Четырехорудийные башни. Поиск оптимума.
В альтернативном кораблестроении, как в нашей стране, так и за рубежом, для вооружения тяжелых артиллерийских кораблей широко и успешно применяются четырехорудийные башни главного калибра. Часто это переделки кораблей, которые в РИ имели более скромные башни, а иногда — оригинальные проекты. Интересно, что некоторые из этих проектов существовали и в действительности, но так и остались проектами. Например —
Отнюдь не ставя под сомнение эстетическое великолепие подобных конструкций, хотелось бы все же оценить эффект четырехорудийности (а в широком смысле – многоорудийности) в прагматическом, техническом аспекте.
Сразу следует заметить, что компоновочная задача включает в себя слишком большое количество факторов, поэтому для анализа должна быть принята как можно более простая расчетная схема. Упрощения приняты преднамеренно для лучшей наглядности.
Рассмотрим условное 11-дм орудие конца 19 века. Масса орудия со станком 18 тон, размеры станка 5 на 10 футов. Высота внутрибашенного пространства – 7 футов. Диаметр башни зависит от количества орудий. Толщина брони – 1 фут.
Строим башенные колпаки для 1, 2, 3, 4 и 5 орудий. Вычисляется масса башен. Для лучшей визуализации это делается двумя способами – графически в 3д-графике и численно в таблице Exel. Результаты приведены в таблице и на диаграмме.
Расчеты показывают, что переход от одноорудийной к двухорудийной башне дает резкую экономию массы.
При увеличении количества орудий до трех имеет место дополнительня незнчительная экономия массы.
При дальнейшем увеличении количества орудий относительная масса начинает увеличиваться.
При численном моделировании было обнаружено, что точка экстремума (обозначенная стрелкой на диаграмме) лежит между 3.1 и 3.2 орудий. Что наталкивает на предположение о том, что оптимальное количество орудий равно числу π.
Это не должно сильно удивлять, так как в формулу зависимости для принятой расчетной схемы число π входит в качестве константы. И при поиске экстремума методом дифференцирования можно было бы получить этот результат аналитически.
Углубленный математический анализ выходит за рамки данного исследования. Тем не менее, выдвинутая гипотеза об оптимальной π-орудийной башне многое объясняет в тенденциях мирового кораблестроения. И напротив – эти тенденции служат подтверждением гипотезы. Что может быть показано на следующих примерах.
О преимуществах двухорудийных башен было известно очень давно.
Трехорудийная схема получила распространение в эпоху дредноутов. Дальнейший рост числа орудий как буд то уткнулся в некий невидимый барьер. Четырехорудийная схема встречается крайне редко. Можно привести буквально всего лишь несколько примеров реального воплощения этой схемы.
Британский линкор “Кинг Джордж V”. Проектировщики, видимо, очень сильно хотели впихнуть 10 орудий в три башни. Получилось неплохо – нижние башни 4-х и возвышенная башня 2-х орудийные. Неплохо с точки зрения высоты ЦТ.
Французские линейные крейсера “Дюнкерк” и линкоры “Ришелье”. Такая компоновка, насколько известно, не встречается больше нигде. См. фото.
Японский тяжелый крейсер “Миоко”. Этот пример, скорее, работает в обратную сторону. Так как на крейсере были установлены фейковые 4-х орудийные 152 мм башни, что позволяло формально отнести его к легким крейсерам. Но впоследствии башни были заменены на 3-х орудийные 254мм, в результате чего получился карманный линкор.
Как тут правильно подсказывают, крейсер “Миоко” был построен в АИ. Что может вызвать недоумение – а был ли тот крейсер? Но нас в данном случае интересует не это, а примечательный факт замены 4-х орудийных башен на 3-х орудийные на уже построенном корабле. Тенденция, однако.
Известны также примеры, когда конструктора, стремясь повысить огневую мощь, были вынуждены ставить в башню четыре орудия на двух уровнях.
Броненосцы “Кирсардж” и “Джорджия” – явные попытки обойти π-орудийный барьер.
И, безусловно, необходимо упомянуть крейсер “Белфаст”.
