Визначити тиск газу на ствол гармати. Вогневий процес у стовбурі

При спуску курка з бойового взводу бойок ударяє по капсулі, викликаючи миттєвий вибух ударного складу. Сильне полум'я, що виникає при цьому, проникає в товщу порохового заряду, запалюючи зерна пороху. Пороховий заряд, спалахуючи, майже одночасно виділяє пружні порохові гази. У міру його згоряння газів стає тісно в пороховій камері (патроннику). Прагнучи розширитися, вони тиснуть з однаковою силою на всі боки. Зустрічаючи опір міцних стінок ствола і дна гільзи, що упирається в личинку затвора, порохові гази поширюються у бік найменшого опору, штовхаючи кулю перед собою. Та врізається в нарізи, обертаючись, проходить каналом стовбура і викидається назовні у напрямі його осі.

Таким чином і відбувається явище. постріл. Відбувається він дуже швидко - так, у стовбурі великокаліберної гвинтівкикуля рухається лише близько 0,0015 сек.

У міру згоряння пороху кількість порохових газівзбільшується, чому швидко наростає та його тиск. Коли воно досягає певної величини, достатньої для подолання сил опору руху (обтискання кулі в дульці гільзи, врізання її в нарізи тощо), куля починає свій рух.

Тиск порохових газів, необхідний для повного врізання кулі в нарізи, називається тиском форсування. В стрілецька зброявоно коливається в межах 250-500 кг/см2 (при стрільбі оболонковими кулями).

Оскільки куля починає рухатися до того, як станеться повне згоряння заряду, тиск порохових газів у каналі ствола змінюється. Спочатку, коли куля ще не придбала великої швидкості, кількість газів зростає значно швидше, ніж збільшується обсяг запульного простору (простір у каналі стовбура між дном гільзи та дном кулі), і тиск газів у каналі стовбура підвищується, досягаючи найбільшої величини. Це спричиняє прискорення руху кулі. В результаті приріст кількості газів вже не може встигнути за збільшенням запульного простору, і тиск у каналі ствола починає поступово знижуватися.

Як тільки заряд згорів, подальший рух кулі відбувається під дією постійної кількості порохових газів, що вільно розширюється, які мають ще більший запас енергії завдяки своїй пружності. Продовжуючи розширюватись, вони збільшують швидкість руху кулі.

Надалі порохові гази, вириваючись із каналу ствола зі швидкістю, більшої швидкості кулі, продовжують ще певній відстані від дульного зрізу зброї (до 20 див) чинити тиск на дно кулі, збільшуючи швидкість її руху. Таким чином, у міру просування кулі в каналі ствола швидкість її безперервно зростає, досягаючи найбільшої величини за кілька сантиметрів від дульного зрізу.

Тиск порохових газів досягає максимальної величини на початку нарізної частини ствола, за кілька сантиметрів від пульного входу. Найбільший тиск, який розвивають порохові гази у стовбурі великокаліберної гвинтівки при стрільбі важкою кулею, - 3200 кг/см 2 , у стовбурі малокаліберної гвинтівки та малокаліберного пістолета - 1300 кг/см 2 , а у стовбурі спортивного револьвера - 1 .

Тиск газів у момент вильоту кулі з каналу ствола називається дульним тиском. У службових гвинтівках АВЛ, АВ, БІ-7,62 воно дорівнює приблизно 430 кг/см 2 , у малокаліберній гвинтівці - близько 200 кг/см 2 , а малокаліберному пістолеті - 500-600 кг/см 2 (залежно від довжини ствола ). Характер зміни тиску порохових газів у каналі стовбура та наростання швидкості руху кулі при стрільбі з гвинтівки показано на рис. 27.

