чтобы помешать этому, применяют специальные приспособления — обтюраторы. На рис. 52 показан один из таких обтюраторов.

Обтюраторами пользуются в том случае, когда в орудие помещают заряд пороха, находящийся в особом мешке — «картузе». Такое заряжание называется картузным. Картуз делается из нетлеющей ткани  {97}  (например из шелковой). Тлеющие (после выстрела) остатки картуза могли бы преждевременно воспламенить очередной заряд.

В большинстве современных орудий заряд помещают в латунную гильзу. При гильзовом заряжании орудие не нуждается в специальных обтюраторах. При выстреле дно и стенки гильзы под давлением пороховых газов очень плотно прижимаются к затвору и стенкам каморы и не пропускают стремящихся прорваться газов. Значит, сама гильза является очень простым и удобным обтюратором (рис. 53).

Рис. 53. Гильза в роли обтюратора (перед выстрелом и в момент выстрела)

Помимо этого, гильза очень часто соединяет капсюль, заряд и снаряд в одном патроне, благодаря ему упрощается заряжание орудия и повышается скорострельность.

Впервые патрон с металлической гильзой был применен в русской скорострельной пушке в 1872 году по предложению нашего соотечественника изобретателя В. С. Барановского (об этом уже было рассказано в главе первой). Металлические гильзы в артиллерии зарубежных стран появились на 25 лет позже.  {98} 

Почему не применяют гильзу во всех орудиях?

Оказывается, в орудиях большого калибра с применением гильзы усложняется заряжание. Гильза получается громоздкой и тяжелой. Соединение заряда со снарядом становится невыгодным из-за больших размеров и большого веса патрона. Поэтому в некоторых орудиях применяют короткую гильзу, служащую только обтюратором. В орудиях же очень крупного калибра от такой гильзы приходится отказаться и заменить ее постоянным обтюратором (см. рис. 52).

Затвор закрыт, орудие заряжено, — можно стрелять. Нужно только зажечь заряд.

В орудиях с картузным заряжанием заряд воспламеняется при помощи вытяжной трубки (рис. 54) или электрозапала, вставляемых в запальный канал.

Рис. 54. Вытяжная трубка

При гильзовом заряжании заряд обычно воспламеняют при помощи уже знакомого нам капсюля, который помещается в капсюльной втулке, ввинченной в дно гильзы. А механизм, разбивающий капсюль, помещается в затворе. Называется он ударным механизмом (рис. 55).

Главной частью этого механизма является ударник с надетыми на нем трубкой ударника, боевой пружиной и опорной втулкой. Ударник может двигаться в опорной втулке только вперед, назад же он двигается вместе с опорной втулкой.

Один конец пружины упирается в кольцевой уступ в трубке ударника, а другой конец нажимает на опорную втулку ударника и стремится продвинуть ее вместе с ударником вперед.

Если потянуть за курок, ударник пойдет назад, а трубка ударника — вперед; при этом боевая пружина сожмется. При сильном оттягивании курка боевой взвод ударника соскочит с зацепа курка, и сжатая боевая пружина пошлет ударник вперед.

Опорная втулка ударится в уступ затвора, а ударник по инерции продвинется вперед (напомним, что он может двигаться в опорной втулке вперед).

Боек ударника разобьет капсюль. Ударник, а затем и курок будут возвращены в исходное положение под действием той же боевой пружины. Механизм готов к очередному выстрелу.  {99} 

Иногда для воспламенения заряда используют электричество и при гильзовом заряжании. В этом случае в гильзу ввинчивают специальную электрическую втулку (рис. 56).

При таком устройстве никакого ударного механизма не требуется. Достаточно пропустить электрический ток через электрозапал, который

Рис. 55. Ударный механизм

представляет собой тонкую проволоку. Проволока накаляется и воспламеняет окружающий ее порох. Такой способ воспламенения очень удобен, когда поблизости от орудия имеется источник электрического тока, например в танковых и авиационных пушках. Там электричество необходимо для воспламенения бензиновой смеси в двигателе.

