Имитационная модель пневмопушки.

К сожалению, информация о пневматических пушках чрезвычайно обрывочна, а потому противоречива и неполна. Для того, чтобы оценить реальные характеристики пушки и выявить некоторые противоречия, авторами было проведено имитационное моделирование орудия и тестирование разработанной компьютерной модели¹.

Как уже говорилось, давление газа в баллонах составляло 70,5 атм. А вот при анализе объема выясняется интересный факт. В эссе С. Шредера, опубликованном в журнале USNIP, сказано, что объем баллона, приводящего в движение снаряд, составляет 7,83 м³ (276 фт³). Но в мемуарах, опубликованных в 1922 г., он уже пишет: «Интересен факт, что вес воздуха в баллонах составлял около трех тонн — на такую величину изменялось водоизмещение крейсера до и после заполнения баллонов».

Полагая состояние газа нормальным, то есть температуру около 300 К, по уравнению состояния Менделеева-Клапейрона можно оценить объем баллонов, который составляет около 48 м³. То есть получается, что на каждое орудие приходилось по два баллона. Эта информация выглядит вполне объяснимой: из одного резервуара производится выстрел, второй в это время подключен к компрессору, но подтверждение этого факта авторам обнаружить не удалось.

Интересно отметить, что было еще одно последствие применения легкого корпуса, которое при проектировании никто не мог и предвидеть. Вес закачиваемого воздуха для пневматических орудий составлял около трех тонн, и, по оценке Шредера, изменение осадки «заправленного» и «незаправленного» крейсера составляло около четверти дюйма. Так что при определенных условиях при быстром стравливании воздуха вследствие перераспределения внутренних весов, крейсер начинал качаться на воде!

Сравнительная бронепробиваемость 127-мм, 102-мм и гипотетического бронебойного снаряда пневматической пушки.

Следующий интересный вопрос выясняется при анализе формы динамитного снаряда.

На майских испытаниях 1891 г., кроме всего прочего, проводилась съемка падающих снарядов с целью определения их баллистических характеристик.

Еще до испытаний по широко использовавшимся тогда баллистическим таблицам Ингаллиса были определены скорости и углы падения снарядов. Но, как показала практика, эти значения были далеки от действительности. Впрочем, съемка тоже смутила всех. При расшифровке снимков, выполненных при испытаниях лейтенантом Акерманом, выяснилось, что на малых диапазонах снаряд имеет углы падения 16,5° и даже 15,5° (соответственно на дальностях 1000 и 500 ярдов). Получалось, что угол падения был меньше угла возвышения орудия. И тут выяснилось самое интересное. Оказалось, что снаряд буквально мотает на траектории. Вследствие прецессии он совершал вращения с радиусом полтора-два калибра!

Впрочем, определить реальный угол падения не составляло труда: надо было лишь увеличить время выдержки и снять трек снаряда.

Оказалось, что снаряд динамитного орудия имеет коэффициент формы 5,646 по отношению к закону Майевского².

Комплексным критерием, позволяющим оценить баллистические характеристики орудия, может служить толщина пробиваемой брони гипотетического бронебойного снаряда. Как видно из графика, кривая имеет «нестандартный» вид. Для традиционной артиллерии пробиваемая броня с расстоянием уменьшается, а у пневматической пушки увеличивается. На нулевой дальности кинетическая энергия снаряда нулевая, из-за чего и пробиваемая броня тоже нулевая. На обычных же дистанциях, порядка 2-3 км, бронепробиваемость пневматического снаряда соизмерима со снарядами Мк III (102/40) и Мк II (127/40) орудий американского флота. Хотя последнее, конечно, имеет более умозрительный смысл, так как фугасный эффект динамитного заряда в любом случае будет больше бронебойного, который реализуется за счет кинетической энергии.

Динамитные снаряды

В январе 1889 г. в форте Лафайет были проведены опытные стрельбы из 15" орудия. Снаряд имел центр тяжести примерно на удалении 45% от носика, так что обладал хорошей устойчивостью (что, впрочем, не мешало ему при небольших скоростях вращения сильно прецессировать). Это приводило к тому, что, попав в воду, которая быстро гасила вращательное движение, снаряд оставался устойчивым на курсе. А при менее настильной траектории, которая получалась при угле возвышения 18°, снаряд, войдя в воду, шел в ней подобно торпеде!

Во время первой стрельбы расстояние подводного хода снаряда определить не удалось из-за волнения, но в ходе повторных стрельб выяснилось, что он прошел под водой примерно 50 м со средним углом снижения около 11° (глубина в этом месте достигала 9 м, то есть до удара по дну). При более выверенных рулях глубины можно было бы отрегулировать снаряд на постоянную глубину, так что появлялась гипотетическая возможность так настроить взрыватель, чтобы снаряд взрывался прямо под корпусом корабля противника.

Упрощенная принципиальная пневмосхема пневматического орудия:

1 -заборное устройство; 2 - привод компрессора; 3-компрессор; 4-обратный клапан; 5 - воздушный резервуар; 6-главный клапан; 7-пушка

¹  Модель состоит из двух блоков внутренней и внешней баллистики, всего шесть дифференциальных уравнений, дополняемых системой алгебраических. Подробнее описание модели и результаты тестирования см.: Митюков Н.В., МакШерри П.М. Применение имитационного моделирования для оценки эффективности пневматической пушки // Вестник ИжГТУ. - 1999. - № 4. - С. 6-9.

² Для отечественного читателя более привычным является закон Сиаччи. Переводя значение коэффициента формы к нему, получается 5,06! Для сравнения снаряды обычной артиллерии самой плохой формы имеют не более 2-2,5.