Текст книги "Шипение снарядов"

Автор книги: Александр Прищепенко

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 17 страниц) [доступный отрывок для чтения: 7 страниц]

Исторически сложилось так, что термин «волны» используется для обозначения многих явлений, в природе которых общего мало (рис. 1.15). Движение вещества при взрывных процессах подчиняется уравнениям гидродинамики, названию которых тоже не всегда соответствует область их применения: ими описываются не только движения жидкости (откуда и «гидро»), они используются для решения очень многих задач. Возможно, одной из причин внедрения «волновой» лексики послужило то, что, например, процессы отражения УВ имеют сходство с волновыми. Натолкнувшись на твердую преграду, УВ может «отразиться» либо приобретя дополнительное сжатие (рис. 1.16), либо испытав разрежение вещества (вроде как с «потерей фазы»).

^{Рис. 1.15}

^{Движения вещества в морских и ударных волнах различны. Если выделить небольшую массу воды вблизи поверхности чудно окрашенного тихоокеанским закатом моря, то окажется, что в волне прибоя ее траектория напоминает эллипс или окружность, а плотность не меняется. В ударной волне вещество движется только в направлении распространения волны, вначале увеличивая свою плотность, а затем (если волну не поджимает какой-либо поршень) устремляется в обратном направлении, снижая при этом плотность (в так называемой фазе разрежения или разгрузки). В других главах книги речь пойдет о волнах электромагнитных, совсем уж на морские не похожих – распространяющихся со скоростью света колебаниях напряженности электрического и магнитного полей}

Критерием того, по какому сценарию это произойдет, является ударно-волновой импеданс – произведение плотности вещества на скорость звука в нем. Если преимущество в ударно-волновом импедансе за веществом преграды, отражается дополнительно «поджатая» волна, от преграды с меньшим импедансом – разреженная, но в любом случае веществу преграды будет передан импульс и оно начнет двигаться по направлению распространения УВ.

^{Рис. 1.16}

^{Вверху: отражение ударной волны от преграды с большим ударно – волновым импедансом, чем у вещества в волне. В этом случае в отраженной волне возрастает не только давление, но и плотность вещества может превысить максимально достижимую при однократном ударном сжатии. Нижняя кинограмма: продукты детонации заряда ВВ цилиндрической формы, расширяясь, наталкиваются на преграды. В месте столкновений газ светится ярче, потому что там выше его температура. Г азы взрыва «перехлестывают» через преграду, что действительно напоминает морской прибой, но это – не ударная волна, а движение массы вещества, плотность которого выше плотности окружающего воздуха. Ударная волна образуется впереди этого массопотока, из воздуха, сжимаемого им}

Чем более массивна преграда, тем большую кинетическую энергию она приобретет в результате воздействия ударной или детонационной волны. Сообщение энергии оболочке заканчивается на некотором расстоянии от заряда (теоретически – пока давление продуктов взрыва существенно, а практически – на расстоянии, равном нескольким характерным размерам заряда).

Кстати, а те же пороха, от которых требуется только горение в зарядной каморе орудия (и при весьма высоких давлениях!) – могут ли детонировать?

Запросто: это было продемонстрировано после Первой мировой войны, когда оставшийся порох использовали при прокладке туннелей в Альпах. Все дело в мощности инициатора детонации: если она достаточна, могут «сыграть» не только пороха, но и вещества вообще взрывчатыми не считающиеся, например – удобрение из смеси нитрата и сульфата аммония. В 1921 г. на заводе в Германии скопилась огромная его гора, соли слежались, по мере надобности их куски откалывали небольшими взрывами. Когда же поступил крупный заказ, вес «откалывающих» зарядов значительно увеличили и сработали все 4500 тонн, совершив похожее на то (рис. 1.17), что произошло спустя более чем два десятилетия в Хирошиме.

Хотя взрыв такой смеси происходит с выделением сравнительно небольшой (на единицу ее объема) энергии, детонация стала возможной не только из-за мощного инициатора, но и из-за размеров заряда, который, в соответствии со сформулированным в середине XX века Ю. Харитоном критерием, должен превышать произведение скорости звука в веществе на время его разлета.