Кроме того, электрический способ воспламенения применяется в  {100} 

Рис. 56. Электрическая втулка

Рис. 57. В гладкоствольных орудиях часть газов прорывается вперед, обгоняя ядро в стволе

Рис. 58. В нарезных орудиях прорыв газов вперед почти устранен

метательных установках реактивной артиллерии. В других орудиях использование электричества для воспламенения заряда менее удобно: нужна специальная электрическая машинка. Поэтому в них применяются обычно ударные механизмы и гильзы с капсюльной втулкой.

Произведем выстрел. Заряд воспламенится и при сгорании превратится в газы.

Затвор и гильза плотно запирают ствол. Прорыв пороховых газов назад невозможен. Но газы могут прорваться вперед, в зазоры между снарядом и стволом. При громадном давлении пороховых газов достаточно, как мы уже говорили, ничтожной щелки, чтобы газы прорвались сквозь нее.

В гладкоствольных орудиях так обычно и происходило: часть газов прорывалась вперед и обгоняла снаряд, растрачивая при этом часть своей энергии впустую (рис. 57).

Но в современных орудиях возможность такой утечки почти устранена. Медный поясок снаряда, ведущий его по нарезам, в самом начале движения снаряда плотно вжимается в нарезы ствола и не дает газам обогнать снаряд (рис. 58).

Казалось бы, теперь вся энергия порохового заряда направлена на выталкивание снаряда. Казалось бы, нет больше потерь!

Однако это не так. Потери все же имеются, хотя их уже гораздо меньше, чем в прежних орудиях.  {101} 

ОТДАЧА

Орудие готово к стрельбе. Резко оттянут курок...

Сейчас произойдет выстрел!

Не бойтесь, не зажмуривайте глаза и посмотрите на орудие в момент выстрела. Резкий звук... Из дульной части вслед за снарядом вырывается длинный яркий язык пламени.

Это нагретые до очень высокой температуры пороховые газы. Они еще не успели остыть и потерять свою упругость. Давлением этих газов выброшен снаряд. После этого газы вылетают из ствола. Соединяясь с кислородом воздуха, они воспламеняются и мгновенно сгорают ярким белым пламенем:

Хотя пороховые газы некоторое время после вылета из дула и толкают снаряд, но действие их незначительно. При этом значительная часть энергии порохового заряда остается неиспользованной.

Растрата энергии происходит, однако, не только после вылета снаряда. Она происходит и тогда, когда снаряд еще движется в стволе. Пока снаряд не вылетел из ствола, газы находятся в закрытом со всех сторон пространстве. При этом они /действуют на снаряд, на затвор и на стенки ствола. Действие газов на стенки ствола рассмотрим несколько позже. А сейчас займемся рассмотрением действия газов на затвор.

Газы стремятся вырвать затвор из его гнезда в стволе. Но затвор и ствол соединены прочно. Затвор, когда он закрыт, представляет собой как бы одно целое со стволом. Газы давят на затвор, а следовательно, и на ствол. Поэтому, когда снаряд под давлением газов двигается вперед, ствол двигается назад. Но скорость движения ствола назад меньше скорости движения снаряда вперед, так как ствол и другие откатывающиеся части значительно тяжелее снаряда. Резкий толчок, который испытывает ствол орудия при выстреле, и есть «отдача».

Чтобы понять, почему при выстреле ствол двигается назад, проделайте такой опыт. Положите на стол два шарика: большой и маленький (рис. 59). Поместите между ними пружину и шариками сожмите ее. Затем отпустите сразу оба шарика. Под действием пружины они разлетятся в разные стороны. Маленький шарик откатится значительно дальше большого. Так вот, маленький шарик — это снаряд, большой — это ствол, а пружина — давление пороховых газов. Толчок, получаемый большим шариком, — отдача. Ствол не может не двигаться, если в нем движется снаряд, так как и на ствол, и на снаряд действует одновременно одна и та же сила — давление пороховых газов. Следовательно, отдача при выстреле неизбежна.

Причиняет ли отдача неприятности?

Несомненно. Если ствол жестко закрепить на лафете, то при отдаче орудие будет испытывать резкие толчки. Это приведет к расстройству всех его механизмов. Так было в орудиях старинных образцов. Орудие на колесах откатывалось назад, а иногда и подпрыгивало. Из-за отдачи

Рис. 59. Представьте себе вместо пружины упругие пороховые газы, и вы поймете, почему при выстреле происходит отдача

орудие нельзя было делать слишком легким: оно становилось менее устойчивым, сильнее подпрыгивало.

