10.1.1. Применение порохов в ствольной артиллерии

Впервые орудия, в которых в качестве метательного средства был использован порох, появились в XIV в. Со стен крепостей из «стреляющих труб» в атакующих метали каменные ядра. Было много дыма, огня, грохота, но атакующим такая стрельба причи­няла мало ущерба.

В России в Галищшской и Александровской летописях (1382 г.) впервые описано использование при защите от татаро-монгольских орд орудий, носящих название «тюфяки», «пуска-чи», «пушки».

В 1480 г. в царствование Ивана III в Москве был построен «Пушечный двор», явившийся первым пушечным заводом в ми­ре. Одной из целей его создания было упорядочение изготовле­ния орудий, при котором выдерживались бы параметры по прочностным требованиям, калибру и конструкции. Это обеспе-

чило условия быстрого и целенаправленного развития артилле­рии, которая с успехом использовалась в войнах, проводимых Иваном III и Иваном IV.

В начале XVII в. русские мастера создали орудия нового по­коления, которые заряжались не со стороны дула, а с казенной части. Это были пушки с клиновым и ввинчивающимся затворами, явившимися прообразами применяемых затворов в совре­менных артиллерийских орудиях. Кроме того, орудия имели на­резной ствол, что открывало возможность перехода от ядер к более мощным цилиндрическим снарядам. Однако эти изобрете­ния значительно обогнали технические возможности производ­ства того времени, поэтому массовое применение их задержа­лось на 150-200 лет.

В царствование Петра I артиллерия подверглась серьезному организационному и техническому преобразованию. Петр I раз­делил всю артиллерию на четыре вида: осадную, гарнизонную (крепостную), полковую и полевую. Провел упорядочение по калибрам и массе зарядов и снарядов. Результаты не заставили себя долго ждать. В начале XVIII в. в войне со Швецией, армия которой считалась непобедимой благодаря своей артиллерии, рус­ские войска одержали блестящие победы под Нарвой и Полтавой. При взятии Нарвы, например, артобстрел беспрерывно велся в тече­ние 10 суток. Было выпущено по крепости 12358 ядер и 5714 мор­тирных бомб, израсходовано 10 тыс. пудов пороха

История русской артиллерии насчитывает много славных страниц. Это победы над прусским королем Фридрихом II (сере­дина XVIII в.), взятие Измаила в войне с Турцией (1790 г.), раз­гром французских войск в войне 1812 г., многие морские сраже­ния (Чесменская битва 1779 г., бои при обороне Севастополя в 1854 г., Крымская война 1853-1856 гг. и т.д.).

Наиболее интенсивное развитие артиллерии приходится на вторую половину XIX в. Совершенствование технической базы позволило полностью перейти к изготовлению нарезных орудий с казенным заряжанием. Были сделаны первые шаги по увеличению скорострельности орудий, в частности, благодаря созданию быстродействующего поршневого затвора и унитарного артил­лерийского патрона, в котором снаряд я пороховой заряд соеди­нялись в одно целое при помощи гильзы. Но наиболее быстрое, революционное развитие артиллерии началось после изобрете­ния бездымного пороха (1886 г.). Бездымный порох по силе втрое превышал дымный. Это позволило увеличить дальность и точность стрельбы.

Бездымный порох избавил и от громадного количества дыма, который при массовой стрельбе дымным порохом создавал ды­мовую завесу, не позволяющую вести прицельный огонь.

Развитие артиллерии привело к созданию нескольких типов орудий, имеющих свои конструкционные особенности и назна­чение - это пушки, гаубицы, мортиры. Позднее появились ми­нометы и безоткатные орудия.

Пушки (рис. 10.1) предназначались для стрельбы на большие расстояния (до 30 км) по наземным и воздушным целям.

Калибр пушек от 20 до 180 мм. Длина ствола 40 - 70 калибров. Начальная скорость полета снаряда не менее 600 м/с (для неко­торых танковых пушек она достигает 1600 м/с, например, в тан­ке «Леопард - 2»). Пушки ведут огонь при малых углах возвышения (обычно до 20 градусов). Траектория полета снаряда на­стильная (отлогая).