^{Рис. 1.17}

^{Последствия взрыва на заводе минеральных удобрений в германском Оппау. На фоне разрушенных цехов – воронка длиной 165 м, глубиной 19 м и шириной 95 м}

…Однажды автору довелось разъяснять процесс образования ударных волн школьнице: на нее произвел известное впечатление близкий грозовой разряд (рис. 1.18). Выслушав и рассмотрев рисунок, она задала каверзный, но свидетельствовавший о понимании проблемы вопрос: «А почему поезд метро в тоннеле не делает волну?» Быть может то, что беседовали мы на немецком, помешало мне рассказывать понятно и занимательно – девушка переключила свое внимание на другие обстоятельства. Что ж, постараюсь быть более убедительным в письменных объяснениях.

^{Рис. 1.18}

^{Молекулы воды – связки «положительного» водорода и «отрицательного» гидроксила (ОН). Их можно разделить механически, при соударениях, что и происходит в воздушных потоках. В грозовом облаке разделяются очень большие заряды – до тысячи кулон. Когда напряженность электрического поля между грозовым облаком и землей превышает пробивную, электроны приобретают энергию, достаточную для ионизации (это происходит вблизи облака, потому что на высоте плотность молекул ниже и электроны разгоняются дольше, приобретая большую энергию). Так формируется светящийся плазмоид – лидер (кадр 1). Носители заряда движутся по направлению поля, образуя проводящий канал и увеличивая при этом напряженность. Рост напряженности приводит к появлению и других лидеров, «разветвляющих» разряд (кадры 2–3). Там, где один из лидеров оказывается наиболее близко к земле, напряженность возрастает настолько, что происходит встречный пробой, вызванный носителями противоположного знака (кадр 4). Далее ток (сила которого может достигать миллиона ампер) протекает по сформировавшемуся плазменному каналу с температурой в десятки тысяч кельвинов, где многие атомы при высокоэнергетичных столкновениях лишились своих электронов (кадр 5). Расширение канала приводит к охлаждению плазмы, рекомбинации (воссоединение носителей электричества разных знаков) и ослаблению ее свечения (кадр 6). На снимке справа – разряд молнии, спровоцированный длинным металлическим стержнем, выступающим над грунтом. Ток протекает не только по стрежню: произошли многочисленные разряды в воздухе, образовавшие «канат». В образованной расширяющейся плазмой ударной волне температура уже недостаточна для ионизации, происходит лишь возбуждение атомов (переход их электронов на более высокие энергетические уровни). При дальнейшем охлаждении и возвращении атомов азота в основное состояние испускаются кванты «голубого цвета» (области испускающего характерное свечение воздуха отмечены стрелками). «Удар по ушам» УВ от близкого разряда молнии весьма ощутим. На других фотографиях читатель увидит и фронт УВ, но, чтобы получить такие снимки, необходимы весьма кратковременная экспозиция и специальная подсветка процесса}

Разряды молнии на землю чреваты катастрофами. Так, в 1769 г. молния попала в церковь Сен-Назера (Брешия, Италия), где хранилось 100 тонн черного пороха. Взрыв разрушил шестую часть домов города и унес жизни трех тысяч человек.

Уолтер Лорд написал интереснейшую книгу «День позора» – о налете самолетов с японских авианосцев на базу ВМС США Пёрл-Харбор 7 декабря 1941 г. Лорд опросил ветеранов, рассказавших ему об «ужасных, раздиравших уши и легкие» взрывах японских бомб и торпед. Вес ВВ в каждой такой бомбе или авиационной торпеде – сотня-другая килограммов, но вот как описали очевидцы гораздо более мощный взрыв на линкоре «Аризона» (рис. 1.19):

«Бомба попала в палубу у башни № 2 главного калибра, пробила полубак и, взорвавшись внутри корабля, вызвала детонацию зарядов в боевых погребах. Огромный столб огня и дыма взметнулся вверх метров на 200, принимая форму огромного гриба. Грома взрыва почти не было. Свидетели говорят, что услышали что-то более похожее на гигантский вздох, нежели на гром. Грома не было, но ударная волна была ужасной. Она заглушила мотор на пикапе авиационного оружейника Харранда Квисдорфа, ехавшего по дороге к острову Форд [11]11
  Судя по карте – более чем в километре от места швартовки «Аризоны».