После отката орудие приходилось накатывать — это отнимало время и уменьшало скорострельность.

Какие затруднения возникали вследствие отката всего орудия, показано на рис. 60. Перед нами одна из батарей, принимавших участие

Рис. 60. Так приходилось стрелять артиллеристам при обороне Севастополя в 1854–1855 годах

в героической обороне Севастополя в 1854–1855 годах. Перед выстрелом артиллеристам приходилось отбегать от орудия в стороны, а после отката орудия — снова подбегать к нему и, зарядив, с трудом накатывать на прежнее место. Между выстрелами проходило не менее одной-двух минут.

Совсем избавиться от отдачи мы не можем. Откат же всего орудия можно устранить. Достаточно для этого сделать прочный лафет и закрепить его, чтобы он не двигался. Так иногда и делали в небольших орудиях старых систем. Но в современных нарезных орудиях отдача получается такой сильной, что откат так просто устранить нельзя.

Однако бороться с неудобствами, связанными с откатом, нужно и можно. Современные орудия устроены так, что при выстреле откатывается не все орудие, а только его ствол. Лафет же упирается в грунт и при выстреле остается почти неподвижным (рис. 61). Откат ствола тормозится, а после отката ствол возвращается в первоначальное положение.

Рис. 61. В момент выстрела ствол откатывается назад

Все это выполняется противооткатными устройствами. Как они устроены и как они действуют, вы сейчас узнаете.

ЧЕМ ТОРМОЗИТСЯ ОТКАТ?

Откат ствола тормозится гидравлическим тормозом, а накат его на место выполняется гидропневматическим накатником. Самое название тормоза отката «гидравлический» и накатника «гидропневматический» указывает, что здесь для торможения отката, то-есть для поглощения энергии отдачи, используется сопротивление жидкости, а для наката — сопротивление жидкости и воздуха.

У 76-миллиметровой пушки образца 1942 года тормоз отката помещается в специальном цилиндре под стволом в той части орудия, которая называется люлькой; накатник же помещается также в специальном  {104}  цилиндре над стволом. Во время отката ствол двигается назад по направляющим (верхним краям) люльки и увлекает за собой скрепленные с ним цилиндры тормоза отката и накатника.

Принцип устройства современного гидравлического тормоза отката можно понять, если взглянуть на рис. 62. На этом рисунке вы видите цилиндр тормоза, который наполнен жидкостью; внутри цилиндра помещен шток с поршнем. В поршне имеются узкие отверстия. Когда ствол вместе с цилиндром тормоза откатывается назад, шток с поршнем остается неподвижным: шток своим передним концом прикреплен к люльке, которая в откате не участвует.

Рис. 62. Схема действия гидравлического тормоза отката

В тот момент, когда цилиндр тормоза вместе с наполняющей его жидкостью движется назад, жидкость сопротивляется сжатию и тем самым тормозит откат ствола: правда, жидкость при этом переливается, а вернее, с трудом пробрызгивается — через каналы в поршне из  {105}  передней части цилиндра в заднюю, а также в полость штока. Но каналы эти такие узкие, что при быстром движении цилиндра пробрызгивание жидкости происходит с большим трением. На преодоление этого трения уходит большая часть энергии отдачи, поэтому ствол отходит назад недалеко, всего примерно на 1 метр. Но само собой разумеется, что в таком положении оставить ствол нельзя: нужно непременно, притом как можно скорее, вернуть ствол на прежнее место.

Рис. 63. Схема действия гидропневматичестсого накатника

Эту работу выполняет накатник, который помещается, как уже говорилось, над стволом. Он, точно пружина, посылает ствол вперед на свое место. Пружиной тут является воздух: при откате ствола он сжимается, а затем, расширяясь, толкает ствол вперед.  {106} 

Принцип устройства гидропневматического накатника ясен из рис. 63.

