Мадемуазель Шнейдер vs. фройляйн Крупп. Часть 4. Общелафетная
Интересная статья из жж Андрея Фирсова.
Текст Анатолия Сорокина
Завершив обзор характеристик и устройства ствольных групп 48-лин полевых гаубиц Круппа и Шнейдера, переходим к рассмотрению их лафетов. Несмотря на то, что лафеты этих орудий являются однобрусными и внешне сильно похожими друг на друга, их конструкция имеет кардинальные отличия по компоновке своих составляющих и по реализованным в ней техническим решениям. В этой части мы не будем подробно останавливаться на устройстве отдельных агрегатов, сборок и узлов лафетов (некоторые вопросы по этой теме будут освещены впоследствии), а уделим внимание тому, какие идеи и как именно были воплощены в них немецкими и французскими конструкторами.
Но для начала нам придётся вспомнить, что из себя представлял типичный лафет полевого гладкоствольного артиллерийского орудия доиндустриальной эпохи. Его основными частями были станок с цапфенными гнёздами под ствольную группу, примитивный подъёмный механизм последней (например, вдвигаемый под казённую часть клин) и боевой ход с колёсами. Все эти сборки выполнялись в основном из дерева. Появление нарезных казнозарядных стволов поначалу не внесло в устройство лафета значительных новшеств, однако по мере роста дальнобойности и точности огня ситуация стала меняться.
Типичный для доиндустриальной эпохи образец артиллерийского вооружения – русский 1/4 пудовый конный единорог обр. 1805 г. с бронзовым гладкостенным дульнозарядным стволом калибра 122 мм и деревянным лафетом. Максимальная дальность эффективной стрельбы – около 1,5 км. Экспозиция Военно-исторического музея артиллерии, инженерных войск и войск связи (ВИМАИВиВС) в г. Санкт-Петербурге
Подъёмный механизм единорога, экспозиция ВИМАИВиВС
Во-первых, для меткого дальнего огня (пока ещё прямой наводкой, на дистанцию до 5–6 км) надо было точно устанавливать угол возвышения ствола. Его значение ещё в эпоху наполеоновских войн измеряли с помощью артиллерийского квадранта и уровня с небольшой погрешностью, так что с «прицельной» частью особых проблем не было, а вот примитивные подъёмные механизмы ствола более не удовлетворяли требованиям времени. Их заменили более совершенные устройства на основе механических передач. Немецкие конструкторы предпочитали в то время винтовой их вариант, а французские – зубчатый.
Усиление отдачи от постоянно растущей мощности метательного заряда, необходимой для дальней стрельбы, тоже оказало своё влияние на устройство лафета. Деревянные элементы его станка заменили сначала более прочными железными, а потом и стальными. Тем не менее, внедрение металлических станков и элементов боевого хода (обод, ступицу и спицы колёс пока по-прежнему изготавливали из дерева) не остановило рост боевой и походной массы всего орудия. Дальность стрельбы и, как следствие, отдача продолжали увеличиваться, в результате чего даже стальной лафет, достаточно прочный для восприятия статических и динамических нагрузок от ствольной группы, начинал выходить за рамки допустимых пределов сразу в двух отношениях.
Орудие переходного периода к индустриальной эпохе – русская 6-дм стальная мортира обр. 1877 г. со стальным нарезным казнозарядным стволом калибра 152 мм (затвор горизонтальный клиновый системы Круппа) и железным лафетом системы Энгельгардта. Табличная максимальная дальность стрельбы – около 3,57 км. Экспозиция Военно-исторического музея артиллерии, инженерных войск и войск связи в г. Санкт-Петербурге
Во-первых, расчёт быстро уставал при горизонтальной наводке своего орудия до выстрела и ручном накате после него. Во-вторых, с ростом походной массы системы всё более проблематичной становилась её возка. В те времена в полевой артиллерии тяга была исключительно конной, а требуемый для неё передок лишь ухудшал положение. В упряжке требовалось больше лошадей, да и не всегда это помогало – их силы всё равно быстро истощались. В Русской Императорской армии во время войны с Турцией 1877–78 гг. не без успеха для возки тяжёлых орудий (но не полевых, а осадных) применили «безрельсовые паровозы», иначе называемые рутьерами. Однако механическая тяга, спустя даже два десятилетия, не играла сколь-нибудь заметной роли.
