Почему современные танки используют гладкоствольные орудия

https://t.me/tankodrom2021/8793

Почти все современные танки используют гладкоствольные орудия, что может сбивать с толку, поскольку всем известно, что нарезные орудия более точны. Почему гладкоствольные орудия стали единственным выбором для современных крупнокалиберных орудий?

Все дело в боеприпасах. Все современное огнестрельное оружие нарезное, и большинство кто в теме знают, что это делается для создания гироскопического эффекта, делающего снаряды более точными.

Нарезы в танковой пушке, как и в оружии малого калибра, предназначены для стабилизации снаряда в полете. Когда головная часть проходит по стволу, она входит в зацепление с нарезами, которые ее вращают. Это вращение создает гироскопический эффект, который предотвращает опрокидывание или отклонение от оси выстрела, по которой он был выпущен.

Все это справедливо и для обычных пулеобразных снарядов. Но по мере того, как танковые боеприпасы стали более индивидуальными и явно не похожими на пули, все изменилось. Чтобы понять это, стоит кратко ознакомиться с историей танковых боеприпасов.

Обычный БС — это, по сути, просто большая пуля. Они обычно имеют усиленный сердечник и могут иметь взрывоопасное наполнение, но по своей форме и конструкции они по–прежнему довольно просты. Типичный бронебойный снаряд, например такой как британский 2–фунтовый снаряд, весил 900 г, имел скорость 792 м/с и мог пробить 40 мм брони на дальности 1000 м. Однако даже к середине 1940–х годов броня в целом уступала бронебойным снарядам, и практичность создания бронебойного снаряда, способного пробивать броню современных танков, была чрезмерной. Однако далее все изменилось и на свет появились выстрелы APC — снаряды с бронебойным и баллистическим наконечником.

Снаряды с бронебойным наконечником (APC), такие как 75–мм бронебойные снаряды M61 Armor Piercing Capped Ballistic Capped (APCBC), используемые в танке M4 Sherman, оснащались баллистическим и бронебойным колпачками на снаряде, обеспечивая более эффективное проникновение, особенно в наклонную броню. Снаряд М61 весил 7,7 кг, имел скорость 900 м/с и мог пробить броню толщиной 150 мм на расстоянии 1000 м, что в три раза превосходило характеристики более ранних 2–фунтовых бронебойных снарядов. Однако гонка по пробиваемости и бронезащите никогда не утихает, и достаточно скоро, такие танки как «Тигр» и «Пантера», стали неуязвимы для таких снарядов, что привело к внедрению APDS — бронебойных подкалиберных снарядов.

Бронебойный подкалиберный снаряд (APDS) представляет собой подкалиберный снаряд, то есть его диаметр меньше диаметра ствола, из которого им стреляют. Переход к подкалиберным выстрелам был обусловлен несколькими факторами.

Поскольку бронепробитие это прерогатива кинетической энергии, лучший способ его улучшить — это увеличить массу снаряда и (или) скорость, с которой он движется. Увеличение массы было достигнуто за счет перехода от стальных сплавов к вольфрамовым, которые примерно в 2,5 раза плотнее и тяжелее. Это означает, что снаряд БС сопоставимого размера был бы настолько тяжелым, что его вообще нельзя было бы использовать для стрельбы из большинства орудий того времени. Выстрелы пришлось делать меньше.

Поскольку эти новые выстрелы были очень узкими, они имели меньшее поперечное сечение, создающее меньшее сопротивление, и поэтому ими можно было стрелять быстрее при той же (или немного большей) массе и, имея более узкий профиль, они оказывали большую проникающую способность при ударе. Ну и конечно их меньшая площадь поверхности имеет больший проникающий эффект.

Поскольку подкалиберные снаряды меньше, чем ствол танка, им нужно "помогать" стрелять. Сам выстрел удерживается в стволе с помощью "башмака" (поддона), который состоит из нескольких «лепестков», которые соединяются вместе вокруг снаряда, удерживая его на месте и сводя к минимуму любое отклонение во время его перемещения по стволу, а также герметизируя сам ствол.

