ИЗ ИСТОРИИ РАБОТ ПО РЕАКТИВНОЙ АРТИЛЛЕРИИ В ЛЕНИНГРАДЕ И ЛЕНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ В 1941-1945 гг.
С.В. Гуров
С 1942 по 1943 год в Ленинграде, в период блокады, на основе немецких турбореактивных мин была разработана турбореактивная мина М-28 калибра 280 мм с фугасной головной частью и несколько типов станков. Снаряд был разработан группой конструкторов Ленинградского научно-исследовательского артиллерийского института под руководством генерала С.М. Серебрякова.
В начале осени 1942 года в Ленинграде также была изготовлена шестизарядная установка ЛАП-7 (Ленинградский артиллерийский полигон, седьмая). Метательная установка монтировалась на модифицированном шасси грузового автомобиля ГАЗ-АА. Она предназначалась для запуска снарядов из укупорок. Проведенные испытания показали, что установка соответствует основным требованиям ракетного оружия. Она была рекомендована для принятия на вооружение.
В 1943 году проводились работы специалистами Специального экспериментально-производственного бюро НКБ и Ленинградского полигона по исследованию химической стойкости аммоналов.
В период с декабря 1944 года по февраль 1945 года на главном Артиллерийском Краснознаменном Полигоне ГАУ КА производился баллистический отстрел реактивных снарядов М-13-УК. Целями стрельб были: влияние температуры заряда на дальность и кучность снарядов М-13-УК; влияние веса снаряда на дальность полета и величины деривации. Количество произведенных выстрелов – 384 шт. В процессе проведенных испытаний было установлено:
1. “С повышением температуры заряда дальность снарядов увеличивается. Изменение температуры заряда на 10°С, при стрельбе под углом возвышения 45°С, изменяет дальность на 33 м. или 0,42% дальности. Боковое рассеивание снарядов с повышением температуры зарядов уменьшается. При увеличении температуры заряда на 45°С, боковое рассеивание уменьшается, примерно, на 20%.
2. С уменьшением веса снарядов, дальность их возрастает. Уменьшение веса снаряда на 1% при стрельбе под углом 45° вызывает увеличение дальности на 60 м. или 0,78% дальности от дальности.
3. Величина деривации снарядов М-13-УК, по сравнению с величиной рассеивания, незначительна”.
Также в годы Великой Отечественной войны в на Кировском заводе в Ленинграде было организовано производство корпусов ракетных двигателей..
В годы Великой Отечественной войны 1941-1945 годов реактивная артиллерия получила широкое распространение. Имея громадные преимущества, основными из которых являются простота и большая подвижность, этот вид вооружения имеет и недостатки, к которым можно отнести, например, большое рассеивание реактивных снарядов.
Одной из причин, вызывающих рассеивание реактивных снарядов, является рассеивание начальных скоростей, которое зависит от ряда факторов, относящихся как к области внутренней баллистики этих снарядов, так и к их конструктивным особенностям. Для выяснения влияния этих, необходимо прежде всего установить величину рассеивания максимальных скоростей РС, для чего в каждом отдельном случае необходимо знать величину максимальной скорости реактивного снаряда. Определение последней встречает затруднение, которое заключается в том, что максимальная скорость реактивного снаряда находится не непосредственно за дульным срезом орудия, как у обычных снарядов, а на некотором (свыше 100 м) расстоянии от дульного среза.
Кроме того, несравненно большее – по сравнению с обычным снарядом – рассеивание РС в боковом и вертикальном направлениях исключает возможность использования общепринятых для обычных снарядов методов определения максимальных скоростей (стрельбе по рамам-мишеням в соленоидах).
Расчет по этим формулам является приближенным и может быть использован, как дающий ориентировочные данные.
“Цейт-лупе” представляет собой аппарат, позволяющий производить фотографирование на конопленку со скоростью, доходящей до нескольких тысяч кадров в секунду.
