Почему винтовки стреляют дальше и метче гладкоствольных ружей? Во всем виновата обтюрация. А что это такое? Если вкратце, то это создание условий (или уплотнений) по недопущению прорыва пороховых газов между стенками канала ствола и снарядом. Повышается КПД работы пороховых газов. Но это в теории, на практике всё гораздо сложнее. Качественные этапы в развитии стрелкового и вообще всего огнестрельного оружия напрямую связаны с изобретением новых вариантов обтюрации. Когда описывают историческое развитие (эволюцию) стрелкового оружия почему-то забывают про такой факт и было бы правильней написать "Эволюция обтюрации". Без надлежащей обтюрации и прочих уплотнений просто невозможно развитие любой техники всех времен и народов: водяные и ветряные мельницы, двигатели внутреннего и внешнего сгорания, гидравлические усилители или движители, узлы крепления подвижных валов... и в частности в огнестрельном оружии. Рассмотрим развитие стрелкового оружия именно со стороны развития обтюрации.
Самые первые стрелковые стволы выглядели как слабо конические трубки с расширением к дулу (выходному отверстию ствола). Подобные стволы были наиболее удобны в изготовлении для местных кузнецов-умельцев. На коническую оправку навивали полоску железа и швы заваривали кузнечной сваркой. Готовое изделие хорошо снималось с оправки. Оставалось пробить запальное отверстие возле заглушенной части ствола и орудие готово. Подобные орудия ставили примерно под углом в 45 градусов вверх на крепостных стенах. С зарядами и снарядами не мудрили, насыпали мерку пороха и закладывали на порох каменный шар-ядро подходящего размера. Порох поджигали с помощью раскаленного прута, засовывая его в запальное отверстие. Ну какая тут обтюрация? Ствол был нужен в основном для того, чтобы стрелков не обожгли вылетевшие фонтаном вместе со снарядом горящие порошинки. В основном надеялись на моральный эффект от ужасного грохота выстрела, так как каменный шар-ядро летел, конечно же дальше, чем брошенный рукой или катапультой, но особого вреда от таких снарядов было немного. Орудия то были скорее метательные, чем стрелятельные. Стрелок мог наблюдать полет снаряда и причиненный им ущерб врагу. Понятно, что чем больше по диаметру и массивней был шар-ядро и чем дальше этот шар-ядро улетал, тем было лучше. Поэтому делали подобные первые (примитивные) орудия любых размеров. Еще одним преимуществом подобных орудий была их сравнительная безопасность для стрелков. Хотя от грохота выстрелов и разлетевшихся горящих порошинок больших орудий иногда спасались, прыгая в воду специально устроенного рядом с орудием водоём-бассейн. Орудия могли быть сравнительно тонкостенными и практически не разрывались от небольшого избытка заряда пороха.
В стволы больших, таких орудий на порох можно было уже ставить специальный пыж прокладку и на пыж уложить несколько убойных элементов, например, кучу крупных, необработанных камней. С одной стороны это удешевляло выстрел и заодно расширялась зона поражения. Для нас же этот момент интересен появлением дополнительной детали в заряде -пыжа, который стал первым вариантом уплотнения между снарядом и пороховыми газами. Идея сделать ствол орудия цилиндрическим и разогнать снаряд плотным пыжом до больших скоростей, поражая противника уже не падающей массой, а энергией разогнавшегося в стволе снаряда была. Но сначала надо было решить множество технических проблем.
Кузнечная сварка позволяла сваривать лишь сравнительно тонкостенные листы железа и надежные, цилиндрические стволы получались только малого диаметра. Для пушек, такого диаметра канала ствола было маловато, стенки получались слишком тонкими и ненадежными, а вот для ручного оружия (пистолей и ружей) и диаметр, и толщина стенок ствола были в самый раз. Толстостенные стволы пушек было проще отливать целиком из металла: меди, бронзы, чугуна.
Тут надо сделать пояснение. Пушки не появились сами по себе. Те пушки, что мы видим в музеях или на стенах старинных крепостей, хоть и выглядят примитивно (дульнозарядные, гладкоствольные, низкоскорострельные...) были все же вершиной технической мысли тех времен. До таких пушек еще надо было додуматься. Вдобавок с пушками конкурировали и довольно успешно камнеметные орудия. Камнеметные орудия можно было изготовить из местного материала (дерева) руками своих солдат, в боевых условиях, в любом количестве и без особых материальных затрат. Пушки надо было купить на специальных заводах и привести к месту боёв. Камнеметными орудиями можно было издали и прицельно закидывать глубокие рвы перед крепостными стенами или закидывать через крепостные стены бочки с нечистотами и дохлятину, деморализуя защитников. Для справки. Иные средневековые "Требюше" закидывали дохлую лошадь за триста метров. С расстояния недоступного для обстрела ни из луков, ни из тогдашних ружей. Из камнеметных орудий иные умельцы запросто попадали в малоразмерные мишени, вроде окон или отдельных людей. Поэтому от пушек первоначально, мягко говоря, отказывались и ставили первые пушки только там, где они действительно могли принести ощутимую пользу.