Для стрельбы по укрытым целям служат гаубицы. Они имеют более короткий ствол (10-30 калибров), огонь ведут при больших углах возвышения (навесная траектория), калибр гаубиц 100 мм и более. Начальная скорость полета снаряда меньше, чем снаряда пушки. Например, скорость снаряда 76-мм пушки 680 м/с, а 122-мм гаубицы - не более 515 м/с. Уменьшение скорости достигается сни­жением соотношения массы заряда пороха к массе снаряда в срав­нении с пушкой. Дальность стрельбы около 18 км.

На рис. 10.2 показан внешний вид гаубицы.

•

В настоящее время все большую популярность приобретают орудия, сочетающие свойства гаубицы и пушки (возможность настильной и навесной стрельбы).

Это гаубицы - пушки. Калибр их от 90 мм и более, длина ствола 25-^0 калибров, дальность стрельбы около 20 км.

Орудия типа мортиры применялись с XV в. Они имели ко-

роткий ствол (не более 10 калибров), большой калибр, стреляли мощными бомбами с большим зарядом ВВ и предназначались для разрушения особо прочных сооружений. Траектория полета имела большую крутизну (крутая навесная траектория). Началь­ная скорость полета снаряда составляла около 300 м/с, дальность полета была сравнительно невелика. Соотношение массы заряда пороха к массе снаряда было еще меньше, нежели для гаубицы. На вооружении современной армии нет мортир. Однако к началу Второй мировой войны в составе резерва Главного командова­ния Красной Армии были мортиры калибра 280 мм с дальностью стрельбы 10 км (начальная скорость полета снаряда 356 м/с).

На смену мортирам во всех армиях мира в начале XX в. при­шли орудия нового типа - минометы. Это гладкоствольные ору­дия для навесной стрельбы, обеспечивающие возможность по­ражения противника, находящегося в окопах, расположенных по соседству со своими позициями (400 - 500 м). Сегодня на воо­ружении находятся минометы калибров от 60 до 240 мм, с мас­сой мины от 1,3 до 130 кг и дальностью стрельбы от нескольких сот метров до 10 км.

Начальная скорость полета мины при самом малом заряде пороха состав­ляет всего 120 м/с.

По конструкции миномет представляет собой гладкую внутри стальную трубу, опи­рающуюся шаровой пятой на плиту (рис. 10.3).

Стрельба производится путем опускания мины хво­стовой частью в дуло (мино­меты больших калибров за­ряжаются е казенной части). В трубке стабилизатора мины

находится хвостовой патрон с основным зарядом пороха. В дне патрона имеется капсюль-воспламенитель, который натыкается

на боек при достижении миной крайнего нижнего положения, взрывается и возбуждает горение порохового заряда. Основной заряд пороха берется небольшой. При необходимости на трубку стабилизатора помещается дополнительный заряд пороха, по­зволяющий увеличить дальность стрельбы. Скорострельность миномета достигает 15-20 выстрелов в минуту.

В первой четверти XX в. появился новый вид артиллерий­ских орудий - безоткатные (динамо-реактивные) орудия, пред­назначенные для уничтожения живой силы, разрушения укреп­лений и, главным образом, для борьбы с танками. Принцип дей­ствия безоткатного орудия показан на рис. 10.4.

В гильзе снаряда имеются отверстия, закрытые картоном. При выстреле картон прорывается и через открывшиеся отвер­стия часть газообразных продуктов горения поступает в казен­ник, в задней части которого сделаны сопловые отверстия. Воз­никающая реактивная сила уравновешивает силу отдачи. Это исключает необходимость делать сложные лротивоотканые уст­ройства, что значительно упрощает конструкцию орудия. Безот­катные орудия имеют нарезной ствол. Для стрельбы использу­ются унитарные патроны с осколочными, осколочно-фугасными, кумулятивными гранатами, которые по мощности соответствуют обычным снарядам. Учитывая, что часть энергии пороховых га­зов расходуется на компенсацию отдачи, начальная скорость по-

лета составляет около 300 м/с, дальность стрельбы существенно меньше обычных орудий и стрельба наиболее эффективна по видимым целям. Безоткатные орудия в зависимости от калибра могут быть переносные или размещенные на автомашине.

