Активно-реактивные снаряды: как это работает

Разработки энергично-реактивных снарядов под кодовым заглавием «особые снаряды» в начале 1943 года у нас вел Народный комиссариат авиационной индустрии, а конкретно — НИИ-1. Цель — повышение дальности стрельбы при применении стандартных орудий. По заданию Главного артиллерийского управления боеприпасы разрабатывались для дивизионной пушки ЗИС-3 (76 мм), корпусной пушки обр.

1910/34 г. (152 мм) и полкового миномета (120 см). На довольно-таки ветхую 152-мм пушку выбор пал, быть может, вследствие того что ее заряды и снаряды были унифицированы с новым корпусным орудием — пушкой-гаубицей МЛ-20.

Непослушные шашки

76-мм АРС был взят в итоге переделки штатной осколочно-фугасной гранаты массой 6,28 кг. Потому, что в боеприпас нужно было встроить двигатель, было нужно поделить его в винтной перегородкой на фактически боевую часть с разрывным зарядом и реактивную камору, куда помещалась одноканальная шашка пороха Н-40/8−150 массой 0,285 кг. Газы от сгорания пороха истекали через шесть сопел в дне боеприпаса, в нем же предусматривалось отверстие для воспламенителя.

Что характерно для АРС, из-за введения реактивного заряда вес взрывчатого вещества в боеприпасе уменьшился с 760 г до 200 г. Наряду с этим дальность увеличилась всего на полтора километра — с 13,3 до 14,8 км.

152-мм АРС массой 43,6 кг кроме этого был создан на базе штатного пушечного осколочно-фугасного боеприпаса. А вот 120-мм АРС воображал собой новую конструкцию массой 31,5 кг против штатной 120-мм мины массой 16 кг.

На протяжении полигонных опробований 1944−1945 годов стало известно, что в 76-мм и 152-мм АРС пороховые шашки растрескивались при выстреле. Это приводило к неравномерности сгорания горючего, скачкам давления и в следствии к взрыву. Исключением стали 120-мм минометные боеприпасы — по всей видимости, сказалось то, что они конструировались заново.

Но испытать их в деле не удалось: война подошла к концу.

Тем же методом

Известный ракетный конструктор Борис Черток в своих мемуарах о поездках в послевоенную Германию для изучения инженерного наследия Фашисткой германии как-то увидел, что, не обращая внимания на расстояния, границы и военные преграды, наука и в СССР, и в Германии, и в Соединенных Штатах развивалась параллельными дорогами, словно бы бы ученых соединяла некая телепатическая сообщение. Изучая германские трофеи, представители советского оборонпрома имели возможность убедиться, что и тема АРС была в полной мере близка отечественным только что поверженным соперникам.

Работы над энергично-реактивными боеприпасами были начаты в Германии в первой половине 30-ых годов XX века, и сходу перед конструкторами обозначились главные неприятности. Кроме того, что необходимость размещения реактивной каморы снижала вес разрывного заряда, так еще и ухудшилась кучность стрельбы: стабилизация в полете ракеты — задача куда более сложная, чем стабилизация пушечного боеприпаса. Первоначально испытания шли с калибрами 75 и 100 мм, а в качестве ракетного горючего употреблялся тёмный порох.

Однако тут у немцев появились те же сложности, что и позднее у отечественных конструкторов: пороховые шашки трескались, боеприпасы преждевременно взрывались.

Только во второй половине 30-ых годов XX века компания ДАГ в городе Дюнеберге смогла создать разработку прессования прочных шашек бездымного пороха и надежную схему воспламенения. Лишь тогда удалось добиться от снарядов надежности и расширить их дальность на 30%.

Во второй половине 30-ых годов двадцатого века был создан 150-мм энергично-реактивный боеприпас R.Gr.19 для тяжелых полевых гаубиц обр. 18 и 18/40. По окончании опробований боеприпас был принят на вооружение.