Первые пушки и выглядели наподобие самых первых, сварных орудий с коническими стволами, но с цилиндрическими, короткими стволами и с более толстыми стенками. Такие пушки назывались мортирами и стреляли они по-прежнему, примерно под углами к горизонту близкими к 45 градусов. Только мортирки стреляли не камнями, а гранатами, полыми чугунными ядрами с пороховым зарядом и убойными элементами внутри. Фитиль гранаты поджигался во время выстрела. Толстые стенки позволяли стрелять более мощными зарядами и на большее расстояние.
За шесть веков развития огнестрельного оружия можно отметить ряд застоев, когда оружие долгое время было в принципе неизменным. Каждый раз нужен был небольшой технический толчок, пионерское решение, новая идея или изобретение, чтобы оружие снова оказалось на новом витке эволюции.
Одним из таких толчков стало разделение огнестрельного оружия на ручное и стационарное. Именно на ручном оружии стали опробоваться новые оружейные идеи. Пушки стоили целое состояние и экспериментировать с ними было дороговато, а вот стволы ружей и пистолей делали в любой кузнице и каждый кузнец-оружейник был сам по себе и технологом, и указчиком, что и как делать. Полосу железа можно было согнуть трубкой на оправке с одним швом вдоль оси ствола, а можно было навить на оправку в виде спирали. Не забудьте, что вспоминаем времена, когда отношение длины окружности к диаметру (число (пи)) знали не все академики, в качестве измерительного инструмента были пальцы, локти, длина шага, размах рук, а минимальная толщина была равна толщине лезвия ножа или толщине монеты. Навивать полоску спиралью на оправку было проще, чем рассчитывать да доводить полосу до нужной ширины, чтоб согнуть трубкой вокруг оправки со швом вдоль оси будущего ствола. Но чем шире полоса для навивки спиралью, тем больше получается шаг навивки. Если навивать ствол из нескольких, последовательно в ширину сваренных полос сразу, то общая ширина получившейся полосы окажется настолько широкой, что получится ствол с подходящим шагом навивки.
Чем интересна кузнечная сварка? Надо нагреть кромки железных полос почти добела. Перекалишь, сожжешь метал, недокалишь, сварка не получится. А так как кромки тоньше основной толщины полосы, то основная полоса не успеет прогреться настолько же. Прогретые кромки накладывают друг на друга и простукивают, имитируя сильное сжатие при точечной сварке. В итоге получится труба больше напоминающая изнутри многоугольник. Сколько полос, столько и углов. Снаружи труба будет заглажена обстукиванием под круглую, зато внутри окажется с несколькими спрямленными полями и с каким-то шагом закрутки. Естественно стволы у каждого мастера получались со своим шагом закрутки и особо меткие стволы были более востребованы, т.е. покупаемы.
Сегодня, например, мы идем в оружейный магазин и покупаем то, что есть, но с заранее задуманными возможностями или то, что нам разрешили купить. В Сибири еще в середине 19 века огнестрельные стволы изготовляли все кузнецы кому было не лень и на базарах огнестрельное и холодное оружие можно было купить чуть ли не в каждой лавке. Естественно выбирали лучшее, а не то, что предлагают. Почитайте "Записки охотника восточной Сибири" и сами убедитесь, что выбирали оружие в те времена не также как сейчас. Бой ружья или винтовки зависел от таких фактов, что сегодня нарочно не придумаешь. Ружья и винтовки были дульнозарядными с кремневыми или капсюльными замками. Так вот граненные стволы считались ценнее круглых. Стволы с магнитными свойствами были предпочтительнее. О форме и размерах запальных отверстий, огневых полочках и прочих премудростях вообще смолчу. Это сегодня не важно и ненужно, но важно то, что по таким мелочам, с нашей точки зрения, одних мастеров оружейников ценили и покупали их изделия, а другие мастера сами из оружейников переходили в гвоздильщиков или замочников, так как их оружие не покупали. Кстати, кузнецы в те времена разделялись на множество специализаций. Не считая медников и злато-кузнецов-ювелиров, только по железу их было больше 500.