Первоначально на крейсере предполагалось установить 4-х орудийные башни ГК. Но от них отказались в пользу 3-х орудийных. Причины этого весьма интересны – Независимо от количества орудий, под каждой башней удалось разместить всего три элеватора для подачи боеприпасов. То-есть, суммарная скорострельность при любом количестве орудий была бы одинаковаой. Но у 4-х орудийной башни имелось как бы запасное орудие, которое могло бы пригодиться в случае выхода из строя соседнего. Польза неочевидна. И, кроме того, в 3-х орудийных башнях среднее орудие было сдвинуто на метр назад. Это сделано для того, чтобы при стрельбе залпами снаряды не сталкивались друг с другом. На 4-х орудийных башнях эту проблему было бы решить сложнее. А также другие причины, весьма интересные, но для нас важнее другое.
В данном примере проектировщики хотели применить 4-х орудийные башни. И выполнили очень глубокий и скурпулезный анализ. И в результате пришли к 3-х орудийным башням.
И наверняка такой пример далеко не единственный. Очень вероятно, что проектировшики многих известных нам кораблей с 3-х орудийными бащнями рассматривали и 4-х орудийные варианты, и отказались от них. Тенденция.
Интересно, что похожие тенденции наблюдаются и в малокалиберных зенитных установках, где башня может и вовсе отсутствовать, и масса брони не является ограничением. И тем не менее – 4-х ствольные установки с горизонтальным расположением стволов достаточно редки.
Самый известный пример – счетверенный Максим. Его громоздкость была настолько очевидна, что пришлось разработать строенный и сдвоенный варианты.
Справедливости ради надо сказать, что счетверенные зенитные пулеметные установки были разработаны также во Франции и в Британии — счетверенный MAC-31 и счетверенный Льюис. Но они не получили широкого распространения.
Другой пример четырехствольной рядной установки– американский 28-мм Марк1, прозванный «Чикагским роялем». Конструкция вышла не очень удачная и повсеместно заменялась на Бофорс. Тоже как бы счетверенный, но скомпонованный по паре стволов в каждую из двух люлек. Такая компоновка по ширине компактнее, чем трехорудийная, а количество стволов — четыре. Получилась одна из лучших зенитных установок в мире. Но она строго говоря не счетверенная, а спаренный однолюлечный дуплет.
Примеры 4-х ствольных установок с горизонтальным расположением стволов на этом и заканчиваются.
Широкое распространение получили строенные 25мм тип 96 и 20мм MG-151
В качестве зенитных установок пулеметы часто использовали сдвоенные или строенные. А если счетверенные, то не в горизонтальной плоскости, а два над двумя или вообще вертикально.
А уж для зенитных четырехорудийных установок компоновка два над двумя распространена очень широко. Достаточно вспомнить Flak-38, отечественную Шилку, отечественные же морские зенитные установки — 37мм 46-К, 45мм см-20 зиф, 57мм зиф-75, 100мм БЛ-127. И пом-пом. см. фото.
Приведем наглядный пример того, как проявляется π-зависимость в МЗА.
Рассмотрим счетверенную установку MG-42. В первом случае это будет установка с чисто горизонтальным расположением стволов (реконструкция, в РИ не выпускалась).
Во втором случае — боковые стволы сдвинуты к центру и опущены вниз, как фактически и было в РИ. См. фото – слева и справа соответственно.
Ширина установки в обоих случаях указана в пикселях фотографии.
Количество стволов одинаковое. Но ширина горизонтальной счетверенной установки – 297, а ширина оптимизированной установки – 231 пикселей. Что соответствует приведенному количеству стволов
n = 4/297*231 = 3.1
Что весьма близко к значению π.
Понятно, что эта демонстрация π-зависимости достаточно условна.
Но факт остается фактом – в РИ выпускалась именно та установка, которая справа.
Резюме.
Проведен анализ многоорудийности артустановок.
Обнаружен π-орудийный барьер, преодолеваемый вертикальным или попарно-вертикальным расположением стволов, спаренным однолюлечным дуплетом, или методом вращающегося блока.
Автор выражает благодарность уважаемым коллегам за многочисленные ценные советы и замечания.