Дотянуться до Британии

Не обращая внимания на последовательность успешных конструкций, немцы скоро осознали, что преимущества энергично-реактивной схемы смогут максимально проявиться в применении не к полевой артиллерии, а к сверхдальней стрельбе. В эру, в то время, когда ракетное оружие еще не хватает продемонстрировало собственную эффективность, Германия делала ставку на гигантские снаряды и гигантские пушки. Одной из таких суперпушек стало ЖД орудие K5 (E) калибром 280 мм.

Орудие длиной 32 м весило 218 т и базировалось на двух шестиосных ЖД платформах.

Дабы расширить дальность стрельбы, на протяжении войны для данной пушки, прозванной «Стройной Бертой», были созданы энергично-реактивные боеприпасы Raketen-Granate 4341 массой 245 кг. В качестве горючего в двигателе было 19,5 кг дигликолевого пороха. Дальность стрельбы Raketen-Granate 4341 составляла 87 км, другими словами пушка имела возможность из Кале либо Булони обстреливать последовательность южных английских городов.

В первый раз на сверхзвуке

Но самое занимательное развитие тема артиллерийского боеприпаса с реактивным ускорением взяла в работах германского конструктора Вольфа Троммсдорффа. Вместо порохового ускорителя он задумал снабдить боеприпас воздушно-реактивным двигателем прямоточного типа. Собственную идею Троммсдорфф внес предложение Управлению оружий Фашисткой германии еще в октябре 1936 года, и германские армейские госслужащие приняли идею нежданно благосклонно.

Ученому была выделена лаборатория для опытов со известной «ахт-комма-ахт» — зенитной пушкой калибра 88 мм, легшей позднее в базу целой линейки полевых и танковых орудий. Боеприпас Е1 (по некоторым данным, подкалиберный, с поддоном) был в первый раз испытан во второй половине 30-ых годов двадцатого века, правда сначала не с прямоточным двигателем, а с ускорителем в виде пороховой шашки. В 1942-м, наконец, прошли опробования боеприпаса с жидким горючим, в качестве которого выступала смесь дизельного топлива и сероуглерода.

Окислителем был, конечно, атмосферный кислород. Боеприпас полетел со скоростью 920 м/с, что образовывает приблизительно 3 М. Так в первый раз в истории был показан сверхзвуковой полет посредством воздушно-реактивного двигателя. На достигнутом Троммсдорфф не остановился, и на протяжении Второй мировой войны создал боеприпасы для калибров 105 мм (Е2), 122 (Е3) и 150 (Е4).

Последний развивал скорость до 4,5 М, применяя в качестве горючего тот же сероуглерод.

В первой половине 40-ых годов двадцатого века был создан боеприпас С1 для 210-мм пушки. Из 90 кг массы этого боеприпаса 6 кг приходилось на ракетное горючее. Благодаря работе прямоточного двигателя скорость боеприпаса С1 достигла 1475 м/с, а дальность — 200 км.

Принуждение над воздухом

Потом Троммсдорффу предстояло выступить уже в тяжелом весе. Вдохновленный опытами с АРС, каковые предназначались для суперпушки К5 (E), конструктор берется за создание дальнобойного мегаснаряда С3, в котором в роли ускорителя вместо ракетного двигателя выступит воздушно-реактивный прямоточный двигатель.

При заявленной длине 1,35 м, массе 170 кг и калибре 280 мм С3 должен был развивать скорость до 5,5 М и лететь на расстояние 350 км, что в полной мере разрешило бы с французского берега держать хорошую половину Англии под обстрелом. Дульная скорость боеприпаса составляла бы наряду с этим 4400 км/ч. В качестве горючего в двигателе предполагалось применять ДТ, которое поджигалось раскаленным от сжатия воздухом (как это происходит в дизельном ДВС).

Кстати, как раз достижение нужной плотности воздуха образовывает одну из главных неприятностей при проектировании прямоточных двигателей. У двигателей этого типа в отличие от турбореактивных нет турбины-компрессора, и сжатие воздуха производится на протяжении торможения набегающего потока в особом входном устройстве — диффузоре. Воздушное пространство обтекает иглу (конический выступ) центрального тела диффузора, а после этого устремляется в кольцевой канал.