Рис. 27 - Криві тиски порохових газів та швидкості кулі у стовбурі службової гвинтівки АВ та малокаліберної гвинтівки

Слід зазначити, що характер наростання тиску порохових газів у каналі ствола значною мірою залежить від щільності порохового заряду: з її збільшенням різко зростає швидкість горіння пороху, отже, і тиск газів (до виникнення детонації). Тому, щоб уникнути нещасних випадків, не слід стріляти патронами з глибоко посадженими кулями.

Як відомо, зі збільшенням вологості порох горить повільніше, тому тиск порохових газів у каналі стовбура наростає повільніше. При пороховому заряді, що відволожився, можливий затяжний постріл, при якому між ударом бойка по капсулі та появою звуку пострілу проходить помітний проміжок часу. Якщо вологість заряду підвищена та ще й потужність капсуля недостатня, промінь полум'я від вибуху ударного складу не може одночасно запалити всі порохові зерна - він спалахує лише прилеглі шари пороху, і від них вже через деякий проміжок часу спалахують наступні. Якщо після спуску курка пострілу не було, не потрібно поспішати перезаряджати зброю, слід почекати деякий час, щоб не сталося вибух порохового заряду при відкритому затворі.

Як "зачинити" гази в стволі

Ми вже знаємо, що на відкритому повітрі порох не вибухає, порівняно повільно горить. Для пострілу ж потрібен вибух, тому що необхідно, щоб порох швидко перетворився на гази.

Щоб отримати вибух, потрібно збільшити тиск у просторі, де знаходиться порох. Для цього треба помістити порох у замкнутий простір, щоб гази, що утворюються під час вибуху, не могли з нього вийти. Тоді тиск газів одразу почне підвищуватися. Великий тиск необхідний для того, щоб викинути снаряд зі стовбура.

Таким замкнутим простіром є та частина ствола, у яку вкладається пороховий заряд. Попереду ця частина ствола хіба що закупорюється вкладеним у ствол снарядом. Ззаду, або, як кажуть артилеристи, з казенної частини, стовбур також має бути міцним і щільно закритим. Порівняно недавно, близько сотні років тому, стовбур зброї відливали з одним тільки отвором - дульним; у казенній частині ствол отвору не мав, і "дно" каналу ствола не дозволяло пороховим газам йти назад при пострілі. У казенній частині робилося лише невелике, так зване запальне отвір, яке служило для запалення заряду. Через цей отвір могло прорватися лише незначна кількість газів.

Багато часу доводилося витрачати для заряджання такої зброї. Вклавши в дуло заряд, надсилали його в глиб стовбура довгим жердиною з особливим наконечником, а після досилання заряду тим самим жердиною забивали пиж.

Потім вкладали в дуло ядро ​​і опять-таки шостому штовхали його в глиб стовбура, поки воно не доходило до пижа (мал. 45).

Ці незручності були ще терпимі в ті часи, коли гармати робилися гладкоствольними. Але від гладкоствольних знарядь відмовилися вже близько 100 років тому і перейшли до нарізних.

Основний недолік гладкоствольних знарядь полягав у незначній їх далекобійності та малій влучності. Кулясті снаряди - ядра, що вкладаються з дула, повинні були вільно входити в стовбур. При цьому між снарядом і стінками каналу ствола завжди був зазор-щілина; у цей зазор під час пострілу проривалися порохові гази. Інший недолік полягав у тому, що кулясті снаряди швидко втрачали швидкість при польоті в повітрі і дальність їхнього польоту була невелика. Тому, природно, виникло прагнення замінити кругле ядро ​​довгим снарядом із загостреною головною частиною.

Рис. 45. Так заряджали.

Такі снаряди краще просуваються в повітрі, втрата швидкості у них менша.

Однак, якщо таким снарядом вистрілити з гладкостенного стовбура, то снаряд не полетить головною частиною вперед - він почне перекидатися в повітрі. А це зводить нанівець майже всі переваги довгастого снаряда.

Щоб довгастий снаряд летів у повітрі правильно, не перекидаючись, потрібно або забезпечити хвостовим оперенням (як у міни) або змусити його швидко обертатися навколо своєї осі при польоті.

