Судьба динамитного оружия

Судьба динамитного оружия

Продолжение.

Начало см. в "ТиВ" № 4/2003 г.

Имитационная модель пневмопушки.

К сожалению, информация о пневматических пушках чрезвычайно обрывочна. а потому противоречива и неполна. Для того, чтобы оценить реальные характеристики пушки и выявить некоторые противоречия, авторами было проведено имитационное моделирование орудия и тестирование разработанной компьютерной модели 1*.

Как уже говорилось, давление газа в баллонах составляло 70.5 атм. А вот при анализе объема выясняется интересный факт. В эссе С. Шредера, опубликованном в журнале USNIP, сказано, что объем баллона, приводящего в движение снаряд, составляет 7,83 м? (276 фт?). Но в мемуарах, опубликованных в 1922 г… он уже пишет: "Интересен факт, что вес воздуха в баллонах составлял около трех тонн — на такую величину изменялось водоизмещение крейсера до и после "заполнения баллонов".

Полагая состояние газа нормальным, то есть температуру около 300 К, по уравнению состояния Менделеева-Клапейрона можно оценить объем баллонов, который составляет около 48 м?. То есть получается, что на каждое орудие приходилось по два баллона. Эта информация выглядит вполне объяснимой: из одного резервуара производится выстрел, второй в это время подключен к компрессору, но подтверждение этого факта авторам обнаружить не удалось.

Интересно отметить, что было еще одно последствие применения легкого корпуса, которое при проектировании никто не мог и предвидеть. Вес закачиваемого воздуха для пневматических орудий составлял около трех тонн, и, по оценке Шредера, изменение осадки "заправленного" и "незаправленного" крейсера составляло около четверти дюйма. Так что при определенных условиях при быстром стравливании воздуха вследствие перераспределения внутренних весов, крейсер начинал качаться на воде!

Сравнительная бронепробиваемость 127-мм, 102-мм и гипотетического бронебойного снаряда пневматической пушки.

Упрощенная принципиальная пневмосхема пневматического орудия:

1 — заборное устройство: 2 — привод компрессора; 3 — компрессор; 4 — обратный клапан; 5 — воздушный резервуар; 6 — главный клапан; 7 — пушка

Следующий интересный вопрос выясняется при анализе формы динамитного снаряда.

На майских испытаниях 1891 г, кроме всего прочего, проводилась съемка падающих снарядов с целью определения их баллистических характеристик.

Еще до испытаний по широко использовавшимся тогда баллистическим таблицам Ингаллиса были определены скорости и углы падения снарядов. Но. как показала практика, эти значения были далеки от действительности. Впрочем, съемка тоже смутила всех. При расшифровке снимков, выполненных при испытаниях лейтенантом Акерманом, выяснилось, что на малых диапазонах снаряд имеет углы падения 16.5° и даже 15.5° (соответственно на дальностях 1000 и 500 ярдов). Получалось. что угол падения был меньше угла возвышения орудия, И тут выяснилось самое интересное. Оказалось, что снаряд буквально мотает на траектории. Вследствие прецессии он совершал вращения с радиусом полтора-два калибра!

Впрочем, определить реальный угол падения не составляло труда: надо было лишь увеличить время выдержки и снять трек снаряда.

Оказалось, что снаряд динамитного орудия имеет коэффициент формы 5,646 по отношению к закону Майевского 2*.

Комплексным критерием, позволяющим оценить баллистические характеристики орудия, может служить толщина пробиваемой брони гипотетического бронебойного снаряда. Как видно из графика. кривая имеет "нестандартный" вид. Для традиционной артиллерии пробиваемая броня с расстоянием уменьшается, а у пневматической пушки увеличивается. На нулевой дальности кинетическая энергия снаряда нулевая, из-за чего и пробиваемая броня тоже нулевая. На обычных же дистанциях, порядка 2–3 км, бронепробиваемость пневматического снаряда соизмерима со снарядами Mk II! (102/40) и Mk II (127/40) орудий американского флота. Хотя последнее, конечно, имеет более умозрительный смысл, так как фугасный эффект динамитного заряда в любом случае будет больше бронебойного, который реализуется за счет кинетической энергии.

Динамитные снаряды

В январе 1889 г. в форте Лафайет были проведены опытные стрельбы из 15" орудия. Снаряд имел центр тяжести примерно на удалении 45 % от носика, так что обладал хорошей устойчивостью (что. впрочем, не мешало ему при небольших скоростях вращения сильно прецессировать). Это приводило к тому, что, попав в воду, которая быстро гасила вращательное движение, снаряд оставался устойчивым на курсе. А при менее настильной траектории, которая получалась при угле возвышения 18°, снаряд, войдя в воду, шел в ней подобно торпеде!

