Взрыватели русской морской артиллерии периода Русско-японской войны. Трубка обр. 1894 года
Данный материал является дополнением к моему циклу статей, посвященному отечественным морским орудиям и снарядам к ним. Выражаю свою искреннюю благодарность уважаемому Алексею Рытику (в числе прочего являющемуся одним из авторов ВО) за оказанную помощь и предоставление некоторых недоступных мне источников.
Немного теории
В период Русско-японской войны на вооружении отечественного флота состояли разные виды взрывателей, именуемые также трубками, в том числе:
1) ударные трубки для фугасных снарядов – обеспечивающие детонацию снаряда после удара о препятствие;
2) ударные трубки для бронебойных снарядов – обеспечивающие разрыв снаряда после прохождения брони;
3) дистанционные трубки – обеспечивающие подрыв на некотором расстоянии от выпустившего его орудия;
4) трубки двойного действия – совмещающие качества дистанционных и ударных трубок. То есть снаряд, оснащенный такой трубкой, давал разрыв на заданном расстоянии, но если еще до того, как он преодолеет это расстояние, снаряд поразит цель, то, в отличие от дистанционной трубки, разрыв все равно произойдет.
В предлагаемой уважаемому читателю статье рассматриваются конструкция и принцип действия только двух трубок, а именно:
1) ударной трубки обр. 1894 года (измененной Барановским);
2) ударной трубки двойного действия конструкции капитана А. Ф. Бринка.
Причина такой избирательности заключается в том, что именно этими трубками оснащались отечественные средне- и крупнокалиберные стальные бронебойные и фугасные снаряды, ставшие основным оружием русских кораблей в морских сражениях 1904–1905 гг. Иные трубки флота мною в данной статье рассматриваться на будут, но для лучшего понимания особенностей конструкции я представлю краткое описание взрывателя 11ДМ, использовавшегося для снарядов орудий береговой обороны и занимающего, если можно так выразиться, промежуточное положение между трубкой обр. 1894 года и трубкой Бринка.
Указанные выше трубки, включая 11ДМ, представляли собой донные, ударные, инерционные взрыватели. В данном случае «донный» обозначает место расположения трубок, которые ввинчивались в дно снаряда, «ударный» – срабатывание в результате контакта с целью, а «инерционный» – силу, обеспечивающую воздействие ударника на капсюль.
Отмечу, что эти трубки могут называться в источниках немного по-разному (например – «трубка обр. 1894 г.») но, конечно же, суть от этого не меняется.
Ударная трубка обр. 1894 года
Описание конструкции и принципа действия трубки обр. 1894 года вместе с ее рисунком взято мной из учебника «Курс морской артиллерии. Часть I. Порох, орудия, снаряды и трубки» И. А. Яцыно (второе издание, 1900 г.), стр. 205–206. Отмечу, что приведенные И. А. Яцыно сведения полностью подтверждает «Учебник по артиллерии для учеников классов комендоров и артиллерийских унтер-офицеров учебно-артиллерийского отряда Балтийского флота», отдел VI «Снаряды, снарядные трубки, патронные трубки для воспламенения зарядов и патронов, фальшфейера и ракеты», изданный типографией Морского министерства в Главном адмиралтействе в 1909 году.
К сожалению, качество рисунка оставляет желать лучшего, но принцип действия можно объяснить и на нем.
Корпус делался из желтой меди и имел форму цилиндра с одним дном. Головная втулка (1) имела отверстие в центре для прохода огня от капсюля непосредственно в корпус снаряда. Это отверстие прикрывалось тонкой латунной прокладкой (2), для предохранения внутренней части трубки от загрязнения. Разумеется, прокладка была достаточно тонка, чтобы огонь при срабатывании капсюля легко мог преодолеть ее.
Ниже головной втулки располагалась внутренняя втулка, содержащая капсюль. Капсюль представлял собой стаканчик красной меди (3), в который был впрессован ударный состав (4), представлявший собой смесь бертолетовой соли, гремучей ртути и антимония.