Накатник состоит из трех цилиндров и штока с поршнем. Наружный цилиндр заполнен жидкостью и воздухом, сжатым до 30 атмосфер. В наружном цилиндре помещается средний цилиндр, наполненный жидкостью. В среднем цилиндре находится рабочий цилиндр, в котором помещается шток с поршнем. Рабочий цилиндр также наполнен жидкостью. В стенках среднего и рабочего цилиндров имеются отверстия, через которые жидкость может переливаться из рабочего цилиндра в средний, из среднего цилиндра в наружный.

Шток накатника прикреплен к люльке в передней ее части, поэтому при откате ствола остается на месте.

Рис. 64. Дульный тормоз заставляет вылетающие при выстреле пороховые газы тормозить откат ствола

При откате, когда цилиндры вместе со стволом отходят назад, жидкость, находящаяся в рабочем цилиндре, окажется сжатой между передней стенкой рабочего цилиндра и неподвижным поршнем. В поршне нет отверстий, поэтому жидкость перегоняется из рабочего цилиндра только через его отверстия в средний цилиндр, а из среднего цилиндра в наружный. При этом воздух в наружном цилиндре еще более сжимается.

Но вот наступает момент, когда откат прекращается. Сжатый воздух в наружном цилиндре, стремясь расшириться, давит на жидкость и перегоняет ее обратно из одного цилиндра в другой. Жидкость в рабочем цилиндре в свою очередь надавливает на переднюю стенку этого цилиндра и на поршень штока. А так как поршень неподвижен, то под давлением жидкости на переднюю стенку рабочего цилиндра ствол  {107}  вместе со всеми цилиндрами (накатника и тормоза) движется вперед и становится на прежнее место.

В тормозе отката имеются еще некоторые детали, регулирующие пробрызгивание жидкости через отверстия поршня из одной части цилиндра в другую. Благодаря этому ствол откатывается и накатывается плавно и останавливается без толчков.

В последних образцах современных орудий, помимо использования противооткатных устройств, скорость отката уменьшают еще другим способом: напору газов, давящих на затвор и, следовательно, толкающих ствол назад, противопоставляют силу, толкающую ствол вперед.

Что это за сила?

Оказывается, для борьбы с откатом можно использовать те самые газы, которые вылетают при выстреле из дула ствола вслед за снарядом (рис. 64).

На дульную часть навинчивают приспособление в виде небольшой трубы с окнами. Труба свободно пропускает снаряд. Вырывающиеся же за снарядом и расширяющиеся сразу по выходе из дула газы ударяют по пути в стенки окон трубы. Они толкают трубу, а вместе с ней и ствол, вперед. В результате этого энергия отката уменьшается. Такое приспособление называют дульным тормозом.

Так выбрасываемые из орудия пороховые газы используются для уменьшения энергии отката, что способствует сохранению устойчивости орудия при выстреле.

КАК ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ЭНЕРГИЯ ОТКАТА

В некоторых современных орудиях энергия отката ствола используется для полезной работы: она производит открывание и закрывание затвора. Затвор после выстрела сам открывается и выбрасывает гильзу, а при заряжании сам закрывается. Рассмотрим, как происходит открывание и закрывание клинового затвора, о котором было рассказано на стр. 95.

Когда клин при движении рукоятки вперед опустится вниз, он будет удерживаться в этом положении при помощи механизма, который называется выбрасывателем (см. рис. 50 внизу справа); в то же время при опускании затвора произойдет сжатие так называемой закрывающей пружины.

Когда же при заряжании патрон будет вкладываться в патронник и при этом гильза своей закраиной ударит по ветвям выбрасывателя, то они освободят клин. Тогда под действием закрывающей пружины, которая будет иметь возможность разжиматься, клин начнет подниматься и закроет затвор.

При выстреле, в результате отдачи, ствол быстро отходит назад, а затем плавно двигается вперед и возвращается в прежнее положение. В тот момент, когда ствол двигается вперед, и происходит автоматическое

Рис. 65. Полуавтоматический затвор; действие полуавтоматики при откате и накате

открывание затвора. При этом, как видно из рис. 65, кулачок полуавтоматики набегает на так называемый копир и поворачивается, а вместе с ним поворачивается ось кривошипа; кривошип своим концом начинает давить на клин и опускает его вниз, — затвор открывается.