Оперені снаряди не застосовуються в гарматах з великим тиском порохових газів через неминуче пошкодження оперення при пострілі. Тому правильний політ довгастих снарядів у більшості знарядь забезпечується тим, що снаряду надається обертання ще в Тягар його руху в стовбурі.

Для цього на внутрішній поверхні ствола нарізають жолобки (нарізи), що йдуть по гвинтовій лінії, а на снаряді роблять мідний провідний поясок, що врізається при пострілі нарізи. Під час руху в такому стволі снаряд обертатиметься навколо своєї осі.

У наш час лише міномети мають гладкі стволи, оскільки тиск порохових газів у них порівняно невеликий і стрілянина з них ведеться опереними снарядами (мінами); у всіх інших знарядь стволи нарізні (рис. 46). Стовбури нарізних знарядь мають наскрізний канал, і заряджання їх виробляють не з дула, а з казенної частини.

Але отвір з боку казенної частини необхідно відкривати лише заряджання; при пострілі воно має бути щільно закрите

Рис. 46. ​​Дульна частина ствола сучасної нарізної зброї

І тому служить затвор зброї. Якщо затвор зброї не буде міцно і щільно закривати ствол, то між затвором та стволом утворюються щілини, через які при пострілі можуть прорватися порохові гази. Але водночас затвор повинен легко і швидко відкриватися для заряджання. Як узгодити такі вимоги?

Досягнули цього не відразу: довго заважав низький рівень техніки обробки металів. Думка про необхідність заряджати знаряддя з скарбниці і, отже, постачати їх затвором, з'явилася ще на початку розвитку вогнепальної зброї. Заряджати зброю з дула було дуже важко, оскільки порох був густою масою, що прилипала до стінок стовбура. Набагато зручніше було вкладати в зброю пороховий заряд із казенної частини.

Перші затвори були дуже недосконалі. Один із старовинних затворів показаний на рис. 47. Такий затвор замикав канал ствола досить міцно. Але щоб відкрити такий затвор, потрібно було багато разів повертати його навколо осі, так як для міцності з'єднання зі стволом потрібно багато витків гвинтової нарізки. Відкривати та закривати такий затвор було незручно, та й часу на це витрачалося багато.

Порохові гази при цьому затворі проривалися назовні, в щілини між витками нарізки, внаслідок чого з'являвся нагар, який ще більше ускладнював відкривання та закривання затвора.

Сучасні знаряддя заряджаються з казенної частини та мають затвори, за ідеєю дуже схожі на своїх "предків". Але вони незрівнянно більш досконалі та зручні.

У сучасних знаряддях теж застосовують затвор у вигляді нагвинтованого поршня. Але нарізка на затворі і в гнізді затвора не суцільна: ділянки, що мають нарізку, чергуються з гладкими. Як відомо, вперше поршневий затвор із гладкими секторами був застосований В. С. Барановським у його скорострільній гарматі зр. 1872 року.

Рис. 47. "Бідок" поршневого затвора (XVII століття)

Закрити такий затвор легко: потрібно тільки поставити затвор так, щоб нарізні ділянки припали проти гладких ділянок у гнізді затвора, і всунути його в гніздо затвора. Після цього достатньо повернути затвор, і його нарізні ділянки увійдуть у нарізні ділянки гнізда. Затвор міцно закриє ствол. Такі затвори називаються поршневими (рис. 48).

Тримати вийнятий затвор в руках важко і незручно, та й поставити його правильно при закриванні важко: найменший перекіс - і затвор не увійде.

Тому поршневі затвори завжди зміцнюють на "рамі", яка шарнірно пов'язана зі стволом.

Рис. 43. Поршневий затвор

Затвор забезпечений ручкою. Вісь рукоятки пов'язує затвор зі стволом. Натиснемо на ручку цієї рукоятки і потягнемо її назад - поршень обернеться, і його нарізні ділянки встануть проти гладких ділянок у гнізді. Ніщо не заважає тепер поршні вільно вийти з гнізда ствола.