Под внутренней втулкой располагался разгибатель (5) – цилиндр с внутренним широким сквозным каналом, который не закреплялся ничем и мог свободно двигаться внутри трубки, но опирался на предохранительную пружину (6), о которой будет сказано ниже.
И наконец, ударник (7), снабженный острым жалом (8). Данный ударник также мог свободно двигаться в трубке, но до выстрела его прижимали к донышку трубки разгибатель и предохранительная пружина.
Принцип действия был очень прост. Во время выстрела снаряда разгибатель, увлекаемый силой инерции, смещался к донной части трубки, сжимая и распрямляя тем самым лапки предохранительной пружины.
После этого ударник оказывался свободен. Но, пока снаряд находился в полете, ударник, как и разгибатель, все той же силой инерции, направленной в сторону, противоположную полету снаряда, прижимало к донной части трубки. Однако снаряд, попадая в некую преграду, естественно, расходовал энергию на ее преодоление и замедлялся, теряя скорость.
В этот момент ударник, увлекаемый силой инерции теперь уже в противоположную сторону (по направлению движения снаряда), продолжал двигаться со скоростью, очень близкой к скорости снаряда до попадания, преодолевал расстояние до капсюля, ударял и воспламенял его. Огонь, пробив латунную прокладку, воспламенял основной заряд снаряда, в результате чего и происходил взрыв.
Интересно, что у В. И. Рдултовского в его «Историческом очерке развития трубок и взрывателей от начала их применения до конца Мировой войны 1914–1918 гг.» содержится информация о трубке обр. 1883 года, каковая имеет чрезвычайно схожее устройство с трубкой обр. 1894 года при минимуме отличий.
Могу предположить следующее. Трубка обр. 1883 года применялась в береговой артиллерии, а значит – создавалась Военным ведомством. Вполне вероятно, что Барановский впоследствии взял ее конструкцию и доработал для нужд флота, после чего в Морском ведомстве она числилась как трубка обр. 1894 года. В этом случае становится понятно именование трубки обр. 1894 года у И. А. Яцыно как «измененная Барановским».
Трубка обр. 1894 года в отечественном флоте могла использоваться исключительно в снарядах, снаряженных дымным или бездымным порохом. Для снарядов с пироксилиновой начинкой она совершенно не годилась, так как содержащийся в ней капсюль не обладал достаточной мощностью для подрыва пироксилинового заряда в снаряде.
О мгновенных взрывателях
Принципиальным отличием ударного взрывателя мгновенного действия от инерционного является уменьшенное время их действия. Для взрывателя мгновенного действия оно составляет 0,001 секунды, в то время как для инерционного – около 0,005 секунды. ориентировочно.
Взрывателем мгновенного действия может быть головной взрыватель, обеспечивающий подрыв боеприпаса в момент контакта с целью. В качестве примера приведу иллюстрацию их «Оснований устройства и конструкции орудий и боеприпасов наземной артиллерии» (Воениздат, 1976).
А – до удара снаряда о преграду; б – при ударе снаряда о преграду; 1 – реакционный ударник; 2 – мембрана; 3 – капсюль
В силу вышесказанного и, несмотря на то, что в литературе, например – в работе В. Поломошнова «Бой 28 июля 1904 г. (сражение в Желтом море (сражение у мыса Шантунг)», трубку обр. 1894 года нередко называют трубкой мгновенного действия (этим грешил и автор этой статьи), она является инерционной, а время ее действия больше, нежели у трубок мгновенного действия.
Особенности инерционных взрывателей на примере трубки обр. 1894 года
Время действия трубки обр. 1894 складывалось из:
1) периода перемещения ударника с момента удара о преграду и до начала детонации капсюля;
2) длительности детонации капсюля;
3) промежутка передачи теплового импульса расстояния от капсюля к пороху, которым снаряжался снаряд.