Во время первой стрельбы расстояние подводного хода снаряда определить не удалось из-за волнения, но в ходе повторных стрельб выяснилось, что он прошел под водой примерно 50 м со средним углом снижения около 1° (глубина в этом месте достигала 9 м, то есть до удара по дну). При более выверенных рулях глубины можно было бы отрегулировать снаряд на постоянную глубину, так что появлялась гипотетическая возможность так настроить взрыватель, чтобы снаряд взрывался прямо под корпусом корабля противника. Даже попадая в песок, снаряд двигался в нем параллельно поверхности около 15 м.

Эти испытания внушали оптимизм. Еще бы, ведь даже при недолете 100–150 м динамитный снаряд все равно попадал в противника или давал разрыв, способный его повредить.

Как писал одни популярный журнал того времени: "1800-фунтовый заряд гремучего студня по своей энергии был эквивалентен приблизительно 3 400 фунтам динамита, или более чем 10 тоннам пороха", В качестве альтернативы были планы начинки снарядов другими мощными взрывчатыми веществами и даже ядовитыми газами (за 20 лет до Ипра!), но "гремучий студень" был, безусловно, фаворитом, В боекомплект входило четыре разновидности снарядов с весом взрывчатого вещества 227, 160, 91 и 45 кг (соответственно 500, 350, 200 и 100 фунтов). Последние три были подкалиберными и заряжались вместе с деревянными подкладками. которые отделялись в полете.

Есть информация, что на первых порах проводились эксперименты с 272-кг (600 фн) зарядом динамита. Его снаряд весил 680 кг (1500 фн) и имел длину 2,1 м. В литературе отсутствует информация о его дальности, указывается лишь, что она была меньше мили. По расчетам авторов выходит, что в пушке он мог разогнаться лишь до скорости около 100 м/с и. таким образом, дальность стрельбы составляла чуть меньше 500 м. Отсюда становится понятным, почему его не ввели в боекомплект крейсера: на такой дальности легкий корпус "Везувиуса" сам мог получить повреждения!

Как показана практика, наилучшими баллистическими свойствами обладал 227-кг снаряд с 91 кг зарядом. Калибр его составлял 254 мм. Вообще применение подкалиберных снарядов сочли чрезвычайно удачной идеей, ведь разгоняло их давление воздуха на площади 381 мм?, а сила сопротивления воздуха была пропорциональна 254 мм?. Дальность стрельбы с увеличением массы снаряда уменьшалась, так что для каждого типа снаряда был определен рекомендуемый диапазон дальности. В частности, для снаряда с зарядом 91 кг максимальная дальность составляла около 6000 футов (1800 м).

Снаряды взрывались с помощью электрического взрывателя системы Жалинского — особых запалов, помешенных в нескольких местах заряда. Для запитки запалов внутри снаряда находилась небольшая батарея. Причем электрическая цепь замыкалась очень чувствительным ударником, так что снаряд мог взрываться как от удара об воду, гак и с некоторой задержкой. Взрыватель в целях безопасности автоматически взводился, когда снаряд пролетал приблизительно 1/8 мили: из-за вращательного движения откручивался стопорный винт. Тем не менее взрыватели оставались постоянной головной болью.

Шредер пишет, что взрыватели зарекомендовали себя не так уж и плохо, но следует помнить, что снаряд должен был взорваться с необходимым по времени замедлением, а он обычно взрывался при контакте. Так что волей-неволей от идеи воздушной торпеды пришлось отказаться. и пневматическая пушка стала обычной пушкой с большими фугасными снарядами. Электрический взрыватель системы Жалинского заменили механическим системы Мерриама, но все опыты с замедлителем взрыва не дали практически никаких результатов: из всех стрельб только одна прошла более или менее нормально. Наконец, был предложен взрыватель конструкции Рапиева. Предварительная экспертиза показывала, что он может дать превосходные результаты. Но и здесь всех ждало разочарование: силы удара не хватало, чтобы сломать предохранительную чеку, да и запала было явно недостаточно для воспламенения основного заряда.

