Большому флоту — большую торпеду. ДАРПА. Часть 1.
К серии «Король пушек» как-то сама собой приросла побочная ветвь, которую я и представляю на Ваш суд, уважаемые коллеги.
Погожий весенний день. 1900 год. Адмиралтейство, кабинет Очень Важной Персоны.
— Господа, сложившееся положение нетерпимо. Даже у китайцев теперь миноносцы лучше чем у нас. Даже у китайцев! 33 узла, представляете? Свяжитесь с Shihau, постарайтесь купить у них патент. Свяжитесь и с англичанами, как она там, Мальвиния? Трубадурия?
— Турбиния, Ваше Высочество.
— Да! Турбиния! Немедленно начать переговоры. Пусть продадут патенты, строить будем сами.
— Они не продадут, Ваше Высочество. Работы над турбинами ведут во Франции Лаваль и в Англии — Парсонс, недавно в Америке начал Кертис. Первые два — патриоты, последний хочет все строить сам.
— Ну, не мне вас учить, голубчик. Не продадут нам, так вы уж как-нибудь по своим каналам добудьте их секреты и передайте нашим мастерам из ДАРПА, пусть создадут такую же машину, пусть создадут машину лучше, чем у них! Тогда и по патентному праву вопросов не будет.
Что же это за ДАРПА, которую упоминает Алексей Александрович? О, это отдельная история, и началась она давно…
19 января 1897 года. Петрозаводск, Опытный механический завод. Рождение ДАРПА
За окном холодный ветер настойчиво нес пургу, а в просторном кабинете в изящном здании за высоким забором было тепло и уютно.
Адмирал Андрей Александрович Попов
— Итак, господа, я собрал вас здесь, чтобы вы могли приступить к научным изысканиям, на благо России направленным. Творите, исследуйте, разрабатывайте, но имейте в виду, что все ваши работы должны проходить в строгой секретности, никакой публикации результатов, никаких книг, никаких газет. Ваши имена узнает весь мир только тогда, когда созданные вами машины обрушат смерть на головы тех солдат, кто посмеет напасть на благохранимое наше Отечество. В вашем распоряжении мастерские, полигоны, лаборатории, библиотека. Можете заказывать приобретение любых книг, журналов, любых образцов зарубежной техники, можете в своих работах применять любые патентные решения из любых стран – главное результат. Можете браться за самые смелые начинания – работы будут профинансированы, и даже если из дюжины начинаний удастся одно-два, страна получит прекрасное оружие. Ввиду чрезвычайной важности проводимых вами работ, простите великодушно, будут приняты беспрецедентные меры безопасности. Никаких бумаг отсюда выносить не дозволяется, круг лиц, с которыми можно обсуждать проводимые здесь работы, будет вам каждому вручен под подпись. Даже существование вашего отдела является государственной тайной, поэтому именоваться вы будете по заглавиям ваших имен: ДАРПА. (Дурляков Ростислав Августович, Александровский Иван Федорович, Рыкачёв Михаил Александрович, Попов Андрей Александрович, Аносов Алексей Павлович)
Дурляхер, Роберт Августович
Так началась широко известная в узких кругах работа прославленного своими творениями отдела ДАРПА. Одним из создавших им славу изобретений является созданная ими торпеда «45-12».
Мировая история самодвижущихся мин.
Создание самодвижущихся мин началось в середине XIX века.
Первые попытки создания мины с собственным двигателем, который обеспечивал бы ее движение к цели, предпринял в начале 1860-х гг. фрегатен-капитан австрийского флота Johann Luppis (Иоганн Луппис). Все они оказались безуспешными. Причина неудач Лупписа крылась в неправильном выборе типа двигателя. Для запуска своей мины австрийский офицер пытался использовать пружинный механизм, напоминавший часовой. В 1864 г. Луппис предложил английскому инженеру Роберту Уайтхеду (Robert Whitehead, 3 января 1823, Болтон — 14 ноября 1905, Шривенхем), главному управляющему механическими заводами в Фиуме (итальянском регенстве Карнаро, ныне хорватский город Риека), заняться дальнейшей реализацией его идеи самодвижущегося подводного снаряда.
Robert Whitehead
Именно с именем Уайтхеда связана история самодвижущихся мин XIX века.
В октябре 1866 г. в Фиуме состоялись испытания экспериментального образца нового оружия. Они потерпели неудачу, завершившись потерей опытной торпеды, траектория хода которой значительно расходилась с расчетной. Плавучий снаряд легко отклонялся от заданного курса, упрямо норовил двигаться по кругу, а глубина его хода колебалась в пределах до 8 метров. Несмотря на столь серьезные недостатки, техническая комиссия австрийского флота признала самодвижущуюся мину Уайтхеда пригодной — «после некоторой доработки» —для использования в военных целях.
