КЕРОСИНОВЫЙ ПУЛЕМЕТ. Преимущества и недостатки технологии.
История развития жидкостного огнестрельного оружия и его перспективы. Преимущества и недостатки технологии.
Начало статьи: История ЖМВ. Керосиновый пулемет
Жидкие метательные вещества (ЖМВ) – химические соединения, способные к быстрой химической реакции, сопровождающейся выделением большого количества тепловой энергии и газообразных продуктов. В будущем они могут заменить порох в качестве метательного заряда в огнестрельном оружии.
Принцип действия жидких метательных веществ сам по себе относительно прост, однако его применение на практике вызывает ряд сложностей, препятствующих выпуску серийного орудия на ЖМВ уже более пятидесяти лет.
Различают однокомпонентные и двухкомпонентные ЖМВ:
Монерголи (однокомпактный заряд) - жидкие гомогенные метательные заряды, состоящие из чистых составов, обладающих большой энергией, или смесей, которые образуют газы посредством межмолекулярной реакции (например, пропилнитрат) или каталитического разложения (например, перекись водорода, гидразин и окись этилена).
Диерголи (двухкомпонентный заряд) - чистые или смесевые жидкие топлива и окислители, которые хранятся раздельно и затем смешиваются, чтобы вызвать реакцию в каморе сгорания.
Диерголи подразделяются на самовоспламеняющиеся и несамовоспламеняющиеся. Самовоспламеняющиеся диерголи смешиваются непосредственно в каморе перед выстрелом. Несамовоспламеняющимся диерголи могут быть смешаны заранее, однако для их инициации требуется воспламенитель (например, пиротехнический или электрический).
Методы заряжания ЖМВ:
I - безгильзовое заряжание: 1 - монерголь или несамовоспламеняющийся диерголь; 2 - самовоспла¬меняющийся диерголь; 3 - метательный заряд; 4 - воспламенитель (электрический или пиротехни¬ческий ); 5 - топливо; 6 - окислитель в капсуле; 7 - пиротехническое или механическое устройство для пробивания капсулы;
II - регенеративный впрыск: 1 - монерголь или несамовоспламеняющийся диерголь; 2 - диерголь (или самовоспламеняющийся диерголь); 3 - мета¬тельный заряд; 4 - камера -разности давлений; 5 - воспламенитель (электрический или пиротехни¬ческий); 6 - топливо; 7 - окислитель; 8 - меха¬ническое устройство для использования с самовоспламеняющимися диерголями; 9 - воспламенитель для несамовоспламеняющихся диерголей.
На ранних стадиях исследований, в которых использовались минометы и малокалиберное оружие, для монерголей и диерголей использовался так называемый метод безгильзового заряжания.
При использовании монерголей и предварительно смешанных несамовоспламеняющихся диерголей измеренное количество метательного заряда вводилось в камору и воспламенялось электрического или пиротехнического воспламенителя. Для самовоспламеняющихся диерголей окислитель содержался в капсуле, которая пробивалась пиротехническим или механическим устройством. Как только два химических вещества смешивались, они самопроизвольно воспламенялись.
Проблемами, с которыми встречались при использовании этого метода безгильзового заряжания, были в основном обтюрация и воспламенение. Ни постоянной скорости сгорания, ни эксплуатационной безопасности достигнуть так и не удалось.
Схема системы подачи ЖМВ для несамовоспламеняющегося диерголя:
1 — бак (резервуар); 2 - топливо; 3 - питательный насос; 4 - предохранительный клапан; 5 - быстродействующий клапан; 6 - промежуточный топливный бак; 7 -воспламенитель; 8 - перелив¬ной клапан; 9 - пушка с системой впрыска; 10 -трубопровод подвода окислителя; 11 - окислитель; 12 - трубопроводы подвода окислителя с двойной заполненной водой обшивкой
Для преодоления возникших сложностей было принято решение использовать так называемый регенеративный метод или впрыск.
По существу этот метод означает, что метательный заряд всасывается в камору разностью давлений. Когда давление в каморе нарастает, поршень отводится назад, засасывая больше метательного заряда в камору. При этом регулирование количества подаваемого метательного вещества осуществляется изменением величины зазора. Это позволило достичь более ровного сгорания.
Схема, на которой показана предлагаемая компоновка для гаубицы с ЖМВ, использующей метод регенеративного впрыска:
1 - запирающий механизм для всех поршней; 2 - поршни зарядки окислителя; 3 - поршни подачи топлива; 4 - поршни впрыска; 5 - выпускной воздушный клапан; 6 - окислитель; 7 - топливо
Этому методу также были присущи проблемы. Они концентрируются в основном вокруг механики трения при движении поршня, утечки через зазор и обтюрации.
Также отечественными специалистами рассматривалась возможность создать орудие, с распределением заряда ЖМВ по длине канала ствола (распределенная подача).