Так почему же все таки перешли на гладкие стволы? Все дело в прогрессе, а точнее в препятствиях на его пути которые пришлось обойти. С течением времени поиск решений увеличивающих бронепробитие не прекращался, как и не прекращался рост бронезащиты. Для бронебойных снарядов это в конечном итоге означает увеличение соотношения длины к диаметру — чем длиннее снаряд относительно его диаметра, тем больше проникающая способность. Вам приходится делать его все более плотным и большим по массе. Однако чем длиннее и тоньше становится сам пенетратор (лом), тем более аэродинамически нестабильным он становится и увеличивается риск кувырка в полете, а также общая неспособность сохранять точность.

Хотя вращение выстрела с помощью нарезов ствола является средством стабилизации снаряда, это работает только до определенной точки, и как только пенетратор становится более чем в семь раз длиннее своего диаметра, гироскопическая стабилизация становится гораздо менее эффективной. Кроме того, нарезы, съедают часть энергии снаряда, паразитически снижая скорость, а вращательное движение по воздуху также приводит к более быстрому снижению скорости, чем у невращающегося снаряда того же типа.

Чтобы сохранить стабильность, но увеличить длину пенетратора, была необходима альтернатива гироскопическому вращению, и эта альтернатива заключается в добавлении оперения. Так появились бронебойные оперенные подкалиберные снаряды с отделяющимся поддоном (APFSDS).

Подобно стреле из лука или дротику, APFSDS стабилизируется в полете с помощью 4–6 хвостовых плавников, которые обеспечивают устойчивость пенетратора на протяжении всего полета, не беспокоясь о поддержании высокой скорости вращения.

Однако за применение оперения тоже нужно платить. Сами плавники увеличивают сопротивление примерно до 150–225 % от значения, если бы снаряд был простым голым стержнем. В сочетании с увеличением размера и веса снаряда конструкторы оружия одновременно увеличивают заряд для поддержания высокой скорости. Нынешняя норма скорости для БОПС составляет около 1700–1800 м/с.

Вращение тоже никуда не исчезло. Более того, на самом деле существует преднамеренное плавное вращение (так называемое равновесное вращение или равновесная скорость крена), обычно составляющее 20–30 оборотов в секунду, достигаемое за счет тонкого наклона передних кромок плавников. Это необходимо для обеспечения постоянного движения снаряда по воздуху, несмотря на любые производственные несоответствия — даже при использовании очень высоких допусков могут существовать небольшие отклонения в геометрии пенетратора или плавника, которые привели бы к отклонению снаряда от курса. При таком можно сказать осторожном вращении, удерживается любая возможная асимметрия по центру вращающейся оси. В таких случаях она фактически уменьшется, и негативный эффект сводится на нет.

Существует также небольшой фактор воздействия как аэроупругость. Его эффект заключается в том, что огромные силы, действующие на пенетратор (лом), таковы, что могут его слегка согнуть в воздухе, придав ему форму тонкой дуги, которая уменьшается по мере продвижения пенетратора к цели. Это конечно менее очевидно на более плотных и жестких ломах, но, тем не менее, существует и также смягчается равновесным вращением.

Переход к стабилизации в полете открывает практически неограниченную длину ломов (конечно в пределах разумного для танковой пушки) и позволяет использовать сверхдлинные выстрела БОПС, которые мы имеем сегодня и длина которых увеличилась с течением времени. Например на западных БОПС она возросла от 457 мм для БОПС DM13 в 1979 году до 745 мм для БОПС DM63 сегодня. На новых пока опытных БОПС это уже 900 мм или даже более. При создании новейших БОПС идут на ухищрения размещая их преимущественно внутри корпуса снаряда, окруженного порохом.

Выстрелами БОПС с удлиненным пенетратором по–прежнему можно стрелять и из нарезных орудий, например, британский ОБТ Challenger 2 может стрелять таким БОПС. Однако конструкция такого выстрела требует установки синтетических скользящих ведущих поясков вокруг поддона, которые входят в зацепление с нарезами, когда выстрел движется по стволу, но при этом поясок скользит по поверхности самого поддона, чтобы он не вращался вместе с ними.

