Маленький Саша. Прода. 104

— Совершенно очевидно, что чем больше поперечное сечение предмета, рассекающего среду тем выше сопротивление. При этом снаряд движется за счёт накопленной при прохождении ствола энергии. Формула её хорошо известна. Масса, умноженная на скорость дважды и делённая пополам. Тем самым чем выше масса снаряда при той же скорости, тем большей энергией он обладает и тем дольше будет сохранять значение, превышающее конечную энергию. Таким образом снаряд должен быть тяжёлым, но при этом иметь малое поперечное сечение, сколь это возможно. Идеальной формой в таком случае обладает игла. Запомним это обстоятельство и обратим внимание на другое. Снаряд должен не только донести энергию до цели, но и попасть в неё наиболее вероятным образом. Это достижимо лишь тогда, когда траектория движения высоко предсказуема, иначе говоря, разброс снарядов в серии выстрелов минимален и он несущественно откланяется от места прицеливания. На разброс влияет множество факторов, но сейчас мы рассмотрим только те основные из них, что связаны с прохождением снаряда во внешней среде. Если зарядить в ружьё иглу и выстрелить в бумажную мишень, то очень часто можно будет увидеть не аккуратную дырочку, а огромную рваную рану, свидетельствующую о том, что игла летит, кувыркаясь произвольным образом и прилетает в мишень боком. Разумеется, отклонение в траектории такой иглы непредсказуемы. Необходимо как-то стабилизировать её, чтобы при выстреле выйдя из ствола она сохраняла своё исходное положение. Либо отказаться от использования иглы превратив снаряд в шар, который сколь бы не вращался в полёте не развернётся неудачной стороной, а соответственно прилетит, куда планировалось хотя потери от сопротивления воздуха будут весьма существенны. Но вернёмся к стабилизации снаряда в полёте. Известны два её типа. Первый выравнивание самим воздухом, оказывающим сопротивление за счёт его неравномерности. Такой метод широко применяется в ракетной артиллерии. Там снаряды для этой цели снабжаются оперением или балансирами. Суть его вкратце заключена в том, что основная масса снаряда вынесена в переднюю часть, а задняя представляет собой облегчённый, вызывающий дополнительное сопротивление воздуха корпус. И второй метод, более применимый сейчас в стрелковом деле и артиллерии, это метод гироскопической стабилизации снаряда. Принцип легко иллюстрируется волчком.

Великий князь раскрутил на столе волчок, размером с небольшое яблоко, и осторожно пальцем попробовал отклонить его ось.

— Как видите вращающийся предмет если попытаться отклонить его от оси стремиться вернуться к ней. Раскручивая снаряд в стволе, мы создаём у него ось вращения, к которой он будет стремиться вернуться на протяжении всего полёта в воздухе. Это позволит даже иглу заставить лететь исключительно остриём вперёд. Придание снаряду вращения это второй элемент, который нам необходимо запомнить прежде, чем мы перейдём от обычной внешней баллистики к внутренней. Но прежде, мы совершим этот переход, позволю себе проговорить ещё одно обстоятельство, демонстрирующее практическую разность в подходах артиллеристов и стрелков.

Великий князь стёр лишние буквы о ставив только рисунок баллистической кривой.

