Зависимость боевой эффективности пули от её начальной скорости

Говоря о данном направлении, мне хотелось бы привести в пример исследования конструктора Герлиха.

Толчком к работам над увеличением начальных скоростей послужили обнаружившиеся новые свойства высоких скоростей. Оказалось, что при превышении известного предела скорости полета пули она приобретает высокую бронебойную способность.

Это свойство было обнаружено винтовкой невоенного образца. Опубликованные данные о винтовке Halger в 1929 г. калибра 7 мм показали, что начальная скорость порядка 1200 м/сек (правда, при легкой пуле с поперечной нагрузкой 16,5 г/см²) достижима без особых затруднений; при очень тяжелой пуле удалось получить скорости до 1000 м/сек.

В этой винтовке преследовалась цель повысить убойную способность пули по крупной дичи. Конструктор винтовки, Герлих, убедился в хороших результатах по меткости; сравнив элементы траектории пуль этой винтовки с германской винтовкой Маузера калибра 7,9 мм и с данными траектории пули американского патрона 1927 г., он нашел значительное преимущество в настильности траектории перед первой до дистанции 1200 м, и до дистанции 750 м перед второй. Это заставило его подвергнуть винтовку анализу с точки зрения пригодности ее для военных целей. На основании своих опытов он пришел к заключению, что за некоторыми пределами скорости пули бронебойная ее способность изменяется:

а) приобретает значение не столько живая сила пули, сколько самая скорость в смысле пробивания определенной толщины брони;

б) менее резко влияет отклонение траектории от нормали к поверхности брони на пробивную способность пули.

Доведя скорость пули до 1250 м/сек, несмотря на то, что применялась легкая пуля, он получил проникание пули в броню крупповской стали на глубину от 6 до 8 мм при общей толщине плиты 38 мм, тогда как более тяжелая пуля, обладавшая большей живой силой, давала более слабый эффект.

Отсюда возникла мысль о дальнейшем повышении начальных скоростей пули. Герлих поставил себе задачей добиться начальных скоростей, больших 1500 м/сек.

В 1931 г. Герлих имел при стрельбе из винтовки Halger-Ultra V₀ = 1358 м/сек при весе пули 8,15 г и калибре 7 мм. Сравнение траекторий этой пули и немецкой тяжелой, пули весом 12,8 г дает следующее: пуля Герлиха имела скорость, равную начальной скорости пули немецкой на дистанции около 850 м, время полета на дистанции 1000 м - 0,98 сек. против 1,87 сек. германской пули, высоту траектории на этой дистанции около 1,3 м против 4,3 м. Бронебойное действие этой пули характеризовалось следующим:

1. "мягкая" (не бронебойная) пуля указанного веса насквозь пробивала броню хромоникелевой стали толщиной 15 мм (механические свойства стали: предел упругости 61 кг/мм², удлинение 13,5%), причем в броне выбивалась пробка диаметром 18-20 мм и происходил откол брони с противоположной стороны диаметром около 40 мм; куски брони получали такую живую силу, что углублялись в сосновые доски за броней на глубину около 30 мм;

2. испытывались три листа твердой стали, поставленные один за другим: первый толщиной 10 мм, второй - 7,5 мм и третий - 12 мм на расстоянии 10 см один от другого, причем два последних наклонно под углом 20° (дистанция стрельбы 60 м, V₀=1300 м/сек); первые два пробиты насквозь, в третьем пуля засела на глубине 6-7 мм.

В дальнейшем Герлих получил начальные скорости для пули весом 6,5г V₀=1500 м/сек и для пули весом 9 г - около 1400 м/сек, получив пробивание хромоникелевой брони толщиной до 20 мм.

Для достижения этой величины пришлось применить совершенно особые меры: если в винтовке Halger сначала был использован подбор сорта пороха, то дальнейшее повышение скоростей пули достигалось уже за счет конструктивных мероприятий в оружии.

В основном эти мероприятия свелись к изготовлению особой формы пули, и конической сверловке канала ствола. Пуля, имеющая два ведущих пояска, сначала движется в канале, имеющем диаметр больший номинального калибра оружия; затем по мере сужения канала пояски сминаются и из дульного среза пуля выходит, приняв нормальный диаметр, так что пояски не мешают ее дальнейшему полету. Выигрыш в скорости, получаемый при этой конструкции пули и канала, обязан прежде всего тому, что давление пороховых газов действует на площадь, большую, чем дно пули. Так при калибре 7 мм и диаметре ведущих поясков 10 мм получается увеличение усилия, действующего на пулю при одной и той же величине давления газов в канале, приблизительно (не учитывая влияния нарезов) в 100/49, т. е. в 2 раза.