Многочисленные опыты с замедлением ничего не дали. Одни взрыватели были слишком чувствительны к удару или, наоборот, взрывались. лишь от удара об твердый грунт, другие не обладать необходимой мощностью, чтобы воспламенить динамит, третьи не обладали ни тем. ни другим недостатком, но по конструктивным соображениям не могли быть вписаны в калибр снаряда. Так что волей-неволей пришлось вернуться к контактным взрывателям, а снаряд с ними взрывался в момент удара, так что, несмотря на большую силу взрыва, взрывная волна была направлена в основном вверх и причиняла незначительные повреждения препятствию. И, например, С. Шредер видел именно в этом самый главный недостаток динамитных орудий.

Для придания вращения к снаряду крепились деревянные стабилизаторы. Это было еще одним недостатком динамитного оружия, так как они часто отламывались или при хранении, или же в полете.

1* Модель состоит из двух блоков внутренней и внешней баллистики, всего шесть дифференциальных уравнений, дополняемых системой алгебраических. Подробнее описание модели и результаты тестирования см.: Митюков Н.В. МакШерри П.М. Применение имитационного моделирования для оценки эффективности пневматической пушки п вестник ИжГТУ — 1999. — Ч> 4 — с 6–9

2* Для отечественного читателя более привычным является закон Сиаччи. Переводя значение коэффициента формы к нему, получается 5.06! Для сравнения снаряды обычной артиллерии самой плохой формы имеют не более 2–2,5.

Стволы пневматических пушек

Полновесный снаряд динамитного крейсера "Везувиус". Вес взрывчатого вещества от 50 до 250 фунтов. Винтообразный хвост придает снаряду вращательное движение, поскольку пушка гладкоствольная. Полная длина снаряда приблизительно 8 футов; диаметр 14 3/4 дюйма

Доработка орудий

Еше во время проектирования встал вопрос, как регулировать дальность. Было два возможных пути: регулировать начальное давление в резервуаре (подобно изменению навески пороха в огнестрельной артиллерии) или изменять расход воздуха (подобно изменению качества пороха и скорости его горения). Экспериментальное орудие, которым был потоплен "Силлиман", использовало регулирование давления в баллонах. Но в условиях небольшого корабля изменять его быстро было нереально, а проектанты всеми силами пытались ускорить перевод орудия из режима стрельбы на максимальную дальность в режим минимальной дальности и наоборот. Хотя резкий дренаж газа был вполне реален, но потом потребовалось бы час-два напряженной работы компрессора, чтобы восстановить первоначальное давление. Так что регулирование расхода было единственно правильное решение. Но регулировать расход можно было тоже по-разному: или открывать клапан по максимуму и выдерживать его определенное время; или оставлять время постоянным, а скорость снаряда регулировать дросселированием; или же каждый раз подключать к пушке определенное количество резервуаров в зависимости от предполагаемой дальности стрельбы.

Последняя идея могла бы быть самой простой, но, как показывают результаты моделирования, если вместо одного баллона объемом 7.8 м! к пушке "Везувиуса" подключить все шесть баллонов объемом 47 м то дульная скорость увеличивается при стрельбе 227-кг снарядом всего на 4 м/с, а дальность — всего на 20 м. Наверняка это понимали и в то время.

Регулирование дросселированием было бы заманчивым только водном случае — если бы создали многоходовой клапан с высокой степенью дискретности. А это и в настоящее время представляет довольно сложную задачу. Так что оставался способ регулирования временем открытия клапана. Эта идея целенаправленно поддерживалась и поощрялась "Пневматик динамит ган компани". На эту тему было написано множество отчетов, получено большое количество патентов, но все равно допуск клапанов по времени оставался большим. Так что управляющий стрельбой клапан являлся одним из узких мест всей конструкции пневматических орудий.

Натурная отработка всевозможных клапанов происходила в форте Лафайет. Самой первой изготовленной и испытанной конструкцией стал клапан Пратта. Интересно, что первый блин не оказался комом, и конструкция была вполне жизнеспособна. Но вслед за ней были рассмотрены еше ряд предложений, пока не остановились на клапане Сиволла. Интересно отмстить, что и сам Жалинский предложил конструкцию. Ее изготовили, подчиняясь "давлению сверху", но, поскольку она заведомо была хуже остальных, тут же убрали подальше и даже ни разу не испытали.