[Закрыть].»

^{Рис. 1.19}

^{Американский линкор «Аризона»: на написанной перед войной картине и снятый любительской камерой 7 декабря 1941 г. в Пёрл-Харборе}

В этом описании всё станет на места, если заменить «детонацию зарядов» на «горение сотен тонн пороха»: бомба, вероятно, взорвалась чуть в стороне от пороховых зарядов и не возбудила в них детонацию, а подожгла осколками. Образовавшиеся при горении газы, которые после полного расширения заняли объем около миллиона кубометров, сформировали УВ, но не вблизи линкора, а на удалении в километр и более от него. Оружейнику Харранду Квисдорфу УВ наверняка сильно ударила по ушам, да и находившимся от «Аризоны» значительно дальше, чем он, скорее всего уже не показалось, что «грома не было».

^{Рис. 1.20}

^{Вряд ли кто-либо заподозрит, что древний биплан с поршневым двигателем и неубирающимся шасси преодолел звуковой барьер. Поджать (очень незначительно) воздух перед собой ему удалось, но ударная волна со скачком плотности не образовалась. Но за сжатием воздуха следуют его разрежение и охлаждение, и конденсация паров воды сделала эту часть течения видимой (верхний левый снимок).}

^{Конструкция и тяга двигателей стратегического бомбардировщика В-52 не позволяют и ему достичь сверхзвуковой скорости, хотя летит он, конечно, быстрее биплана и зоны конденсации образуются за каждой выступающей деталью (справа).}

^{Палубный истребитель F-14 предназначен для воздушного боя на сверхзвуковых скоростях, его крылья изменяемой геометрии сложены, а двигатели работают так, что там, где газы их выхлопа достигают моря, вздымаются огромные столбы воды. Но и он пока не преодолел звуковой барьер – иначе воздух не успевал бы расступиться перед истребителем и сжимался бы им в область конической формы, со значительной плотностью и резкой границей. Такой «конус» стал бы видимым и «сел» бы на носовую часть самолета – так, как это случилось с летящей со сверхзвуковой скоростью пулей (слева внизу).}

^{Из-за скачка плотности воздуха, ударную волну можно, увидеть, так как с увеличением плотности растет и показатель преломления, что вызывает смещение лучей света. Скачок уплотнения выглядит, как чередующиеся полосы большей и меньшей освещенности. Снимок пули сделан в 70-е годы XX века, а методы теневой съемки были детально разработаны германскими учеными в годы Второй мировой войны. Из теории ударных волн следует, что образуются они не только в носовой части летящего тела, но и на его оконечности. Мы слышим двойной хлопок головной и хвостовой ударных волн от пролетевшего со сверхзвуковой скоростью самолета, потому что его длина достаточно велика и волны возможно различить. Ударных волн от летящей пули – тоже две (одна «сидит» на головной части, другая образуется за хвостовой), но размеры пули на три порядка меньше, чем самолета, и наш орган слуха их не различает}

Сформируется ли УВ и если да, то как близко к движущемуся телу, зависит от скорости тела и от того, насколько сжимаемому воздуху позволено «растекаться», сбрасывая избыточное давление. Летящий с небольшой скоростью биплан (рис. 1.20) воздух перед собой, конечно, слегка уплотняет, но не формирует ударную волну с резким скачком плотности, который было бы видно на носу машины. Другое дело – пороховые газы, вырвавшиеся из «Аризоны»: они расширялись во всех направлениях, так что сжатому на их фронте воздуху просто некуда было деваться – ему оставалось двигаться по нормали к фронту, поджимая все новые слои. Да и то, по нашим оценкам, такое течение привело к формированию УВ за тысячи метров от взрыва.

