Немного баллистики в картинках

Интересная статья их жж уважаемого Николая Колядко ака midnike.

Поскольку у народа, боюсь, сложилось впечатление, что на пресловутой Торпедной станции ВМС в Ньюпорте служили исключительно криворукие вредители, место которым в американском Гулаге, то хочу их немного «реабилитировать». Полезными делами они тоже занимались. На фотографиях ниже – проводившиеся там испытания мер по улучшению параметров сброса авиаторпед Mark 13, в виде объединённых кадров скоростной кинокамеры. Здесь надо заметить, что «зачётными», естественно, считались лишь те сбросы, после которых у торпеды запускался двигатель, она не рикошетила от воды или, наоборот, не уходила вниз (или в циркуляцию), а выходила на выставленную глубину хода и продолжала движение не меняя курса: «runs hot, straight and normal».  

Прогресс в улучшении параметров сброса (а это позволяло пилотам торпедоносцев работать в менее рискованных условиях, плюс повышало надёжность торпед) показан в таблице ниже. Две средние строки – это параметры сбросов с фотографий.

* В примечании к отчёту указывалось, что рекордный сброс не удалось снять из-за того, что тупо не хватило угла зрения объектива камеры.

А достигалось это с помощью нехитрых, на первый взгляд, деревянных приспособлений, показанных на кадрах ниже. И если заднее было честно позаимствовано у японцев и тоже служило дополнительным аэродинамическим стабилизатором, дополнявшим рассчитанные на более плотную среду штатные, то переднее – это уже know-how Торпедной станции.

В некоторых работах можно встретить утверждение, что эта деталь (которую все, естественно, называли просто «бочонок»), предназначалась, в том числе, для снижение скорости падения за счёт увеличившегося сопротивления воздуха. Но, как учит нас физика, тело, брошенное горизонтально на какой-то высоте, будет падать по параболической траектории, но по оси x пролетит ровно то же расстояние как если бы продолжало двигаться горизонтально с первоначальной скоростью. Это всё, естественно, в идеале, без учёта сопротивления воздуха. А теперь смотрим на реальную съёмку падающих вполне себе в земной атмосфере торпед (я ведь не только для красоты эти фотографии разместил) и видим, что в обоих случаях торпеда пролетает расстояние, где-то на половину длины фюзеляжа «Авенджера» (то есть около 6 м) меньшее, чем самолёт. Вот и всё влияние сопротивления воздуха в случае сброса тупоносого цилиндра 900 кг весом с высоты около 100 м на скоростях 257 и 420 км/ч. Это мы ещё не учитываем, что после сброса торпеды скорость полегчавшего почти на тонну самолёта несколько возрастает.

На самом деле, на воздушном этапе траектории это устройство было предназначено для того же, для чего и аэродинамические кольца (или аналогично затупленная носовая часть) у многих современных свободнопадающих авиабомб. Есть много съёмок из бомболюков времён Второй Мировой и вы, наверное, обращали внимание, что часто сразу после сброса хвостовые части бомб начинает серьёзно болтать. Это происходит из-за того, что у цилиндрических объектов со скруглённой носовой частью и малым соотноошением длина/диаметр такое аэродинамическое явление как «срыв потока» происходит в основном в задней части корпуса. В результате стабилизаторы оказываются в зоне пониженного давления и всяческих турбулентностей, из-за чего их эффективность резко падает (почти по той же причине, кстати, горизонтальные стабилизаторы самолётов никогда не находятся в той же плоскости, что и крылья).

Затупленная носовая часть или аэродиномические кольца провоцируют срыв потока уже в носовой части, в результате в районе стабилизаторов действие данного эффекта ослабляется, и снаряд летит более стабильно. Альтернативным способом является вынос стабилизаторов достаточно далеко за переднюю проекцию снаряда, как это сделали те же японцы на своих дополнительных деревянных стабилизаторах торпед (хотя для их длинных и тонких торпед это было менее актуально), но в американском случае такая конструкция просто не поместилось бы в бомбоотсек.

Не менее важную роль этот «бочонок» играл и при входе в воду. Если дополнительные стабилизаторы, державшиеся на паре деревянных шпилек, срывало мгновенно, то носовой элемент был достаточно прочным и имел, как мы видим, специальные рёбра жёсткости. При ударе он начинал работать как одноразовый аммортизатор – на его разрушение тратилась часть кинетической энергии падающей торпеды. Утверждается, что таким образом гасилось до 40% набранной в полёте скорости.

В связи со всем этим возникает закономерный вопрос, а почему американские конструкторы озаботились параметрами сброса лишь весной 1942 года, при том, что торпеда Mark 13 была принята на вооружение в том же самом 1937 году, в котором японцы разработали деревянные аэродинамические стабилизаторы для своих торпед обр. 91. Ответ будет достаточно неожиданным – это было попросту неактуально. Низкая энерговооружённость тогдашнего основного американского торпедоносца TBD-1 «Девастейтор» просто не позволяла ему с торпедой на подвеске разгоняться более тех 110-120 узлов, на которые и была изначально рассчитана первая американская авиаторпеда. Поэтому увеличением скорости и высоты сброса серьёзно занялись лишь с появлением новой, более мощной машины TBF-1 «Авенджер» в конце 1941 года. В результате они даже успели, и в свой первый боевой вылет 4 июня 1942 года шестёрка «Авенджеров» пошла уже с доработанными торпедами.

Проблемы подлодочных и корабельных торпед авиационные Mark 13 к счастью не коснулись. Магнитных взрывателей там не было, а низкая скорость позволила избежать проблем как с контактным взрывателем, так и с глубиной хода из-за гидродинамического давления. Однако у них хватало и своих собственных, эксклюзивных слабых мест. В результате анализа 105 сбросов торпед на скоростях в пределах 150 узлов [278 км/ч], проведённого в середине 1943 года, выяснилось, что на 36% не запустились двигатели, 20% затонули, на 20% наблюдались проблемы с гироскопом (уход с курса), ещё на 20% – проблемы с глубиной хода. Цифра уже приближается к сотне, но это в данном случае означает, что на всех глючных торпедах наблюдалось более одной проблемы одновременно. На успешные сбросы пришлось лишь 31%. Как и в случае с остальными торпедами, весь этот букет был преодолён лишь к концу 1943 года.

UPD: По заявкам радиослушателей, про скорость «Авенджера» 🙂

источник: http://midnike.livejournal.com/27977.html