Продолжение цикла статей из жж Андрея Фирсова.
Текст Анатолия Сорокина
В третьей части нашего рассказа про ствольную группу 107-мм пушки М-60 было установлено, что баллистическое решение этой артиллерийской системы было дальнейшим развитием такового у «старой доброй» 107-мм пушки обр. 1910/30 гг., «в девичестве» 42-лин тяжёлой полевой пушки системы Шнейдера обр. 1910 г. Тот же калибр, та же «25-калиберная» крутизна хода нарезов, та же осколочно-фугасная граната ОФ-420. Модификации, с точки зрения внутренней баллистики, подверглись всего три вещи: увеличились число нарезов (было 32, стало 40), длина нарезной части ствола (было 3314 мм/31 клб, стало 3680 мм/34,5 клб) и максимальное давление в каморе (было 2500 кгс/кв.см, стало 2650 кгс/кв.см).
Увеличение числа нарезов потребовалось для уменьшения нагрузок на ведущий поясок снаряда и боевые грани самих нарезов. Тем самым устранялась угроза разрушения ведущего пояска снаряда в канале ствола, ведущая к порче последнего и нештатному полёту первого. Также при большем количестве нарезов меньше изнашиваются от трения боевые грани и возрастает ресурс трубы ствола. На начальную скорость снаряда эта мера влияла достаточно слабо, причём при прочих равных «в минус»: чем больше площадь соприкосновения ведущего пояска снаряда с нарезами, тем больше сила сопротивления его движению на начальном его этапе. Но увеличение давления в каморе и длины нарезной части ствола с лихвой перекрывает этот фактор: у «старой тётушки Шнейдер» начальная скорость V0 гранаты ОФ-420 массой около 17,2 кг на полном заряде составляет 670 м/с, а у пришедшей ей на смену М-60 – 737 м/с.
Соответственно табличная дальнобойность при нормальных условиях возросла с 16130 м у 107-мм пушки обр. 1910/30 гг. до 18130 м у М-60. Напомним, что в отечественной артиллерийской практике нормальными условиями считаются новое орудие, соответствующий чертежу снаряд штатной массы, заряд штатного состава температурой +15 градусов Цельсия, отсутствие наклона цапф люльки орудия, цель на горизонте орудия. В этот набор нормальных условий также входят метеорологические параметры: температура воздуха у поверхности также +15 градусов Цельсия, атмосферное давление 750 мм рт. ст., обе этих величины меняются с увеличением высоты по определённому закону, ветер отсутствует на всех высотах.
107-мм пушка М-60 в экспозиции Военно-исторического музея артиллерии, инженерных войск и войск связи в г. Санкт-Петербурге
Обязательно стоит заметить, что помимо увеличения начальной скорости немалую роль в повышении дальнобойности сыграло кардинальное изменение конструкции лафета. У старенькой мадам Шнейдер угол возвышения ствола ограничен 37 градусами, а максимальная дистанция стрельбы достигается при угле бросания в 45 градусов, которые и являются соответствующим пределом угла возвышения пришедшей ей на смену пушки М-60.
Улучшилась по сравнению с системой обр. 1910/30 гг., хотя и не намного, гибкость выбора траекторий поражения цели. Вместо двух градаций мощности метательного заряда под снаряд ОФ-420 у старой пушки (заряды полный с V0 = 670 м/с и уменьшенный с V0 = 580 м/с) новое орудие получило три (заряды полный с V0 = 737 м/с, первый с V0 = 630 м/с и второй с V0 = 525 м/с). Однако у М-60 при той же дальности огня на разных зарядах углы падения снаряда отличались ненамного (например, на 10 км у полного и первого зарядов он приблизительно равен 25 градусам, у второго – 32 градуса). Это не давало сколь-нибудь существенного выигрыша в поражении открыто расположенных и укрытых целей, но позволяло более экономно расходовать ресурс ствола орудия. Он был рассчитан на 2500 выстрелов на полном заряде, при использовании первого и второго зарядов износ канала ствола существенно уменьшался: 100 выстрелов на полном заряде были равноценны 160 выстрелам на первом и 290 выстрелам на втором заряде.
