История артиллерии. Вооружение. Тактика. Крупнейшие сражения. Начало XIV века – начало XX

Хогг Оливер

При срабатывании взрывателя важны три фактора:

1. Скорость вращения (спин) снаряда (взрывателя).

2. Давление со стороны горящего заряда.

3. Воздействие высоких температур на состав (определяющий время срабатывания).

Эти факторы не слишком усложняют жизнь, если снаряд летит по низкой (настильной) траектории на малые или средние расстояния, но, когда речь заходит о высоких (навесных) траекториях и дальних дистанциях стрельбы, они приобретают первостепенное значение. Чем выше траектория и длиннее дистанция, тем менее надежно срабатывание взрывателя, и значительно возрастает число осечек. Эти физические эффекты в значительной степени взаимозависимы. Например, спин на уровне моря невообразимо мал, ниже 12 000 оборотов в минуту, но на высоте, например, 15 000 футов (4572 м) в силу уменьшения давления эти эффекты становятся весьма значимыми.

Однако на практике в нормальных условиях считается, что влияние этих факторов является накопленным, и при стрельбе вводятся соответствующие коррективы. Спин производит двоякий эффект:

1. Механический распад пороха в плоскости горения.

2. Закупорка шлаками выхлопных отверстий колец.

При высокой скорости вращения часть разогретой смеси размягчается и, едва воспламенившись от предыдущего слоя, сразу же отбрасывается к внешнему краю желоба кольца задержки времени, прежде чем воспламенится следующий слой. Горение, таким образом, замедляется и становится нерегулярным. Этот эффект незаметен с обычным порохом при медленном вращении, но, поскольку центробежная сила прямо пропорциональна квадрату угловой скорости, эффект резко возрастает при повышенных скоростях вращения, а при 30 000 оборотах в минуту горение становится нерегулярным

и может прекратиться совсем. Содержание серы в порохе оказывает значительное влияние на этот процесс, поэтому ее содержание ограничено 10 %. Шлаки, или продукты горения, под действием центробежных сил засоряют выхлопные отверстия колец, что приводит к увеличению давления внутри их. Такое давление может взорвать ограничения колец, нарушая временные циклы. Последовательность таких маленьких взрывов приводит к пульсации давления, уменьшению общего давления на горящую поверхность, вызывая снижение скорости горения. Все это усугубляет необходимость искать бесшлаковые горючие вещества для систем задержки времени взрывателей.

Эффекты, связанные с давлением, можно рассматривать с двух точек зрения:

1. Статическое давление атмосферы, при котором горит система контроля взрывателя.

2. Динамическое давление, связанное с движением снаряда в потоке воздуха.

Любое увеличение давления на горящую поверхность увеличивает скорость горения и, соответственно, уменьшает время горения и расстояние до взрыва. Таким образом, чем выше траектория полета, тем меньше статистическое давление и дольше время горения. Падение барометрического давления приводит к тому же эффекту. Динамическое давление максимально на головку взрывателя, находящегося в головной части снаряда, летящего в воздушном потоке. Эксперименты показали, что давление на боковые части снаряда понижено, фактически давление на цилиндрическую часть снаряда оказывается ниже атмосферного. Давление конечно же зависит от скорости полета, но кривая его распределения вдоль снаряда практически неизменна. При скорости ниже 800 футов (244 м)/с давление на головную часть снаряда невелико, но при скоростях, сравнимых со скоростью звука, оно резко возрастает, и область повышенного давления распространяется дальше по корпусу снаряда. Поэтому для всякого снаряда и взрывателя повышение скорости влечет за собой увеличение давления на выхлопные (или вентиляционные) отверстия. Кроме того, давление на взрыватель будет тем больше, чем больше будет снаряд, на котором он установлен, так как выхлопные отверстия на взрывателе снаряда крупного калибра будут выдвинуты дальше вперед от ската гильзы. Контуры взрывателя должны как можно меньше влиять на распределение давления по поверхности снаряда, поэтому они должны гладко вписываться в его формы. Необходимо избегать каких-либо выступающих частей, которые могли бы создать вакуум непосредственно за такими выступами.

Влияние температуры можно разбить на три фактора:

1. Начальная температура взрывателя.

2. Изменения температуры, связанные с «включениями» (горением) отдельных его частей.

3. Потеря тепла или нагрев за счет теплообмена с окружающими телами и атмосферой, учитывая, что повышение температуры приводит к увеличению скорости горения и, соответственно, времени срабатывания взрывателя.