Конфигурация центрального тела такова, что в ходе обтекания около него происходят скачки уплотнения — пара косых скачков и один замыкающий прямой. Такая многоскачковая схема, разрешающая избежать утрат при торможении воздуха, была создана словенско-австрийским исследователем в области газодинамики Клаусом Осватичем (1910 — 1993).

Вольф Троммсдорфф имел возможность пообщаться лично с Осватичем и другими корифеями газодинамики наподобие Людвига Прандтля, в то время, когда еще до войны был приглашен на работу в известный Университет Кайзера Вильгельма (сейчас — Макса Планка) в Геттингене. Позднее конструктору удалось проверить и применить идеи собственных консультантов на практике. Но, Наверное, ни одного выстрела боеприпасом С3 из пушки K5 (E) до окончания войны произведено так и не было.

Предвестник «Бури»

Логическим продолжением работ Троммсдорффа над АРС с прямоточным двигателем стал проект D-6000- одна из попыток нацистских инженеров дать Рейху «длинные руки» и предложить асимметричный ответ тотальному господству англо-американской бомбардировочной авиации. Речь заходит о межконтинентальной крылатой ракете, которая теоретически имела возможность бы дотянуть наказывающий клинок с европейских берегов до Нового Света. Сначала D-6000 виделась как двухступенчатая совокупность.

По плану Троммсдорффа, ракета длиной 10,2 м, диаметром 1,12 м и массой 9 т должна была подниматься посредством бомбардировщика на высоту 8 000 м, откуда предполагалось создавать запуск. На более поздней стадии разработки темы пуск было решено проводить с установленной на земле катапульты. По окончании старта закрепленные на финишах крыльев твердотопливные ускорители разгоняли бы D-6000 до 850 м/с, по окончании чего включался прямоточный двигатель.

Он должен был довести скорость боеприпаса до 3,55 М и послать его в крейсерский полет на высоте 24 000 м. Израсходовав 5 т топлива, ракета, если бы она когда-нибудь воплотилась в металле, имела возможность бы закинуть БЧ массой 1 т на расстояние 5300 км. Имеется кроме этого неподтвержденные сведения о том, что в качестве первой ступени для запуска этого боеприпаса рассматривалась баллистическая ракета типа V-2, но сама V-2 в том виде, в каком мы ее знаем, не имела возможность совладать с данной задачей из-за недостаточной мощности.

D-6000 так и осталась проектом, но у нее, наверное, имеется неофициальные потомки. В 1940 — 1950-х годах в США и СССР велись разработки межконтинентальных сверхзвуковых крылатых ракет с прямоточным воздушно — реактивным двигателем для доставки ядерной БЧ на территорию возможного соперника. В Америке это проект North American Navaho, а у нас — Ла-350 «Буря», которую выстроили в КБ Лавочкина.

Оба проекта стали причиной созданию летающих образцов, и оба были прекращены по одной и той же причине — для поставленной задачи баллистические ракеты были более перспективными.

Загадочное десятилетие

Принципиально важно подметить, что с идеями Троммсдорффа советским конструкторам удалось познакомиться конкретно. По окончании окончания войны на территории побежденной Германии советские власти в глубочайшей тайне создали два ракетных НИИ, задачей которых было активное освоение опыта германских конструкторов, а также при ярком их участии. Один из этих НИИ был организован на базе берлинского завода «Гема» и стал называться «Берлин».

Перед университетом ставилась задача сбора материала о созданных в Германии зенитных управляемых ракетах и наземных реактивных боеприпасах и повторения этих конструкций в металле. «Берлин» подразделялся на пара КБ. К примеру, КБ-2 изучало ЗУР «Вассерфаль», КБ-3 — ЗУР «Шметтерлинг» и «Рейнтохтер». А вот на долю КБ-4 под управлением Н.А.

Судакова выпала работа с наследием Троммсдорффа, причем сам ученый занял в этом КБ должность ведущего конструктора. В то время в центре интереса советского оборонпрома были АРС С3 — те самые 280-мм боеприпасы, каковые выстреливались из К5. Троммсдорффу было предложено сделать доработанный вариант АРС, что предполагалось испытать на отремонтированных трофейных орудиях.