Также стоит отметить, что в отличие от новых 122-мм и 152-мм гаубиц, которые могли использовать выстрелы более старых систем своих калибров, 107-мм пушка М-60 таким свойством не обладала. Из неё нельзя вести огонь выстрелами от 107-мм пушки обр. 1910/30 гг. 423-го семейства, к стрельбе дозволены только предназначенные для М-60 выстрелы 425-го семейства по индексу ГАУ. Преемственность между этими системами в плане боеприпасов ограничивалась основными осколочно-фугасным снарядом ОФ-420 и бронебойным снарядом Б-420, а также зажигательным снарядом З-420. Для мадам Шнейдер имелось много других типов снарядов специального назначения старых и новых типов, однако с М-60 они не применялись.
Но не только дальнобойностью и номенклатурой используемых боеприпасов характеризуется ствольная группа орудия. Не будет особой пользы от очень высокой максимальной дистанции огня некоей артиллерийской системы, если велик разброс точек падения выпущенных из неё снарядов. Иными словами, чем выше её кучность боя, тем лучше. Однако этот параметр для орудия целиком определяется не только конструктивными особенностями ствольной группы, характеристиками снаряда и метательного заряда, но и устройством лафета. Рассмотрим этот вопрос чуть более подробно.
Неизбежные малые отклонения массы и формы снаряда, а также количества и энергетических свойств пороха метательного заряда от их табличных значений порождают разброс в начальной скорости выпущенного из артиллерийской системы боеприпаса. Это, в свою очередь, приведёт к «дрожанию» дальности полёта снаряда около табличного значения даже при полностью неподвижном стволе орудия. Но последний не является абсолютно твёрдым телом, поэтому даже при безупречной фиксации оси цапф люльки по направлению он будет вибрировать в процессе выстрела от возникших внутри него ударных нагрузок. В результате этих вибраций малые отклонения от желаемого значения испытывает не только модуль вектора начальной скорости снаряда, но и его направление.
Как упоминалось ранее, для 107-мм пушки М-60 ситуация с дрожанием ствола при выстреле на малых углах возвышения усугубляется вывешиванием верхнего станка её лафета относительно нижнего станка на тарельчатых пружинах Бельвиля. Такое конструктивное решение позволяет значительно уменьшить усилие со стороны наводчика на маховике поворотного механизма при горизонтальной наводке ствола. Тем самым облегчается боевая работа этого номера расчёта, однако вывешенная вращающаяся часть орудия отрицательно сказывается на кучности его боя, особенно применительно к дальности. Отсутствие жёсткой связи между верхним и нижним станками с наличием между ними упругого элемента приводит к дополнительной раскачке ствола, в основном по углу возвышения. Рассмотрим данные из таблиц стрельбы 107-мм пушки М-60 по её кучности боя, которые сведены в следующую таблицу:
Читатели, знакомые с сутью показанных в таблице величин могут смело пропустить этот и последующий абзацы, а для людей, впервые встретившихся с такой «цифирью», покажем, что ничего заумного в ней нет. Например, что значит, что при стрельбе из 107-мм пушки М-60 снарядом ОФ-420 на полном заряде на дальность 1000 м вероятные отклонения по дальности, высоте и фронту равны 37, 0,4 и 0,2 м соответственно? Всё достаточно просто: при достаточно большом числе выстрелов (больше 10 на практике) в интервал по дальности от 1000-37=963 до 1000+37=1037 метров попадёт около половины выпущенных снарядов. Если число выстрелов стремится к бесконечности, то процент попавших в этот интервал снарядов будет точно равен 50. Более того, строгие математические расчёты показывают, что все выпущенные снаряды попадут в диапазон по дальности от минус до плюс 4 Вд. В нашем случае – от 1000-4*37=852 м до 1000+4*37=1148 м, причём у краёв этого диапазона попадания будут весьма редкими, а их большинство будет тяготеть к его центру.
То же самое и по остальным величинам, только тут легче представить себе большой вертикальный полотняный щит, который снаряд пробивает, оставляя в нём дырку, и, не взрываясь, летит себе дальше. Как будут распределены дырки по этому щиту? Они будут тяготеть к центральной точке области попаданий, причём их разброс по высоте будет больше, чем в боковом направлении. Если Вд = 0,4 м, то по высоте около половины дырок будет в горизонтальной полосе плюс-минус 40 см от высоты центральной точки, а Вб = 0,2 м значит, что опять же около половины дырок очутится в вертикальной полосе плюс-минус 20 см от всё того же центра области попаданий. Для дальнейшего знакомства с темой автор рекомендует залезть в увлекательнейшую область математики – теорию вероятностей, где всё вышеизложенное следует из свойств нормального (по-иному гауссова) распределения случайных величин. А помимо этих важных в артиллерийской науке вещей можно подсчитать шансы выигрыша в лотерею, рулетку, орлянку и узнать много всего прочего интересного.