Новшества, прижившиеся в ручном оружии, постепенно приживались и на огнестрельных орудиях. Стволы удлинялись, появились пушки, стреляющие только "дробом" (картечью), только ядрами и универсальные, стреляющие и картечью, и ядрами, м гранатами. Универсальные пушки и мортирки прижились и дожили до нашего времени, а пушки стреляющие только картечью довольно быстро исчезли. Как пример "Царь пушка" в Москве. Классический пример пушки картечницы. Для многих современных историков окажется откровением, что Царь пушка не могла стрелять ядрами, лежащими возле неё. И сделана Царь пушка не как украшение панорамы Кремля, но как боевое орудие для конкретных целей.
Итак, в тот период застоя были уже известны стволы цилиндрические и нарезные. Из снарядов были известны пули, ядра, картечь, орудийные гранаты и особо мелкая картечь-дробь для ружей. В качестве уплотнителей использовались пыжи. И не важно, что одни пыжи (для ружей и пистолей) делали из смятой бумажки, а другие (для пушек) из старых портянок.
Какие плюсы и минусы у пыжей и почему пыжи не делали, например, из дерева? В классическом виде пороховые пыжи для современных охотничьих ружей состоят из картонной прокладки (толщина 1,5-2 мм) на порох, двух или трех войлочных (общая толщина до 20 мм) и еще одной картонной прокладки под дробь или пулю. Пакет пыжей во время выстрела с одной стороны поджимается пороховыми газами, с другой упирается в выталкиваемый снаряд (дроби или пулю). Обтюрация достаточна лишь до какого-то предельного давления и поэтому скорости снарядов с классическими пыжами обычно не выше 500 м/сек. Пыж тоже что-то весит и на его выталкивание тратится часть пороховой энергии. Для облегчения и повышения КПД выстрела пыжи для охотничьих ружей иногда делаются из более легких, чем войлок материалов: бумаги, раскрошенных осиных гнезд, древесно-стружечные, пробковые и пр. Не все материалы для пыжей могут быть безопасными и применимыми, например, резиновые пыжи могут намертво заклинить в стволе во время выстрела, что приведет к разрыву ствола.
В настоящее время пыжи получили новый импульс в своем развитии. Пыжи делают из мягких пластиков и изготовляют в сочетании с контейнерами для стрельбы различными подкалиберными снарядами: дробью, картечью, ружейными пулями, облегченными или трансформирующимися пулями, пулями-стрелками и т.д.
Дерево недостаточно деформируется во время выстрела, слишком жесткое и чаще всего непригодно в качестве пыжей. Зато из дерева неоднократно делали и делают всевозможные толкатели для стрельбы из орудий и ручного оружия надкалиберными снарядами. Или деревянные пробки применяют в качестве дешевого заполнителя лишнего пространства в заряженных гильзах с пиротехническими составами (обычно в патронах с сигнальными или осветительными ракетами).
Казалось бы проще вообще обойтись без пыжей. Пусть сама пуля (снаряд) будет препятствовать прорыву пороховых газов. Такой вариант один из самых распространенных и для казнозарядного оружия еще и удобен в техническом отношении. Сама пуля на несколько десятых долей миллиметра больше по диаметру, чем канал ствола, во время выстрела пуля обжимается стенками ствола и с минимально возможным зазором проходит по стволу. Но когда-то пулю загоняли в ствол с дула. Пуля хоть и была свинцовой, мягкой, её все равно в ствол забивали молотком.
Чем длиннее был ствол, тем дольше пулю забивали и тем меньше была боевая скорострельность. Поэтому нарезными винтовками вооружали особо метких стрелков, имеющих право стрелять вне строя, а обычные стрелки были вооружены гладкоствольными ружьями и по-прежнему пользовались круглыми пулями с бумажными пыжами.