48-лин полевая гаубица системы Круппа обр. 1909 г. Русской Императорской армии на марше, перевозимая с передком и расчётом штатной упряжкой из шести лошадей
Решение проблемы было найдено в использовании противооткатных устройств, следствием чего стало появление люльки в конструкции лафета. Теперь именно она вместо ствола укладывалась цапфами в гнёзда станка, а сам ствол мог скользить по ней вперёд-назад. При выстреле вся ствольная группа под действием силы отдачи сначала откатывалась назад, а потом возвращалась в исходное положение за счёт упругого элемента в накатнике. В обеих фазах своего движения она замедлялась специальным гидравлическим агрегатом – тормозом отката и наката (кратко называемым просто тормозом отката). За счёт пробрызгивания содержащейся в нём жидкости через малые отверстия из одного его объёма в другой значительная часть кинетической энергии откатных частей орудия превращалась в тепло, в результате чего результирующие нагрузки на станок стали гораздо меньше. Теперь станок лафета орудия мог вообще оставаться неподвижным при ведении огня, что лишь благоприятствовало точности стрельбы.
Тормоз отката принципиально ничем у немецкой и французской конструкторской школы не отличался, а вот по накатнику в начале ХХ века у них наметились серьёзные расхождения. Для лёгких пушек в нём и там, и там использовались винтовые пружины (одна или сборка из нескольких). Однако для более мощных ствольных групп только высокоразвитая германская металлургия и металлообработка позволила получить приемлемую надёжность пружинного накатника, а во Франции предпочли в качестве упругого элемента задействовать сжатый воздух в специализированном для того гидропневматическом накатнике. Последний был гораздо более сложным по устройству и требовал периодического обслуживания по сравнению с пружинным агрегатом, но и преимуществами обладал перед ним немалыми. Подробно мы разберём этот вопрос в посвящённой ему части этого цикла статей, а здесь ограничимся лишь констатацией факта, что к началу ХХ века противооткатные устройства стали неотъемлемой частью лафетов полевых орудий.
Ещё одно усовершенствование лафетов орудий на рубеже XIX–XX веков было связано с доселе незнакомым для артиллеристов физическим явлением – деривацией. С ним они встретились при дальней стрельбе из нарезных орудий, когда под действием гироскопических сил вращающийся снаряд при полёте в воздушной среде стал уходить с линии огня в сторону своего вращения. Соответственно возникла необходимость с учётом этого фактора очень точно наводить ствол по азимуту, что было весьма трудно сделать силами номеров расчёта-правильных, довольно грубо позиционировавших орудие в горизонтальной плоскости за хоботовую часть его лафета. Ошибка такой наводки могла составлять один–два градуса (если не больше), а для учёта деривации ствол должен быть направлен чуть в сторону от цели лишь на несколько угловых минут. Так в конструкции полевых орудий появился прецизионный поворотный механизм ствола, отсутствовавший, как и противооткатные устройства, у систем доиндустриальной эпохи. Тогда сектор горизонтальной наводки в три–четыре градуса влево-вправо от центрального положения считался более чем достаточным, что позволяло конструкторам добиться такой возможности разными способами.
Дальнейшее совершенствование орудий – повышение скорости их возки путём введения подрессоривания боевого хода и увеличение сектора горизонтального обстрела – было вызвано уже событиями Первой мировой войны и выходит за рамки рассматриваемого нами временного периода. Однако заложенные в конструкцию лафетов артиллерийских систем в начале ХХ века технические решения могли способствовать, а могли и препятствовать дальнейшему развитию в указанном направлении. 48-линейные гаубицы Круппа и Шнейдера являются ярким тому примером.
На этот раз начнём рассмотрение с детища французской артиллерийской конструкторской школы, поскольку оно было скорее эволюционным, нежели чем революционным развитием систем доиндустриальной эпохи. Основу лафета 48-лин полевой гаубицы системы Шнейдера обр. 1910 г. составлял станок. В его цапфенные гнёзда укладывалась люлька, по которой перемещался при откате и накате ствол. Под стволом, скрытые жёлобом люльки, находились противооткатные устройства с размещением всех их агрегатов в движущихся вместе со стволом салазках – массивной поковке с высверленными в ней каналами под цилиндры тормоза отката, накатника и воздушных резервуаров.
Люлька 48-лин полевой гаубицы системы Шнейдера обр. 1910 г. Обратите внимание на длинный задний конец люльки за цапфами, уравновешивающий относительно их оси передний конец люльки и ствольную группу
Люлька, ствольная группа, салазки и «за компанию» зависимый от орудия прицел составляли качающуюся часть гаубицы, которая опускалась и поднималась по углу возвышения при помощи секторного подъёмного механизма. Последний представлял собой одну червячную и несколько зубчатых передач от его маховика к шестерне в зацеплении с выгнутым по дуге окружности зубчатым сектором, прикреплённым к люльке. Забегая вперёд, скажем, что такая конструкция подъёмного механизма оказалась очень удачной и применялась во многих других отечественных артиллерийских системах.