Когда же клин опускается вниз, он ударяет по нижним выступам выбрасывателя, в результате чего ветви выбрасывателя поворачиваются и выбрасывают стреляную гильзу из ствола.

Как видите, при таком устройстве затвора нужно только заряжать орудие, а когда затвор закроется, оттягивать спусковую пружину для производства выстрела. Все остальное делается автоматически, без участия человека. Такие затворы называются полуавтоматическими.

Есть оружие, в котором и заряжание производится без участия человека — путем использования энергии отдачи. Такое оружие называется автоматическим. К нему относятся все пулеметы и некоторые орудия небольшого калибра.

ОТЧЕГО ОРУДИЕ ВЫХОДИТ ИЗ СТРОЯ?

Мы не рассмотрели еще одного действия газов — давления на стенки ствола. Газы, находящиеся под большим давлением, стремятся разорвать ствол.

Вспомним, что давление газов очень велико: оно доходит до 3500 килограммов на 1 квадратный сантиметр; очень велика и температура газов, достигающая иногда 3000 градусов.

Чтобы ствол не разорвался, его делают из хорошей, крепкой стали. Стенки его должны быть достаточной толщины.

Казалось бы, чем толще стенки, тем прочнее ствол. Как будто, изготовить прочный ствол не так уж трудно.

На самом деле это далеко не так. Одним утолщением стенок ствола прочности не достигнуть.

Это очень легко понять, если представить себе, что ствол сделан не из металла, а из резины.

Где больше всего растянется резина при выстреле из такого ствола?

Это можно проверить и без выстрела. Вырежем резиновое кольцо и вдвинем в него конический брусок.

Кольцо растянется, причем больше всего растянется внутренний слой кольца, а наружные слои растянутся очень мало или совсем не растянутся. Это показывает, что они или очень мало сопротивляются давлению изнутри или совсем не сопротивляются (рис. 66).

Точно так же обстоит дело и с металлом ствола.

Не весь металл ствола, сопротивляясь давлению, работает одинаково. Металл на внутренней поверхности ствола испытывает наибольшее растягивающее усилие.

Чем дальше от поверхности канала по направлению к наружной поверхности ствола, тем меньше растягивающее усилие. Поэтому нет  {110}  смысла делать стенки стволов очень толстыми, дело не только в толщине. Надо облегчить работу внутреннего слоя и заставить наружные слои металла принять большее участие в сопротивлении давлению.

Для этого ствол орудия стали делать не из одной трубы, а из двух — внутренней и наружной.

Вот как делают такой ствол. Берут две трубы, диаметр канала одной из них (наружной) немного меньше, чем наружный диаметр внутренней трубы; следовательно, обычным путем вставить внутреннюю трубу в наружную нельзя. Тогда наружную трубу нагревают. Когда она достаточно расширится, ее надвигают на внутреннюю трубу. Получается ствол, состоящий из двух труб.

Затем стволу дают остыть. Наружная труба, остывая, сжимается и стремится принять при этом прежние размеры; но сжатию ее мешает внутренняя труба. Наружная труба сильно сожмет внутреннюю трубу, но сама при этом останется несколько растянутой.

Что же произойдет при выстреле?

Рис. 66. Внутренние слои ствола „работают” больше, чем наружные

При выстреле газы стремятся растянуть сначала внутреннюю трубу, Но она крепко сжата наружной трубой. Поэтому внутренняя труба не сопротивляется растяжению до тех пор, пока не будет растянута давлением до размеров, которые она имела перед сжатием наружной трубой. А наружная труба? Она и так уже растянута, а здесь ей еще приходится растягиваться. Ясно, что она сразу же начнет сопротивляться этому растяжению, и как мы видим, раньше, чем внутренняя труба. Так мы заставляем «работать» не только внутренние, но и наружные слои металла.

Ствол, состоящий из двух труб, из которых одна сжимает другую, оказывается гораздо прочнее простого, несоставного (нескрепленного) ствола той же толщины.

Мы уже рассказывали о том, что скрепленные стволы орудий изобрели русские ученые Н. В. Маиевский, А. В. Гадолин и другие.

