Длинный или короткий?

XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Длинный или короткий?

Боровской С.В. 1
1МОУ СОШ №1
Романенко М.Н. 1
1МОУ СОШ №1 г. Тихвин
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Недавно я побывал в военно-историческом музее артиллерии. В историческом зале я видел старинную пушку 16 века под названием «Змея». Это была самая длинная пушка в то время (5 метров). Среди орудий под открытым небом я увидел самоходную минометную установку ОКА 2Б1, у которой дуло длиной 20 метров. Я узнал, что таких орудий было выпущено всего 4. Больше длинноствольных пушек я не увидел. Мне стало интересно, почему не выпускают орудия с очень длинными стволами. Ведь известно, чем длиннее дуло, тем точнее и дальше выстрел.

Главный вопрос моего исследования: почему так мало пушек с очень длинными стволами?

Объектная область исследования: оружие и система вооружения.

Объект исследования: длинноствольные пушки.

Предмет исследования: пушечный ствол.

Цель исследования: выяснить, почему в Российской армии не используют пушки с очень длинными стволами?

Задачи: -описать, что такое пушка и из чего она состоит;

- найти и описать, какими преимуществами и недостатками обладает длинный ствол;

- попробовать изготовить из пластилина длинный ствол так, как это делают на современном производстве.

Гипотеза: я думаю, что пушки с очень длинными стволами не стоят на вооружении в нашей армии, т.к. их дорого и сложно изготовлять, также такие орудия неудобны в использовании.

Глава 1

Я считал, что чем длиннее дуло, тем дальше летит снаряд. Так, у меня была плевательная трубочка и это правило с ней срабатывало. Трубочка была сделана из корпуса шариковой ручки. Когда длина трубочки составляла полкорпуса ручки, бумажный снаряд летел не так далеко, как при длине во весь корпус ручки. Мне кажется, что артиллерийские орудия должны иметь очень длинные стволы, чтобы стрелять как можно дальше и точнее поражать цель.

Как только появились пушки, их изготовители задумывались над длиной ствола. Самая длинная пушка 16 века хранится в военно-артиллерийском музее в городе Санкт-Петербург. Длина ее ствола 5 метров. Эта пушка выстрелила всего 1 раз и неудачно. Ядро застряло в ее стволе. Возможно, заряда пороха оказалось недостаточно, чтобы вытолкнуть ядро из ствола, возможно, сам ствол имел неровности.

Как стреляли первые пушки? Они стреляли ядрами. Ядро выталкивалось из ствола пушки при помощи пороховых газов. Порох и ядро закладывались в дуло пушки (рис.1). Порох поджигался через запальное отверстие в основании пушки. Дальность выстрела зависела от длины ствола,массы ядра и количества пороха. Точность выстрела зависела от мастерства пушкаря. Рис. 1 /2/

На вооружении в российской армии находятся самоходные гаубицы 2С7 «Пион» и ее модернизированная версия 2С7М «Малка», у которых длина ствола 55,3 калибров, что составляет 11 метров. Дальность выстрела 47 км. Кучность выстрела до 1 метра. Это самые длинноствольные орудия. Почему нет еще более длинных стволов у наших пушек? Чтобы ответить на этот вопрос, надо рассмотреть, что происходит со стволом во время выстрела, при его использовании и изготовлении.

Как стреляют современные пушки? Они выстреливают снарядами (рис.2 и 3). Снаряд состоит из снаряда и гильзы, внутри которой порох. На дне гильзы – капсюль. Это специальная камера с химической смесью, которая возгорается от удара. От огня в капсюле возгорается порох и выталкивает из гильзы снаряд. Сила выталкивания должна быть такой, чтобы снаряд вылетел из ствола и пролетел необходимое для поражения цели расстояние. Чем длиннее ствол пушки, тем мощнее должен быть пороховой заряд. Такие снаряды будут много весить, что затруднит из подачу и транспортировку.