48-лин полевая гаубица системы Шнейдера обр. 1910 г. со снятой качающейся частью: станок орудия, опирающийся на боевую ось с колёсами и имеющий возможность скольжения по ней плюс неподвижный щит, прикреплённый к боевой оси
Устройство подъёмного механизма 48-лин полевой гаубицы системы Шнейдера обр. 1910 г.
Сектор и шестерня подъёмного механизма 48-лин полевой гаубицы системы Шнейдера обр. 1910 г. в экспозиции ВИМАИВиВС
Зато задачу придания стволу возможности наводиться по горизонтали фирма «Шнейдер» решила, образно говоря, с минимальными затратами. Если у доиндустриальных орудий станок с качающейся частью (тогда это был просто ствол) неподвижно соединялся с осью боевого хода, то у всех предлагаемых этой компанией систем в начале ХХ века боевая ось соединялась с опирающимся на неё станком посредством винтовой передачи поворотного механизма. При вращении его маховика ходовой винт со стороны станка ввинчивался или вывинчивался из матки, параллельной боевой оси, в результате чего станок целиком поворачивался на небольшой угол вокруг вертикальной оси, проходящей через точку опору сошника лафета на грунт. При этом на тот же угол в горизонтальной плоскости поворачивалась и боевая ось с соответствующим проворотом колёс.
Устройство поворотного механизма 48-лин полевой гаубицы системы Шнейдера обр. 1910 г.
Вид на маховики подъёмного и поворотного механизмов и левую переднюю часть станка, скользящего по боевой оси у 48-лин полевой гаубицы системы Шнейдера обр. 1910 г. в экспозиции ВИМАИВиВС
Такой эволюционный подход (боевая ось была фиксированной, а стала чуть-чуть подвижной в поперечном направлении к продольной плоскости симметрии лафета) позволил оставить прочее устройство станка гаубицы без изменений по сравнению с артиллерийскими системами предыдущего поколения, т. к. все новшества были так или иначе связаны с качающейся частью. Это можно засчитать в относительный плюс: не надо вводить в конструкцию станка чего-то более серьёзного, чем винтовая передача, что благоприятно сказывается на технологичности изготовления орудия.
Но минусы подобного решения очевидны и более чем существенны. Наводчику фактически приходится «ворочать» по горизонтали всю систему целиком, за исключением боевой оси, колёс и прикреплённого к ней неподвижного щита, что требует значительных усилий с его стороны. Стоит гаубице очутиться на неровной опорной поверхности, когда боевая ось непараллельна последней, или зарыться колёсами в грунт, так дело становится ещё хуже. Если же колёса совсем не могут вращаться, а боевая ось не может поворачиваться в пространстве (например, при их фиксации чем-либо намертво), то поворотный механизм утрачивает возможность своей работы и, как следствие, вся система лишается горизонтальной наводки.
Особенно ярко это выражено у тяжёлых «шнейдеровских» орудий вроде 6-дм гаубиц и пушек: у поворотного механизма этих систем предусмотрен для таких ситуаций второй маховик подъёмного механизма справа от ствола, дабы замковый помогал наводчику в его работе, когда сил одного «штатного» номера расчёта недостаточно для горизонтальной наводки. Кроме того, при длительной стрельбе расчётам 6-дм шнейдеровских гаубиц и пушек вообще рекомендовалось после определённого числа выстрелов выкатить свои орудия на новое место. Это было нужно для того, чтобы они не зарывались колёсами в грунт и не теряли возможность горизонтальной наводки.
Устройство поворотного механизма у более тяжёлой 6-дм крепостной гаубицы системы Шнейдера обр. 1909 г. При том же принципе действия в его конструкцию пришлось ввести второй маховик, чтобы в трудных условиях наводить орудие по горизонтали усилиями двух номеров его расчёта
Более лёгкие 48-лин гаубицы, конечно, не были столь трудоёмкими в боевой работе, но такое устройство их лафетов могло грозить большими неприятностями в ряде ситуаций. Интересно, что русские конструкторы поначалу в 3-дм полевой пушке обр. 1902 г. использовали ту же схему горизонтальной наводки со скольжением станка по боевой оси, но уже через десяток лет в 3-дм короткой пушке («предок» знаменитой 76-мм «полковушки» обр. 1927 г.) изящно устранили этот недостаток. Вместо винтовой передачи поворотного механизма, связывающей станок и боевую ось, отечественные разработчики применили зубчато-реечную. Теперь станок мог перемещаться поверх боевой оси, не меняя ориентацию последней, и фиксация колёс не приводила к утрате возможности горизонтальной наводки. Что помешало французским инженерам сделать так же – остаётся открытым вопросом. Раз уж в лёгком орудии мириться с этим не стали, то важность избавления от такого конструктивного прокола для более тяжёлых систем не подвергается сомнению.