Пробовали составлять скрепленные стволы не только из двух, но из грех и даже из четырех труб.  {111} 

Чем больше слоев металла, из которых составляется ствол, тем сильнее он сопротивляется давлению, тем равномернее распределяется работа между слоями. Но надевание одной трубы на другую, да еще в горячем состоянии, очень усложняет производство стволов; на изготовление таких стволов требуется много времени и средств.

Оказывается, можно получить скрепленный ствол без надевания горячих труб одной на другую.

Применяют такой способ скрепления: ствол при изготовлении подвергают изнутри давлению порядка 6000–7000 атмосфер; это в два с лишним раза больше, чем давление пороховых газов при выстреле. В результате, конечно, ствол растягивается, причем больше всего растягиваются внутренние слои. Они остаются растянутыми и после того, как давление в стволе прекратится. А наружные слои, стремясь вернуться к первоначальному состоянию, стягивают внутренние, давят на них. Получается примерно то же, что при надевании горячих труб. Изготовленный таким способом ствол как бы состоит из большого числа очень тонких труб, надетых одна на другую с натяжением.

Способ скрепления с помощью давления изнутри называется самоскреплением.

Впервые этот способ применил в середине прошлого столетия русский изобретатель П. Л. Лавров. Он последовательно прогонял через канал бронзового ствола стальные конусы (пуансоны) все больших размеров и таким образом растягивал слои ствола изнутри.

Самоскрепление стальных стволов производили другим способом. Стволы подвергали изнутри давлению жидкости, создаваемому мощными гидравлическими установками. Для этого ствол, до его окончательной отделки, герметически закрывали спереди и сзади стальными пробками. Канал ствола наполняли жидкостью под очень большим давлением, которое и вызывало растяжение внутренних слоев ствола. Скрепленный таким способом ствол хорошо сопротивлялся разрыву.

Скрепленные стволы широко применялись в артиллерии до Великой Отечественной войны. Во время войны, однако, перешли к изготовлению для полевой артиллерии преимущественно нескрепленных стволов из одной поковки, так называемых моноблоков.

Дело в том, что Великая Отечественная война потребовала невиданного до этого времени количества орудий. Необходимо было упростить производство и ускорить выпуск орудий без ущерба для их качества. Эта задача была решена советскими конструкторами-артиллеристами. Руководствуясь указаниями товарища Сталина, советские конструкторы создали более совершенные и в то же время простые в производстве артиллерийские орудия. Улучшив качество стали и усовершенствовав ее обработку, они получили прочные нескрепленные стволы.

Большое давление и высокая температура пороховых газов приводят к постепенному износу ствола орудия. Внутренний слой металла в канале ствола подвергается наибольшему давлению и нагреву. Поэтому  {112}  естественно, что именно здесь металл «устает» раньше, чем в других слоях: он начинает крошиться, делается хрупким.

Не нужно забывать, что внутри ствола имеются нарезы. Они отделены друг от друга узкими выступами металла — полями нарезов. Эти-то выступы и начинают разрушаться в первую очередь. Орудие изнашивается; оно уже не может выполнять свою работу так хорошо, как прежде.

Износ орудия имеет ряд стадий. Сначала происходит незначительное выкрашивание металла, не препятствующее стрельбе (рис. 67). Затем это выкрашивание увеличивается и начинает отзываться на скорости снаряда, на меткости стрельбы. С исчезновением нарезов увеличивается камора и изменяется плотность заряжания, а значит, и давление в канале. Наконец, в результате выкрашивания ствол оказывается настолько изъеденным внутри, что стрельбу вести уже нельзя. Это последняя стадия износа орудия. Орудие выходит из строя — становится негодным.

Рис. 67. Постепенное разрушение нарезов орудия

Но приходит в негодность только тонкий слой металла на внутренней поверхности ствола. Весь остальной «организм» орудия вполне здоров и может еще работать.

Отчего выкрашивается металл?

Вызывается это несколькими причинами.

Горячие пороховые газы нагревают металл, затем он охлаждается. Это способствует увеличению хрупкости металла. Хрупкость еще более увеличивается от химического действия газов.