— Я был несколько небрежен и нарисовал кривую почти одинаковой до точки максимального возвышения и после. На деле же в силу влияния сопротивления воздуха, начальный этап следует нарисовать более пологим, а конечный более крутым. Представим себе, что снаряд или пуля могут обладать строго определённой энергией, сообщаемой зарядом. Рассмотрим случай если снаряд при этом обладает разной массой. Чем она больше, тем меньшей оказывается скорость. При этом меньше сопротивление воздуха и снаряд летит дальше. Но для попадания в цель на больших расстояниях нужно осуществить определённые расчёты или иметь таблицы стрельбы. Более того артиллеристы часто могут себе позволить сделать один или два пристрелочных выстрела, для уточнения расчётов. Стрелку из винтовки зачастую это всё недоступно. Он не в состоянии пристреляться, у него нет времени на расчёты, глазом ему сложно прицелиться на большие расстояния. Он зачастую стреляет под небольшими углами возвышения и важнее чтобы начальный участок траектории был как можно более пологим и длинным. А он будет таким при наибольшей скорости. Ради этого можно пожертвовать и дальностью. Ведь стрелять приходится по цели на первую сотню саженей, а не на вёрсты как в артиллерии. Требования к баллистики ручного оружия и артиллерии отличны не только этим, но углубляться в это сейчас нет смысла.. В результате всех рассуждений можно уверенно заключить, что все свои свойства: энергию, вращение или отсутствие оного пуля получает за время движения внутри ствола. И именно оно и сопутствующие ему явления изучаются в рамках внутренней баллистики. Здесь во многом определяется как полетит пуля и как она достигнет мишени. Это не является для вас открытием, ведь в рамках курса артиллерии вы уже изучали и теорию горения пороха, и действие пороховых газов в стволе. Но сейчас вынеся внутреннюю баллистику в отдельную дисциплину мы с вами определим круг вопросов, на которые она должна ответить. Или, если угодно, вы дали ответ, когда вашими стараниями будет изготавливаться новое совершенное оружие для русской армии. Итак, ствол... — великий князь освободил доску для нового подробного рисунка. — Ствол должна покинуть пуля определённой формы, в соответствии с ней она должна иметь или нет вращение. В стволе она приобретёт энергию, которую по выходу из ствола будет растрачивать, донеся до цели в размере не меньшем, чем конечная энергия. Рассмотрим же как пуля приобретает свою энергию и осуществляет движение. Для начала примем за основу в рассуждениях шаровую пулю, плотно сидящую в гладком стволе. И так...загорается порох. Давление газов накапливается до того, что сила, давящая на пулю, становится больше трения и сопротивления воздуха в стволе. Поскольку мы говорим о быстропротекающих процессах дополнительно следует учесть инерцию покоя пули. После этого пуля начинает движение и ускоряется до тех пор, пока сила давления не сравняется с силами, противодействующими движению пули. Эта точка на пути движения пули является точкой идеального ствола. Изготовление более длинного ствола не только не рационально, но и теоретически бессмысленно. Нахождение этой точки для всякой конкретной системы, включающей в себя ствол, заряд и снаряд является одним из важных, но всё же второстепенных вопросов этой дисциплины. Теперь, обратим внимание на то, что сообщает пуле скорость. На пороховой заряд, который сгорая образует большое количество газа. Горение не происходит мгновенно. Вам должно быть известно, что и в трудах господина Монжа и Карно и даже в лекциях господина Весселя, для простоты расчётов полагается допустимым принимать скорость сгорания заряда постоянной величиной. Однако, в рамках данной дисциплины такое упрощение не применимо. Скорость сгорания очевиднейшим образом зависит от многих параметров в частности: от размеров зёрен и давления. В этом легко убедиться будучи немного внимательным при проведении опытов. Не смотря на очевидность точные значения этих зависимостей пока не ясны. Определение их есть один из основных вопросов дисциплины. Итак, запишем для памяти первый важный вопрос, ответ на который должна дать дисциплина. Скорость горения, определённая через зависимость...

Великий князь поставил значок функции и разместил в скобках необходимые аргументы. Затем задумавшись замер, но тряхнув головой вернулся к лекции, начав рисовать кривую давления по стволу.

— С какой скоростью горит заряд с той же выделяются газы, увеличивая давление в казённой части ствола. Первые мгновения объём доступный газам постоянен, но вскоре пуля начинает движение увеличивая этот объём в разы и тем самым способствуя снижению давления. Не сложно заметить, что в период горения заряда имеются две противодействующие тенденции, влияющие на рост давления. На этой кривой можно отметить следующие важные точки. Первая, это точка начала движения пули. Вторая, точка максимального давления. Третья, точка полного сгорания заряда. Четвёртая нам уже знакома — это место окончания положительного влияния давления газов на скорость, она же точка длины идеального ствола, она обозначает место, в котором ускорение пули становится нулевым. Определение точки максимального давления является вторым важнейшим вопросом дисциплины. Ответ на него даст представления о требуемой прочности казённика и его длине. после достижения максимума давления порох ещё горит какое-то время, но объёмов получаемого газа уже недостаточно чтобы перекрыть увеличение объёма от движения пули. Обратите внимание, что приводимый график дан относительно траектории движения пули, а не времени, это удобно в практическом смысле. На пулю действует сила давления, постоянно ускоряя её. Определим же эту действующую силу. Это не сложно сделать через давление и площадь сечения канала ствола. Таким образом чем выше давление и больше калибр пули, тем выше сила действия пороховых газов. Но чем больше калибр, тем значительнее увеличивается объём при движении пули и быстрее начинает падать давление. Установление оптимального размера калибра и объёма порохового заряда, создающего давление, это третий основной вопрос дисциплины. Близко к нему находится четвёртый вопрос о массе пули и скорости. Ведь действующая сила двигает массу пули и пороховых газов по стволу с определённым ускорением. И чем масса выше, тем ускорение меньше, а, стало быть, требуется большая длина ствола для набора скорости. Но давайте подумаем, какой же может быть максимальная скорость пули. Совершенно очевидно, что если пуля толкаема газами, то её скорость не может превышать скорость истечения пороховых газов. При одном калибре и давлении, ускорение, а следом и скорость газов будет тем меньше, чем больше их масса. И здесь к массе самих газов необходимо присовокупить сажу и другие не сгоревшие частицы, что наличествуют в пороховом дыме. Определение этой максимальной скорости имеет отдельное значение, позволяя ожидать от пули определённых скоростей. Но главный вывод, который мы можем сделать это заключение о вреде порохового дыма для достижения наилучших показателей. Если бы нашёлся способ уменьшить дымность пороха его сила, при прочих равных, возросла бы. Это отдельный вопрос, который наша дисциплина может поставить перед химией.