На эксперименты, которые должны были сделать торпеду по-настоящему боеспособной, Уайтхед потратил еще несколько лет. Приемлемой точности хода по глубине ему удалось добиться за счет создания прибора под названием «гидростат». Гидростат измерял давление воды при помощи мембранного прибора, с помощью специального маятника автоматически передававшего управляющее отклонение на рули подводного снаряда, менявшие его дифферент.
Принцип управления торпедой при помощи гидростата
Причину кругового движения удалось выявить, ею оказалось влияние турбулентности, создаваемой винто. Установив два винта, вращавшихся в противоположные стороны, Уайтхед добился от своих мин довольно прямолинейного движения.
После всех этих усовершенствований в начале 1870-х гг. завод в Фиуме наладил серийный выпуск самодвижущихся мин.
Почти одновременно с Уайтхедом создавали собственные оригинальные конструкции торпедного оружия и другие изобретатели — англичанин Бреннан, немец Шварцкопф, американец Хоуэлл, русский Александровский.
Иван Федорович Александровский
Кстати, русский конструктор добился первых положительных результатов даже раньше Роберта Уайтхеда. Еще в 1865 г. он имел действующий образец торпеды, изготовленный кустарным способом. Этот неуправляемый снаряд веретенообразной формы можно было применять против кораблей, неподвижно стоявших на якоре. Но руководивший тогда морским министерством Николай Карлович Краббе счел подобный снаряд слишком дорогим и недостаточно эффективным. После того как Уайтхед продемонстрировал возможности своего оружия, Александровского вызвали и разрешили доказать действенность своих идей, изготовив торпеду в металле, что он и сделал к 1874 году.
Самодвижущаяся мина Александровского образца 1874г
Она стал достойной альтернативой фиумскому изобретению. Так, скорость русской самодвижущейся мины была на 2 узла больше, чем первой торпеды Уайтхеда. Надо заметить, что в отличие от Уайтхеда Александровский впервые в мире изобрел и даже частично реализовал целостную боевую систему «Подводная лодка – пусковое устройство – торпеда», которая по многим параметрам для того времени была оптимальной.
Но производственных мощностей, на которых можно было бы организовать для нужд флота выпуск самодвижущихся мин, а тем более подводных лодок, тогда в России не имелось, и появления их в ближайшее время не предвиделось, а вот война с Турцией наоборот, явственно предвиделась, и чиновники решили, что лучше немедленно купить необходимое количество торпед Уайтхеда. Они выплатили Александровскому за это изобретение 3 тысячи рублей, а Уайтхеду заказали 250 торпед на сумму в один миллион рублей.
Россия стала шестым государством, принявшим (в 1874 году) торпеду на вооружение своего военно-морского флота и первым государством, в бою пустившем вражеский корабль на дно при помощи самодвижущихся мин.
«Потопление катерами парохода «Великий князь Константин» турецкого парохода «Интибах» на Батумском рейде в ночь на 14 января 1878 года.» Лагорио Лев Феликсович
К 1869 году сведения о деятельности Уайтхеда в Фиуме дошли и до руководства Королевского флота Великобритании. За этим последовало приглашение Роберта назад в Великобританию, где он провёл демонстрации своих 14- (355,6-мм) и 16-дюймовых (406,4-мм) торпед. За демонстрациями последовала покупка права на использование этих торпед британским флотом, а с 1872 года покупка права и на их производство в Королевском Вулвичском арсенале (Royal Arsenal).
Американский адмирал А. Хоуэлл предложил свой вариант торпеды несколько позже Александровского и Уайтхеда — в 1870 г.
Первая торпеда Хоуэлла с инерционным двигателем имела небольшую дальность действия, всего 182 метра. В качестве инерционного элемента американец использовал маховик весом 60 кг, посаженный на вал внутри корпуса торпеды. 3а минуту до пуска маховику от внешнего источника (паровой или электрической машины) сообщался мощный внешний импульс, обеспечивавший его вращение с частотой 10 тысяч оборотов в минуту. Вращательный момент от маховика, расположенного перпендикулярно по отношению к продольной оси торпеды, через две конические шестерни передавался на гребные винты торпеды.
Торпеда Хоуэлла
Поскольку скорость вращения маховика после запуска постепенно падала, Хоуэлл установил специальный регулятор, который автоматически увеличивал шаг гребных валов. Это позволяло торпеде сохранять постоянную скорость.
