Все эти недостатки пороха заставили артиллерийских инженеров призадуматься над вопросом о возможности замены пороха другим источником энергии. Но об этом мы расскажем в конце книги.
Для того, чтобы зажечь пороховой заряд, применяют капсюль. Но взрывом одного капсюля зажечь боевой заряд трудно. Поэтому за капсюлем в капсюльной втулке располагают лепешки более шероховатого черного пороха. Вследствие шероховатости и мелкозернистости воспламенение черного пороха происходит очень быстро. Кроме того, черный порох при нормальном давлении горит быстрее бездымного. Газы, образующиеся в результате горения воспламенителя, повышают давление, что облегчает зажжение боевого заряда.
Встает вопрос: что произойдет, если изготовить пороховой заряд из очень мелкого пороха? Такой заряд быстро сгорит и превратится в газы. Сразу же получится очень высокое давление. Снаряд быстро начнет двигаться по каналу ствола. Но по мере продвижения снаряда заснарядное пространство будет увеличиваться. Так как притока новых газов не будет, то давление на снаряд начнет быстро падать, вследствие чего скорость движения снаряда будет увеличиваться незначительно. Работа пороховых газов в канале ствола будет крайне неравномерна. Что же произойдет, если взять очень крупный порох? Крупнозернистый порох не успеет сгореть за время выстрела. Снаряд вылетит из канала ствола, а вслед за ним вылетят и остатки несгоревшего пороха. Порох не будет использован полностью.
Размер зерен пороха должен подбираться таким образом, чтобы пороховой заряд сгорел целиком незадолго до вылета снаряда из дула. В этом случае приток газов будет происходить почти в течение всего времени движения снаряда по стволу и не будет резкого скачка давления в начале движения снаряда.
Вы помните, что различные орудия имеют различную длину ствола, поэтому нельзя изготовлять заряды для всех орудий из одного и того же пороха. Для орудий с более длинными стволами заряд должен изготовляться из более крупного пороха; для орудий с малой длиной ствола — из более мелкого пороха. Итак, изменяя величину зерен пороха, мы можем регулировать время горения заряда, можем добиться притока газов в течение почти всего времени движения снаряда в стволе. Следовательно, мы можем управлять горением пороха в стволе.
КАК УСТРОЕНО ОРУДИЕ
Для того, чтобы понять, как действует такая сложная тепловая машина, какой является современное артиллерийское орудие, нужно знать устройство и назначение его важнейших частей.
Всякое артиллерийское орудие независимо от его типа, системы, калибра и веса состоит из ствола с затвором и лафета с механизмами. Познакомимся с каждой из этих частей настолько подробно, насколько нам позволяет объем этой книги.
Часть орудия, которая при выстреле придает снаряду направление полета, поступательную скорость и вращательное движение, называется стволом (рис. 12).
Рис. 12. Ствол.
Ствол представляет собой трубу, закрытую с одного конца затвором. Передняя часть ствола называется дульной, задняя — казенной. На казенную часть навинчивается казенник. Канал ствола разделяется на камору (патронник) и нарезную часть, соединяемые между собой коническим скатом.
На дульном и казенном срезах трубы имеется по две пары взаимно перпендикулярных рисок. Если аккуратно наклеить по ним нити, то образуется два перекрестия. Центры перекрестий соответственно называются центром дульного и казенного срезов. Прямая линия, соединяющая центры дульного и казенного срезов, определяет положение оси канала ствола.
Основным недостатком гладкоствольных орудий, как вы помните, являлось то, что они обладали незначительной дальнобойностью и малой меткостью. Шаровые снаряды — бомбы, вкладываемые с дула, должны были свободно входить в ствол. При этом образовывался зазор между снарядом и стенками канала ствола; в этот зазор при выстреле прорывались пороховые газы, в результате чего начальная скорость шаровых снарядов была мала. Кроме того, эти снаряды быстро теряли скорость при полете в воздухе, ввиду того, что они встречали большое сопротивление воздуха. Все это приводило к тому, что дальность стрельбы была невелика. Поэтому артиллеристы давно стремились заменить шаровые снаряды продолговатыми с заостренной головной частью для уменьшения силы сопротивления возе духа.
Однако, если выстрелить таким снарядом из гладкоствольного орудия, то снаряд будет кувыркаться в воздухе. Что же нужно сделать, чтобы снаряд не кувыркался?
Для этого на поверхности канала ствола делаются желобки, идущие обычно по винтовой линии слева вверх направо. Эти желобки называются нарезами. Часть поверхности канала ствола, заключенную между двумя нарезами, называют полем нареза (рис. 13).
Рис. 13. Калибр, нарез, поле.
На снарядах делаются ведущие пояски из металла более мягкого, чем металл ствола (обычно из меди); пояски прочно закреплены на снарядах. Когда снаряд под действием пороховых газов при выстреле начинает двигаться по каналу ствола, ведущий поясок врезается в нарезы, и так как они идут по винтовой линии, то снаряд поворачивается вокруг своей оси. Таким образом, снаряд, помимо поступательного движения, получает еще и вращательное.
Понять, почему вращательное движение сообщает снаряду устойчивость в воздухе, увеличивает дальность полета и заставляет снаряд лететь вперед головной частью, нам поможет гироскоп.
Гироскоп представляет собой несколько видоизмененный обыкновенный волчок.
Предположим, что снаряд, получивший в канале орудия быстрое вращение, совершает полет в безвоздушном пространстве, где сила сопротивления воздуха отсутствует. Быстро вращающийся снаряд можно рассматривать как свободный от внешних воздействий гироскоп, к центру тяжести которого приложена единственная сила — вес. Допустим, что при выстреле оси канала ствола придали угол возвышения, то есть дуло ствола было приподнято кверху. Такой же угол наклона получит при выстреле из орудия и ось продолговатого снаряда, вращающегося вокруг своей оси. Во все время полета продольная ось снаряда-гироскопа будет сохранять то направление, которое она имела при вылете из канала ствола.
Под действием силы тяжести снаряд будет падать на землю. Такое положение снаряда невыгодно артиллеристам. Для того, чтобы пробить встречаемое препятствие, снаряд должен попасть в него головной частью, а в рассмотренном случае он ударится о преграду боком.
Обратимся теперь к действительным условиям стрельбы. В этом случае на быстро вращающийся вокруг своей оси артиллерийский снаряд действует сила сопротивления воздуха (рис. 14).
Рис. 14. Силы, действующие на снаряд, летящий в воздухе.
Опять воспользуемся для опыта гироскопом. При быстром вращении маховика ось гироскопа сохраняет неизменное положение в пространстве. Для исследования движения вращающегося снаряда сообщим маховику быстрое вращение. Чтобы представить себе действие силы сопротивления воздуха на снаряд, надавим пальцем или палочкой на ось гироскопа (рис. 15).
Рис. 15. Гироскоп.
При быстром вращении маховика ось вовсе не будет изменять своего направления, как это было бы при невращающемся маховике. Вместо этого ось гироскопа начнет медленно поворачиваться так, что все точки этой оси будут двигаться по окружности, а сама ось начнет описывать фигуру, напоминающую правильный конус. Установим далее гироскоп так, чтобы его ось была почти горизонтальна, и снова приложим усилие к концу оси. Мы убедимся в том, что ось гироскопа по-прежнему, не опрокидываясь, будет описывать конус, но более узкий, чем ранее, мало отклоняясь от линии горизонта. Результаты такого опыта показывают, что ось вращающегося гироскопа под действием усилия не увеличивает своего первоначального наклона, гироскоп не опрокидывается и конец его оси остается вблизи от линии горизонта.