Вследствие того, что при подобном устройстве канала объем заснарядного пространства растет быстрее, получается возможность увеличивать эффективность порохового заряда без повышения относительных давлений в канале, и, наконец, постепенное увеличение сопротивления движению пули по коническому каналу вместе с относительным уменьшением освобождающегося объема позволяет получить при этом же условии более повышенные давления в передней части ствола, чем это бывает у обыкновенных винтовок, т. е., получать кривую давления, свойственную прогрессивно горящим порохам. Отсюда и получается повышение среднего давления, действующего на пулю в стволе, а следовательно и увеличение полезной работы пороховых газов.

Пуля американской опытной винтовки, сконструированной по типу винтовки Герлиха под калибр винтовки 6,2 мм, имела вес 16,48 г, диаметр по дну нарезов в дульной части 6,35 мм. Канал ствола винтовки, вначале цилиндрический, имел диаметр по дну нарезов 8,89 мм, по полям 8,73 мм; общая длина ствола 660 мм, длина патронника 61 мм, длина цилиндрической нарезной части 134 мм; дульная часть канала также цилиндрическая, длиной 305 мм. Пуля Герлиха могла быть оболочечного типа, т. е. нести в себе сердечник желаемого материала в целях улучшения бронебойного действия.

Подобные разработки существовали и в СССР. В 30-е гг. сотрудник баллистической лаборатории Том­ского университета М.С. Горохов проделывал с ними опыты, а в пе­риод Великой Отечественной вой­ны аналогичные исследования в Артиллерийской академии имени Ф.Э. Дзержинского проводил про­фессор М.Е. Серебряков. Весьма полезным для советских военных специалистов оказался захват фронтовиками немецкого бикалиберного противотанкового ружья образца 1941 г.

В 1941 г. к созданию таких ору­дий приступили на эвакуирован­ном в Златоуст Тульском оружей­ном заводе (ТОЗ) конструктор-станкостроитель Н.К. Остроумов и представитель военной приемки М.С. Кнебельман.

Они занялись пушками с цилиндро-коническими стволами и предназначенными для них выст­релами со снарядами, имевшими по два обжимавшихся ведущих по­яска. Конструктивно сложные опытные стволы, пушки и боепри­пасы делали на Ижевском заводе. Достаточно сказать, что по трудо­емкости изготовления они в три раза превосходили обычные артсистемы тех же калибров, поэтому Кнебельману и Остроумову при­шлось еще взяться за решение проблем их технологичности.

На испытаниях снаряды, выпол­ненные из углеродистой стали с вольфрамовыми сердечниками, выпущенные из пушек калибром 37/25 мм, развивали начальную скорость 1500 м/с, а у артсистемы 45/30 мм и до 1400 м/с, что обес­печивало высокое пробивное дей­ствие. Для сравнения стоит на­помнить, что у обычной 45-мм противотанковой пушки образца 1942 г. этот показатель не превы­шал 870 м/с. Затем работы по созданию подобного оружия были приостановлены.

Пос­ле Великой Отечественной войны работы над бикалиберными орудиями возобновили сра­зу в нескольких учреждениях, в том числе в центральных конструк­торских бюро № 13 и 14, Научно-исследовательском институте авиационного вооружения, конст­рукторском бюро завода № 9. Их специалисты использовали как отечественные наработки, так и трофейные немецкие материалы, исследовали процесс выстрела, си­лы, действующие на снаряд при его движении по каналу ствола переменного сечения и совершенст­вовали форму снарядов.

Через некоторое время в ЦКБ-14 изготовили опытную пушку ИМ-1, цилиндро-конический ствол для нее выполнили на заводе № 172. Для нее же подготовили снаряды СК-0 весом 1,9 — 2 кг с разрывным зарядом массой 300—700 г. При ис­пытаниях ИМ-1, проведенных в январе-феврале 1946 г., некоторые ­не выдерживали больших нагрузок и разрушались при выстреле.