Рассмотрим эти три фактора:

1. Изменения начальной температуры можно не рассматривать, поскольку они зависят лишь от температуры газов в стволе орудия.

2. Изменения температуры, связанные с теплопроводностью при «включении» (горении) отдельных частей, заметны лишь в состоянии покоя (тестовых режимах). В полете они компенсируются охлаждающим действием потока воздуха.

3. Потеря тепла или нагрев взрывателя происходят лишь при контактах с атмосферой и по следующим трем причинам:

а) начальная разница температуры взрывателя и окружающей среды;

б) падение температуры с высотой. При подъеме на высоту 10 000 футов (3048 м) над уровнем моря происходит падение температуры примерно на 21° Цельсия [84] . На высотах между 10 000 и 20 000 футов разница еще больше – 29°. Далее температура изменяется резче, так на 30 000 футах над уровнем моря, при половинной влагонасыщенности, температура воздуха будет составлять минус 31,2 °F, или ниже минус 60 °С, так что при больших углах стрельбы влияние температуры может быть значительным;

84

Примерно на 0,6° на каждые 100 м подъема, однако картина обычно осложнена ледниками, особенностями рельефа и др. – Ред.

в) эффект быстрого движения заключается в сжатии воздуха вокруг головной части снаряда. Такое сжатие происходит быстро, и его энергия приводит к повышению температуры.

Приведенный выше обзор проблем, которые необходимо решить для создания надежного взрывателя, ясно показывает, почему канониры (пушкари) прошлого не смогли предложить сколь-нибудь стоящего устройства контроля времени взрыва, хотя им не усложняли жизнь вопросы высоких скоростей, больших высот и дальности полета. Скрытые под этим на первый взгляд простеньким устройством проблемы потребовали для их решения изобретательности самых современных инженеров, химиков и физиков. Приведенный анализ показывает также, что и при всех достижениях последнего времени мы еще не нашли эффективных решений против современных воздушных целей. Эта проблема практически нерешаема в рамках взрывателей воспламеняющего действия. По этой причине немцы после Первой мировой войны обратили свои поиски в область механических таймеров – устройств, работающих на принципах часовых механизмов, вместо горения. За ними последовали британцы. Преимущество механических таймеров прежде всего в преодолении большинства, если не всех, сложностей, связанных с горением. Дополнительные, весьма значительные их преимущества – возможность периодических испытаний без разрушительных взрывов и линейная установка времени срабатывания. Последнее позволяет использовать единую модель практически на всех снарядах, если известно время полета, поскольку оно практически не зависит от спина снаряда, кроме крайне высоких скоростей вращения. Однако взрыватели с механическими таймерами также не без недостатков, так, первая такая модель, утвержденная для использования в британских ВС, – Fuze, time, mechanical, No. 200 («взрыватель, время, механический, № 200»), была далеко не безупречна. Центральную роль в механизме играет спусковая (боевая) пружина, поскольку от ее качества изготовления и закалки зависит надежность и точность срабатывания взрывателя. К этому необходимо добавить условие сохранения упругости в течение долгого времени хранения. Нельзя игнорировать и стоимостные соображения. Это были основные факторы, сдерживающие широкое применение механических таймеров на первых порах их появления. В период между Первой и Второй мировыми войнами было рассмотрено порядка полдюжины незначительно отличающихся конструкций таких таймеров, и во Второй мировой войне их применение было значительно расширено.

Необходимо отметить еще два типа «безударных» взрывателей. Первый – механический дистанционный взрыватель, срабатывающий после полета на определенное расстояние, но не за счет отсчета времени. Его срабатывание зависело от количества оборотов шпинделя, проходящего через его центральную ось. Шпиндель удерживался от вращения лопастями или иными подвесными «инерционными» приспособлениями. Такой таймер не включался до выстрела. Время его срабатывания зависело от дульной скорости, шага нарезов и калибра орудия, выстреливающего снаряд. Хотя такой взрыватель и не имел внутреннего источника движения, такого, как, например, пружина, его выступающие лопасти или «инерционные» приспособления создавали риск несрабатывания в случае их повреждений при зарядке снаряда в орудие. Ни один такой взрыватель не был принят британскими ВС, хотя модель Томпсона и проходила апробирование. Второй тип «безударных» взрывателей был представлен в 1944 году. Он принципиально отличался от всех предыдущих взрывателей, был известен как «взрыватель сближения» (proximity fuse) и срабатывал от команды радара.