 

Рис. 2

Рис. 3

Посмотрим, как утроена современная пушка (рис.4). Дуло закреплено в казённике, в казеннике есть клин, который закрывает дуло, когда в нем снаряд. Когда срабатывает спусковой механизм, ударник ударяет по капсюлю снаряда, происходит выстрел. Выстрел – это сильный удар. При этом само орудие откатывается назад. Чтобы ствол совсем не вылетел из казенника и люльки, его удерживает откатник. Откатник – это масленый амортизатор, который удерживает и возвращает ствол в исходное положение. Ствол также вибрирует. Как это происходит, можно понять, если провести такой эксперимент. Закрепим длинную металлическую палку в горизонтальной поверхности, затем сильно по ней ударим внизу. Такой удар испытывает ствол во время выстрела. Палка начнет раскачиваться в стороны (рис. 5). Представим, что так раскачивается ствол, тогда снаряд может не попасть в цель, т.к. направление выстрела будет меняться. Кучность выстрела будет низкой. /1/

Рис. 5

Я прочитал, что инженеры научились гасить, т.е. убирать колебания ствола. Ствол делается конусовидным (рис.6). Длина ствола рассчитывается специальным образом, чтобы колебания при срезе выстрела, это линия окончания ствола, сходились в центральную точку. Тогда кучность выстрела не пострадает. Значит для современных инженеров длина ствола не помеха.

Рис. 6 /4/

Возможно помеха – это вес ствола. Чем длиннее ствол, тем больше металла уходит на его изготовление, тем тяжелее он будет. Тяжелый ствол трудно закрепить в казеннике. Часто такой ствол требует подпорки. Откатник, механизмы, которые меняют градус ствола при выстреле, должны быть более мощными, сложными в устройстве. Это усложняет процесс изготовления орудия. Само орудие становится тяжелым, значит менее подвижным, не везде проходимым. Это называется низкая мобильность орудия. В настоящее время требуются, наоборот, высокомобильные орудия.

Легко ли изготовить длинный ствол? Я узнал, что стволы отливают целиком из высококачественного металла. Для этого нужны специальные длинные прокатные станки (рис.7), большие заводские помещения. Длинный кусок металла прокатывается между волками. Волки крутят заготовку, и она принимает цилиндрическую форму. Чем длиннее ствол, тем труднее его изготовить ровным методом прокатки. После остывания металла в длинном цилиндре просверливается отверстие определенного диаметра. Именно этот диаметр и определяет калибр орудия. Для этого используют специальные твердые сверла для глубокого сверления (рис.8). Такие сверла дороги в изготовлении, т.к. делаются из высокопрочного металла, часто используются только 1 раз. Кроме того, просверлить ровное дульное отверстие очень трудно. Сверло уводит в сторону. Почему это происходит? Дело в том, что структура металла внутри цилиндрической заготовки неодинаковая.

Рис.7 Рис. 8

Мы знаем, что металл как вещество имеет кристаллическую решетку (рис.9). Все молекулы в этом веществе расположены в определенном порядке. Этот порядок с внешней и внутренней стороны ствола разный. Металл ствола остывает неравномерно. Сначала остывает внешний слой ствола, потом внутренний. Из-за разной скорости остывания молекулы соединяются друг с другом по-разному, значит плотность металла становится разной. Сверло пойдет там, где плотность металла меньше, т.к. такой металл легче поддается сверлению. Определить, где именно плотность металла будет меньше, невозможно. Поэтому всегда есть риск, что отверстие не получится ровным и ствол будет испорчен.

рис.9 /3/

Любое дуло имеет свой срок службы. Он определяется по количеству производимых им выстрелов. С каждым выстрелом ствол изнашивается из-за того, что пороховые газы имеют очень высокую температуру. Они разогревают ствол пушки. Если темп стрельбы высок, то ствол даже не успевает остыть. Также на дульное отверстие воздействует большая сила трения. Чем длиннее ствол, тем больший снаряд ему нужен, тем сильнее сила трения. Следовательно длинные стволы изнашиваются быстрее, чем короткие. Обычно такие стволы рассчитаны на 200 выстрелов. /5/ орудия с такими стволами обладают низкой живучестью.

Итак, я выяснил, что длинный ствол обладает одним преимуществом – дальность стрельбы. Однако, недостатков такой ствол имеет больше. Во-первых, это вес ствола, что делает орудие маломобильном, малопроходимым. Во-вторых, дороговизна изготовления ствола. При этом затраты на изготовление длинного ствола не окупаются, т.к. ствол используется недолго. Это называется нецелесообразность. В-третьих, обслуживания орудия с длинным стволом дорого: огромные, тяжелые снаряды дороги в изготовлении, их трудно привезти к орудию.

Глава 2

Мне захотелось самому на практике выяснить, насколько трудно изготовить ствол методом прокатки и глубокого сверления. Для этого я решил изготовить дуло самоходной минометной установки ОКА 2Б1 (рис. 10) в масштабе 1:100. У этого самоходного орудия длина ствола 20 метров калибр 420 мм, я решил изготовить дуло 20 см из затвердевающего пластилина, калибром 0,42 см.