А в ЦКБ-13 создали боеприпас ТКБ-14, основанный на устройст­ве в выстреле 28/20. В феврале 1946 — январе 1947 гг. провели экс­перименты с боеприпасами не­скольких типов. К ним относились цельнокорпусные СК-1 весом 1,8 кг, бронебойные СК-2 (1,82 кг) с сердечником длиной 550 мм и диаметром 25 мм и тоже цельно­корпусные СК-33 весом по 1,8 кг. Их выполнили по ставшей класси­ческой конструктивной схеме Герлиха с двумя деформируемыми элементами. Однако оказалось, что при выстреле между ними воз­никает излишняя конденсация по­роховых газов, поэтому элементы заменили радиально выступающи­ми стаканами, а в заднем продела­ли отверстия для выпуска газов. Но такие снаряды неважно разме­шались в гильзах, в частности, не выдерживалась должная герметич­ность.

В НИИ авиационного вооруже­ния спроектировали пушку СК-40 калибром 76,2/57 мм.

В ЦКБ-13 доктор технических наук М.Шляпошников и сотруд­ники бюро М.И. Симарин, К.Ф. Егоров и К.П. Шиголев раз­работали бикалиберное 75/50-мм орудие, ствол которого изготовили на заводе № 172. Нарезной была его часть, начинающаяся от казен­ника, затем начиналась гладкост­вольная, а та суживалась к дулу.

А в ЦКБ-14 начатые в военные годы исследования продолжил инженер-майор Кнебельман. В 1946 г. это учреждение получило заказ от командования ВВС на мощную авиационную пушку, которой предполагалось воору­жать истребители и штурмовики, летчики которых должны были по­ражать наземные бронированные цели, главным образом, подвиж­ные. Ее задумали универсальной, чтобы устанавливать и в развале цилиндров поршневых авиамото­ров, и в крыльях.

Кнебельман спроектировал опытную автоматическую пушку ТКБ-369 с цилиндро-коническим каналом ствола калибром 37 мм у казенника и 25 мм у дульного среза. Ее автоматика действовала за счет отвода части пороховых газов при выстреле из ствола, затвор был по­воротного типа. Суживающуюся часть (ствольную насадку) выпол­нили из заготовки ствола 23-мм авиапушки ВЯ-23, при этом длина ее рабочей части составляла 820 мм.

Перед выстрелом детали ударно-спускового механизма находились в переднем положении, темп веде­ния огня достигал 300—350 выстре­лов в минуту. Боеприпасы находи­лись в металлической ленте и мог­ли подаваться в патронник справа и слева, в зависимости от особен­ностей устройства самолета. Для уменьшения отдачи служил дуль­ный тормоз.

­Масса пушки составляла 105 кг, длина - 2966 мм, ширина — 255 мм, высота — 176 мм. Патрон весил 900 г, снаряд — 0,212 кг, дав­ление пороховых газов при выст­реле достигало 3000-3300 кг/ см кв.

Ее испытания производили 20 октября — 16 декабря 1948 г. В их ходе отрабатывали баллисти­ческие характеристики и устройст­во насадок. Например, одну из них подвергли термообработке при за­калке в масле, у другой — длину ра­бочей части уменьшили до 580 мм, у третьей применили азотирование канала ствола длиной 480 мм. Дело в том, что из-за повышенного дав­ления пороховых газов и ускорен­ного движения снаряда с обжимае­мыми элементами заметно сокра­щался срок службы ствола и снижалась эффективность бое­припасов. Тем не менее испытате­лям вновь удалось получить до­вольно высокую начальную ско­рость снаряда в 1400 м/с, что вполне соответствовало требова­ниям заказчика. Для сравнения за­метим, что у авиапушки НС-37, считавшейся в те годы одной из мощнейших, она не превышала 900 м/с.

Вместе с тем, при испытатель­ных стрельбах отмечались и неже­лательные явления. Так, после 830 выстрелов зафиксировали 17 за­держек, что было признано чрез­мерным.

Почти одновременно, 9 декабря 1948 — 15 января 1949 гг., провели испытания другой автоматической авиационной пушки ТКБ-446, также разработанной Кнебельманом. Она имела калибры 23 и 20 мм, ею собирались вооружить не только истребители и штурмови­ки, но и, для обороны, дальние бомбардировщики. Из нее пред­стояло вести огонь, в основном, по неприятельским самолетам. Веси­ла она 31 кг, длина цилиндро-конического ствола была 1250 мм, по устройству же походила на пред­шественницу ТКБ-369. Как и ту, ее оснастили системой автоматики, работавшей при отводе из ствола ­части пороховых газов, поворот­ным затвором, электроспуском и пневматическим механизмом пе­резаряжания при двухсторонней подаче патронов. Темп стрельбы (расчетный до 900 выстрелов в ми­нуту) мог изменяться с помощью газового регулятора, оборудован­ного четырьмя отверстиями рав­ного диаметра.