Но по не весьма понятной причине работы над АРС были некое время спустя свернуты.

Быть может, собственную роль сыграла война амбиций между советскими главными конструкторами.

Вольф Троммсдорфф не самая известная фигура среди ракетчиков Фашисткой германии, и потому о его судьбе по окончании работы в КБ-4 университета «Берлин» известно не так уж большое количество. В отечественных источниках приходится встречать сведения о том, что конструктор погиб в конце 1946 года в авиакатастрофе, которую потерпел коммунистический военно-транспортный самолет. Быть может, в этих сообщениях мы слышим последствия неких официальных предположений, призванных растолковать, куда неожиданно делся из Германии узнаваемый ученый.

Но, Наверное, версия о смерти Троммсдорффа в трагедии не соответствует действительности. Во второй половине 50-ых годов двадцатого века авторитетнейший издание об авиации Flight Global поведал в одном из собственных номеров о научном симпозиуме, прошедшем в том же году в Мюнхене. Задача симпозиума заключалась в том, дабы обобщить опыт германских ученых и конструкторов времен Второй мировой войны в области изучения постройки и реактивного движения ракетных и воздушно-реактивных двигателей.

Издание информирует, что на симпозиуме с лекцией о собственных проектах от E1 до D-6000 выступил сам Вольф Троммсдорфф, сравнительно не так давно возвратившийся из советского плена. Это весьма похоже на правду, в случае если учесть, что именно незадолго до, в 1955-м, СССР официально высвободил последних военнопленных Второй мировой войны. Помимо этого, как раз во второй половине 50-ых годов двадцатого века в Германии вышла маленькая книга с отчетом о работах по прямоточному двигателю, автором которой значится Троммсдорфф.

В ней создатель, например, подтверждает тот факт, что опробования боеприпаса типа С3 все же были совершены (возможно, под контролем советских представителей), и он показал характеристики, соответствовавшие проектным. Но о том, какие конкретно еще работы вел германский ракетчик, практически десятилетие пребывав в Советском Альянсе, неизвестно. Быть может, об этом что-то знают архивы отечественных космических фирм.

Вправду ли пороховой ускоритель заметно повышал дальность орудийного выстрела?

Громаднейший «прирост» дальности советским конструкторам удалось взять при создании АРС на базе 152-мм штатного пушечного осколочно-фугасного боеприпаса. Новый боеприпас имел массу 43,6 кг, а его пороховой заряд складывался из шашки пороха НГВ марки 110/10−300 массой 4,35 кг. Массу взрывчатого вещества было нужно уменьшить с 6,25 до 4,55 кг.

Но реактивный двигатель информировал боеприпасу дополнительную скорость 200 м/с, что приводило к повышению дальности с 16,2 до 22,45 км. Так, из всей советской артиллерии дальше (до 25 км) имела возможность стрелять лишь 152-мм пушка громадной мощности БР-2, а их в АРГК имелось всего 30 штук.

Орудие К5 (Е)

Проектирование 280-мм сверхдальнобойной ЖД пушки K5 (E) было начато компанией Круппа в первой половине 30-ых годов XX века. Первый ствол был отстрелян во второй половине 30-ых годов двадцатого века. Пушка K5 (Е) имела весьма долгий ствол, в 1,5 — 2 раза дольше, чем другие ЖД либо морские 280-мм орудия.

За это германские воины именовали K5 (Е) «Стройной Бертой» (Schlanke Berta). К 1 сентября 1939 года имелось три пушки K5 (E) и 360 выстрелов со боеприпасами Gr.35.

Цена одной установки составляла 1,25 млн рейхсмарок. Во второй половине 30-ых годов двадцатого века было произведено две установки K5 (Е), в 1940-м — три, в 1941-м — две, в 1942-м — восемь, в 1943-м — две установки. Первые образцы стволов предназначались для стрельбы боеприпасами с готовыми выступами и имели 12 глубоких нарезов (глубина 6,75 мм).

Ширина нарезов — 15,88 мм, крутизна постоянная — 5,5°.

Статья «Боеприпас с ракетным сердцем» размещена в издании «Популярная механика» (№115, май 2012).