ОТЧЕГО ОРУДИЕ ВЫХОДИТ ИЗ СТРОЯ?

Мы не рассмотрели еще одного действия газов — давления на стенки ствола. Газы, находящиеся под большим давлением, стремятся разорвать ствол.

Вспомним, что давление газов очень велико: оно доходит до 3500 килограммов на 1 квадратный сантиметр; очень велика и температура газов, достигающая иногда 3000 градусов.

Чтобы ствол не разорвался, его делают из хорошей, крепкой стали. Стенки его должны быть достаточной толщины.

Казалось бы, чем толще стенки, тем прочнее ствол. Как будто, изготовить прочный ствол не так уж трудно.

На самом деле это далеко не так. Одним утолщением стенок ствола прочности не достигнуть.

Это очень легко понять, если представить себе, что ствол сделан не из металла, а из резины.

Где больше всего растянется резина при выстреле из такого ствола?

Это можно проверить и без выстрела. Вырежем резиновое кольцо и вдвинем в него конический брусок.

Кольцо растянется, причем больше всего растянется внутренний слой кольца, а наружные слои растянутся очень мало или совсем не растянутся. Это показывает, что они или очень мало сопротивляются давлению изнутри или совсем не сопротивляются (рис. 66).

Точно так же обстоит дело и с металлом ствола.

Не весь металл ствола, сопротивляясь давлению, работает одинаково. Металл на внутренней поверхности ствола испытывает наибольшее растягивающее усилие.

Чем дальше от поверхности канала по направлению к наружной поверхности ствола, тем меньше растягивающее усилие. Поэтому нет смысла делать стенки стволов очень толстыми, дело не только в толщине. Надо облегчить работу внутреннего слоя и заставить наружные слои металла принять большее участие в сопротивлении давлению.

Для этого ствол орудия стали делать не из одной трубы, а из двух — внутренней и наружной.

Вот как делают такой ствол. Берут две трубы, диаметр канала одной из них (наружной) немного меньше, чем наружный диаметр внутренней трубы; следовательно, обычным путем вставить внутреннюю трубу в наружную нельзя. Тогда наружную трубу нагревают. Когда она достаточно расширится, ее надвигают на внутреннюю трубу. Получается ствол, состоящий из двух труб.

Затем стволу дают остыть. Наружная труба, остывая, сжимается и стремится принять при этом прежние размеры; но сжатию ее мешает внутренняя труба. Наружная труба сильно сожмет внутреннюю трубу, но сама при этом останется несколько растянутой.

Что же произойдет при выстреле?

При выстреле газы стремятся растянуть сначала внутреннюю трубу, Но она крепко сжата наружной трубой. Поэтому внутренняя труба не сопротивляется растяжению до тех пор, пока не будет растянута давлением до размеров, которые она имела перед сжатием наружной трубой. А наружная труба? Она и так уже растянута, а здесь ей еще приходится растягиваться. Ясно, что она сразу же начнет сопротивляться этому растяжению, и как мы видим, раньше, чем внутренняя труба. Так мы заставляем «работать» не только внутренние, но и наружные слои металла.

Ствол, состоящий из двух труб, из которых одна сжимает другую, оказывается гораздо прочнее простого, несоставного (нескрепленного) ствола той же толщины.

Мы уже рассказывали о том, что скрепленные стволы орудий изобрели русские ученые Н. В. Маиевский, А. В. Гадолин и другие.

Пробовали составлять скрепленные стволы не только из двух, но из грех и даже из четырех труб.

Чем больше слоев металла, из которых составляется ствол, тем сильнее он сопротивляется давлению, тем равномернее распределяется работа между слоями. Но надевание одной трубы на другую, да еще в горячем состоянии, очень усложняет производство стволов; на изготовление таких стволов требуется много времени и средств.

Оказывается, можно получить скрепленный ствол без надевания горячих труб одной на другую.