Если скорость движения превышает звуковую – УВ образуется, даже если воздух вокруг ничто не ограничивает (рис. 1.21): он просто «не успевает расступиться» и сжимается перед столь быстро летящим телом или движущимся газом. «Хлопки» самолета, пролетевшего со сверхзвуковой скоростью – выродившиеся на большом расстоянии в акустические, не способные ничего сломать или передвинуть ударные волны. Образуют «терзающую легкие и уши» ударную волну выстрел и детонация – потому что газы и в том и в другом случае движутся быстрее звука. На рис. 1.22 видно, что стрелок защитил свои уши от неприятного воздействия ударных волн. Тот же эффект дал бы и глушитель. Ну а чтобы сделать «молчаливой» гаубицу, для «гашения» куда большей, чем у револьвера, энергии ее газов, требуется и глушитель соответствующих размеров.

В метро поезд движется намного медленнее, чем расширялись пороховые газы, вырвавшиеся из «Аризоны», и уж тем более медленнее, чем газы детонации японских бомб и торпед. Мешают образованию ударной волны и помещения станций: в них, как в глушителе, «расплывается» воздушный поток. Так что ударной волны в метро можно не опасаться: длина тоннелей для этого недостаточна, хотя начальная фаза течения газа формируется: перед прибытием поезда стоящие на платформе ощущают «ветер» своими лицами…

^{Рис. 1.21}

^{Ударные волны возникают не только благодаря деятельности человека. Вверху: компьютерная реконструкция Тунгусской катастрофы, произошедшей над сибирской тайгой в 1908 г. Метеорит (точнее – метеороид) представлял собой ядро неплотного льда весом порядка миллиона тонн. В правой верхней части рисунка видно, что еще при полете ядра в сравнительно разреженном воздухе образовалась УВ (конус ее справа вверху). При входе в более плотную атмосферу, выделение тепла стало столь интенсивным, что метеороид взорвался, сформировав более мощную и иной формы УВ, которая свалила и сожгла лес на площади более 2000 кв. км. Размеры «бурелома» позволили спустя полвека оценить энерговыделение процесса: оно оказалось таким же, как и при взрыве 20 миллионов тонн тринитротолуола. Внизу: после взрывного извержения курильского вулкана Пик Сарычева, в нагретых прошедшей ударной волной облаках конденсированные частицы воды вновь превратились в прозрачный пар, благодаря чему появилось «окно», через которое из космоса и было сфотографировано явление. Известный человечеству рекорд взрывного энерговыделения, произошедшего на поверхности Земли принадлежит вулкану Кракатоа: при извержении 1883 г., он был оценен, как эквивалентный пяти миллиардам тонн тринитротолуола. В воздух при этом было выброшено около 6 кубических километров пепла, а выродившаяся в акустическую ударная волна была слышна на удалении 4800 км.}

Читатель наверняка заметил, что автор забежал вперед – стал приводить примеры, совсем не из того времени, когда бризантные ВВ и бездымные пороха «выходили на арену». Верно: теория ударных и детонационных волн стала достаточно полной лишь к середине XX века. До того взрывы исследовались методом «втыка» – все подбиралось опытным путем, потому что не было приборов для измерения характеристик длящихся ничтожные мгновения явлений, а без численных значений величин любая теория бесполезна. Гидродинамика в то время изучала объекты, область применения которых более соответствовала названию этой науки (рис. 1.23).

^{Рис. 1.22}

^{Слева – выстрел из револьвера «Магнум» и образование при этом ударных волн. Внешняя, сферическая сформирована воздухом, вытесненным из ствола пулей, а внутренняя, также сферическая – пороховыми газами, вырвавшимися из ствола; конические ударные волны образованы летящей пулей. Плотность энергии внешней волны убывает с расстоянием, УВ замедляется. Видно, что впереди стрелка внутренняя УВ догнала и усилила внешнюю, заставив ее двигаться быстрее. Скорость ударной волны всегда превышает скорость звука в невозмущенной среде, где она распространяется, и обгоняет УВ звук тем заметнее, чем выше давление в ее фронте. Если это давление незначительно, то такую волну называют вырожденной: она мало чем отличается от акустической. В центре: глушитель, укрепляемый на стволе, значительно ослабляет звук выстрела: пороховые газы, сообщив вылетевшей из ствола пуле скорость, далее не расширяются свободно, а «расплываются» в отсеках глушителя: летящая пуля последовательно «открывает» для них все новые отсеки, в каждом последующем из которых давление меньше, чем в предыдущем. Когда пуля вылетает из глушителя, газы выходят из него уже с небольшой скоростью, не образуя ударную волну. Справа: 155-мм самоходная гаубица ведет огонь с использованием глушителя, громкий звук выстрела не демаскирует орудие}