Считается, что инерционные взрыватели имеют время действия порядка 0,005 секунды, но на самом деле указанное время константой не является.
Почему?
Время детонации капсюля фиксировано его химическим составом и количеством взрывчатки. К сожалению, я не располагаю чертежами трубки обр. 1894 года, но на основании имеющихся у меня рисунков можно предположить, что толщина капсюля-детонатора не превышает 1 см. С учетом того, что скорость детонации гремучей ртути, входящей в его состав, составляет 5 400 м/с, полная детонация произойдет за 0,00000185 с – то есть мизерное даже по меркам взрывателей время.
Что же до теплового импульса, то, предположив, что ему потребуется преодолеть 3 сантиметра, чтобы выйти за пределы трубки, и с учетом скорости распространения теплового импульса 300 м/с получим время 0,0001 секунды.
Соответственно, время детонации капсюля и передачи теплового импульса пренебрежимо мало, а подавляющую часть длительности работы взрывателя занимает период перемещения ударника до капсюля.
В свою очередь время перемещения ударника определялось двумя составляющими:
1. Расстоянием, на которое должен был переместиться ударник. Оно складывалось из промежутка между жалом и капсюлем и так называемой глубиной накола – дистанцией, которая должна была пройти в капсюле для обеспечения детонации последнего.
В целом же сумма данных длин также стремилась к константе. Расстояние между ударником и капсюлем у трубки обр. 1894 года составляло, ориентировочно, 9 мм. Глубина накола капсюля, необходимая для его детонации, для современных боеприпасов оценивается 1,2–1,5 мм, вероятно, таковой она была и для капсюля трубки обр. 1894 года.
Итого можно определить расстояние перемещения ударника как (в среднем) 14 мм.
2. Скоростью перемещения ударника относительно корпуса снаряда. Она зависит от ряда внешних параметров, таких, например, как отклонение траектории полета снаряда от плоскости цели в момент попадания в нее, скорости вращения снаряда и т. д.
Есть и внутренние факторы – ударник трубки обр. 1894 года, следуя к детонатору, потащит за собой предохранительную пружину, лапки которой будут соприкасаться с разгибателем, и на это будет расходоваться энергия.
Рассматривать все эти факторы в данной статье нет необходимости, да и, прямо скажем, возможности – я все же не физик по образованию. Поэтому далее я в качестве примера буду рассматривать простой и понятный даже неспециалисту случай – попадание снаряда в плоскую цель под углом 90 градусов к ее поверхности (отклонение от нормали равно нулю). Силу трения ударника в процессе движения я игнорирую, как малозначимую – все же нужно понимать, что при снятии предохранительной пружины разгибателем, ударник внутри трубки перемещался свободно.
С учетом указанных допущений, скорость ударника относительно корпуса снаряда будет равна той скорости, которую потеряет снаряд в процессе преодоления препятствия – после удара в нее снаряд будет лететь медленнее, а ударник внутри него сохранит ту же скорость, что имел снаряд до попадания в препятствие.
Из этого следует очень простой факт. Время действия трубки обр. 1894 года определялось в первую очередь прочностью преграды, с которой сталкивался снаряженный ею снаряд.
Немного расчетов
Попробуем смоделировать работу трубки обр. 1894 года на примере 6-дм снаряда, попадающего в 12-мм стальной лист на скорости, соответствующей дистанции 15 артиллерийских кабельтов.
Используем для этого формулу де Марра для нецементированной брони ниже 75 мм, приводимой, к примеру, в «Курсе морской тактики. Артиллерия и броня» профессора Л. Г. Гончарова.
Принимаем:
– «К» для 12 -мм стального листа равным 1 000, что чуть ниже рекомендованной уважаемым профессором значения стойкости гомогенной брони;
– расстояние перемещения ударника 14 мм.