Вы думаете, что с проблемой как запросто засунуть в ствол пулю, которая будет выходить обратно с трудом, возникала только в те почти доисторические времена? Нет! В тридцатых годах 20 столетия такая же проблема возникла у изобретателей минометов. Как стреляет миномет? В миномет мина вставляется через дуло. Мина падает по стволу вниз и внизу капсюль на мине накалывается на неподвижный боек. Вспышка, загорается пороховое кольцо вокруг хвостовика мины и мина выстреливается из трубы. Просто, да? Вот только пара, другая проблем. Мина должна во время выстрела идти по стволу с минимальным зазором, а падать на боек побыстрее. Если зазор между стенками ствола и миной будет минимально возможным, то мину не пустит в ствол воздушная пробка. Когда еще через столь малый зазор выйдет воздух и мина опустится на дно. Получается, что зазор между стволом и миной должен быть существенным. Всевозможные уплотнительные юбки и кольца только усложнили бы строение мины. Поступили просто. Действительно, общий размер зазора между стволом и миной может быть до двух, трех миллиметров и благодаря такому зазору мина достаточно быстро падает вниз по стволу. На самой мине есть цилиндрический поясок с несколькими кольцевыми проточками. Во время выстрела пороховые газы завихряются в этих проточках и эти завихрения достаточно хорошо препятствуют излишнему прорыву газов заодно центрируя мину по оси ствола. Сразу решаются две главные проблемы. И вниз мина хорошо падает, и выстрел с достаточно высоким КПД происходит. Но из-за этих зазоров меткость минометного выстрела невелика и скорость полета мины невысока. Зато какая простота и скорострельность порядочная.
Так как же решали проблемы с обтюрацией пуль стрелки из ружей, так сказать во времена "До казнозарядного оружия"? В конце 18 века придумали казенный болт дульнозарядного ствола (шомполки) снабжать особым штырьком. Между штырьком и стенками ствола насыпали порох. Пуля свободно опускалась по стволу до штырька, а на штырьке толстостенная "юбка" пули, после пары ударов шомполом раздавалась в стороны, заклинивая пулю в стволе. Примерно так же в казенной части ствола пуля уплощалась, а значит увеличивалась в диаметре, упираясь в упоры суженой зарядной камеры. Далее изобретения с расширяющимися в зарядной камере пулями стали откровенным увлечением всех кого ни попадя. От солдат, до царей и кардиналов.
Вот несколько примеров:
-Сама пуля снабжена юбкой, в юбке деревянный колышек-пробка. Во время выстрела колышек-пробка вдавливается в юбку и пуля расширяется в стволе.
-Колпачковая пуля с нужными по толщине стенками юбки, во время выстрела газы раздувают юбку до оптимального по стволу диаметра.
-На пуле особые проточки и во время выстрела пуля сжимается по высоте, увеличиваясь в диаметре по проточкам.
Просто, но подобные изобретения до конца 18 века так и не смогли появиться. Не хватало идеи! Зато уже в начале 19 века стали использовать обтюрацию для многозарядности дульнозарядных стволов. Например, на суженную зарядную камеру опускалась пуля и ударами шомпола расклинивалась. На пулю насыпался следующий заряд пороха и снова закладывали пулю или снаряд дроби с пыжами. Возле каждого запального отверстия был свой замок, капсюльный или кремневый. Так из дульнозарядной одностволки получалось двустрельное ружьё (с двумя замками). А из двустволки четырехстрельное ружьё (с четырьмя замками). Самое главное при стрельбе из таких одноствольных двустрелок или из двуствольной четырехстрелки не перепутать какой конкретно курок и на каком замке взводить. И кстати, подобная многострельность не предел. Во время Бородинской битвы иные умельцы пушкари заряжали в ствол пушки до семи зарядов и вдоль всех зарядов, прямо в стволе через заряды шел запальный шнур. Шнур поджигали и когда огонь доходил до первого заряда, пушка выстреливала. Потом огонь запального шнура доходил до второго заряда, до третьего и т.д. Такими экспериментами особо не увлекались, разве что по особой необходимости, пушки часто не выдерживали подобного обращения.
Сегодня идея многострельности дульнозарядных одностволок снова стала актуальной. Пороховой заряд вместе с пулей не так уж велик по высоте и в стволе небольшой длины можно разместить, скажем 7, 8 зарядов. Что уже вполне сравнимо со средним по величине пистолетом, стреляющим по недалеким и сравнительно большим мишеням. Обтюрацию обеспечить несложно, пули в виде колпачков с пороховым зарядом внутри полости колпачка. А если соединить несколько стволов, да малость подлиннее стволы сделать, с зарядами числом побольше и заставить такое оружие стрелять очередями? Сегодня электронный поджиг зарядов в стволе (или стволах) можно сделать с любой, желаемой скорострельностью и последовательностью. Получится очень надежное, мощное и компактное оружие, с одной единственной движущейся деталью, кроме вылетающих пуль, спусковым крючком. Экспериментальные пулеметы, сделанные по этой схеме, смогли развить практическую скорострельность более миллиона выстрелов в минуту.
Не эта ли идея выведет современное огнестрельное оружие из очередного застоя на новый виток своего развития?