Ожидаемые преимущества ЖМВ:
Значительное улучшение характеристик орудия. Увеличение скорости снаряда на выходе из канала ствола орудия не менее чем на 10 проц.
(главным образом за счет более высокой пьезометрической эффективности - отношения среднего давления газов к максимальному); снижение пиковых давлений газов; уменьшение дымообразования при выстреле (Утверждают, что температура горения, например, диерголя, состоящего из разбавленной Н202 (перекиси водорода) и углеводородов, примерно на 20% ниже, чем температура горения стандартного твердого метательного заряда);
Возможность точного дозирования взрывчатого вещества. Сравнительно широкий выбор мощности заряда при увеличении боевой скорострельности, скорости и точности наводки позволяют реализовать обстрел одной и той же цели по нескольким сопряженным траекториям — что намного повышает вероятность ее поражения.
Повышение живучести. ЖМВ менее чувствительны к ударным нагрузкам, чем пороха. Шанс что бак с монерголем детонирует сравнительно не высок. Диерголи же и вовсе совершенно безопасны, до тех пока их компоненты не контактируют друг с другом.
Увеличение скорострельности. Применение ЖМВ в танках с автоматами раздельного заряжания приведет к упрощению конструкции автомата заряжания, в совокупности с отсутствием необходимости в удалении стреляной гильзы к значительному увеличению скорострельности.
Расчеты показывают, что скорострельность орудия с ЖМВ в первую очередь определяется тепловым режимом ствола. К тому же даже современные гильзы танковых выстрелов занимают значительный объем в башне, это подводит нас к следующему преимуществу.
Экономия объема. Объем для размещения боеприпасов основного вооружения внутри боевой бронированной машины ценится очень высоко.
Несмотря на то, что на каждый выстрел требуется значительный объем ЖМВ (почти 10-12 л для одного 120-мм бронебойного оперенного снаряда с отделяющимися ведущими частями), жидкости гораздо легче размещать, чем твердые метательные снаряды и снаряды или выстрелы унитарных боеприпасов.
В литературе приводится сравнение объема боеукладки в танках М-1 и «Леопард-2».
Ее объем для 42 120-мм танковых выстрелов составляет примерно 2650 л. Требуемое же количество несамовоспламеняющегося ЖМВ (плюс снаряды) для того же количества снарядов, которые должны выстреливаться с такой же начальной скоростью, займет приблизительно 1780 л объема.
Несомненным преимуществом является также и то, что баки для химических веществ могут быть любой формы и, следовательно, могут быть разработаны для оптимального использования ограниченного объема в боевом отделении.
Стоимость. Использовавшиеся в различных исследовательских программах химические вещества широко применяются в коммерческом секторе, их производство давно налажено. Также за счет упрощения конструкции ожидается значительное (до 80 %) снижение стоимости метательных зарядов.
Недостатки использования ЖМВ:
Сравнительно небольшой срок хранения. Недостатком ЖМВ можно считать то, что некоторые из монерголей (особенно на гидроксильном нитрате аммония) и диергольные окислители, например, перекись водорода (Н2О2), сильно подвержены разложению. Не исключено, что это ограничение будет преодолено.
Низкая экологичность. Вопрос о том насколько сильное воздействие оказывают данные вещества на здоровье непосредственно контактирующих с ними людей и окружающую среду на данный момент изучен плохо (по крайней мере в открытом доступе данных на этот счет нет).
Наличие нагнетающих магистралей. Трубопроводы высокого давления подходящие к башне представляют определенную опасность для экипажа. По некоторым данным, максимальное давление жидкости для опытной танковой пушки с ЖМВ составляет примерно 700 МРа (7000 бар). Для гаубичного орудия это давление равно примерно 450 МРа (4500 бар). Следует заметить, что данные цифры достигаются лишь в каморе перед выстрелом. В питательных трубопроводах давление достигает лишь 1 МРа (10 бар). В теории, метательный заряд может подаваться и без повышенного давления, однако на практике этого добиться не удалось.
Трудность разряжения орудия. Конструкцией пушки должен быть предусмотрен способ удаления ЖМВ из каморы в случае осечки.
Внутренняя баллистика. Внутренняя баллистика обычной пушки определяется в основном стандартизированным метательным зарядом. Внутренняя баллистика пушки с ЖМВ определяется, в большей степени, подготовкой метательного заряда непосредственно в каморе. Фактически каждый из проделанных в ходе экспериментов выстрелов несколько отличался от предыдущих.
Основная проблема, тормозящая развитие жидкостных артеллерийских орудий, заключается в том, чтобы разработать методы прогнозирования и управления горением ЖМВ. По окончании своих изысканий в данной области специалисты ЦНИИ «Буревестник» (см. вторую часть материала) пришли к выводам о том, что разработка артиллерийских систем со сверхвысокими параметрами на базе ЖМВ требует решения столь сложных задач газодинамики и численного моделирования процессов объемного горения и нестационарных волн в зоне расширения, что без использования современных суперкомпьютеров не обойтись.
Комментарии