Получаем, что 6-дм снаряд массой 41,5 кг, выпущенный из пушки Канэ на дистанцию в 15 артиллерийских кабельтов, будет иметь скорость на листе 509,9 м/с, а после его преодоления – 508,4 м/с. Разница в скорости составит 1,495 м/с. Это в свою очередь означает, что ударник до момента контакта снаряда со стальным листом двигался со скоростью снаряда 509,9 м/с и имел скорость относительно снаряда 0 м/с, а после преодоления листа его скорость относительно снаряда выросла до 1,495 м/с. Соответственно средняя скорость ударника за время преодоления препятствия составила половину этого значения или 0,7476 м/с.
Предположим, что снаряд терял свою скорость при преодолении стального листа равномерно с момента касания и до момента выхода донной части снаряда за габарит листа. Тогда снаряд терял скорости на дистанции, равной его длине плюс толщине преграды, для 6-дм снаряда это будет примерно 0,5 м. Эти полметра снаряд преодолел со средней скоростью 509,15 м примерно за 0,00098 секунды.
Следовательно, с момента соприкосновения снаряда с преградой ударник первые 0,00098 секунды двигался со средней скоростью 0,7476 м/с, а затем – со скоростью 1,495 м/с.
Отсюда несложно высчитать, что ударник преодолеет 14 мм за 0,0096 секунды. Снаряд же к этому времени окажется на расстоянии в 4,51 м (расстояние между донной частью снаряда и стальным листом). В этот момент капсюль детонирует. А еще через 0,0001 секунды, за которые снаряд преодолеет 5 см, тепловой импульс доберется до пороха, которым снаряжен снаряд.
Но здесь есть нюанс.
Когда снаряд снаряжается пироксилином или иным детонирующим веществом, то при его «инициации» взрыв происходит практически моментально, так как скорость распространения детонации в бризантных веществах достигает 7 000 м/с.
Однако в случае с порохом все не так – он не детонирует, а сгорает в снаряде, причем скорость его горения зависит от давления, а оно, естественно, нарастает лавинообразно. Соответственно, следует ожидать, что пройдет какое-то время между воспламенением пороха в снаряде и взрывом снаряда. Но оно, опять же, невелико – если предположить, что скорость сгорания пороха в каморе снаряда сопоставима со скоростью распространения теплового импульса, и с учетом того, что расстояние от донной трубки и до конца зарядной камеры составляет, в зависимости от калибра и конструкции снаряда, не более 40–60 см, это расстояние тепловой импульс преодолевает за 0,0014–0,002 секунды, за которые снаряд из приведенного выше примера преодолеет не более 0,7–1 м.
Но, опять же, разрушение снаряда явно начнется до того, как тепловой импульс доберется до конца каморы, поэтому говорить, что взрыв произойдет через 0,7–1 м после возгорания пороха, которым снаряжен снаряд, неверно. Здесь, скорее, речь пойдет о продолжительности взрыва, и 0,7–1 м будет расстоянием, которое преодолеет уже разрушающийся в процессе взрыва снаряд.
С учетом вышесказанного, в описанном выше примере, взрыв 6-дм снаряда, оснащенного трубкой обр. 1894 года, следует ожидать примерно в 5–5,5 метра за 12-см листом.
В статье naval manual-а «Снарядный ответ. Дифференциальная часть» приводится указание на опытные стрельбы, в ходе которых снаряды, снабженные трубкой обр. 1894 года, при попадании в 12-мм стальной лист давали разрыв в 5–6 метрах за ним. К сожалению, уважаемый автор не дал прямой ссылки на документ, из которого были взяты эти сведения. Но что еще печальнее – нет данных о калибре снарядов, а это очень важно, так как падение скорости у снарядов разного калибра и массы при попадании в препятствие одной и той же стойкости будет различным.