Также немаловажен следующий момент: принципиально невозможно достичь большого угла горизонтального обстрела (взгляд в будущее), используя схему скользящего по боевой оси станка или даже перемещающегося поверх неё, как у нашей «полковушки». Дело заключается в том, что ось вращения всего орудия проходит через точку касания опорной поверхности единственным сошником на хоботовой (задней) части станка лафета. При такой кинематике сектор обстрела ограничен весьма небольшим поперечным ходом станка по боевой оси. Для лафета с раздвижными станинами с четырьмя точками опоры (два колеса, два сошника) на грунт такой принцип действия поворотного механизма вообще нереализуем. На этом временно оставим 48-лин гаубицу Шнейдера и перейдём к её «крупповскому» конкуренту.
Люлька 48-лин полевой гаубицы системы Круппа обр. 1909 г. Обратите внимание на практически полное окончание жёлоба люльки после цапф, что диктует необходимость уравновешивания переднего конца люльки со ствольной группой относительно их оси
Качающаяся часть 48-лин гаубицы системы Круппа обр. 1909 г. принципиально одинакова со «шнейдеровской» системой: ствол, люлька с расположенными в ней противооткатными устройствами (но без салазок, поверх цилиндра тормоза отката и наката надевается длинная и единственная пружина накатника), зависимый от орудия прицел. Подъёмный механизм винтовой, со своими задачами исправно справлялся, но из-за некоторых своих особенностей не получил дальнейшего распространения в силу трудности его масштабирования под более тяжёлые качающиеся части. Примером может служить отечественная 122-мм корпусная пушка обр. 1931 г. (А-19), где именно это и попытались сделать. Так что при равных возможностях на 48-лин гаубицах «крупповская» конструкция подъёмного механизма проиграла «шнейдеровской» в плане дальнейшего развития.
Винт подъёмного механизма 48-лин полевой гаубицы системы Круппа обр. 1909 г. в экспозиции ВИМАИВиВС
Зато немецкие разработчики ввели в конструкцию лафета уравновешивающий механизм, который ныне широко применяется на самых различных артиллерийских системах. Цапфы на люльке 48-лин гаубицы обр. 1909 г. расположены так, что в исходном положении до выстрела передняя её часть со стволом перевешивала заднюю. За счёт двух винтовых пружин, толкающих переднюю часть люльки вверх, достигалось её уравновешивание в цапфах и наводчику было легко работать подъёмным механизмом. Последний, в свою очередь, не надо было делать очень прочным, как это требовалось в отсутствие уравновешивающего механизма, когда подъёмный механизм испытывал бы большую статическую нагрузку от перевеса передней части люльки над задней.
Заметим, что у «шнейдеровской» гаубицы её качающаяся часть была самоуравновешена в цапфах, а потому эта система уравновешивающего механизма не имела за ненадобностью такового. Причём французские разработчики орудия не поступились при этом максимальным углом возвышения ствола по сравнению с «крупповским» конкурентом. Это плюс в плане упрощения конструкции, но при максимальном угле возвышения ствола более 45 градусов (что соответствует мортирной стрельбе и весьма полезно на поле боя) такая схема самоуравновешенной в своих цапфах качающейся части орудия перестаёт работать. Длинный задний конец люльки, уравновешивающий в цапфах её передний конец со ствольной группой и салазками, в таком случае просто упирается в грунт. Немецкий вариант с уравновешивающим механизмом позволяет не делать люльку чрезмерно длинной и обойтись без прикрепления к ней тяжёлых грузов-противовесов. Тем самым потенциально можно добиться любого желаемого угла возвышения, потому использование уравновешивающего механизма прочно укоренилось в конструкторской практике.