^{Рис. 1.23}

^{Попытки создать «подводные снаряды» предпринимались еще в XV веке, но боевое оружие появилось лишь в 60-х годах XIX века. Торпеды тогда называли «минами Уайтхеда». Левый снимок в верхнем ряду – торпеда системы Бреннана, изготовленная в 1877 году (экспонат музея береговой обороны Гонконга). Винт приводился в движение сжатым воздухом, запасенным в баллоне. К началу Первой мировой войны сжатый воздух стали использовать для сжигания спирта, что существенно повысило энерговооруженность торпед. Германскую, тех времен, обнаружили и подняли со дна в прибрежном районе Средиземноморья в 80-е годы XX века (вверху справа). Корпус торпеды сделан из медного сплава, что и позволило изделию хорошо сохраниться. В центре – 610 мм японская (тип 93) торпеда времен Второй мировой, пожалуй, тогда – лучшая в своем классе оружия. На кислород-керосиновом топливе она развивала скорость до 48 узлов (почти 90 км/час), а вес ее зарядного отделения составлял 780 кг. После Второй мировой при создании торпед полагались более не на мощность заряда, а на точное наведение. Такой была британская электроторпеда «Стингрей» (нижний ряд слева), с эффективной акустической головкой. Однако скачок в энерговооруженности – применение борсодержащего горючего, окислителем которого служит морская вода – заставил отказаться от самонаведения: в реве ракетного двигателя ничего не «слышно». У советской подводной ракеты ВА-111 «Шквал» вместо винта – сопло и она управляется по проводам, зато «летит» сквозь водяную толщу со скоростью 200 узлов}

…Торпеды двигались к цели несравнимо медленнее артиллерийских снарядов, да и дальноходность их уступала дальнобойности морской артиллерии крупных калибров. Корабль, на котором сигнальщики вовремя заметили след приближающейся торпеды, имел неплохие шансы уклониться от попадания. Но, с другой стороны, торпеда набирала скорость уже в воде, а выходила из аппарата медленно, практически не давая отдачи – и потому это оружие могли применять миноносцы, миноноски, катера и прочий малоразмерный, «москитный» флот [12]12
  Позже к этой «компании» присоединились подводные лодки и самолеты.


[Закрыть]. Такие недомерки и подкрадывались: по ночам, используя плохую погоду. Если их торпеда попадала – последствия могли быть фатальными и для крупного корабля (рис. 1.24).

Автор полагает, что вместо нудных рассуждений о колебаниях атомов в молекуле воды, достаточно напомнить об ощущении, которое читатель когда-то испытал, прыгнув в воду и неудачно хлопнувшись при этом на живот. Чтобы разобраться, почему это так, опять возьмем в руки карандаши. Упрем торец одного из них в ладонь, а по другому – хлопнем другой ладонью. Карандаш тотчас и без всяких потерь передаст «принимающей» ладони приложенное усилие, потому что в условиях нашего опыта он несжимаем. Те же ощущения испытает и «хлопающая» ладонь. Повторим опыт, но не с карандашом, а с равной ему по длине полоской поролона – из тех, которыми забивают на зиму щели в окнах. Разница в ощущениях будет обусловлена тем, что поролон сжимаем очень хорошо.

^{Рис. 1.24}

^{На испытаниях, проведенных в конце XX века, попадание единственной торпеды Мк-48 переломило британский фрегат постройки 60-х годов}

Если между карандашами нет промежутков (среда несжимаема) – усилие передастся мгновенно и на сколь угодно большое расстояние [13]13
  Если карандашей вообще нет (среда бесконечно сжимаема) – усилие может передать только ваш двигающийся палец и только при контакте с преградой. Такая ситуация складывается в космосе, где ударная волна не образуется в связи с тем, что вещество весьма разрежено, и даже о мощном взрыве «узнаю́т» на достаточно большом расстоянии только по испускаемым им излучениям


[Закрыть]. Ударная сжимаемость воды, конечно, не нулевая, но она намного меньше, чем воздуха, а потому ударное давление в воде распространяется значительно быстрее (скорость звука в воде почти впятеро выше, чем в воздухе, а ударная волна всегда быстрее звуковой).