Взрыватели ударного действия

Существует два вида динамических факторов, которые могут быть использованы во взрывателях ударного типа:

1. Давление выбрасывающих снаряд из ствола орудия газов на взрыватель, в случае если он устанавливается в основание снаряда.

2. Торможение при столкновении

снаряда с целью.

Эти два фактора не были оценены по достоинству канонирами прошлых лет, хотя первое предложение детонировать заряды ударом было сделано еще в 1506 году Себастьяном Халле (Sebastian Halle). Но его предложение было отклонено, как и его предложение, касающееся взрывателей с расчетной временной задержкой. В 1610 году была изобретена двуручная граната, взрывающаяся при падении на землю и оснащенная предохранителем, предотвращающим преждевременный подрыв гранаты. Оба устройства работали по принципу, предложенному Халле. Первое упоминание о взрывателе ударного типа для орудийного снаряда относится к 1650 году. Он состоял из железной трубки, почти пустой до самого верха, вкручиваемой в снаряд. Стенки взрывателя перфорировались, а его внутренняя поверхность делалась грубой, как напильник. Железный штырь, к концу которого привинчивалась железная пластина, нес на конце, вставляемом в трубку, два кремня. При ударе о цель вес снаряда толкал штырь в трубку, высекая искры из кремней, которые через перфорацию трубки подрывали заряд снаряда. Но при этом снаряд должен был упасть в определенном положении, что было трудно гарантировать при его шаровидности. Поэтому канониры того времени, вероятно не без иронии, назвали такие снаряды «слепыми» [85] . Предложение использовать порох, взрывающийся при ударе, было сделано еще в 1655 году, но никто не предпринял попытки использовать это на практике. Возможно, это было связано с рисками и сложностями его применения. Открытие французским химиком Бертолле (1748–1822) серебряной соли гремучей кислоты в конце XVIII века не решало проблемы, поскольку опыты показали, что ее реакция была слишком сильной. Поэтому лишь после получения Ховардом гремучей ртути в 1800 году что-то можно было сделать. 1 апреля 1807 года преподобный Александр Форсайт (Alexander Forsyth) запатентовал детонирующую смесь для взрывателей огнестрельного оружия, а 11 лет спустя появился медный ударный капсюль. Принцип ударного взрывателя был одобрен для применения британскими ВС 31 марта 1842 года, и с его введением, особенно после появления медного ударного капсюля, проблемы ударного взрывателя упростились. Несколько таких взрывателей испытывалось в 1845 году смешанной морской и сухопутной комиссией под председательством Томаса Гастингса (Thomas Hastings), главного хранителя управления служб артиллерийско-технического ведомства. Из пяти представленных типов взрывателей ни один не был принят, но результаты признаны достаточно удовлетворительными для признания идеи в целом, и через год, когда квартирмейстер Фрибэрн (Freeburn), кадровый офицер сухопутных войск, предложил свой ударный взрыватель, он был одобрен для использования в войсках 12 октября 1846 года. Взрыватель изготовлялся из древесины бука, головка выполнялась в виде заглубленной чаши, а корпус высверливался для размещения зажигательной смеси. Его полная длина составляла порядка 6 дюймов. На расстоянии порядка 2–3 дюймов от головки в корпусе проделывались три прямоугольных отверстия, и каждое затыкалась клиновидной вставкой из пушечной бронзы, штампованной вовнутрь. С внутренней стороны эти вставки поддерживались взрывчатой смесью, а с внешней стороны деревянными клиньями, закрепленными тонкой медной проволокой, приклеиваемой полосками бумаги. Длинный отрезок воспламенителя укладывался в кольца в чаше головки, один конец пропускался через зажигательную смесь. Головка закрывалась бумагой. При выстреле пламя заряда воспламеняло зажигательную смесь. При ударе медные проволоки рвались, и вставки из пушечной бронзы падали вовнутрь, в пламя зажигательной смеси на заряд, подрывающий снаряд, через три открытых отверстия. Взрыватель работал в течение порядка 12–13 секунд. 1 декабря 1847 года, после незначительных изменений, взрыватель был одобрен. Поскольку такой взрыватель делался из дерева, он не был принят в ВМФ, поэтому было предпринято несколько попыток сделать взрыватель в металлическом исполнении. Однако все они были безуспешными, пока в 1850 году капитан корабля ВМС Мурсом (Moorsom) не предложил свой взрыватель ударного действия, который был, наконец, одобрен к использованию на море 16 июля 1861 года. Его взрыватель был сделан из пушечной бронзы, цилиндрической формы с правосторонней резьбой под калибр и был большим по диаметру, чем предыдущие системы. Взрыватель состоял из трех отделений, каждое содержало порцию детонирующего состава, над которым на проволоке подвешивался боек из пушечной бронзы. Свинцовый столбик и предохранительная проволока вставлялись как предохранитель от преждевременного срабатывания. При выстреле проволочки рвались, бойки били по детонирующему составу, пламя проходило через имеющиеся отверстия и воспламеняло заряд снаряда. Таким образом, в 1851 году ВМФ и сухопутные войска имели каждый свои взрыватели ударного действия. Введение в 1850 году взрывателя замедленного действия Боксера привело к появлению нового стандарта на их установку. Решение было принято в 1852 году и сделало взрыватели Фрибэрна бесполезными. С этого времени и до времени, когда Петтман (Pettman), сотрудник Королевского арсенала, предложил свой взрыватель, сухопутные войска не имели взрывателя ударного типа. Взрыватель Петтмана успешно прошел испытания в своем подразделении и с незначительными поправками был одобрен 3 октября 1861 года. Аналогичная конструкция для ВМС была представлена в 1860 году и одобрена для флота 2 августа 1862 года. Во времена, когда появилось то, что мы сегодня называем «взрыватель ударного действия», было введено различие «толчковое действие» и «ударное действие». Это различие было совершенно условным, и оба термина использовались произвольно до 1863 года. Идея заключалась в том, чтобы термин «ударное» означал лишь прямое ударное воздействие на взрыватель, а «толчковое» ограничивалось воздействием энергии отдачи при выстреле. С целью стандартизации этих понятий 6 января 1864 года Комитет по техническому перевооружению артиллерии принял следующее определение: «Взрыватель ударного типа – это взрыватель, приводимый в действие инерцией покоя при выстреле и срабатывающий под действием второго удара при поражении цели. Взрыватель толчкового типа приводится в действие при выстреле, но его срабатывание задерживается до времени, когда снаряд поразит цель».