Закончив с кратким экскурсом в теорию вероятностей, возвращаемся к нашей 107-мм пушке М-60. Показанные в таблице данные и разобранный выше пример как раз свидетельствуют о том, что при малых углах возвышения раскачка в вертикальной плоскости всей вращающейся части орудия была более чем существенной и самым отрицательным образом влияла на точность огня. Как видим, на полном заряде рассеивание по дальности на полном заряде на дистанции 1 км такое же, как на 11 км с лишним! При увеличении угла возвышения появляется вертикальная проекция силы отдачи, которая прижимает вывешенный верхний станок к нижнему и сводит обусловленные этим колебания качающейся части пушки М-60 на нет, чем и обуславливается минимум Вд около значения дальности 5 км. При дальнейшем задирании ствола вверх эта характеристика начинает вновь начинает увеличиваться за счёт постоянно набегающего разброса из-за вариаций начальной скорости снаряда. Существенным это явление было и на первом заряде, только на наименее мощном втором зависимость Вд от дистанции стрельбы приобретает монотонный характер, т. е. энергия отдачи от выстрела здесь недостаточна для заметной раскачки вращающейся части орудия.
Сразу же возникает вопрос: а можно было сделать лучше, как с этим дело обстояло у других близких по баллистическим свойствам орудий? Такие данные есть для предшественницы – мадам Шнейдер обр. 1910/30 гг. и аналога со стороны противника – 10 cm schwere Kanone 18. Последняя как взятый на поле боя трофей вполне себе штатно служила и в Красной Армии под названием 105-мм немецкая тяжёлая пушка обр. 18. Для неё таблица вероятных отклонений для разрывного снаряда обр. 19 (SprGr.19) имеет следующий вид:
Как видим, у немецкой пушки s.K.18 на среднем заряде с начальной скоростью, относительно близкой к нашему орудию М-60 на полном заряде, нет минимума Вд, а кучность по Вв и Вб чуть лучше таковой у отечественной системы. Причиной тому как раз и является устройство лафета s.K.18, где верхний станок соединяется с нижним несколько по-другому, чем у М-60 (в частности там есть нижний захват, которого нет в нашей конструкции) и колебания по углу возвышения при выстреле если и существуют, то такие, что практически не влияют на характеристики рассеивания ствольной группы.
В результате сделать всё орудие лучше в плане кучности его боя было можно, а потому удачным лафет М-60 особо не назовёшь, впрочем, как и лафет 122-мм гаубицы обр. 1938 г. (М-30), который обладал той же особенностью. Но указанное негативное явление уходило при утяжелении вращающейся части системы, например у 152-мм гаубицы обр. 1943 г. (Д-1) всё с тем же вывешиванием верхнего станка относительно нижнего оно было практически не выражено. Несмотря на значительную энергию отдачи шестидюймовой ствольной группы, её большая масса (т. е. инерция) не позволяла существенно раскачать ствол во время выстрела. Но такой путь требует виртуозности от конструкторского коллектива, чтобы общая масса системы была в пределах допустимого. Что сумели сделать в 1942–43 гг., было в довоенное время очень трудно реализуемым, а может быть и вообще невозможным. Собственного опыта в разработке лафетов тогда было недостаточно, к тому же кое-где чувствовалось заимствование зарубежных технических решений, которые либо сами не являлись идеальными, либо их перенос на отечественные условия производства порождал новые проблемы.
Стоит заметить, что наша 107-мм пушка М-60 уступает немецкой 105-мм s.K.18 в табличной дальнобойности более сильно, чем показывают числовые данные. Здесь «собака порылась» в разнице нормальных условий, для которых рассчитываются таблицы стрельбы. В вермахте была принята более низкая табличная температура метательного заряда (+10 градусов Цельсия) и более высокое атмосферное давление (760 мм рт. ст.) по сравнению с теми же величинами, принятыми в Красной Армии (+15 градусов Цельсия и 750 мм рт. ст. соответственно). При учёте этого обстоятельства в нашей «системе координат» дальнобойность s.K.18 превысит немецкие табличные 19 км. Правда ценой за такое преимущество являлось неудобство пользования большим зарядом: пучок №3 для него поставлялся отдельно, и его требовалось докладывать в скомпонованный в гильзе заряд, с возможностью его отсутствия в нужное время в нужном месте. Наш полный заряд для 107-мм пушки М-60 был собран в гильзе «по умолчанию» в составе полностью комплектного выстрела в транспортной укупорке (специального деревянного ящика под эту задачу).
