Загадочная немецкая пушка времен WWII

biglebowsky — 26.04.2017 У меня во friend-ленте возникла заметка (http://strangernn.livejournal.com/1536866.html) о немецкой пушке совершенно удивительной конструкции - "камера сгорания" отделена от основной части ствола диафрагмой с маленькими отверстиями. Я пытаюсь придумать, на кой черт это потребовалось сделать? В моей заметка нет ответов, одни вопросы.



Гладкоствольная пушка для стрельбы оперенными снарядами в форме минометной мины.
Перфорированная диафрагма (5) при выстреле остается неподвижной, это отнюдь не "толкающий поддон" современных оперенных снарядов.
https://en.wikipedia.org/wiki/8_cm_PAW_600





В диафрагме имеется 8 сопел Лаваля; удивительной особенностью конструкции является то, что суммарная площадь "выходной" части сопел много меньше площади сечения ствола, то есть, имеется так называемое "внезапное расширение".
Прохождение потока жидкости / газа через внезапное расширение приводит к большим гидравлическим потерям.
http://edu.tltsu.ru/er/book_view.php?book_id=1406&page_id=10938

Если в технике хотят сделать какую-то систему вида "зазор/отверстие неизбежны, но нам надо, чтобы жидкость/газ через эту дырку особо не текли", то поступают следующим образом. После зазора/отверстия устраивают "внезапное расширение", потом опять сужают поток до прежнего размера и повторяют итерацию несколько раз. Так устроен "глушитель" для пистолета или лабиринтное уплотнение на валу.

Сделав диафрагму с достаточно маленькой площадью отверстий можно решить следующую инженерную задачу: сжечь, скажем, десяток килограммов пороха в камере сгорания "диафрагменной" пушки так, чтобы механическое воздействие газов на снаряд было полностью эквивалентно сжиганию килограмма пороха в "классической" пушке. Дополнительная энергия порха частично уйдет в атмосферу в виде более растянутого по времени "выхлопа": снаряд давно улетел, а пороховые газы все еще продолжают из пушки истекать. Частично дополнительная энергия пойдет на увеличение температуры пороховых газов в стволе, благодаря чему удастся сильнне нагреть пушку, тем самым сократив ресурс пушки.

Перфорированная диафрагма была бы полезна в следующем случае.
Предположим, у нас есть только "быстросгорающий" порох, а нам нужно длительное механическое воздействие. Делаем "камеру сгорания" с маленькими отверстиями и "растягиваем" по времени процесс перепускания газов в ствол пушки. Однако, с тех пор, как изобрели "бездымные" пороха, эта проблема перестала быть актуальной для артиллерии - такие пороха горят сравнительно медленно, и скорость горения можно регулировать в очень широких пределах, меняя размер и форму "пороховых зерен". В предельном случае (одно большое "зерно" внутри твердотопливной ракеты), можно получит время сгорания аж в несколько секунд.

Википедия предлагает еще несколько версий https://en.wikipedia.org/wiki/High–low_system
1) Не будет отдачи или будет крайне низкая отдача.
Нифига. Отдача будет той же самой, если пренебречь импульсом пороховых газов, или чуть большей, если не пренебрегать. (В "диафрагменной" системе используется больше пороха, чем в "классике", считаем, что нет дульного тормоза).
2) Удастся понизить вес орудия.
Особых причин для понижения веса не просматриватся.

Stranger_NN выдвинул гипотезу: диафрагма позволяет обеспечить разгон снаряда при более-менее постоянном давлении в стволе.

Тут хитро.
Чтобы обеспечить разгон при постоянном давлении в случае "классической" пушки, нужен так называемый прогрессивно горящий порох. Причем очень-очень "прогрессивно горящий": чтобы масса сгоревшего пороха ~t^2.
Те пороха, которые удается получить на практике, горят более-менее "линейно". http://armor.kiev.ua/lib/artilery/04/
Однако, нужно ли суетиться с постоянным давлением?
В задачке вида "ствол тонкостенный, стенки можем делать переменной толщины, кинетическая энергия снаряда задана, минимизируем вес ствола" получается занятный результат. Пока не переходим к особо гигантским давлениям, вес ствола не зависит от формы графика "давление от времени". К примеру, ствол пушки вида "давление линейно (по длине ствола) падает от некоторого максимального значения до нуля" будет весить ровно столько же, сколько и ствол пушки вида "весь разгон при постоянном давлении".

Тем не менее, иногда может стоять ограничение вида - "максимальное давление ограничено по условиям прочности снаряда". Тогда, при фиксированной длине ствола, становится выгодным разгон при постоянном (заданным этим ограничением) давлении.

Так вот, наличие диафрагмы, на мой взгляд, нифига не способствует "постоянству давления" http://strangernn.livejournal.com/1536866.html?thread=29498466#t29498466


Единственный эффект, который сходу наблюдается от перфорированной диафрагмы.
В начальном куске ствола (рядом с диафрагмой) будет низкое давление; этот кусок ствола можно будет делать с малой толщиной стенок. Потом, на некотором расстоянии от диафрагмы, давление возрастет. Длина, на которой давление частично восстановится, будет определяться 2 факторами (по принципу, что произойдет раньше).
1) Из сопел Лаваля вытекают высокоскоростные струйки газа. Эти струйки будут перемешиваться / обмениваться импульсом с окружающим газом. Мы ищем расстояние, начиная с которого скорость струек более-менее сравняется со скоростью остального газа.
2) Струйки могут упереться в дно снаряда. После этого отклонятся к стенкам ствола и уж гарантированно подействуют на ствол почти "полным" давлением (скорость снаряда невелика в сравнении со скоростью газовых струй, особенно в начале разгона снаряда).
В начальный момент времени "ведущий поясок" снаряда эдак в ~15...25см от диафрагмы (на разных чертежах по-разному).
То есть, облегченная часть ствола не может быть длинее этих 25 см.

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Архив