Прежде чем перейти к рассмотрению влияния различных факторов на артиллерийский выстрел, остановимся на самом по­нятии «выстрел». Под этим термином понимается два значения. Одно из них подразумевает явление выстрела из огнестрельного оружия, а второе - изделие, боеприпас, с помощью которого осуществляется выстрел.

Явление выстрела - процесс выбрасывания снаряда за счет энергии пороховых газов. При выстреле за доли секунды поро­ховые газы, имеющие температуру 3000-3500°С, развивают дав­ление до 300-400 МПа и выталкивают снаряд. На этот полезный вид работы расходуется 25-30 % энергии порохового заряда.

Артиллерийский выстрел как боевое средство (боеприпас) представляет полный комплект всех элементов, необходимых для производства одного выстрела. В него входят: снаряд, взры­ватель снаряда, метательный (боевой) заряд пороха в гильзе или в картузе, средство воспламенения метательного заряда (кап­сюль-воспламенитель, воспламенительная трубка и др.), вспомо­гательные элементы (флегматизатор, размеднитель, пламегаси­тель, картонные элементы).

Основными баллистическими показателями артиллерийского выстрела являются: максимальное давление в стволе орудия (р_т) и скорость движения снаряда на срезе ствола (У₀).

Ранее отмечалось, что горение бездымного пороха происхо­дит параллельными слоями со всех сторон порохового элемента. Сочетание этого качества с энергетическими характеристиками пороха, формой, размерами зерна и величиной навески позволя­ет регулировать основные баллистические параметры выстрела и создавать заряды с заданными свойствами.

Пороха, .в зависимости от энергетического показателя (тепло­ты горения р_г), делятся на три группы:

- высококалорийные, имеющие (}_г 4200-5300 кДж/кг (1000-1260 ккал/кг). Для повышения калорийности в их состав вводят­ся взрывчатые вещества с высокой теплотой горения (октоген, гексоген, ДИНА). Применяются высококалорийные пороха для минометных выстрелов;

-средиекалорийные пороха, имеющие (}_г 3300-4200 кДж/кг (800-1000 ккал/кг), применяются для изготовления зарядов к орудиям малой мощности;

-низкокалорийные («холодные») пороха, имеющие <3_Г 2700-3300 кДж/кг (650-800 ккал/кг), используются для зарядов к ору­диям больших калибров. Применение «холодных» порохов для мощных орудий вызвано стремлением до минимума снизить разгар (эрозию) внутренней поверхности ствола, которая находится в прямой зависимости от температуры и давления выстрела.

Скорость газовыделения при горении пороха в определенной степени регулируется формой пороховых элементов. Из пирок-. силиновых порохов изготавливаются элементы в виде зерен с одним или семью каналами, а также в виде трубок (рис. 10.5 а). Из баллиститных порохов готовят трубки, пластинки, ленты и кольца (рис. 10.5 б)

Канальные зерна имеют прогрессивный характер горения, так как выгорание пороха с поверхности зерна и каналов приво­дит к увеличению площади горения. Трубчатые пороха по ско­рости газовыделения близки к постоянной величине. Ленты и кольца (минометные пороха) имеют регрессивный характер го­рения.

Пороха с прогрессивной скоростью газовыделения находят применение в длинноствольных орудиях (пушках), поскольку для придания высокой скорости снаряду на протяжении значи­тельной длины ствола давление должно составлять величину, близкую к максимальной.

Для орудий с малой длиной ствола применяются трубчатые пороха. Это связано с тем, что максимальное давление в корот-

коствольных орудиях должно сохраняться меньший период вре­мени и значение его может быть ниже, чем в пушках.

В минометах начальная скорость полета мины низкая и, сле­довательно, нет необходимости в создании высокого давления с продолжительным периодом его удерживания. Поэтому для ми­нометных пороховых зарядов вполне пригодны пороха с регрес­сивным характером горения.