После ряда усовершенствований торпеда Хоуэлла достигла вполне приемлемых характеристик: диаметр 36 см, длина 340 см, масса 235 кг, заряд ВВ 45 кг, дальность хода 500 метров с постоянной скоростью 15,6 узлов — и была принята на вооружение флотами США, Франции и Бразилии. За счет гироскопического эффекта от вращения маховика она прекрасно держала заданный курс, была бесследной и стоила в два с половиной раза дешевле торпеды Уайтхеда. На сравнительных испытаниях, проведенных ВМФ США, по движущейся цели выпустили 250 торпед Хоуэлла и 250 — Уайтхеда.
В первом случае отметили 98% попаданий, во втором — 37%!
Предлагались и другие альтернативные решения. Например, в начале 1880-х гг. французский генерал Ф. Бердан (конструктор одноименной винтовки) запатентовал оригинальную торпеду с газовой турбиной, работающей на твердом топливе. Однако низкий уровень технологий того времени не позволил довести этот интересный проект до стадии реализации.
Различные образцы самодвижущихся мин XIX века
Чтобы вернуть себе превосходство Уайтхед снабдил свои самодвижущиеся мины более мощными баллонами, позволившими повысить давление, и мощными звездчатыми пневматическими двигателями конструкции английского инженера Питера Брозерхуда.
Пневматические моторы фирмы Питера Бразерхуда. Слева — трехцилиндровый; справа — четырехцилиндровый
Трехцилиндровый поршневой двигатель, работавший в торпедах Уайтхеда, работал на сжатом воздухе. Такая же в принципе машина, как паровая, только вместо пара от котла – сжатый воздух из баллона. Машина двойного расширения устроена так: золотник подает в цилиндр необходимое количество воздуха (пара), после чего закрывается. Воздух (пар), расширяясь, толкает поршень, который через кривошипно-шатунный механизм крутит вал. Когда поршень доходит до нижней точки, золотник открывает выпускную систему и воздух (пар) начинает поступать в другой цилиндр, в два раза больше объемом, где начинает расширяться, толкая другой поршень. Первый поршень, двигаясь по инерции, выталкивает весь воздух (пар) в поршень второй, после чего золотник закрывает «выдох», открывает «вдох», и цикл повторяется.
Гардемарины пытаются что-нибудь открутить от самодвижущейся мины Уайтхеда калибра 15дм
С двигателями Брозерхуда Уайтхед смог значительно увеличить скорость и дальность хода торпеды (600 метров на 20 узлах и 1200 метров на 17 узлах). Но оставалась главная проблема — точность. Волны и течения легко отклоняли торпеду с курса.
Жироскоп (прибор Орби)
Значительного повышения точности удалось добиться, установив прибор Орби. Гироскоп отслеживал курсовые рысканья и давал команды на горизонтальные рули. Вначале его запускали при помощи пружины, затем была придумана система пневматической раскрутки и автоподкрутки.
Схема управления самодвижущейся миной при помощи прибора Орби
Таким образом, к концу XIX столетия торпеда Уайтхеда не имела ни одного достойного конкурента, который приближался бы к ней по техническим решениям и боевой мощи. Ею был вооружен японский флот, ею был вооружен Российский Императорский флот, ею был вооружен флот Британии.
Торпеда Уайтхеда образца 1898г, марки «Л», 18 дюймов
Славная летопись тайных свершений. Торпеда ДАРПА 45-12.
C 1897 года работами над торпедами занялась ДАРПА. Аносов создал более прочные сплавы, Александровский предложил использовать корпус торпеды в качестве внешней оболочки баллона сжатого воздуха и двойные днища. Давление Так вот. С повышением давления в баллонах росла дальность и скорость хода торпед, но выяснилась такая досадная штука – сжатый воздух, выходя из баллона, сильно охлаждался, а значит – терял давление. Для повышения дальнобойности торпед И.И. Назаров предложил создать «керосиновый подогреватель сгущеного воздуха» — сжатый воздух подавался на керосиновую горелку, а от нее газообразные продукты сгорания точно так же подавались на поршневую машину. Решение было испытано в 1900 году и признано небезопасным. Работы следовало вести в другом направлении.
Огнеслав Кострович
Предложение по совершенствованию двигателя торпеды выдвинул талантливый русский изобретатель сербского происхождения Кострович, создатель дирижабля «Россия» и первого бензинового двигателя внутреннего сгорания с электрическим зажиганием: поскольку поршневая машина снабжена всеми золотниками, четко регулирующими время подачи сжатого воздуха и выпуска воздуха отработавшего, нам остается только одна малость: вовремя впрыскивать керосин в цилиндры машины. Впрыск осуществлялся форсункой Тринклера. Поджигала керосин калильная свеча, перед пуском разогреваемая мощным электротоком от торпедного корабля, в процессе работы непрерывно поддерживаемая в горячем состоянии за счет теплоты сгорания топлива. Главными проблемами двигателей внутреннего сгорания тех лет были проблемы охлаждения и смазки, мотор самодвижущейся торпеды до самоуничтожения должен был проработать всего несколько минут, проблемам со смазкой возникнуть было неоткуда.