“Цейт-лупа’ снабжена генератором времени, с помощью которого на этой же пленке наносится масштаб времени в виде штрихов, расстояние между которыми соответствует промежутку времени в 0,001 сек.
Для определения скорости р.с. производится фотографирование полета. Отрезок пути, на котором определяется скорость, отмечается на местности вехами, изображение которыми должно быть получено на том же снимке, что и изображение летящего снаряда, положение которого на снимке относительно вех будет меняться от кадра к кадру. Измерив на компараторе величины смещения изображения снаряда на пленке за некоторый период времени, отсчитываемый по масштабу времени, нанесенному на пленке, определяют, по ниже проведенной формуле, скорость снаряда в этой точке. Положение этой точки дает возможность определить в какой точке в пространстве отвечает найденная величина скорости.
Величина скорости определяется с использованием соответствующего математического аппарата.
Определив, таким образом, скорости на ряде отрезков пути, можно построить график зависимость средней скорости от пути и определить максимум этой скорости.
Определение скоростей съемкой полета Цейт-лупой имеет ряд существенных недостатков. Сюда надо отнести прежде всего, то, что фотографирование необходимо производить в ясный солнечный день, иначе не получится отчетливого изображения снаряда и вех. Обработка заснятой пленки занимает много времени и затруднительна.
В 1943 году на Гороховецком Полигоне были предприняты попытки приспособить для определения скоростей РС хронографы Ле-Буланже.
Для этого на столбах натягивались два стальных троса диаметром в 5 мм, длиною по 100 м. каждый. Расстояние между тросами бралось равным 8 см.
На эти два троса натягивались на определенном расстоянии друг от друга проволочки, которые присоединялись к цепям хронометров и отмечателей хронографов Ле-Буланже.
Между тросами натягивалась проволока диаметром в 0,5 мм., которая одним концом прикреплялась к дальнему столбу, а другим – к снаряду. В момент полета РС тянет за собой проволоку и обрывает цепи хронометров и отмечателей хронографов Ле-Булаеже. Определение скорости производится так же, как и при обычной стрельбе по рамам-мишеням орудийными снарядами.
Пользуясь этим способом определялись скорости РС М-8 в трех точках активного участка (тремя хронометрами).
Этот метод надо признать довольно примитивным, его постоянством является то, что оборудование его может быть произведено из поручных средств.
Метод неудобен в обращении и не обладает достаточной точностью.
При необходимости получить большое количество точек для построения кривой скорость-путь приходится использовать много хронографов (10-12).
Метод не позволяет определить конец горения реактивного заряда и определять время полета мины на активном участке.
Профессор Шапиро предложил использовать для определения скоростей РС фотоаппарат с длиннофокусным объективом (способ описан в приложении к тактико-техническим требованиям на настоящую работу научно-исследовательскую работу).
Идея этого метода состоит в том, что если фотографировать РС в ночных условиях, то на пластинке получится кривая, соответствующая траектории снаряда на активном участке траектории.
Если при фотографировании закрывать и открывать объектив через строго определенные промежутки времени, то на пластинке получится пунктирная линия.
Обмерив на компараторе длину штрихов и зная время экспозиции, величину скорости ν, на данном отрезке пути, определяются по формуле:
Точность такого метода, как утверждал профессор Шапиро, не менее 0,5% т.е. вполне приемлемые.
Осуществление этого способа требует конструирования и изготовления специального аппарата с длиннофокусным объективом и с затвором, позволяющим производить многократное открывание его через строго определенные короткие промежутки времени при строго фиксированной экспозиции, что представляет в настоящее время большие трудности.
Кроме того, способ имеет ограниченное применение, так как позволяет производить съемку в очень ограниченных условиях главным образом ночью, а для съемок днем потребует большой подготовительной работы и выборе особенно благоприятных условий.
Поэтому было необходимо изыскать метод в котором можно было бы использовать уже имеющуюся аппаратуру с незначительным изменением, но, вместе с тем, более простой в подготовке, обслуживании и обработке.