В зависимости от химической природы и формы артиллерий­ские пороха маркируются следующим образом:

- зерненые пироксилиновые пороха обозначаются дробью,

числитель которой показывает толщину горящего свода в деся­тых долях миллиметра, а знаменатель - число каналов. Напри­мер: 7/7 - толщина свода 0,7 мм, каналов семь; 14/7 - толщина свода 1,4 мм, каналов семь; 7/1 - толщина свода 0,7, канал один;

-трубчатые пороха обозначаются также дробью, но с добав­лением букв ТР. Например: 10/1ТР - толщина свода 1 мм, канал один, трубчатый;

-баллиститные трубчатые пороха не имеют буквенного ин­декса ТР, поскольку они не изготавливаются в виде зерен, однако имеют буквенный индекс Н, например: 30/1Н обозначает трубчатый нитроглицериновый порох с толщиной горящего сво­да 1 мм и одним каналом;

-ленточные пороха имеют буквенный индекс Л и число, по­казывающее толщину горящего свода в сотых долях миллимет­ра. Например: НБЛ-35 - нитроглицериновый баллиститный лен­точный с толщиной горящего свода 0,35 мм;

- пороха кольцевой формы имеют буквенный индекс К и три цифровых показателя, два из которых пишутся в виде дроби (чис­литель- внутренний, знаменатель - наружный диаметр, мм) а тре­тий, отделенный от дроби чертой, обозначает толщину горящего свода в сотых долях миллиметра, например, НБК30/65-12;

- нитроглицериновый баллиститный кольцевой порох с внутренним диаметром 30 мм. внешним 65 мм и толщиной го­рящего свода 0,12 мм.

В зависимости от системы орудия, калибра и выполняемой задачи применяются пороха различных марок. Все пороховые заряды непременно имеют два основных элемента - навеску пороха и воспламенитель. По устройству навески заряды делятся на постоянные и переменные. И те и другие могут быть полны­ми или уменьшенными. Постоянные заряды используются в унитарных патронах (рис. 10.6), представляющих собранные в заводских условиях артиллерийские выстрелы в виде объединеиных гильзой снаряда и порохового заряда, и не могут изме­няться перед проведением стрельбы. Обычно унитарные патро­ны применяются для орудий малого и среднего калибров.

В некоторых выстрелах гильзового заряжания с боевым зарядом из зерненого пороха для обеспечения одновременного воспламене­ния пороха по всему объему заряда применяются центральные; бу­мажные перфорированные трубки, заполненные полыми цилиндри­ками из дымного пороха (рис. 10.6 б). При введении в трубку пламегасящего вещества она также выполняет роль пламегасителя.

При увеличении калибра унитарный патрон становится неудоб­ным для заряжания из-за большой массы и размеров. В этом случае применяется гильзовое и безгильзовое раздельное заряжание.

При гильзовом раздельном заряжании в ствол орудия сначала досылается снаряд, а затем - гильза с навеской пороха, который на­ходится в картузах (мешочках из легкосгораемой ткани). В крупнокалиберных орудиях (корабельных, береговой обороны), в которых производится безгильзовое раздельное заряжание, навеска пороха помещается в камору в картузах без гильзы.

Варианты раздельного заряжания показаны на рис. 10.7.

Причем изменение навески может производиться непосредственно перед стрельбой в соответствии с ре­шаемой боевой зада­чей. Устройство ми­нометных пороховых зарядов показано па рис, 10.8. Из рисунка видно, что навеска по­роха в минометном выстреле имеет основ­ной заряд и дополни­тельный в виде карту­зов, размещенных на хвостовике мины, ко­личество которых из­меняется в зависимо­сти от заданной даль­ности стрельбы.

В качестве воспла­менителей в артиллерийских и минометных выстрелах применяются капсюли-воспламенители ударного, терочного или электрического возбужде­ния. Капсюли-воспламенители обычно вмонтированы в восиламенительную втулку, обладающую повышенной воспламенительной способностью за счёт впрессованного во втулку дымного пороха.

С целью быстрого и полного воспламенения в зарядах картузно­го заряжания используются дополнительные воспламенители, пред­ставляющие лепешки спрессованного или насыпанного в картуз дымного пороха.