По сравнению с конкурентами конструкция Сиволла давала максимум удобств для командира, производившего выстрел (минимум различных вспомогательных манипуляций), и минимальный допуск на срабатывание. Именно клапан Сиволла и был принят на вооружение. Но, как оказалось впоследствии, он имел два существенных недостатка, которые удалось оценить лишь во время испытаний корабля. Во-первых, время срабатывания клапана зависело от быстроты врашения ручки оператором, что уже само по себе было функцией от "человеческого фактора", а во-вторых, отверстие для регулирования подачи воздуха в орудие имело такой длинный и узкий разрез, что он постоянно забивался частичками пыли, всегда присутствующими в воздухе.

Офицеры "Везувиуса" постоянно соревновались между собой по поводу устранения данных недостатков. К сожалению, неизвестна фамилия автора окончательного варианта, так как в литературе этот клапан фигурирует как "конструкция, измененная по указаниям Шредера".

Щель клапана была заменена отверстием диаметром 1,6 мм (1/16") с небольшим фильтром-сеточкой для улавливания пыли. Из-за этого ручку управления удалось заменить на рычаг, переключающийся одним движением руки.

Уже после укомплектования "Везувиуса" удалось решить еще одну проблему крейсера-устройства для управления дальностью. Вместо громоздкой конструкции, требовавшей достаточно продолжительных усилий двух матросов. было установлено приспособление конструкции Рапиева, позволяющее быстро и просто регулировать время открытия основного клапана. Так что для перевода орудия из режима максимальной дальности в режим минимальной требовалось всего несколько секунд и простых манипуляций командира прямо в командирской рубке.

У клапанов оставался еше один недостаток: при стрельбе на минимальную дальность излишки воздуха попросту стравливались. Впрочем, считалось, что для экспериментального корабля это не страшно, дескать, когда начнется серийное производство динамитных крейсеров, тогда что-нибудь и придумается.

При расходовании воздуха происходило падение давления в баллоне и, как следствие, изменение дальности. Как показало тестирование модели, при стрельбе 200-фунтовым снарядом после первого выстрела (дульная скорость 204 м/с, дальность 1880 м) давление в баллоне падает до 68.08 атм. Так что при втором выстреле и далее эти показатели следующие: 2-й 68,02 атм (198 м/с 1780 м), 3-й 65,73 атм (194 м/с 1700 м), 4-й 63,55 атм (188 м/с 1600 м), 5-й 61,50 атм (185 м/с 1550 м), 6-й 59,52 атм (180 м/с 1470 м).

Таким образом, без подзарядки на шестом выстреле дальность стрельбы падает почти на четверть 3*. Так что любые механизмы для экономного расходования воздуха и точного контроля его давления были бы весьма полезными. Тем не менее приборы учета и контроля воздуха появились лишь в январе-феврале 1893 г., то есть после того, как крейсер прошел все испытания.

А то, что на результаты стрельбы могли влиять, казалось бы, безобидные параметры, говорит один интересный факт. Во время эксплуатации выяснилось, что центральное орудие лучше практически по всем показателям. Когда стали выяснять причины этого феномена, оказалось, что влажность воздуха в центральном орудии обычно намного меньше, чем в боковых (забор воздуха для боковых орудий осуществлялся с бортов, а центрального сверху). Незамедлительно конденсируясь в баллоне высокого давления, водяные пары и вода способствовали изменению дроссельных характеристик клапанов. По меткому высказыванию Шредера: "Вода и нефть в воздушных резервуарах представляла для нас большую опасность, нежели огонь противника". Все усложнялось тем, что исключить конденсат в полостях высокого давления не представлялось возможным. При расширении температура воздуха снижалась, и водяные пары, неизменно присутствующие в морском воздухе, конденсировались. Затем поступала новая партия воздуха, пары которой тоже частично конденсировались и оставались в баллонах. А слить воду оттуда было довольно сложно! Дело заключалось не только в том. что уменьшался объем резервуаров и изменялись дроссельные характеристики клапанов: внутренняя поверхность начинала кородировать. В первую очередь страдали дно резервуаров и различные уплотнения. где скапливалась вола.

Дело, по-видимому, было достаточно серьезное. Компрессоры крейсера были рассчитаны на создание давления 140 атм (2000 фн/дюйм?). Именно под таким давлением воздух подавался в резервуары после выстрела. Первоначально орудия тоже проектировалось на это давление, но потом по ряду причин рабочее давление в резервуарах было снижено до 70 атм (1000 фн/дюйм). Как вспоминает Шредер: "После испытаний я по техническим причинам приказал уменьшить давление до 750 фн/дюйм? ". то есть до 53 атм. Сложно указать вес причины этого шага, подумается. что коррозия конструкций стояла не на последнем месте.