С другой стороны, 107-мм пушка М-60 отыгрывается куда лучшей кучностью боя на дистанциях огня, близких к предельным (на 18 км у неё Вд=58 м против 91 м у «немки»). Причиной является более тяжёлый снаряд ОФ-420 по сравнению со SprGr.19: на него меньше влияют допустимые в производстве вариации массы, как его, так и метательного заряда, а также воздействия со стороны атмосферы Земли при его полёте. Из-за этого обстоятельства в вермахте 105-мм пушка s.K.18 не была особо популярной в роли средства дальней контрбатарейной борьбы: рассеивание снарядов слишком велико, для надёжного поражения цели требовалось много выстрелов, сильно изнашивающих ствол орудия.
В завершение баллистической темы ствольных групп близких по своим характеристикам орудий рассмотрим, как с этим дела обстояли у старенькой мадам Шнейдер – 107-мм пушки обр. 1910/30 гг. на однобрусном лафете с единственным станком без вращающейся части как таковой (точная горизонтальная наводка у этой системы осуществлялась путём скольжения всего станка по боевой оси колёсного хода). Данные для неё представлены в следующей таблице:
Здесь кучность боя на малых дистанциях в разы лучше, чем у М-60: ствол в люльке у мадам Шнейдер жёстко закреплён в цапфах станка, а тарельчатые пружины Бельвиля, которые смягчают удар оседающего при выстреле на боевую ось станка, не способны раскачать последний: уж больно он массивен. Однако новая система «берёт своё» по кучности боя на дистанциях стрельбы, близких к предельным. Тут играют роль два фактора. Первый из них относится к внешней баллистике: из-за более высокой начальной скорости её снаряд летит до цели быстрее и по более короткой траектории с меньшей крутизной. Как следствие, случайные атмосферные воздействия на него, отклоняющие его от желаемой точки, оказывают не столь сильное влияние, как на такой же, но более медленный снаряд старого орудия. А второй фактор уже из области внутренней баллистики: ствол у М-60 имеет хоть и похожее, но отличное устройство от ствола пушки обр. 1910/30 гг. Также за время, прошедшее от модернизации мадам Шнейдер до появления её наследницы постоянно совершенствовались технологии изготовления метательных зарядов. Как результат, разброс начальных скоростей и углов бросания у новой системы при выстреле был куда меньше, чем у старой при одном и том же снаряде. На малых углах возвышения он замаскировывался «дрожащим» влиянием лафета, а на больших, когда силой отдачи верхний станок М-60 плотно прижимался к нижнему станку, это обстоятельство уже не играло никакой роли.
Так что весьма хорошие баллистические характеристики собственно ствола 107-мм пушки М-60 были на малых дистанциях существенно ухудшены устройством её лафета. Увы, но такое в конструкторской практике случается, а в Главном артиллерийском управлении в то время на этот фактор не обратили особого внимания: не для коротких дистанций стрельбы это орудие предназначено. Только опыт Великой Отечественной войны показал, что для артиллерийской системы не должно быть «хороших» и «плохих» дальностей, она должна хорошо поражать цель в любых условиях.
Под конец этой части два замечания.
1) Приведённые в таблицах данные относятся к новому орудию в идеальных условиях. Если по вероятным отклонениям рассчитать вероятность попадания в некоторую область, то она будет очень трудно достижимым пределом возможностей орудия. А на практике надо быть готовым к тому, что даже при верных огневых установках эта вероятность попадания будет гораздо хуже вычисленной по данным из таблиц стрельбы, вплоть до двух раз. Поэтому у артиллеристов есть методики, как с учётом этого обстоятельства скорректировать в большую сторону планируемый расход боеприпасов на поражение заданной цели.
2) При всей важности ствола и его баллистических свойств – они не самоцель, они лишь средство доставки «подарков» противнику и эффективность системы в целом определяется не только точностью этой самой доставки, но и поражающими возможностями её боеприпасов. Но об этом уже в следующий раз.