85

Blind – слепой (англ.), в артиллерии – «невзорвавшийся снаряд». – Пер.

По этому определению все существующие взрыватели автоматически попадали в разряд «ударных», поскольку со времени введения взрывателя Фрибэрна все взрыватели, подпадающие под определение «толчковые», уже были объявлены устаревшими и вышедшими из употребления. В современной терминологии старое определение «ударного типа» может быть сравнимо с «взрывателем прямого действия» (direct action fuze), подготовка к действию которого зависит от последовательного открытия затвора после выстрела, а «толчковый тип» сравним со «скользящим взрывателем» (graze fuze). В боевое положение он ставился при выстреле, а срабатывал от сжатия ползущей пружины. Мистер Петтман предложил модификацию своего взрывателя для военно-морских сил, делающую его пригодным для нарезного орудия. Этот взрыватель общего назначения был утвержден к использованию 19 мая 1866 года и постепенно заменил взрыватель Мурсома, который объявили вышедшим из употребления 2 мая 1865 года.

В 1867 году оставалось лишь три взрывателя ударного действия для сферических снарядов:

взрыватель ударного типа Петтмана LS;

взрыватель ударного типа Петтмана SS;

взрыватель ударного типа Петтмана GS.

Последний взрыватель, способный работать со снарядами гладкоствольных, нарезных казнозарядных и нарезных дульнозарядных орудий, имел весьма оригинальную конструкцию. Его основу составлял пустотелый латунный конус с резьбой с наружной стороны, в центре которого размещался шероховатый латунный шар, покрытый детонирующим составом. Шар удерживался в положении между латунными шариками, нижний из которых поддерживался свинцовым кольцом-подставкой. На верхний шарик сверху наносился детонирующий состав, и он просверливался через центр насквозь, устанавливая латунный шар под закрывающую заглушку. При выстреле инерция покоя разрушала кольцо-подставку и освобождала детонирующий шарик для удара о стенку при столкновении. В нарезных орудиях детонирующий шарик не срабатывал в связи с положением снаряда при ударе. В этом случае взрыватель срабатывал следующим образом: шар, освободившийся при выстреле, удерживался прижатым к стене центробежной силой и был в готовности ударить детонирующий состав, нанесенный на верх верхнего шара, когда тот сдвинется вперед при столкновении. Небольшой запас пороха находился на нижнем латунном шарике для передачи вспышки на заряд снаряда.