К тому же часть раскаленных газов в начале движения снаряда прорывается быстрыми струйками между снарядом и стенками ствола; медный поясок снаряда в первый момент выстрела еще не успевает плотно прижаться к стенкам ствола. Струйки раскаленного газа действуют на металл подобно тому, как действует сильная горячая струя воды на лед: они «размывают» металл. Поэтому разгар ствола начинается всегда в самом начале нарезов, у каморы.  {113} 

Большое значение имеет также трение пояска о нарезы. Оно вначале очень велико. Ведь поясок должен врезаться в нарезы, принять новую форму.

Все это, вместе взятое, приводит к тому, что орудие, вернее его ствол, приходит в негодность.

СКОЛЬКО ЛЕТ ЖИВЕТ ОРУДИЕ?

Речь идет о рабочей «жизни» орудия.

Ведь для того чтобы определить, как долго служила, например, перегоревшая электрическая лампочка, надо учесть лишь то время, в течение которого она горела, положим, 5–6 часов в день. Это время и надо помножить на число дней «жизни» лампочки, не принимая во внимание остального времени.

То же можно сказать и относительно орудия, если считать, что оно работает только во время выстрела.

Какова общая продолжительность рабочей жизни орудия? Чтобы определить ее, нужно знать продолжительность одного выстрела и число выстрелов, которое способен выдержать ствол до полного износа.

Длительность выстрела обычно измеряется сотыми и даже тысячными долями секунды. Будем считать ее равной 0,01 секунды для обычных орудий.

Число выстрелов до полного износа зависит от мощности орудия. Для более мощных орудий это число меньше, так как при выстреле в их стволах давление пороховых газов значительно больше. Для орудий средней мощности число выстрелов в среднем равно 10000. Для очень мощных орудий оно уменьшается до 1000 и может быть еще меньше.

Значит, рабочая жизнь орудия средней мощности равна примерно 10000 сотых секунды, или ста секундам, то-есть одной минуте и сорока секундам. А жизнь сверхдальнобойных орудий длится всего несколько секунд!

Но за свой короткий «век» орудие может причинить противнику много неприятностей: разрушить самые прочные укрепления, вывести из строя тысячи его бойцов, нанести ему непоправимый урон...

До сих пор мы говорили только о долговечности ствола.

Долго ли живут остальные части орудия?

Они живут значительно дольше. Лафет и его механизмы расстраиваются и приходят в негодность не столько от стрельбы, сколько от перевозки. Особенно это стало заметно при переходе с конной тяги на механическую. Орудия, рассчитанные на малую скорость передвижения, приспособленные для перевозки лошадьми, скоро изнашивались и приходили в негодность от тряски и ударов, неизбежных при больших скоростях. Пришлось ввести специальные рессоры. Вместо железных шин стали применять резиновые. Эти меры повысили долговечность орудийных  {114}  механизмов. Современное орудие может пройти несколько тысяч километров пути, и это не отразится на состоянии его механизмов. Так, например, в Великую Отечественную войну 76-миллиметровая пушка № 6513 сержанта И. Г. Ермака в трудных боевых условиях прошла путь от Кавказа до Будапешта, сделав 8983 километра без заметного расстройства механизма. 76-миллиметровая пушка № 11512 сержанта Н. А. Сазонова прошла боевой путь в 2200 километров без потери боевых качеств.

Таких примеров можно привести очень много.

КАК ПРОДЛИТЬ ЖИЗНЬ ОРУДИЯ

Орудие требует заботы о себе и тщательного ухода (рис. 68). Без тщательного ухода жизнь орудия сократится во много раз.

Рис. 68. „Туалет” артиллерийского орудия: как и чем чистят и смазывают его

Пороховые газы, особенно газы бездымного пороха, портят сталь ствола при выстреле. Необходимо производить чистку и смазку канала ствола тотчас после окончания стрельбы, не давая продуктам горения пороха долго воздействовать на сталь ствола. Если не чистить и не смазывать ствол, появится ржавчина, ствол будет испорчен. Чем чаще чистят ствол, чем тщательнее его смазывают, тем дольше он сохраняется.  {115} 

Это — главная мера, способствующая сохранению ствола. Это, так сказать, «гигиена» ствола.

Кроме этого профилактического средства, есть еще другое. Его применяют в том случае, когда одними «гигиеническими» мерами уже ничего нельзя сделать.

Его применяют тогда, когда ствол орудия приходит в негодность.

