Живучість стволів артсистем: спробуємо розібратись

 

Думаю, серед моїх читачів немає таких, хто б не бачив розірвані стволи різноманітних артсистем – якщо не «вживу», то на фото/відео. Сьогодні спробуємо розібратись, чому ж це трапляється. Як ви знаєте, я гуманітарій, тож спробую не надто ускладнювати свою розповідь – так, щоб навіть мені було зрозуміло J

 

Отже, ствол є ключовим елементом систем озброєння, спрямовуючи боєприпас через довгу вузьку циліндричну трубу. Ствол поділяється на три частини, рахуючи від казенної частини: камору, канал ствола та дульну частину. Зовнішній діаметр снаряда трохи менший за внутрішній діаметр ствола. Коли здійснюється постріл, метальний заряд згорає та утворює великий об’єм газів. Газ під високим тиском збільшує кінетичну енергію боєприпасу, проштовхуючи його каналом ствола до дульної частини. Перетворення хімічної енергії на механічну створює в каморі умови високого тиску та температури, що після кожного циклу стрільби призводить до ерозії та зношування матеріалу. У результаті виникає пластична деформація, яка зрештою призводить до остаточного руйнування ствола.

 

Безперервний процес ерозії (як хімічного, так і механічного характеру), який відбувається під час стрільби, призводить до зношування ствола і рнеобхідності її заміни. Однак технологічний прогрес у галузі матеріалів і покриттів допоміг стримати або послабити ерозію стволів. Попри це, загалом для будь-якого гарматного ствола існують чотири основні причини виходу з ладу: зношування та ерозія; втома матеріалу; пластична деформація каналу ствола; прорив газів/розрив ствола.

 

Останні два пункти вважаються катастрофічними відмовами. У першому випадку ствол зазнає пластичної деформації до такого ступеня, що його геометрія порушується, і подальша експлуатація стає небезпечною. Це може бути спричинено неправильним використанням або згорянням метальних зарядів, що викликає аномальне підвищення тиску в каморі. Другий випадок полягає в утворенні тріщини через усю товщину ствола, внаслідок чого під час стрільби відбувається прорив газів. Це може призвести до ще серйознішого руйнування, якщо матеріал, використаний для виготовлення ствола, є надто крихким.

 

Зрозуміло, що гарматні стволи, які експлуатуються відповідно до встановлених процедур і регулярно проходять огляд, навряд чи зазнають несправностей. Проте зношування та ерозія є неминучими. На процес ерозії та зношування впливають два чинники: температура та швидкість снаряда.

 

Порохові гази проштовхують снаряд уперед каналом ствола, долаючи зусилля врізання в нарізи ведучого пояска. Снаряд залишає дульну частину з великою швидкістю, тоді як гази розширюються й рухаються слідом за ним. Після цього цикл стрільби може повторюватися. Коли гарматний ствол здійснює постріл, він проходить термодинамічний цикл, подібний до циклу однотактного двигуна.

 

Характер зношування та ерозії часто локалізується на нарізах ствола, де матеріал зазнає змін мікроструктури через циклічний вплив високих температур. Найбільше зношування відбувається в каморі та дульній частині. Це пояснює, чому гармати, які зазнали катастрофічного руйнування, часто фотографують із пошкодженням поблизу казенної частини ствола. Очевидно, що це явище не обмежується лише російськими стволами.

 

Як уже зазначалося, гарматні стволи під час впливу гарячих продуктів згоряння зазнають значної термічної, хімічної та/або механічної деградації матеріалу каналу ствола. Якщо сталевий канал ствола не має захисного покриття, він повністю піддається дії цих гарячих газів, що може призвести до утворення термічно змінених шарів. Такі шари виникають як на поверхні каналу ствола, так і під нею. Це, своєю чергою, може призводити до «теплового розтріскування», яке характеризується появою поверхні, схожої на шкіру алігатора, а також до розтріскування самої поверхні каналу ствола. Обидві ці проблеми експоненціально посилюються при продовженні стрільби. Крім того, деградація повністю відкритої сталевої поверхні каналу ствола під впливом гарячих газів може спричиняти термохімічні пошкодження під час стрільби, що веде до газоерозійного зношування.

 

Щоб запобігти цьому, канали стволів покривають захисним шаром, здебільшого на основі хрому. Однак якщо це покриття пошкоджується, сталь частково оголюється та піддається впливу гарячих газів, що утворюються під час стрільби, унаслідок чого в покритті та гарматній сталі виникають тріщини й раковини.

 

Як і у випадку з незахищеним каналом ствола, термічні пошкодження можуть спричиняти утворення зон термічного впливу на поверхні й під поверхнею оголеного матеріалу основи, що призводить до «теплового розтріскування» та мікротріщин пластинчастого типу в покритті каналу ствола й самій сталі. Подальша стрільба викликає усадку покриття каналу ствола та розширення згаданих «теплових» тріщин.

Термохімічне пошкодження сталевого каналу ствола спричиняється деградацією частково оголеного інтерфейсу між покриттям і матеріалом основи під впливом гарячих газів. Це призводить до прискорення ерозії, утворення мікрораковин, а також раптового відшарування, сколювання й здирання захисного покриття.

 

Необхідність заміни ствола залежить від матеріалів та їхніх властивостей опору руйнуванню, або, простіше кажучи, від енергії, що вивільняється під час утворення тріщини. Чим довша тріщина, тим більше енергії вивільняється. Цей процес неможливо зупинити, але його можна спостерігати та вимірювати; отримані оцінки використовуються для визначення максимальної кількості снарядів, які можна випустити з кожного ствола.

 

Поширеною є думка, що гармати XX століття могли вести стрільбу безперервно, на відміну від сучасних «примхливих» систем. Дослідження доводять протилежне.

 

Ресурс ствола (у країнах НАТО) вимірюється не просто кількістю пострілів, а через еквівалент повного заряду (EFC). Різні типи боєприпасів по-різному зношують ствол. Постріл максимальним зарядом дорівнює 1 EFC, тоді як слабші заряди можуть становити лише 0,2 або 0,5 EFC. Якщо раніше стандартом для гаубиць вважалися 2500 пострілів, то сучасні технології здійснили справжній прорив. Сучасна гаубиця здатна виконати до 5000 пострілів при використанні стандартних зарядів. Більше того, досвід російсько-української війни продемонстрував неймовірну живучість західних стволів: зафіксовані випадки, коли одна гармата здійснювала понад 17 000 пострілів без заміни ствола, працюючи переважно на максимальних зарядах. Для порівняння, під час Другої світової війни 155-мм гаубиця M1 могла здійснити близько 1500 пострілів снарядами, подібними за масою до сучасного M107.

Шановні читачі, якщо моя писанина вас зацікавила – можете докинути трошки на книжечки https://www.buymeacoffee.com/andrijkhar9

Приватбанк: 5168 7456 7352 6783