По приказанию генерал-майора инженерно-артиллерийской службы тов. Серебрякова С.М. были применены для определения максимальных скоростей РС фотоэлементы, с применением фотозаписи шлейфовым осциллографом с короткопериодным гальвано.
Принцип определения скоростей РС с помощью фотоэлементов состоит в том, что ряд точек на активном участке траектории блокируется фотоэлементами. Если эти фотоэлементы, расположенные в плоскости стрельбы, засветить последовательно пламенем горящего ракетного заряда летящего РС, то в каждом из них появится электродвижущая сила (ЭДС) фотоэлемента. Максимум этой ЭДС наступает в момент прохождения пламени горящего заряда РС в ближайшей точке к фотоэлементу, т.е. в момент наибольшей освещенности его.
Если фотоэлементы, соединив параллельно друг другу (соблюдая полярность), присоединить к шлейфовому осциллографу, и подать эту ЭДС на короткопериодный гальванометр (КПГ), то под действием бросков фототока зеркальце КПГ будет отклоняться на величину, зависящую ото силы фототока.
Настроив КПГ, как шлейф, на осциллограф и записав на фотобумагу путь отклонения отраженного от зеркальца светового луча, получим на ней ряд пиков, острия которых отвечают моментам наибольшей освещенности фотоэлемента. Эти пики соответствуют моментам прохождения РС над фотоэлементами. Одновременно на этой же осциллограмме наносится масштаб времени.
По масштабу времени на осциллограмме можно определить время пиками или, что одно и тоже, время прохождения РС от одной точки, блокированного фотоэлементами участка траектории, до другой.
Зная величину блокированных фотоэлементами участков траектории и время прохождения РС этих участков, будем иметь возможность определить среднюю скорость снаряда на каждом из этих участков. Принимается, что эта скорость соответствует средине каждого из участков. Зная путь от начала движения РС до середины участка, можно построить график изменения скорости от пути.
ИЗУЧЕНИЕ ПРИЧИН, вызывающих рассеивание ракетных снарядов
НИР №1 (АК № 54)
ИЗУЧЕНИЕ ПРИЧИН, вызывающих рассеивание ракетных снарядов
Ракетные снаряды, как боевое средство, известны давно и наряду с обычной артиллерией сыграли большую роль в ряде боевых операций. Однако, введение нарезной артиллерии и применение пироксилинового пороха вытеснило ракетные снаряды и к началу XX века ракеты сохранились в качестве сигнального и осветительного средства. Основной причиной вытеснения ракетных снарядов явилась их плохая кучность по сравнению с обычными артиллерийскими снарядами. Уже война 1914-18 гг. поставила перед артиллерией ряд задач, решение которых потребовало увеличения мощности артиллерийского снаряда.
Увеличение мощности артиллерийской системы неизбежно ведет к уменьшению живучести ее. Кроме того, увеличение калибра приводит к уменьшению маневренности и скорострельности.
Разрешение задачи создания мощного артиллерийского снаряда большой скорострельности в сочетании с маневренностью привело к созданию ракетной артиллерии.
В Отечественной войне ракетные снаряды сыграли большую роль. Однако, ввиду плохой кучности их применения, как правило, ограничивалось стрельбой по площади. Факторы, вызывающие большое рассеивание ракетных снарядов в достаточной степени не изучены.
Теоретических исследований по данному вопросу известно крайне мало и из опубликованных работ можно указать на статью инженера Воднева “Исследование условий, определяющих рассеивание ракетных снарядов” /Сборник “Ракетная техника” вып.№6 изд.1937/, Тихонравова “Исследование факторов, влияющих на кучность ракетных снарядов” /Сборник “Ракетная техника” вып. №7 и 8 изд.1938 и 1939г./ и статью проф.Шапиро “Баллистика ракетных снарядов”, опубликованную в сборнике № 1 Арткома изд. 1944г.
В указанных работах Воднева и Тихонравова приведено большое количество факторов, которые оказывают влияние на правильность и однообразие полета ракетных снарядов.