Стовбур відкритий. Можна заряджати знаряддя.

Після заряджання знову беремося за рукоятку і повертаємо раму до ствола. Поршень легко увійде у своє гніздо і обернеться на чверть оберту (рис. 49). Затвор закритий.

Не менш зручний клиновий затвор (мал. 50).

Клин міститься в затворному гнізді ствола і, на відміну від поршня, не потребує спеціальної рами. При відкриванні затвора клин не повністю виходить із гнізда затвора; таким чином, він постійно пов'язаний із стовбуром.

Рис. 49. Поворот поршня при закриванні затвора

Для відкривання та закривання клинового затвора також є ручка. Якщо її повернути спочатку назад, а потім уперед, то клин опуститься вниз у гнізді затвора і затвор відкриється.

На рис. 50 показано, як під впливом повороту ручки клин опускається.

Однак під час стрілянини користуються рукояткою для відкривання затвора лише один раз – лише для першого заряджання. Затвор так влаштований, що при зарядженні зброї він автоматично закривається, а після пострілу автоматично відкривається. Але про це буде сказано далі.

Поршневої та клинової затвори набули широкого поширення як найбільш прості та зручні.

Тепер, коли ми ознайомилися про те, як влаштовані затвори сучасних знарядь, подивимося, як заряджається знаряддя;

Насамперед потрібно відкрити затвор, а потім вкласти снаряд і заряд у ствол. Для приміщення заряду всередині ствола з боку казенної частини є зарядна камора. Якщо зброя заряджається патроном, у якому снаряд і заряд у гільзі з'єднані разом ще до заряджання, камора називається патронником. Камора або набійник зазвичай не циліндричні, а злегка конічні. Діаметр камори більший за діаметр нарізної частини і з'єднується з нею коротким конічним схилом.

Рис. 50. Клиновий затвор

Рис. 51. Зброя заряджена

Рис. 52. Обтюратор для поршневих затворів

Вкладемо снаряд і заряд у камеру (рис. 51) і закриємо затвор.

Але один тільки затвор не захищає повністю від прориву порохових газів назад: дуже важко точно підігнати стикаються поверхні затвора і стовбура. А якщо залишиться найменша щілина, порохові гази обов'язково спрямують до неї. Щоб завадити цьому, застосовують спеціальні пристрої – обтюратори. На рис. 52 показаний один із таких обтюраторів.

Обтюраторами користуються у разі, як у зброю поміщають заряд пороху, що у особливому мішку – " картузі " . Таке заряджання називається картузним. Картуз виготовляється з нетліючої тканини (наприклад з шовкової). Тліючі (після пострілу) залишки картуза могли б передчасно спалахнути черговий заряд.

У більшості сучасних знарядь заряд поміщають у латунну гільзу. При гільзовому зарядженні зброя не потребує спеціальних обтюраторів. При пострілі дно і стінки гільзи під тиском порохових газів дуже щільно притискаються до затвора і стінок камори і не пропускають газів, що прагнуть прорватися. Отже, сама гільза є дуже простим та зручним обтюратором (рис. 53).

Рис. 53. Гільза в ролі обтюратора (перед пострілом та в момент пострілу)

Крім цього, гільза часто з'єднує капсуль, заряд і снаряд в одному патроні, завдяки чому спрощується заряджання зброї і підвищується скорострільність.

Вперше патрон з металевою гільзою був застосований у російській скорострільній гарматі в 1872 році на пропозицію нашого співвітчизника винахідника В. С. Барановського (про це вже було розказано в главі пер

Чому не застосовують гільзу у всіх знаряддях?

Виявляється, в гарматах великого калібруіз застосуванням гільзи ускладнюється заряджання. Гільза виходить громіздкою та важкою. З'єднання заряду зі снарядом стає невигідним через великих розмірівта великої ваги патрона. Тому в деяких знаряддях застосовують коротку гільзу, що слугує лише обтюратором. У знаряддях дуже великого калібру від такої гільзи доводиться відмовитися і замінити її постійним обтюратором (див. рис. 52).