Но дело не в скорости фронта, а в том, какая масса вещества вовлекается в ударно-волновое движение, ведь плотность воды превышает плотность воздуха на несколько порядков! Поэтому неудивительно, что поток вещества «продавливает» не только тонкую обшивку бортов торговых судов, но и броню военных кораблей. Чтобы снизить эффект воздействия УВ на подводную часть корабля (рис. 1.25), перед главным броневым поясом устанавливали були противоторпедной защиты (рис. 1.26): за тонким броневым листом – значительный воздушный промежуток, чтобы «разгрузить» в нем ударно-сжатую воду и сохранить в целости основную броню. Такую защиту устанавливали только на линкорах, но и она спасала от торпед не всегда. На кораблях меньшего водоизмещения противоторпедная защита была менее громоздкой, поскольку считалось, что попаданий им помогут избежать скорость и маневренность.

^{Рис. 1.25}

^{Испытания стойкости крупных кораблей к подводной ударной волне. Верхний снимок: модельный опыт воздействия ударной волны в воде на авианосец «Констеллейшн» (постройки 60-х годов). ВВ в этом опыте взорвали много (более тонны), но и расстояние до объекта значительно (для сравнения: длина авианосца – треть километра). Нижний снимок: авианосец «Орискани», построенный в годы Второй мировой войны, подобного испытания не выдержал}

^{Рис. 1.26}

^{На врезке – типовая схема противоторпедной защиты линейного корабля. На фотографии – японский линкор «Нагато» постройки 1920 г., по правому борту которого виден буль такой защиты. Снимок сделан после капитуляции Японии, 12 ноября 1946 года в порту Йокосука, откуда «Нагато» направился к тихоокеанскому атоллу Бикини, не пережив там испытательного подводного взрыва американского ядерного заряда}

… Наряду с гидродинамикой, к концу XIX века достаточно развитой стала и механика, позволившая вполне удовлетворительно описать процесс стрельбы. Орудия наводились уже не на глаз, а имели оптические прицелы (панорамы) и точные механизмы горизонтальной и вертикальной наводки (рис. 1.27). Изменились форма снарядов: они «удлинились» и несли куда больше снаряжения, чем такого же калибра ядра. Ну и конечно, получение высокопрочных, легированных сталей, а, главное, – исследования процесса горения порохов, позволили создать орудия приемлемых весов и габаритов, обладающих подвижностью на поле боя, снизив при этом до минимума вероятность разрывов стволов при стрельбе (рис. 1.28).

Достижения теоретической механики позволили также решить задачу о предотвращении кувыркания снаряда в полете и обеспечить его падение у цели головной частью вперед, чтобы безотказно сработал взрыватель. Для этого имеющимися в канале ствола нарезами снаряду придается вращение при движении, а остальное делает гироскопический эффект (рис. 1.29).

^{Рис. 1.27}

^{Артиллерийские орудия с внедрением бездымных порохов стали выглядеть изящнее (ср. срис. 1.5), а главное – стрелять дальше и – поскольку были снабжены оптическими приборами (панорамами) и прецизионными механизмами наводки – точнее. Слева на верхнем снимке – выстрел германской 150 мм полевой гаубицы, ниже – французская 75 мм пушка, объективно – одна из лучших в своем классе, но для решения задач позиционной войны недостаточно могущественная. Русская армия вступила в войну, имея на вооружении в полтора раза больше трехдюймовых (76 мм) орудий, чем французская – 75 мм. Справа – артиллерийская панорама конца XIX века}

Попробуйте толкнуть вращающийся волчок: он не упадет на бок, а станет поворачиваться вокруг оси вращения, всегда – под прямым углом к направлению действия внешней силы. На вылетевший из ствола и делающий около 500 оборотов в секунду снаряд тоже действует сила – сопротивление воздуха – и он поворачивает ось своего вращения. Но сопротивление воздуха действует непрерывно. В том числе – и на уже слегка повернувшийся снаряд. Следствием будет прецессирование снаряда в полете.