Но главной «изюминкой» для своего времени у «крупповской» системы стал отказ от единого станка его лафета. Германские разработчики для придания возможности орудию вести стрельбу в определённом горизонтальном секторе «разделили» его на две части: верхний станок, в цапфенные гнёзда которого устанавливалась качающаяся часть орудия, и нижний станок с неподвижной боевой осью. Верхний станок может вращаться относительно нижнего (это обеспечивает поворотный механизм винтового типа), поэтому он вместе с качающейся частью называется вращающейся частью орудия. Хотя сектор горизонтальной наводки у 48-лин гаубицы обр. 1909 г. практически тот же, что у 48-лин гаубицы обр. 1910 г., однако потенциально такое устройство лафета способно обеспечить хоть круговой обстрел. И фиксация намертво колёс с боевой осью никоим образом не мешает наводить орудие по азимуту.
48-лин полевая гаубица системы Круппа обр. 1909 г. со снятыми щитовым прикрытием и качающейся частью (нижний и верхний станки вместе с боевым ходом)
Кроме того, при повороте ствола вправо-влево у «крупповской» гаубицы перемещается меньшая масса по сравнению со «шнейдеровской» (только вращающаяся часть против целого орудия за исключением боевой оси, колёс и неподвижного щита), а потому наводчику первой легче выполнять свою работу. Так что, по сути, германские конструкторы совершили «незаметную революцию» в устройстве лафета орудия, использование верхнего и нижнего станков стало «классикой» во всех артиллерийских конструкторских школах. Это решение впоследствии позволило без особых проблем перейти от однобрусного лафета к лафету с раздвижными станинами, обеспечивающему больший сектор горизонтальной наводки.
Вид снизу на верхний станок 48-лин полевой гаубицы системы Круппа обр. 1909 г. Хорошо виден штырь, вставляемый в нижний станок орудия и служащий осью вращения верзнего станка относительно нижнего
Винтовой поворотный механизм для горизонтальной наводки вращеющейся части 48-лин полевой гаубицы системы Круппа обр. 1909
г.
Верхний станок нижнего станка 48-лин полевой гаубицы системы Круппа обр. 1909 г.
Передняя часть нижнего станка 48-лин полевой гаубицы системы Круппа обр. 1909 г.
Но немцы не были бы немцами, если бы отказались от использования своей «продвинутой» металлургии и металлообработки при постройке своих орудий. Что можно заметить в этом плане применительно к 48-лин полевой гаубице системы Круппа обр. 1909 г.? Многие детали её лафета, включая даже сошник, изготовлялись из высококачественной хромоникелевой стали. Этот материал славен тем, что несколько более прочен при прочих равных по сравнению с обычными конструкционными сталями, а потому за счёт его применения можно добиться существенного облегчения всей конструкции. Но даже с этим её боевая масса (около 1450 кг) превышала этот показатель у 48-лин полевой гаубицы системы Шнейдера обр. 1910 г. (около 1330 кг). Плюс вроде бы очевиден: переход на более мощную баллистику 122-мм гаубицы обр. 1910/30 гг. у немецкой конструкции прошёл, практически не затрагивая лафет, а вот для французской пришлось дополнительно усиливать его станок, из-за чего её боевая масса возросла до 1466 кг.
И здесь «шнейдеровская» гаубица вновь «берёт реванш». Она изготавливалась большей частью из обычной конструкционной стали, что для отечественных условий было чуть ли не определяющим фактором, когда дело заходило о большом числе артиллерийских систем, срочно нужных нашим вооружённым силам, хоть Российской Империи, хоть Советского Союза. Лучшим тому примером являются 76-мм пушки обр. 1902 г. и ЗИС-3: разработчики этих орудий намеренно старались использовать по-минимуму легированные стали при их изготовлении. Проявив незаурядный талант, отечественные конструкторы и технологи сумели заменить эти дефицитные и дорогие материалы более доступными и дешёвыми марками обычных сталей, более удобными в обработке.
В связи с этим можно вспомнить, что большое число заказов на броневые хромоникелевые плиты для нужд Русского Императорского флота было сделано за рубежом, поскольку собственных сталеплавильных мощностей для того явно не хватало. В межвоенное время советская металлургия сделала большой шаг вперёд, но и спрос на легированные стали тоже возрос многократно: к нуждам народного хозяйства и флота добавилось танкостроение. Выплавка высококачественных легированных сталей в нашей стране покрыла все потребности уже после окончания Великой Отечественной войны. А до того их не хватало и задействование подобного материала для постройки 48-лин гаубиц Круппа вряд ли можно назвать положительным обстоятельством. Особенно на фоне того, что те же самые тактико-технические характеристики достигались куда меньшим количеством легированных сталей в конструкции 48-лин гаубицы Шнейдера. Ещё один объективный аргумент в пользу выбора вел. кн. Сергея Михайловича.