Затвор закритий, зброя заряджена, - можна стріляти. Потрібно лише запалити заряд.

У гарматах з картузним заряджанням заряд спалахує за допомогою витяжної трубки (мал. 54) або електрозапалу, що вставляються в запальний канал.

Рис. 54. Витяжна трубка

При гільзовому зарядженні заряд зазвичай спалахують за допомогою вже знайомого нам капсуля, який міститься в капсульній втулці, загвинченої в дно гільзи. А механізм, що розбиває капсуль, міститься в затворі. Називається він ударним механізмом (рис. 55).

Головною частиноюцього механізму є ударник з одягненими на ньому трубкою ударника, бойовою пружиною та опорною втулкою. Ударник може рухатися в опорній втулці тільки вперед, тому він рухається разом з опорною втулкою.

Один кінець пружини упирається в кільцевий уступ у трубці ударника, а інший кінець натискає на опорну втулку ударника і прагне просунути її разом із ударником уперед.

Якщо потягнути за курок, ударник піде назад, а трубка ударника – уперед; при цьому бойова пружина стиснеться. При сильному відтягуванні курка бойовий взвод ударника зіскочить із зачепа курка, і стиснута бойова пружина пошле ударник уперед.

Опорна втулка вдариться в уступ затвора, а ударник по інерції просунеться вперед (нагадаємо, що він може рухатися в опорній втулці вперед).

Бойок ударника розіб'є капсуль. Ударник, а потім і курок буде повернено у вихідне положення під дією тієї ж бойової пружини. Механізм готовий до чергового пострілу.

Іноді для спалаху заряду використовують електрику і при гільзовому зарядженні. В цьому випадку в гільзу вкручують спеціальну електричну втулку (рис. 56).

При такому пристрої жодного ударного механізму не потрібне. Достатньо пропустити електричний струм через електрозапал, який є тонким дротом. Дріт розжарюється і спалахує навколишній порох. Такий спосіб займання дуже зручний, коли поблизу зброї є джерело електричного струму, наприклад у танкових та авіаційних гарматах. Там електрика потрібна для займання бензинової суміші в двигуні.

Рис. 55. Ударний механізм

Крім того, електричний спосіб займання застосовується в метальних установках реактивної артилерії. В інших знаряддях використання електрики для займання заряду менш зручно: потрібна спеціальна електрична машинка. Тому в них застосовуються зазвичай ударні механізмита гільзи з капсульною втулкою.

Зробимо постріл. Заряд спалахне і при згорянні перетвориться на гази.

Рис. 56. Електрична втулка

Затвор і гільза щільно замикають стовбур. Прорив порохових газів тому неможливий. Але гази можуть прорватися вперед, зазори між снарядом і стовбуром. При величезному тиску порохових газів достатньо, як ми вже казали, нікчемної щілини, щоб гази прорвалися крізь неї.

Рис. 57. У гладкоствольних знаряддях частина газів проривається вперед, обганяючи ядро ​​в стовбурі

У гладкоствольних знаряддях так і відбувалося: частина газів проривалася вперед і обганяла снаряд, розтрачуючи при цьому частину своєї енергії даремно (мал. 57).

Але в сучасних знаряддях можливість такого витоку майже усунута. Мідний поясок снаряда, що веде його по нарізах, на початку руху снаряда щільно втискається в нарізи стовбура і не дає газам обігнати снаряд (рис. 58).

Рис. 58. У нарізних оруліях прорив газів уперед майже усунений,

Здавалося б, тепер вся енергія порохового заряду спрямовано виштовхування снаряда. Здавалося б, немає більше втрат!

Однак, це не так. Втрати все ж таки є, хоча їх вже набагато менше, ніж у колишніх гарматах.

| |