Газолиновый мотор Костровича, впервые в мире оснащенный электрическим зажиганием
Итак, парогазовый торпедный двигатель системы Огнеслава Костровича, сотрудника ДАРПА. Сжатый воздух из баллона расширяется на редукторе, после чего по спиральной магистрали поступает к цилиндрам. Спиральная магистраль одним из своих бортов имеет борт торпеды, и охладившийся из-за расширения воздух несколько нагревается. Далее воздух проходит по рубашкам вокруг цилиндров, где нагревается еще сильнее. Далее сжатый воздух через один из открывшихся золотников поступает в один из цилиндров звездчатой машины и начинает расширяться в нем, толкая цилиндр.
После того как золотник перекрывается, запустив в цилиндр строго определенное количество воздуха, жидкостный насос импульсного действия впрыскивает (инжектирует) керосин и отдельно — воду. Керосин, поступая в цилиндр, проходит через форсунку, которая разбрызгивает его, смешивая с воздухом, и через калильную свечу, от которой воспламеняется. Первоначальный нагрев калильных свечей производится током 30 А, пропускаемом через них от бортовой сети торпедного корабля, далее мотор запускается на холостых оборотах, цилиндр высокого давления нагревается, и далее горение идет самостоятельно, и торпеда может быть выпущена по цели.
Горение продолжается и тогда, когда парогазовая смесь поступает во второй цилиндр. Таким образом, во втором цилиндре объем парогазовой смеси не вдвое, а втрое больше, чем в первом цилиндре, соответственно и рабочий объем цилиндра низкого давления должен быть втрое больше. Делать на борту торпеды цилиндр большого диаметра было бы большой оплошностью, поэтому в качестве цилиндра низкого давления должен быть там следует поставить три соединенных между собой цилиндра того же диаметра, что первый.
Устройство торпеды 45-12. 1 — взрыватель с ножами для прорезывания сетей. 2 — баллон со сжатым газом. 3 — в двойном дне размещался запас керосина и пресной воды. 4 — парогазовый двигатель. 5 — прибор управления глубиной (гидростат). 6 — прибор Орби, управляющий курсом (жиростат)
А поскольку за основу взят трехцилиндровый звездчатый поршневой двигатель, итоговая парогазовая машина имеет 12 цилиндров, и соответственно самодвижущаяся мина диаметром 45 сантиметров именуется «торпеда 45-12».
При первых испытаниях выявилось такое неприятное явление, как проскальзывание винта (кавитация). Винтовую группу пришлось тщательно дорабатывать. Итогом таких работ впоследствии стал водометный движитель, о котором будет рассказано позже.
Самодвижущиеся мины, принятые на вооружение Российским флотом, с указанием годов принятия
Торпеда 45-12 стала выдающимся образцом вооружения, на несколько лет опередившем свое время. Она обладала мощностью двигателя в 110 л.с., имела длину в семь с половиной аршин (5,33м), весила 55 пудов (900кг), проходила 20/30 кабельтовых (2,9-4,3км) со скоростью 32/25 узлов, и несла при этом 6 пудов тринитротолуола (98,3кг). Для сравнения: торпеда Уайтхеда образца 1898 г «Л» весила 27 пудов, несла 4 пуда ВВ на дальность 4/6 кабельтовых со скоростью 30/25 узлов. Япония в войну 1904 года имела две основных модели самодвижущихся мин: «Оцу» калибра 37,5см, которая весила 21 пуд и несла три с четвертью пуда ВВ на дальность 4/17 кабельтовых со скоростью 27/11 узла, и торпеду калибра 45,7см, которая несла заряд 5 с половиной пудов на дальность 14/20 кабельтовых со скоростью 27/24 узл.
Созданные коллективом ДАРПА торпеды сыграли славную роль в разгроме флота хищнически напавшей на нас Японии.
В РИ торпеда 45-12 была создана в 1912г. Калибр 45,6 см, длина 5,2м, заряд ВВ 112 кг (7 пудов), дальностъ хода 3 км на 39 узлах, 6 км на 29 узлах, мощность 125л.с.. По-моему не такую уж я и имбу сочинил, как Вы полагаете?