Это позволяет выстрелу оставаться в значительной степени статичным (за исключением преднамеренного равновесного вращения уже в полете). Сами пояски потом ломаются под силой отделяющихся лепестков поддона, а затем все работает как любой другой выстрел БОПС. Однако на практике это далеко не идеальное решение, поскольку потери на трение при скольжении всех материалов друг по другу намного больше, чем если бы выстрел просто двигался вниз по гладкому стволу. Естественно это также отражается на меньшем сроке службы ствола.

Как ни странно для многих, но есть еще одна причина перехода на гладкоствольные выстрела и причина эта кумулятивные (осколочно–фугасные противотанковые) снаряды. Они действуют «химически», то есть их бронепробитие является результатом реакции, а не простой кинетической силы.

В частности, они используют кумулятивный заряд, чтобы сжать металлическую гильзу (обычно медную) внутри боеголовки, создав чрезвычайно высокую скорость (>8500 м/с по сравнению с примерно 1700 м/с для БОПС) струей материала, которая пробьет броню. Обратите внимание, что хотя струя кумулятивного заряда образуется в результате взрывного действия, образующийся пенетратор представляет собой просто медный материал и не оказывает взрывного эффекта при прохождении через бронепреграду.

Правильное формирование этой струи имеет решающее значение и регулируется несколькими физическими законами и правилами, включая конструкцию конуса и взрывчатого вещества, расстояние от цели, на котором активируется снаряд, а также стабильность среды, в которой формируется и развивается струя.

Последний фактор как и является проблемой, которая частично способствовала переходу на гладкоствольное оружие.

Наверное даже интуитивно понятно, что струя формируется плохо, когда происходит вращение на очень высоких оборотах — сжимающийся конус пытается создать плотно сфокусированную струю, но центробежная сила вращения пытается заставить струю рассеяться.

Для снарядов кумулятивного типа, которыми стреляют из нарезного оружия, приходится прилагать ряд конструктивных усилий для смягчения этого вращения. Один из вариантов — добавить к гильзе так называемые «каннелюры», которые образуют противоположное вращение, в результате чего такие вращения нейтрализуют друг друга и формируется относительно стабильная кумулятивная струя.

Однако все это очень неоптимально. Наилучшая ситуация — сформировать струю в стабильной среде, и это снова возможно с гладкоствольным стволом и выстрелом с стабилизированным оперением, где он в значительной степени статичен с точки зрения вращения и в результате может образовывать чистую струю.

Я намеренно опускаю множество других типов выстрелов, включая (по западной классификации) SAP, APHE, SAPHE, APCR, HVAP, APCNR, APSV, HE, HESH, AB, ABPD/PD, Cannister, Flechette, Smoke, ATGM и многие другие. Плюс практические выстрелы и различные варианты трассеров. Все это это потому, что на самом деле все эти типы не являются частью повествования о том, почему гладкоствольные орудия стали стандартом для танковых орудий во всем мире. Я конечно уже предвижу как могут возбудиться фанаты (а я уверен что такие люди есть) HESH боеприпасов. Ну, извините, что есть, то есть.

PS: Также стоит признать, что нарезное оружие ни в коем случае не умерло. Последним из "нарезных" 120–мм все еще остается британский ОБТ Challenger 2. Хотя будущий Challenger 3 уже будет использовать 120–мм гладкоствольное орудие, а вот для меньших калибров нарезные орудия остаются вполне жизнеспособным выбором. Например, 105–мм калибр остается все еще вполне подходящим среди нарезных, а пушка L7 и ее производные все еще остается лучшей в своем классе для этого калибра и благодаря все еще расширяющейся номенклатуре выстрелов можно сказать обретает новую жизнь, но про это уже как нибудь в другой раз.

Написал 322223 на armata.d3.ru / комментировать