По результатам испытаний 1893 г. была выдана рекомендация на заборном устройстве поставить для удаления влаги центрифугу. сепаратор или, на худой конец, какие-нибудь отстойники. Но до вывода корабля в резерв ни то ни другое сделано не было. В качестве эксперимента подобное приспособление было установлено лишь на береговом орудии.

Интересно отметить, что к моменту комплектования на "Везувиусе" напрочь отсутствовала какая-либо система прицеливания. Поэтому уже сами офицеры крейсера были вынуждены создать нечто подобное мушке стрелкового оружия.

В командирской рубке находилась щель, через которую и прицеливались, а прицельная планка была установлена на срезах орудий, поднятая почти до уровня глаз оператора в рубке. Таким образом, линия прицеливания получалась около 16,3 м. К дульным срезам крепился железный прут 9,5-мм толщины. на котором находились три вертикальные вехи с шагом 254 мм. таким образом получалась 500-мм очерченная область.

Отклонение по целику 10" означало отклонение снаряда на дальности в одну милю 1000" (1/100), то есть по цели можно было давать упреждение. Отклонение из-за ветра максимально давало величину 100" на каждую милю, то есть для учета бокового ветра необходимо было дать упреждение по целику 1".Но следует признать, что и по азимуту целиться приходилось в основном на глазок — точное прицеливание было исключено просто в принципе.

Изложенный способ прицеливания выглядит очень сырым и примитивным по сравнению с уже появившимися тогда системами наводки. Но следует помнить, что более простое приспособление легче настроить и "приучить" к нему наводчиков. Установка же новейших прицелов была просто-напросто нецелесообразна: они давали бы такую точность, которая для пневматических орудий была бы просто недостижима. Впрочем, по выражению Шредера, "человеческий глаз, рука и нерв также при навыке могут давать превосходные результаты".

3* Кстати, сам Шредер пытался оценить падение давления после первого выстрела, пользуясь уравнением закона Бойля-Мариотта. Увеличение объема газа он оценил как 0.08 м? объем различных внутренних полостей и 140 м? — 3/4 объема орудия. Таким образом, получается цифра 59 атм: 70.5 х 7.8 / (7,8+0,08+ 1.4) = 59 атм.

Приведенный пример наглядно изображает последствия упрощения задачи А ведь в реальных условиях при расчетах дальности необходимо также учитывать, что давление в резервуарах зависит от температуры воздуха и погодных условий"

Скорострельная артиллерия

Скорострельная артиллерия крейсера "Везувиус" была представлена 47-мм (3- фн) орудиями с длиной ствола 44 калибра.

В разные моменты службы их количество изменялось. Так на архивных чертежах, опубликованных в справочнике DANFS, приводится схема корабля с восемью орудиями. Действительно, на корабле планировалось установка такого количества скорострелок. но фактически на нем стояло лишь три. На короткое время испано-американской войны вооружение было усилено, но только до пяти пушек. А когда корабль был переоборудован в опытовое торпедное судно, для салютов на нем осталось всего одно орудие.

Кроме того, в официальных документах в штате крейсера числилось одно десантное орудие системы Кольта-Гатлинга. Вероятнее всего, это опечатка или неточность. Из этих же документов непонятно, где это орудие было установлено, даже непонятен лафет: тумбовый или колесный. Если все-таки предположить, что орудие стояло в действительности, то стационарная тумбовая установка более вероятна.

Экипаж

По разным источникам, нормальная численность экипажа "Везувиуса" колеблется от 68 до 76 человек, в том числе 6 офицеров.

Продолжение следует.

В средствах массовой информации нашей страны как-то само собой утвердилось мнение о прочной и безоговорочной победе США и их союзников над террористами в Афганистане. На самом деле нет в Афгане никакой победы. Война идет, конечно, масштабы боевых действий в 2002 г. были поскромнее, чем в 1982 г., но так и в 1979 г. Советская Армия в короткий срок и с минимальными потерями выполнила поставленную задачу. Настоящая война началась уже потом. Сведения о боевых операциях США в Афганистане крайне скудны. Складывается впечатление, что вокруг афганской войны искусственно создана информационная блокада. Просачиваются лишь отдельные сведения, главным образом, на страницах специализированных изданий. Пожалуй, постоянное внимание Афганистану уделяет лишь британский ежемесячник "Эйр Форс". По сведениям журнала, самой Крупной за 2001–2002 гг. стала операция "Анаконда"

Михаил Никольский