рис.10. /6/

Пластилин мягкий, однако, имеет большую плотность, чем расплавленный металл, поэтому прокатка волками не удалась. Мне пришлось катать цилиндр руками по ровной поверхности, растягивая его к сторонам. Было трудно скатать ровный цилиндр по всей длине. Он утончался в середине и к концам. Долго катать и выравнивать я не мог, т.к. пластилин затвердевал и при растяжении трескался. Сделать ровный срез дула ножом также оказалось непросто. Все время требовалась шлифовка. Идеально ровный ствол я скатать не смог, но постарался сделать его как можно более гладким и ровным. Думаю, что после прокатки ствол шлифуют, т.е. выравнивают по всей длине специальные станки. Я делал это приглаживающими движениями пальцев. Далее я дал пластилину затвердеть. На это ушло более 10 часов.

Теперь нужно было просверлить отверстие. Я планировал сделать это при помощи папиной дрели. Выяснилось, что сверла длиной 21 см и диаметром 0,42 см у папы нет. В продаже такого сверла тоже не оказалось. Продавец-консультант в магазине объяснил мне, что свёрла такой длины нужны для работы по бетону. Тонкое сверло просто сломается, если им сверлить бетон. Или же сталь у такого сверла должна быть очень прочная. Стоить такое сверло будет очень дорого, поэтому такие свёрла не изготовляют для использования в домашних условиях.

Тогда я решил заменить сверло палочкой для суши нужного мне диаметра. Крутящими движениями я стал вдавливать палочку в центр цилиндра. Четверть пути палочка шла легко, потом ее стало проталкивать тяжелее. Рукой приходилось удерживать ствол так, чтобы палочка проходила по центру, иначе её уводило в сторону. Я просверлил цилиндр насквозь. Однако, вынуть палочку из ствола я смог только с помощью плоскогубцев. Вместе с палочкой наружу выходил пластилин, тот который палочка выталкивала. Когда я вынул палочку, то сквозного отверстия не обнаружил. Такое отверстие получилось только после того, как я 11 раз протащил палочку сквозь цилиндр, каждый раз при этом палочка выходила с пластилином. Вот почему сверло глубоко сверления имеет специальные отверстия, через которые с водой выводится отработанный металл.

Всё же мне хотелось просверлить отверстие в дуле сверлом, как это делается на заводе. Я нашел у папы сверло диаметром 5 мм и длиной 5 см, что было немного больше нужного мне диаметра, но я решил его применить. Я изготовил из такого же пластилина короткое дуло 5 см. Дал пластилину затвердеть и начал сверление.

Сверлить было трудно, сверло уходило в сторону. Когда я досверлил до конца ствола и вынул сверло, наружу также вышел отработанный пластилин. Сквозного отверстия не получилось. Я просверлил еще 4 раза с разных сторон заготовки, но сквозного отверстия не было. Свело плохо выбирало отработанный пластилин. Мне пришлось крутить сверло руками, чтобы вынуть остатки пластилина и получить сквозное отверстие. В результате отверстие в стволе получилось диаметром больше, чем 5 мм, края неровные, отверстие расположено не по центру ствола.

Я также просверлили отверстие в коротком дуле сверлом вручную. Свело легче проходило сквозь цилиндр, т.к. оно острое и хорошо прорезает пластилин. Рукой также приходилось подправлять дуло, чтобы сверло шло ровно по центру. Вместе со сверлом также выходил вырезанный пластилин. Сквозное отверстие получилось сразу, но не ровное. Поэтому я еще 2 раза провел сверло сквозь цилиндр. Отверстие получилось нужного диаметра.

Итак, я попробовал изготовить длинный ствол из пластилина. Мне было трудно сохранить нужный диаметр заготовки ствола на протяжении всей ее длины, при прокатывании пластилина. Сверлить дрелью я не смог, из-за отсутствия длинного сверла (его дороговизны). Сверление короткого ствола оказалось сложным, ствол был испорчен. Сверление вручную не привело к идеально ровному дулу.

Таким образом, я на практике убедился на сколько сложно изготовить длинный ствол. Это занимает много времени, т.к. пластилин застывает долго, отверстие не получается с первого раза. Это также требует денежных затрат: длинное и тонкое сверло дорого стоит.

Заключение

В моем исследовании я хотел выяснить, почему в Российской армии мало артиллерийских орудий с длинными стволами? Я предположил, что это из-за того, что длинные стволы сложны и дороги в изготовления, а орудия с такими стволами неудобны в использовании.