Кроме двух основных составляющих (навески и воспламените­ля), в состав заряда могут быть включены дополнительные элемен­ты - флегма газатор, размеднитель и пламегаситель. Первые два применяются с целью снижения разгара ствола. Пламегаситель используется для гашения дульного и обратного пламени. Дульное пламя представляет собой раскаленные светящиеся газообразные продукты, а также свечение от догорания продуктов неполного окисления.

Длина дульного пламени, в зависимости от системы орудия, свойств пороха и метеорологических условий, может быть от 0,5 до 50 м, а ширина - от 0,2 до 20 м.

Пламя от 76-мм пушки в ночное время видно с самолета за 200 км.

Естественно, это значительно демаскирует боевые позиции ар­тиллерии, особенно при ночной стрельбе.

Обратное пламя - это пламя, возникающее при открывании за­твора орудия. Оно особенно опасно при стрельбе из танковых пу­шек. Борьба с дульным и обратным пламенем осуществляется вве­дением в заряд пламегасителей дульного и обратного пламени. Дульный пламегаситель обычно представляет собой картуз с по­рошкообразным сульфатом калия, взятым в количестве 2-15% от массы пороха, расположенный в верхней части заряда.

Пламегасители обратного пламени представляют помещенную в картуз навеску (около 2% от массы заряда пороха) пламегасящего пороха (пироксилиновый порох, содержащий 45-50% пламегасящего вещества, например сульфата калия), расположенную в нижней части заряда.

Баллистические показатели выстрела зависят от целого ряда факторов, решающими из которых являются конструкция ору­дия и характер порохового заряда (величина навески, скорость и объем газовыделения при горении, максимальное давление в стволе орудия и т.п.).

В табл. 10.2 приведены характеристики выстрела некоторых систем орудий. Из таблицы видно, что при переходе от пушек к гаубицам снижается дальность стрельбы. Это естественно, по­скольку в выстреле гаубицы масса порохового заряда по отно­шению к массе снаряда в 2-А раза меньше по сравнению с соот­ношением в выстреле пушки. Максимальная дальность стрельбы для рассмотренных орудий не превышает 40 км.

Возникает вопрос, а существует ли возможность создания дально­бойных артиллерийских систем?

Одной их причин, препятствующих значительному увеличе­нию дальности стрельбы, является сопротивление воздуха поле­ту снаряда. Причем степень сопротивления возрастает с ростом скорости полета снаряда. Например, расчетная дальность полета снаряда 76-мм пушки в безвоздушном пространстве составляет 30-40 км, тогда как на практике за счет сопротивления воздуха это расстояние сокращается на 10-15 км.

В 1911 г. известный русский артиллерист Трофимов предло­жил Главному артиллерийскому управлению царской армии по­строить пушку, которая имела бы дальность стрельбы 100 км и более. Основная идея дальнобойности заключалась в том, чтобы вывести снаряд на большую высоту, где сильно разрежена атмо­сфера, нет сопротивления и снаряд беспрепятственно проходит большое расстояние. Однако это предложение не получило под­держки в Главном артиллерийском управлении. А через семь лет немцы обстреляли Париж из пушки с расстояния более 100 км. Причем принцип обеспечения дальнобойности полностью по­вторял идею Трофимова. Дальнобойная пушка представляла со­бой орудие общей массой 750 т, калибр снарядов 232 мм, длина ствола 34 м, начальная скорость снаряда составляла 2000 м/с. Снаряд выстреливался под большим углом (около 50°), пробивал плотные слои атмосферы, поднимаясь приблизительно на 40 км, и имел к этому моменту скорость 1000 м/с. В разреженной атмо­сфере снаряд пролетал 100 км и опускался по нисходящей ветви траектории, преодолевая при этом еще 20 км расстояния.

Таким образом, общая дальность составляла 120 км. Однако стрельба из такой пушки потребовала несоизмеримого расхода по­рола. Снаряд массой 126 кг требовал заряд пороха в 215 кг, т. е. со­отношение заряда пороха к массе снаряда приближалось к двум, то­гда как для обычных пушек оно составляет 0,2-0,4.

Кроме того, ствол пушки выдерживал не более 50-70 вы­стрелов и после этого требовалась замена 34-метрового ствола.

Все сказанное выше ставит под сомнение рациональность созда­ния дальнобойных артиллерийских ствольных орудий.