# Гладкая артиллерия

Станислав Янович Кин

Дальность действия есть ключевой характеристикой артиллерии, ибо именно в отнесении точки поражения от бойца, делающего его самого недосягаемым для противника, и состоит суть метательного оружия.

При заданной массе орудия, как условии полевого применения, единственной возможностью повышения дальности действия есть те из методов приращения дульной скорости, которые, соответственно, не ведут к росту массы. Высокая же скорость, в свою очередь, требует способности выдерживать при выстреле более высокие напряжения в стенках ствола и снаряда, особенно в случае полой разрывной гранаты. В принятой ныне нарезной системе артиллерии наибольшие напряжения возникают от давления пояска, вызываемого процессом нарезания, а также от давления газов позади пояска. Первые, обычно имеющие наибольшую интенсивность в короткий период, дают более высокое напряжение, чем последние, и локализованы на кольцевых участках шириной несколько меньше ширины самого пояска, соприкасающихся с внешней его поверхностью - для ствола, и с внутренней - для снаряда. Притом нельзя не отметить, что для полой гранаты речь идёт о напряжениях в канавке пояска, то есть толщина стенки обязана быть ещё большей, чем необходимо для противостояния этим напряжениям. Таким образом нарезная система артиллерии обуславливает наиболее существенный свой недостаток.

Почему артиллерийская система стала нарезной? Кроме естественного увеличения веса удлинённого снаряда имелся у ядра ещё недостаток непредсказуемого вращения и оттого непредсказуемой деривации. И нарезная система стала решением регулярности деривации. Конечно, регулярная, предсказуемая деривация лучше. Но как таковая она, как и некоторые другие факторы вращения, делают нарезную систему неоптимальной. Деривация, поскольку точная её величина зависима от некоторых факторов, является одним из нежелательных вероятностных элементов баллистики, коих и без того множество. Деривация приводит к тому, что дальность системы меньше фактически пройденного снарядом расстояния. Откуда у ядра это непредсказуемое вращение, заставившее смириться с ним, сделав его лишь относительно предсказуемым? Причина непредсказуемости вращения ядра состоит, как известно, в значительном зазоре артсистем того времени. Но не только в нём самом. Сам по себе зазор есть причиной непредсказуемости, но не причиной вращения как такового. Причиной вращения есть сама форма ядра. То есть, уже отказ от ядра в пользу удлинённого снаряда уничтожил вращение в стволе. Искусственное вращение понадобилось для стабилизации в полёте, но, ввиду неоптимальности баллистики вращающегося снаряда, имеются и другие способы стабилизации.

В обоих этих смыслах выгоднее система артиллерии с гладким каналом. Стабилизация снаряда в полёте при этом должна осуществляться за счёт размещения центра воздушного давления позади центра тяжести. Достигать этого следует снижением веса и повышением воздушного давления для части снаряда позади центра тяжести, а также повышением веса и снижением воздушного давления для части снаряда впереди центра тяжести. В задней части снаряда предполагается для этого утончение металла корпуса, а также наличие пустотелой и тормозящей юбки, в передней части - утолщение металла корпуса.

Итак, современный удлинённый снаряд не может непредсказуемо вращаться при движении по стволу, а зазор в современных артсистемах весьма мал. Однако мягкие пояски общепринятой компрессионной нарезной системы, обеспечивающие тройственную задачу ведения-обтюрации-центрирования, из-за противоречивости требований столь комплексной роли не вполне хорошо выполняют центрирующую её часть. Основной причиной начального отклонения снаряда является неравномерное врезание нарезов вследствие таких факторов, как начальный перекос снаряда, неравномерность нагрузок и сопротивления пояска, мягкость пояска при остаточности его деформации, перекос снаряда относительно опоры пояска при движении по стволу. В то же время гладкая система требует только обтюрации-центрирования и свободна от необходимости ведения. Это устраняет значительную часть противоречий в требованиях к материалу. Ввиду отсутствия необходимости нарезания неведущее обтюрирующе-центрирующее устройство гладкой системы для лучшей центровки может быть более жёстким. Его деформация может быть, даже желательна упругой прогрессивной жёсткости, поскольку та её величина, которой требует уплотнение в целях обтюрации, значительно меньше остаточной деформации при формировании нарезов. Большой интерес в этом смысле имеет использование в качестве упруго-жёсткого обтюрирующе-центрирующего элемента донной юбки, расширяемой под действием метательных газов - как то было распространено в системах артиллерии американской Гражданской войны, а особо - изготовление её зацело со стальным или полустальным корпусом снаряда, как в системе Делафильда.

Юбки могут выполняться так, чтобы создавать в стенках ствола и гранаты ничтожные радиальные напряжения, оказывать минимальное сопротивление радиальному сжатию и незначительное поверхностное трение о стенки канала ствола. Очевидно, что донная юбка отсекает газы от боковых стенок снаряда. Конструирование гладкой артиллерийской системы, таким образом, сводится только к противостоянию стенок ствола и донца гранаты напряжению, возникающему от давления газа, что влечёт значительные и крайне выгодные отличия внутренней баллистики гладкой системы.

Внутренняя баллистика гладкой системы характеризуется отсутствием сопротивления нарезания и ничтожной величиной сопротивления поверхностного трения. То есть движение снаряда в стволе гладкой системы совершенно свободно. Таким образом внутренняя баллистика сводится к простому равноускоренному движению массы снаряда. Практическое отсутствие сопротивления определяет для гладкой системы плавность роста давления и скорости. Скорость нарастает быстро, и более высокое значение её соответствует более низкому значению давления, нежели в нарезной системе равных параметров. При том же метательном заряде снаряд гладкой системы проходит ствол быстрее, скорость его на тех же отметках длины ствола больше. Полное давление, какое дала бы при этом заряде нарезная система, до покидания снарядом ствола развиться не успевает. Отсюда, для полного использования давления гладкой системе требуется либо более длинный ствол, либо быстрее горящий метательный заряд, либо - при заданной дульной скорости - меньшие заряд и длина ствола.