Я изучил, как устроены современные пушки, как происходит выстрел, что происходит со стволом во время выстрела, как изготавливается ствол. В ходе исследования я понял, что длинноствольные орудия имеют больше недостатков, чем преимуществ. Эти недостатки связаны с производством и эксплуатацией таких стволов. Производить пушки с длинными стволами для нашей армии не выгодно: затраты на их производство не окупаются.

Кроме того, я сам попробовал изготовить ствол для минометной установки ОКА 2Б1. Я изготавливал модель ствола в масштабе 1:100 из затвердевающего пластилина. Сделать отверстие в модели ствола сверлом я не смог из-за отсутствия сверла и невозможности его приобрести. Сверление отверстий в коротких стволах (вручную и автоматически) привело к браку. Дула получились неровные, отверстия отклонились от центра.

Таким образом, моя гипотеза полностью подтвердилась: пушки с очень длинными стволами не стоят на вооружении нашей армии, поскольку дороги и сложны в изготовлении и неудобны использовании. Что касается дальности стрельбы, то сегодня есть артиллерийские орудия, дальность стрельбы которых сотни километров, но стреляют они не снарядами, а ракетами. Выходит, что очень длинные стволы не нужны.

Список литературы:

  1. Военный энциклопедический словарь/ Пред. Гл. комиссии С.Ф. Ахромеев. – М.: Воениздат, 1986. – 863с.

  2. Хохлов И.В. Новгородская крепость: путеводитель-игра. – СПб.: Изд-во «Фордевинд», 2018. – 48с.

  3. https://yandex.ru/images/search?text=%D0%BA%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F%20%D1%80%D0%B5%D1%88%D0%B5%D1%82%D0%BA%D0%B0%20%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D0%B0%20%D1%84%D0%BE%D1%82%D0%BE&stype=image&lr=10892&source=serp&p=2&pos=140&rpt=simage&img_url=http%3A%2F%2Fprezentacii.org%2Fupload%2Fcloud%2F19%2F0

  4. https://topwar.ru/24778-vibracii-stvola-v-moment-vystrela-zapiski-tehnarya.html?ysclid=lbq9kyb2j5108593723

  5. https://yandex.ru/images/search?text=%D1%81%D1%80%D0%BE%D0%BA%20%D1%81%D0%BB%D1%83%D0%B6%D0%B1%D1%8B%20%D0%B0%D1%80%D1%82%D0%B8%D0%BB%D0%BB%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B9%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B3%D0%BE%20%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D0%BB%D0%B0&stype=image&lr=10892&source=serp&pos=1&img_url=http%3A%2F%2Fwiki.gcdn.co%2Fimages%2Fc%2Fc1%2FDadca86f7ef0a9c75fa6dfc280268677.png&rpt=simage

  6. https://yandex.ru/images/search?text=%D0%BE%D0%BA%D0%B0%202%D0%B11&lr=10892&pos=47&img_url=http%3A%2F%2Foperatorchan.org%2Fv%2Fsrc%2F145800238232.jpg&rpt=simage

Приложение 1.

Мой словарь терминов.

  1. Амортизатор – устройство с пружинкой, которое гасит колебания.

  2. Артиллерия – род войск, которые вооружены огнестрельными орудиями такими, как пушки, гаубицы, минометы.

  3. Волки – части прокатного станка. Это цилиндры, которые крутятся и заставляют крутится металлическую заготовку. Так заготовка превращается тоже в цилиндр.

  4. Гаубица – мощная пушка, которая стреляет по целям, которые невидно.

  5. Живучесть орудия – сколько времени орудие может работать без ремонта.

  6. Калибр – это диаметр отверстия в стволе. Это основная характеристика артиллерийского орудия. Чем больше калибр, тем мощнее снаряд.

  7. Кучность выстрела – это сколько раз ты сможешь попасть в одну и ту же цель или рядом с нею.

  8. Темп стрельбы – скорость, с которой снаряды один за другим вылетают из ствола пушки.

Приложение 2

Чем гаубица отличается от пушки?

Гаубица – это мощная пушка. Она имеет более длинный ствол, чем пушка, более тяжелые снаряды. Траектория полета снаряда навесная. Стреляет по скрытым целям, т.к. дальность стрельбы до 50 км. Гаубица стреляет по координатам.

Пушка – орудие, которое стреляет прямой наводкой, т.е. по видимой цели, хотя может стрелять и по координатам. Траектория полета снаряда навесная, дальность стрельбы до 30км.

Просмотров работы: 11