Не отрицая влияния на кучность приведенных факторов следует заметить, что счасть из них, как это указано сами авторами, не имеет существенного значения.
В работе проф.Шапиро использованы данные таблиц стрельб оперенных снарядов М-13, а также опытные стрельбы по щитам.
В работе теоретически рассмотрены возмущающие факторы, действующие на активном участке траектории, а также показано, что на пассивном участке траектории рассеивание дальностей зависит от рассеивания трех параметров – баллистического коэффициента, начальной скорости и углов бросания.
В настоящей работе, в соответствии с тактико-техническими требованиями №2803 Арткома ГАУ КА, поставлена задача исследовать причины, оказывающие влияние на кучность боя ракетных снарядов.
В работе рассматриваются вопросы о характеристиках устойчивости ракетных снарядов, влияние рассеивания импульсов реактивной силы и некоторых других внутрибаллистических характеристик, эксцентричного действия реактивной силы, рассеивания величины баллистического коэффициента, углов бросания и влияние ветра на кучность.
В качестве объектов для исследования были приняты оперенные, оперено-проворачивающиеся и вращающиеся снаряды.
В работе использованы материалы опытных стрельб, проведенных на ГАКПе и других полигонах, данные НИН №6 НКБ по сжиганиям ракетных зарядов в стационарных условиях и, насколько это было возможно, опытные материалы других организаций, занимающихся ракетным вооружением.
Настоящий отчет является первой частью работы и включает вопросы:
1/ О конструктивно-баллистических характеристиках устойчивости и кучности.
2/ Влияние на кучность:
а/ Эксцентриситета массы и реактивной силы
б/ Рассеивания импульсов реактивной силы и максимальных скоростей снаряда.
Теоретические выводы по конструктивным и баллистическим характеристикам устойчивости и кучности ракетных снарядов
Рассеивание по дальности и боковое рассеивание ракетного оперенного снаряда зависит главным образом от величины изменения угла бросания за период активного полета ΔӨ и угла между плоскостью стрельбы и направлением скорости снаряда в конце активного участка ψ, характеризующих отклонение касательной к траектории от направления в плоскости стрельбы в конце активного участка.
Причинами возникновения этих углов могут являться эксцентриситет массы и реактивной силы, ассиметрия стабилизатора, а также начальные возмущения, возникающие при выходе снаряда из орудия.
У проворачивающихся ракетных снарядов кучность должна быть лучше по сравнению с непроворачивающимися.
Влияние эксцентриситета реактивной силы на кучность
Под эксцентриситетом реактивной силы мы понимает смещение направления равнодействующей реактивной силы относительно оси, проходящей через центр тяжести снаряда и параллельной продольной оси его.
Это смещение может быть как параллельным, так и под углом.
Причин эксцентриситетов реактивной силы довольно много, однако основными мы считаем две.
Первой и, как мы покажем ниже, основной причиной является перекос сопла.
Второй причиной является смещение центра тяжести снаряда с геометрической оси его, возникающего в результате геометрической несимметричности снаряда.
Наличие эксцентриситета реактивной силы, какой бы причиной она не вызывалась, приводит в конце активного участка и отклонениям в угле возвышения ΔӨ и бокового угла ψ, составляемого вектором скорости центра тяжести снаряда и плоскостью стрельбы.
Эти углы обуславливают появление дополнительных отклонений как по дальности, так и боковых.
Если величина этих углов известна, то дополнительные отклонения, вызывающие ими, могут быть по формулам
Методика определения эксцентриситета
Как выше указывалось основными видами эксцентриситете массы и реактивной силы, причем эксцентриситет массы также приводит к эксцентриситету реактивной силы и физически указанные явления равнозначны.