Притом, даже в случае быстрогорящего метательного заряда, эксплуатационная нагрузка гладкой системы низка. К тому же, повышение скорости ведёт к сокращению времени действия соплового эффекта на единичном участке. Поэтому эрозия при выстреле перестаёт быть фактором износа стального ствола в рамках срока службы орудия. Отсутствие нарезов означает ликвидацию последних концентраторов напряжений. Износ крайне мало изменяет простейшую геометрию гладкого канала. Наконец, если прочность ствола определяется наиболее тонким участком его стенки, то гладкий ствол не содержит лишнего металла полей нарезов. Позволяется специальная обработка поверхности канала, невозможная при трении процесса нарезания, а также более простое, а значит более надёжное устройство обтюраторов, что вместе с пониженным давлением приближает прорыв газов к нулю.

Все перечисленные выше факторы позволяют утончение как стенок гранаты, что позволяет больший коэффициент наполнения, так и стенок ствола, что при заданной массе снаряда позволяет меньшую массу орудия. Или - при заданной массе орудия - возможна большая энергия выстрела, а стало быть, большие либо дульная скорость, либо масса снаряда.


Внешняя баллистика гладкого снаряда исходит из способа стабилизации его в полёте подобно стреле, заключающегося в размещении центра давления, к которому прикладывается действующая против движения результирующая сила давления воздуха на поверхность движущегося снаряда, позади центра тяжести, к которому прикладывается движущая сила, являющаяся результирующей инерции снаряда от выстрела и его веса. Эти две противно, а в данном случае - друг от друга, направленные результирующие словно бы растягивают снаряд за концы, постоянно ориентируя его ось в положение касательной к траектории. Это кардинально отличается от внешней баллистики нарезного снаряда, стабилизируемого по принципу гироскопического эффекта.

Наиболее характерным отличием внешней баллистики гладкой системы есть совершенное отсутствие у неё деривации, то есть отклонения, происходящего даже в абсолютно спокойной атмосфере, вызываемого в нарезной системе эффектом Магнуса.

Другой момент различия внешней баллистики гладкой и нарезной систем, также касающийся способов стабилизации, состоит в отношении их к удлинению снаряда. Удлинение позволяет при заданной массе снаряда использовать меньший калибр системы, и, стало быть, меньшую массу орудия, либо при заданной массе орудия иметь большую массу снаряда, его действенность. Природа удлинённого снаряда исходит из того, что образование его формы ищет выгоды в заострении головной части ради уменьшения сопротивления воздуха, что, вкупе с необходимостью толстого донца, выдерживающего давление газов, обуславливает для него, как правило, расположение центра тяжести позади центра давления. Таким образом, нарезной снаряд, как правило, природно неустойчив, поскольку для него связанные с этими центрами результирующие направлены друг к другу, и любое отклонение снаряда от положения вдоль траектории приводит к тому, что действие их становится несоосным и стремиться развернуть снаряд тяжёлым концом вперёд. Именно поэтому для придания нарезному снаряду искусственной устойчивости и используется гироскопический эффект. Таким образом, удлинение снаряда является фактором, способным обусловить длину плеча между указанными силами, создающими разворачивающий момент. Только для гладкого снаряда этот момент ведёт к стабилизации, а для нарезного - к дестабилизации. То есть для гладкого снаряда удлинение есть положительным фактором, а для нарезного - отрицательным. При этом гироскопическая стабилизирующая сила нарезного снаряда зависит от частоты вращения: чем больше частота, тем больше стабилизирующая сила. Обычная нарезная система наиболее применимого типа - с мягкими нарезаемыми при выстреле поясками (компрессионная) - не позволяет удлинения снаряда более 5ти, поскольку мягкость пояска не позволяет придавать снаряду значительную частоту вращения. Лучшая нарезная система - с жёсткими ведущими предварительно изготовленными выступами - за счёт способности придавать снаряду большую частоту вращения позволяет удлинение снаряда до 10ти. Для гладкой же системы удлинение снаряда, сопряженное с удлинением плеча стабилизации, означает только улучшение последней, поэтому она теоретически не ограничивает удлинение снаряда.


Различные способы стабилизации определяют различие в реакции на возмущение, прежде всего на "дульный скачок". Природно стабилизированный гладкий снаряд при любом возмущении претерпевает лишь плоское быстро угасающее колебание относительно центра тяжести - рыскание. Гироскопическая же стабилизация обуславливает самоподдержание и даже самовозбуждение прецессии и нутации, вызываемое действием набегающего потока на плечо дестабилизации, и поэтому его ось никогда не является касательной к траектории. Таким образом, положение нарезного снаряда никогда не позволяет правильного обтекания, и его лобовая проекция всегда больше миделя.


Кроме уже указанных преимуществ гладкая система также проще в производстве, особенно с отсутствием необходимости выполнять наиболее трудоёмкие процессы: нарезку ствола и формирование пояска на снаряде. Многие преимущества гладкой системы не оттенены ни единым недостатком. Необходимость ради стабилизации соблюдать соответствующее взаиморасположение центра тяжести и центра давления является не недостатком, а только особенностью данной системы.