^{Рис. 1.28}

^{Центральный НИИ химии и механики, в котором долгое время работал автор, был создан в 1894 г. Сменявшиеся руководители мало заботились о сохранении реликвий, одна из них была в 60-х обнаружена на институтской свалке металлолома и восстановлена (левый снимок). В конце XIX века не существовало осциллографов и датчиков давления, но обошлись и без них: на ствол пушки, по горячей посадке, надели широкие стальные кольца с наплывами; затем через наплывы просверлили сквозные (до канала ствола) отверстия, которые закрывались извне пробками на резьбе; в отверстиях располагались подогнанные поршни и опиравшиеся на пробки медные конусы (крешеры). При выстреле давление пороховых газов сообщало импульс поршню, а тот деформировал крешер, разность в высотах которого до и после опыта служила количественной мерой явления. Подобные исследования позволили изготавливать артиллерийские стволы умеренных весов, обеспечивавших и маневренность орудий и их безопасность при стрельбе. Правда, очень редко, но случаются разрывы стволов и в наше время – вследствие дефектов металла, наличия посторонних предметов в канале ствола и прочих непредсказуемых причин (снимок справа)}

^{Рис. 1.29}

^{Вверху – разрез ствола 150-мм германской полевой гаубицы. Видны нарезы, сообщающие снаряду вращение в канале ствола при выстреле. Ниже – 76 мм снаряд пушки системы Гочкисса (вторая половина XIX века). Следы нарезов на ведущем пояске указывают: снаряд вращался по часовой стрелке (если посмотреть ему вслед). Составляющая силы сопротивления воздуха (на левом снимке обозначена желтым цветом) старалась «приподнять» нос снаряда. Такое действие должно привести к опрокидыванию и последующему «кувырканию», но, благодаря «эффекту волчка», быстро вращавшийся снаряд разворачивал нос не вверх, а перпендикулярно действующей силе – на читателя. На этом движение не заканчивалось и сила сопротивления воздуха действовала уже на снаряд, нос которого был развернут. Она разворачивала его далее, в направлении, соответствовавшем верху рисунка. Непрерывные развороты приводили к прецессированию – вращению оси снаряда вокруг линии, проходящей через центр тяжести (правый снимок)}

…Воздух на полигоне содрогнулся от мощного звука выстрела гаубицы. Чтобы отличать артиллерийские стволы по «голосу» опыта не хватало, но слежение за звуком пролетавших высоко над головой снарядов подсказывало: траектории их были навесными, гаубичными. Снаряды, удаляясь, еще набирали высоту; вдалеке хлопали их разрывы. Звук летящего снаряда был совершенно не похож на свист, который можно услышать в саундтреке кинофильмов. Это было шипение, становившееся то громче то глуше. Частота изменений интенсивности звука была около десятка герц. Объяснить шипение было легко: это – акустические колебания, порожденные локальными сжатиями и разрежениями воздуха при полете снаряда. А вот модуляция шипения, очевидно, происходила из-за прецессирования: оно явилось причиной периодического смещения зон различной слышимости в пространстве…

… В Первую мировую войну ее участники вступили, имея в своих арсеналах два важнейших ВВ: пикриновую кислоту (тринитрофенол) и тротил (тринитротолуол). Правда, были кандидаты и помощнее: гексоген (циклотриметилентринитрамин), синтезированный Хеннингом в 1898 г. итворение Толленса 1891 г. – тэн (петаэритрттетранитрат). В них плотности химической энергии и скорости детонации были повыше процентов на 30–40, но производство было более сложным, да и для задач, которые решали боеприпасы в то время, повышенная мощность ВВ не требовалась. Тринитрофенол и тринитротолуол удовлетворительно (рис. 1.30) дробили корпуса осколочных и фугасных снарядов, которые существенно потеснили в арсеналах широко применявшуюся в эру черного пороха шрапнель (рис. 1.31) и аналогичную ей по поражающему действию картечь (рис. 1.32).