Применяют такой способ скрепления: ствол при изготовлении подвергают изнутри давлению порядка 6000–7000 атмосфер; это в два с лишним раза больше, чем давление пороховых газов при выстреле. В результате, конечно, ствол растягивается, причем больше всего растягиваются внутренние слои. Они остаются растянутыми и после того, как давление в стволе прекратится. А наружные слои, стремясь вернуться к первоначальному состоянию, стягивают внутренние, давят на них. Получается примерно то же, что при надевании горячих труб. Изготовленный таким способом ствол как бы состоит из большого числа очень тонких труб, надетых одна на другую с натяжением.

Способ скрепления с помощью давления изнутри называется самоскреплением.

Впервые этот способ применил в середине прошлого столетия русский изобретатель П. Л. Лавров. Он последовательно прогонял через канал бронзового ствола стальные конусы (пуансоны) все больших размеров и таким образом растягивал слои ствола изнутри.

Самоскрепление стальных стволов производили другим способом. Стволы подвергали изнутри давлению жидкости, создаваемому мощными гидравлическими установками. Для этого ствол, до его окончательной отделки, герметически закрывали спереди и сзади стальными пробками. Канал ствола наполняли жидкостью под очень большим давлением, которое и вызывало растяжение внутренних слоев ствола. Скрепленный таким способом ствол хорошо сопротивлялся разрыву.

Скрепленные стволы широко применялись в артиллерии до Великой Отечественной войны. Во время войны, однако, перешли к изготовлению для полевой артиллерии преимущественно нескрепленных стволов из одной поковки, так называемых моноблоков.

Дело в том, что Великая Отечественная война потребовала невиданного до этого времени количества орудий. Необходимо было упростить лроизводство и ускорить выпуск орудий без ущерба для их качества. Зта задача была решена советскими конструкторами-артиллеристами. Руководствуясь указаниями товарища Сталина, советские конструкторы создали более совершенные и в то же время простые в производстве артиллерийские орудия. Улучшив качество стали и усовершенствовав ее обработку, они получили прочные нескрепленные стволы.

Большое давление и высокая температура пороховых газов приводят к постепенному износу ствола орудия. Внутренний слой металла в канале ствола подвергается наибольшему давлению и нагреву. Поэтому естественно, что именно здесь металл «устает» раньше, чем в других слоях: он начинает крошиться, делается хрупким.

Не нужно забывать, что внутри ствола имеются нарезы. Они отделены друг от друга узкими выступами металла — полями нарезов. Эти-то выступы и начинают разрушаться в первую очередь. Орудие изнашивается; оно уже не может выполнять свою работу так хорошо, как прежде.

Износ орудия имеет ряд стадий. Сначала происходит незначительное выкрашивание металла, не препятствующее стрельбе (рис. 67). Затем это выкрашивание увеличивается и начинает отзываться на скорости снаряда, на меткости стрельбы. С исчезновением нарезов увеличивается камора и изменяется плотность заряжания, а значит, и давление в канале. Наконец, в результате выкрашивания ствол оказывается настолько изъеденным внутри, что стрельбу вести уже нельзя. Это последняя стадия износа орудия. Орудие выходит из строя — становится негодным.

Но приходит в негодность только тонкий слой металла на внутренней поверхности ствола. Весь остальной «организм» орудия вполне здоров и может еще работать.

Отчего выкрашивается металл?

Вызывается это несколькими причинами.

Горячие пороховые газы нагревают металл, затем он охлаждается. Это способствует увеличению хрупкости металла. Хрупкость еще более увеличивается от химического действия газов.

К тому же часть раскаленных газов в начале движения снаряда прорывается быстрыми струйками между снарядом и стенками ствола; медный поясок снаряда в первый момент выстрела еще не успевает плотно прижаться к стенкам ствола. Струйки раскаленного газа действуют на металл подобно тому, как действует сильная горячая струя воды на лед: они «размывают» металл. Поэтому разгар ствола начинается всегда в самом начале нарезов, у каморы.

Большое значение имеет также трение пояска о нарезы. Оно вначале очень велико. Ведь поясок должен врезаться в нарезы, принять новую форму.

Все это, вместе взятое, приводит к тому, что орудие, вернее его ствол, приходит в негодность.