Артиллерийское орудие - [12]

Основным недостатком гладкоствольных орудий, как вы помните, являлось то, что они обладали незначительной дальнобойностью и малой меткостью. Шаровые снаряды — бомбы, вкладываемые с дула, должны были свободно входить в ствол. При этом образовывался зазор между снарядом и стенками канала ствола; в этот зазор при выстреле прорывались пороховые газы, в результате чего начальная скорость шаровых снарядов была мала. Кроме того, эти снаряды быстро теряли скорость при полете в воздухе, ввиду того, что они встречали большое сопротивление воздуха. Все это приводило к тому, что дальность стрельбы была невелика. Поэтому артиллеристы давно стремились заменить шаровые снаряды продолговатыми с заостренной головной частью для уменьшения силы сопротивления возе духа.

Однако, если выстрелить таким снарядом из гладкоствольного орудия, то снаряд будет кувыркаться в воздухе. Что же нужно сделать, чтобы снаряд не кувыркался?

Для этого на поверхности канала ствола делаются желобки, идущие обычно по винтовой линии слева вверх направо. Эти желобки называются нарезами. Часть поверхности канала ствола, заключенную между двумя нарезами, называют полем нареза (рис. 13).

Рис. 13. Калибр, нарез, поле.

На снарядах делаются ведущие пояски из металла более мягкого, чем металл ствола (обычно из меди); пояски прочно закреплены на снарядах. Когда снаряд под действием пороховых газов при выстреле начинает двигаться по каналу ствола, ведущий поясок врезается в нарезы, и так как они идут по винтовой линии, то снаряд поворачивается вокруг своей оси. Таким образом, снаряд, помимо поступательного движения, получает еще и вращательное.

Понять, почему вращательное движение сообщает снаряду устойчивость в воздухе, увеличивает дальность полета и заставляет снаряд лететь вперед головной частью, нам поможет гироскоп.

Гироскоп представляет собой несколько видоизмененный обыкновенный волчок.

Предположим, что снаряд, получивший в канале орудия быстрое вращение, совершает полет в безвоздушном пространстве, где сила сопротивления воздуха отсутствует. Быстро вращающийся снаряд можно рассматривать как свободный от внешних воздействий гироскоп, к центру тяжести которого приложена единственная сила — вес. Допустим, что при выстреле оси канала ствола придали угол возвышения, то есть дуло ствола было приподнято кверху. Такой же угол наклона получит при выстреле из орудия и ось продолговатого снаряда, вращающегося вокруг своей оси. Во все время полета продольная ось снаряда-гироскопа будет сохранять то направление, которое она имела при вылете из канала ствола.

Под действием силы тяжести снаряд будет падать на землю. Такое положение снаряда невыгодно артиллеристам. Для того, чтобы пробить встречаемое препятствие, снаряд должен попасть в него головной частью, а в рассмотренном случае он ударится о преграду боком.

Обратимся теперь к действительным условиям стрельбы. В этом случае на быстро вращающийся вокруг своей оси артиллерийский снаряд действует сила сопротивления воздуха (рис. 14).

Рис. 14. Силы, действующие на снаряд, летящий в воздухе.

Опять воспользуемся для опыта гироскопом. При быстром вращении маховика ось гироскопа сохраняет неизменное положение в пространстве. Для исследования движения вращающегося снаряда сообщим маховику быстрое вращение. Чтобы представить себе действие силы сопротивления воздуха на снаряд, надавим пальцем или палочкой на ось гироскопа (рис. 15).

Рис. 15. Гироскоп.

При быстром вращении маховика ось вовсе не будет изменять своего направления, как это было бы при невращающемся маховике. Вместо этого ось гироскопа начнет медленно поворачиваться так, что все точки этой оси будут двигаться по окружности, а сама ось начнет описывать фигуру, напоминающую правильный конус. Установим далее гироскоп так, чтобы его ось была почти горизонтальна, и снова приложим усилие к концу оси. Мы убедимся в том, что ось гироскопа по-прежнему, не опрокидываясь, будет описывать конус, но более узкий, чем ранее, мало отклоняясь от линии горизонта. Результаты такого опыта показывают, что ось вращающегося гироскопа под действием усилия не увеличивает своего первоначального наклона, гироскоп не опрокидывается и конец его оси остается вблизи от линии горизонта.

Если теперь вместо гироскопа, к оси которого мы приложили усилие, будем рассматривать вращающийся снаряд, к оси которого приложена сила сопротивления воздуха, то мы увидим, что такой снаряд не будет кувыркаться в воздухе и его вершина, описывая конус вокруг касательной к траектории в данной точке, во все время полета останется близкой к траектории. Положение того «послушного» снаряда (рис. 16) вполне удовлетворяет артиллеристов: вращающийся снаряд устойчив в полете и ударяется о преграду заостренной головной частью.

Рис. 16. Полет вращающегося снаряда в воздухе: а — ось снаряда описывает конус; б — вершина снаряда близка к траектории.

Меткость стрельбы становится значительно большей.

При выстреле пороховые газы давят внутри канала ствола по всем направлениям (рис. 17): на дно снаряда, на стенки и на дно канала ствола, стремясь изменить его форму и размеры.