^{Рис. 1.30}

^{Ручная граната – боеприпас, к прочности которого не предъявляются высокие требования, поэтому ее корпус допустимо ослабить, нанеся подрезку, за счет чего при взрыве (верхняя кинограмма) получаются осколки заданного дробления (нужных размеров и веса). Для артиллерийских снарядов такое решение годится не всегда. Детонационное дробление металлических оболочек – сложный процесс, с достаточной полнотой теорией не описанный. Важную роль поэтому играют данные высокоскоростной киносъемки, дающие возможность оценить параметры сетки образуемых трещин. Внизу слева – взрыв снаряда. Продукты детонации прорвались сквозь трещины в корпусе и закрыли разлетающиеся с меньшей скоростью осколки. Эффективными («убойными») считают осколки массами от 4 до 20 г (на нижнем правом снимке – слева). Мелкие (правее) теряют скорость, уже пролетев с десяток-другой метров, а крупные (выше) хоть и летят далеко, но из корпуса снаряда «наколоть» их можно немного, так что вероятность поражения цели будет невелика. Снаряды общего назначения в годы мировых войн снаряжались преимущественно тринитротолуолом, а в наши дни – составом A-IX-20 на основе гексогена. A-IX-20, конечно, помощнее, но благодаря наличию флегматизатора (инертного вещества, снижающего чувствительность к удару и трению) – не намного: чрезмерная бризантность привела бы к увеличению доли нежелательных мелких фракций в осколочном спектре. Кинограммы сняты, конечно, не в годы Первой мировой войны: тогда сверхскоростных кинокамер не существовало, хотя… известен достоверный случай, когда солдат выжил после очень близкого разрыва снаряда. Деревенский парень подробно описал последовательность развития трещин и прорыва газов взрыва через них. Среди слушателей был специалист, поразившийся резервам способностей человека, реализовавшимся в экстремальной ситуации}

^{Рис. 1.31}

^{На верхнем снимке – разрез унитарного выстрела с шрапнельным снарядом. Шрапнель была изобретена в 1803 г. иназвана по имени своего создателя, тогда – капитана английской службы (впоследствии он дослужился до генерал-майора). Форс пламени от трубки, через центральное отверстие в снаряде, достигает заряда черного пороха, взрыв которого выталкивает чугунные шарики, причем не во все стороны, как при разрыве ядра, а по направлению полета шрапнели. Чем больше дистанция полета готовых поражающих элементов, тем больше их рассеяние.}

^{В годы Первой мировой и позже для дистанционного подрыва снаряда использовались, конечно, уже не такие трубки, которые впрессовывали в ядра те, кто осаждал Севастополь. Взрыватели с пиротехническими или механическими замедлителями, начинающими работу в момент выстрела, по старинке все так же называли трубками. В нижнем ряду слева – французская трубка HZ05, за ней – также французская, образца 1915 года, трубка двойного (дистанционного и ударного) действия. Замедление подрыва снаряда достигалось при горении пороховой мякоти на спирали (следующий снимок). Поворот колпачка изменял положение точки зажигания пороха на спирали, а значит, и задержку. Пороховая спираль долго служила во взрывателях, в чем автор убедился, найдя в 80-е годы германский взрыватель AZ-23, изготовленный в 1939 г. (правый нижний снимок), и разобрав его (дилетантам делать подобное никак нельзя!). Для короткозамедленного (при стрельбе по укреплениям) подрыва, в этом взрывателе также имелась пороховая спираль}

Для шрапнели почти не осталось целей на полях боев: после краткого романтического периода, который во французской армии называли «L' élan vital» («душевный порыв», рис. 1.33) противники до отвала накормили друг друга огнем и стали зарываться в землю. В окопах глубиной в несколько метров солдатам не была страшна шрапнель (рис. 1.34). Снаряды гаубиц и мортир с взрывателями, установленными на замедление, конечно, могли принести неприятности, но только – при близких разрывах. Полевые оборонительные линии непрерывно совершенствовались, да еще и опирались на построенные до войны крепостные системы с совсем уж умопомрачительными бетонными сводами над головами их защитников. Такое стало возможным потому, что, несмотря на насыщенность огневыми средствами, полки и дивизии были малоподвижными, не могли быстрым маневром сорвать попытки противника построить прочную оборону. На это способны танковые и механизированные войска, но им только предстояло родиться. Ну а аристократическую кавалерию густо расставленные в обороне пулеметы (рис. 1.35) секли, как капусту.