При равной скорости попадания в цель более тяжелый снаряд будет иметь больше «живой силы», нежели легкий. Чем больше у него «живой силы», тем меньше скорости он теряет при преодолении преграды. Чем меньше потеря скорости снаряда при преодолении преграды, тем медленнее движется ударник в снаряде относительно снаряда. Чем медленнее движется ударник – тем позднее произойдет разрыв и тем большее расстояние преодолеет снаряд до разрыва.
Если испытание производилось 152-мм снарядами, то можно говорить о том, что мои расчеты совершенно верны. Но при попадании в тот же самый 12-мм стальной лист 12-дм снаряда массой 331,7 кг, с той же скоростью 509,9 м/с (что соответствует дальности 5 280 м), разрыв должен произойти где-то 19,6–20,6 м за преградой. Это связано с тем, что при скорости 509,9 м/с на 12-мм стальном листе 6-дм снаряд теряет 1,495 м/с при его преодолении, а 12-дм – всего только 0,374 м/с. Соответственно, ударник 12-дм снаряда ударит в капсюль в разы позднее своего коллеги у шестидюймового.
Выводы
Я произвел расчеты для дистанций от 5 до 40 кабельтов для наиболее мощного 12-дм снаряда массой 331,7 кг по цементированной броне Круппа с «К» = 2 200, а также по гомогенной броне. За время взрыва я принял момент, когда тепловой импульс достигал пороха, которым снаряжался снаряд.
С учетом всего вышесказанного и при условии, что я в своих размышлениях не допустил критических ошибок, получается следующее. При стрельбе отечественным фугасным 12-дм снарядом с трубкой обр. 1894 года из стандартного обуховского 12-дм орудия с длиной ствола в 40 калибров:
1. При попадании в рангоут, эквивалентный по стойкости 12-мм стали (скажем, металлический трос), снаряд должен был взорваться в 15 м (попадание на дистанции 40 кабельтов) – 41 м (5 кабельтов) за препятствием.
2. При попадании в трубы и надстройки все зависело от ширины надстройки, количества и толщин переборок в ней. Преодоление преграды, равноценной по стойкости 36 мм стали должно было вызвать разрыв снаряда в 4 м (40 кабельтов) – 9 м (5 кабельтов) за препятствием. Можно, пожалуй, говорить о том, что взрыв должен был происходить либо внутри надстройки, либо за ней, но над палубой корабля.
3. При попадании в нецементированную броню толщиной 75 мм 12-дм снаряд должен был на 40 кабельтов дать разрыв в 2,5 м, а на 5 кабельтов – примерно в 4 метрах за препятствием.
4. Абсолютно во всех случаях контакта с цементированной броней, даже при минимальной толщине плиты 127 мм (в конце ХIХ – самом начале ХХ века цементировать плиты меньшей толщины еще не умели) и на всех дистанциях разрыв снаряда должен был происходить в процессе преодоления брони.
Разумеется, все вышесказанное – не догма. Никогда нельзя забывать того, что взрыватели, как и сами снаряды, выполняют свои функции в условиях экстремальных ускорений и торможений и могут самовольничать. В бою двенадцатидюймовый снаряд, снабженный трубкой обр. 1894 года вполне мог моментально взорваться от соприкосновения с обшивкой или же, наоборот, дать разрыв после пробоя бронеплиты.
Позволю себе напомнить, что даже германские взрыватели эпохи Первой мировой войны далеко не всегда срабатывали, как задумано, давая преждевременные разрывы, что описано мною в статье «О повреждениях линейного крейсера «Лайон» в Ютланде. Стоило ли немцам стрелять бронебойными». Разумеется, возможна обратная ситуация, когда в силу какой-то причины трубка обр. 1894 года срабатывала позднее положенного.
Выводы, которые я указал выше – это, скажем так, некие срединные значения, к которым должны были стремиться русские 331,7-кг стальные фугасные снаряды, снаряженные трубкой обр. 1894 года.
Ну а о трубках для снарядов с пироксилиновым содержанием мы поговорим в следующей статье.
Продолжение следует…
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.