Главной причиной эксцентриситета реактивной силы является несовпадение оси сопла с центром тяжести снаряда. Если предположить, что центр тяжести снаряда лежит на геометрической оси его, то угол составленный осью сопла с осью снаряда и будет углом, характеризующим эксцентриситет реактивной силы. В условиях массового производства невозможно изготовить камору и сопло таким образом, чтобы при соединении их при помощи резьбы геометрические оси абсолютно совпадали с осью снаряда и будет углом, характеризующим эксцентриситет реактивной силы. В условиях массового производства невозможно изготовить камору и сопло таким образом, чтобы при соединении их при помощи резьбы геометрические оси абсолютно совпадали. Это обстоятельство приводит к тому, что, как правило, ось сопла составляет некоторый угол с осью снаряда, или же смещение на некоторую величину l.
Как в том, так и в другом случае будет иметь место биение критического и выходного отверстий.
Результаты стрельб снарядами искусственно созданным эксцентриситетом
Для определения влияния эксцентриситета реактивной силы на кучность оперенных оперено-проворачивающихся и вращающихся сн7арядовбыли поставлены специальные стрельбы.
Для стрельбы были изготовлены снаряды М-13, М-13УК и 158мм немецкие снаряды с искусственно созданным эксцентриситетом в 1,85 мм. Эксцентриситет был создан за счет свинцовых вкладышей. Вкладыши помещались в головку снарядов.
Отстрел 158мм снарядов проводился также при боковом /справа/ расположении вкладышей.
Величина эксцентриситета определялась расчетом и проверялась экспериментально.
Стрельба велась трехкратным сострелом опытных снарядов со штатными, по 8 опытных и 8 штатных снарядов в группе.
По результатам стрельб: эксцентриситет массы в 1,85мм, расположенный справа от направления движения снаряда, вызывая отклонение центра группирования снарядов М-13 вправо на 325м. В действительности это отклонение было несколько больше, так как положение центра группирования определялось без выстрелов, которые не засечены вследствие их резкого отклонения от направления стрельбы вправо.
Боковой эксцентриситет массы или реактивной силы /эксцентриситет в горизонтальной плоскости/ вызывает резкое увеличение бокового рассеивания оперенных снарядов.
Так как при наличие даже больших боковых эксцентриситетов изменения дальности снарядов не получено, то можно считать, что эксцентриситет вызывает рассеивание оперенных ракетных снарядов в той плоскости, в которой он расположен.
Расположение эксцентриситета в плоскости стрельбы вызывает рассеивание по дальности.
Так как в действительных условиях расположение эксцентриситета в горизонтальной или вертикальной плоскостях является частным случаем, то эксцентриситет массы или реактивной силы приводит к общему увеличению рассеивания.
Для проворачивающихся снарядов М-13УК, имеющих искусственно созданный эксцентриситет, бокового отклонения центра группирования от направления стрельбы не получено.
Этот факт объясняется тем, что при проворачивании снаряда происходит положение ошибок разных знаков. Расположение центра группирования снарядов М-13УК со вкладышами левее на 40 м, по сравнению со штатными, объясняется рассеиванием рассеивания.
Увеличенное рассеивание снарядов со вкладышами по сравнению со штатными объясняется повышенной нутацией, вызываемой смещением центра тяжести снаряда с его геометрической оси.
Этим же объясняется и сильный разброс опытных 158 мм вращающихся снарядов, имеющих большую угловую скорость. /По подсчетам инженер-полковника Фокина угловая скорость 158 мм снарядов равна 12690 оборотов в минуту.
Влияние допусков в асимметрии снарядов на кучность
Произведенное определение средней величины смещения центра тяжести снаряда с его геометрической оси показало, что для снарядов М-13 и М-13-УК эксцентриситет массы равен 0,25 мм. Принимая, что величины отклонений пропорциональны эксцентриситету и основываясь на результатах приведенных выше стрельб найдем, что эксцентриситет массы снарядов М-13 равны 0,5 мм дает срединную ошибку рассеивания 9 м при общем боковом рассеивании их 150 м и рассеивания по дальности 91 м. Отсюда следует, что эксцентриситет массы, в тех пределах, которые наблюдаются в снарядах М-13, играет сравнительно малую роль в их рассеивании.