Великий князь стёр график давления и на рисовал другую кривую.

— Давайте посмотрим, как может нарастать скорость при выстреле. В начале скорость равна нулю. Пороховой заряд начинает сгорать. Давление воздействует на пулю и скорость начинает возрастать. Поскольку давление быстро нарастает, то сила его воздействия на пулю всё более растёт, а значит растёт ускорение. Скорость увеличивается всё более и более. Наконец дойдя до максимума, давление, а с ним и сила, а сними и ускорение, начинает падать. И характер прироста скорости меняется со стремившегося ввысь, на плавно возвышающийся. При этом чем дальше уходит по стволу пуля, тем больше падает давление и уменьшается ускорение. Прирост скорости становится всё меньше и меньше. Если ствол будет иметь длину равную идеальному стволу, то в результате скорость пули достигнет максимальной скорости. Если мы отметим для себя некоторые рубежи по скорости, то увидим, — великий князь стал отчёркивать линии на графике, — что при такой длине ствола мы можем достичь половины от максимальной скорости, при такой ещё трети, при такой ещё одной восьмой. И тут можно задуматься ведь дальше ствол надлежит увеличивать существенно, а скорость прирастёт не более чем на одну двадцать четвёртую. Может быть, в отдельных случаях имеет смысл заполучить за счёт удлинения ствола ещё одну пятидесятую, но не более. Теперь можно обозначить пятый вопрос дисциплины, это определение кривой скорости и эффективной длины ствола. Эти вопросы необходимо дополнить другими, связанными с поведением пули в нарезном стволе. Рассмотрим пятилинейную винтовку, поступающую сейчас на вооружение.

Великий князь очистил доску, после изобразил заново ствол и отдельно крупно нарисовал казённик.

— Суть особой конструкции пули в том, что будучи свободно опущенной в казённик, при выстреле она сминается, вдавливается в нарезы и не позволяет пороховым газам обтекать её, снижая давление. Как это происходит. Дело в том, что пуля условно может быть разделена на две части. Массивную головную и тонкую легко сминаемую свинцовую юбку. При воздействии давления, пуля не сразу приходит в движение массивная головная часть обеспечивает достаточную инерцию покоя. В то же время тонкий слой свинца юбки легко деформируется давлением вминаясь в нарезы. При этом необходимо технически решить два вопроса. Первый это определить достаточную массу головной части и второй принять меры чтобы свинец юбки сминался, но не был настолько тонок чтобы прорываться. Это не сложные вопросы носят второстепенный характер. А вот вопрос основной, шестой по счёту, можно сформулировать как определение зависимости между формой нарезов, скоростью пули и её материалом. Поясню подробнее. Нарезы призваны придать пуле вращение. Если таковое будет недостаточным, то как плохо раскрученный волчок, пуля станет неустойчивой в полёте. Чтобы раскрутить пулю сильнее нарезы должны быть круче. Но чем они круче и мельче, тем больше риск, что мягкая свинцовая пуля, развившая большую скорость, просто сойдёт с них, смявшись соответствующим образом. Чтобы этого не произошло необходимо обеспечить соответствие между крутизной и глубиной нарезов и скорости пули. Что касается глубины нарезов то значение это не может быть запредельным, ведь при выстреле эти нарезы должны быть заполнены свинцом юбки, чтобы не допустить прорыва газов. И чем нарезы глубже, тем сложнее их заполнить. При этом необходимо дополнить уже известный нам вопрос о массе пули и скорости. В случаи винтовки пуля не обязана быть шаром, потому можно увеличивать массу пули просто удлиняя её. Это положительно сказывается на внешней баллистике, поскольку пуля имя схожую массу при этом имеет меньшее поперечное сечение. Так, масса пули пятилинейной винтовки сопоставима с массой пули семилинейного ружья, а поперечное сечение, а, следовательно, и сопротивление воздуха, почти в два с половиной раза меньше. Такая пуля или снаряд не только полетит дальше, но и дальность полого начального участка траектории окажется больше. Но сравнивая с ружьём становится очевидно, что трение пули о стенки канала ствола существенно выше, потому требуется большее давление для её продвижения. Пуля оказывается своеобразной тугой пробкой. А это приводит к повышенному давлению на стенки ствола. Потому у пятилинейной винтовки более толстые стенки. Но за счёт меньшего калибра она всё же легче ружья. Такое повышение давление несколько компенсирует падение давящей силы за счёт уменьшения калибра, но вредил в полной мере. При этом падение силы и искусственное увеличение массы снижает ускорение... — великий князь задумался на мгновение. — Но всё это уже второстепенные вопросы. Ответы на них вы также сможете найти при изучении дисциплины. Напоследок я хочу обратить ваше внимание на следующее. Нет оснований полагать, что артиллерийское орудие не может иметь нарезного ствола. Да в артиллерии не будет использоваться сминающийся свинец, но найдётся не мало других решений. На этом вступительную лекцию я считаю законченной и готов ответить на ваши вопросы.