Вспомним, что орудие изнашивается, в сущности говоря, от разрушения тонкого слоя металла. Весь остальной металл ствола вполне исправен.

Поэтому возникла мысль о замене не всего ствола, а лишь тонкого слоя металла внутри ствола.

Стали высверливать изношенный слой и вместо него вставлять в стволы тонкостенные трубы. Оказалось, что достаточно заменить легкую внутреннюю трубу, и орудие снова может стрелять.

Эта тонкостенная труба называется лейнером; она изготовляется из высококачественной стали (рис. 69). В некоторых орудиях лейнер вставляют сразу при изготовлении ствола, не ожидая износа орудия.

Рис. 69. Ствол с лейнером

Лейнер выгоден также и потому, что при наличии его можно повысить мощность орудия (например, путем увеличения его заряда). Пусть поверхность канала ствола придет в негодность раньше, чем при обычных условиях. Это не страшно: можно обновить ствол на позиции. Достаточно лишь заменить лейнер. И стоимость этой операции невелика. Зато, чем больше мощность орудия, тем больше скорость снаряда, тем дальше полетит снаряд.

Однако введение лейнеров усложняет производство орудий: надо тщательно и точно обработать большие цилиндрические поверхности, а для этого требуется много времени. Поэтому в настоящее время лейнеры применяются лишь в особо мощных корабельных и береговых орудиях. Впервые в мире лейнерование стволов было осуществлено в 1874, году нашим соотечественником капитаном 1 ранга А. А. Колокольцовым.  {116} 

В мощных орудиях сухопутной артиллерии вместо лейнера употребляют иногда свободную трубу. Она отличается от лейнера большей толщиной и соприкасается с оболочкой ствола не по всей длине, а лишь в некоторых местах (рис. 70). Это упрощает производство.

Однако для подавляющего большинства нарезных орудий теперь не нужно ни лейнера, ни свободной трубы. Мы уже упоминали о простоте производства стволов, достигнутой в настоящее время. Оказывается, дешевле и проще заменить весь ствол среднекалиберного орудия, чем делать его с лейнером или со свободной трубой.

Поэтому современные орудия большей частью имеют стволы-моноблоки, которые после износа заменяются целиком.

Итак, мы видим, что нарезной ствол изнашивается сравнительно быстро. Значительно лучше обстоит дело со стволами минометов, которые делаются без нарезов.

Рис. 70. Ствол со свободной трубой

Нарезы в стволе миномета не нужны, так как устойчивость мины на полете достигается устройством хвостового оперения, так называемого стабилизатора.

Мы видели, что износ ствола начинается с выкрашивания промежутков между нарезами — полей нарезов. Нет нарезов — нет и сравнительно хрупких полей. Поэтому гладкостенный ствол значительно лучше сопротивляется износу, чем нарезной. Он «живучее» нарезного и может выдержать гораздо больше выстрелов. Этому способствует и значительно меньшее давление пороховых газов в миномете; трение мины о стенки гладкостенного ствола несравненно меньше, чем трение снаряда в нарезном стволе. Ведь мина не имеет ведущего пояска, который врезается в нарезы и создает большое трение.

Вот почему гладкостенный ствол «долговечнее» нарезного.

Почему бы не перейти к гладкостенным стволам и к стрельбе из всех орудий оперенными снарядами?

Оказывается, орудия с гладкими стволами непригодны, например, для стрельбы под малыми углами возвышения, то-есть для настильной стрельбы. Как мы позднее увидим, минометы применяются для стрельбы  {117}  при небольших, сравнительно, зарядах под углами возвышения больше 45°, то-есть для так называемой мортирной стрельбы.

Поэтому в современной артиллерии имеются и нарезные, и гладкостенные стволы.

Если гладкостенный ствол миномета «долговечнее» нарезного, то еще «живучее» метательная установка боевой машины реактивной артиллерии, то-есть орудие, которое не имеет ствола. Ведь при выстреле реактивным снарядом давление возникает внутри снаряда и пороховые газы почти не действуют на боевую машину.

Но и боевыми машинами реактивной артиллерии, как мы уже видели, нельзя во всех случаях заменить нарезных орудий.

Артиллерии для поражения врага нужны и нарезные орудия, и минометы, и реактивные установки.