Более существенно влияние оказывает эксцентриситет реактивной силы, возникающий вследствие допусков на биение критического и выходного отверстия сопла.
Выводы:
1. Эксцентриситет реактивной силы оказывает большое влияние на кучность боя ракетных снарядов; на существующих трех типов снарядов: оперенных, оперено-проворачивающихся и вращающихся влияние эксцентриситета оказывается наиболее сильно у оперенных снарядов. Отклонение снарядов вследствие эксцентриситета реактивной силы происходит в плоскости расположения эксцентриситета.
2. Так как расположение эксцентриситета в плоскости стрельбы или перпендикулярной к ней является частным случаем, то эксцентриситет реактивной силы приводит и одновременному образованию углов ΔӨ и ψ и рассеивание снарядов как в боковом направлении, так и по дальности.
3. Представленная профессором Гинзбургом И.П. формула для оценки влияния величины эксцентриситета реактивной силы на рассеивание оперенных ракетных снарядов дала результаты, удовлетворительно совпадающие с результатами проведенных стрельб. Для эксцентриситета реактивной силы 1,85 мм расчет дал отклонение 450 м, против 325 м, полученных при трехкратных стрельбах.
4. Основной причиной эксцентриситета реактивной силы является несовмещение оси сопла /вследствие его перекоса/ с осью, проходящей через центр тяжести и параллельной геометрической оси снаряда.
5. Эксцентриситет реактивной силы, вследствие смещения центра тяжести или оси сопла относительно оси снаряда, при изготовлении их в полном соответствии с чертежом, невелик /порядка 0,3 мм/, что вызывает сравнительно малое рассеивание снарядов /Срединная ошибка рассеивания порядка 10 м/.
6. При проворачивании снаряда влияние эксцентриситета реактивной силы на рассеивание уменьшается, вследствие наложения отклонений разных знаков. Повидимому, для каждого типа снаряда существует оптимальная скорость вращения, при которой влияние всех возмущающих факторов, в том числе и эксцентриситета, становится минимальным.
Вопрос об оптимальной скорости проворачивания оперенных снарядов и вращении неоперенных должен был быть исследован дополнительно.
Вращение снарядов уменьшает влияние эксцентриситета, вследствие наложения отклонений разных знаков
Вопрос о влиянии вращения и подбор оптимальной скорости проворачивания оперенных снарядов подлежит дальнейшему исследованию и экспериментальной проверке.
Основной причиной эксцентриситета реактивной силы является несовмещение оси сопла /вследствие его перекоса/ с осью, проходящей через центр тяжести и параллельной геометрической оси снаряда.
Эксцентриситет реактивной силы вследствие смещения центра тяжести с геометрической оси /эксцентриситета массы/ играет относительно малую роль в рассеивании ракетных снарядов.
Рассеивание импульсов реактивной силы и максимальных скоростей снарядов, при нормальной или близкой к ней температурах заряда, вызывает сравнительно малое рассеивание снарядов /срединная ошибка в дальности, вызываемая рассеиванием импульсов и скоростей, порядка 10-15 м/.
При низких температурах величина рассеивания импульсов реактивной силы и максимальных скоростей резко возрастает, что оказывает существенное влияние на рассеивание снарядов.
На боковое рассеивание снарядов величина импульса реактивной силы, максимальной скорости снаряда и их рассеивание заметного влияния не оказывают.
Рассеивание дульных скоростей в наблюдавшихся пределах оказывает ничтожно малое влияние на рассеивание снарядов.
Абсолютная величина дульной скорости, при данной конструкции снаряда, определяет величину восстанавливающего момента в период схода снаряда с направляющей орудия, а следовательно влияет на величину углов ΔӨ и ψ.
Вов торой части работы предполагалось рассмотреть влияние на кучность:
1/ рассеивание баллистического коэффициента и углов бросания;
2/ вращение /с подбором оптимальной скорости проворачивания оперенных снарядов/.
3/ ветра.