Конструкция артиллерийского орудия

Конструкция артиллерийского орудия — совокупность инженерно-технических решений, определяющих характеристики, функционирование, внешний вид и технологичность массового производства артиллерийской системы. С момента появления пороховой артиллерии в XIII-XIV вв. конструкция артиллерийского орудия претерпела долгий путь эволюционного развития. На отдельных его этапах отдельные узлы и агрегаты подвергались кардинальным, а в ряде случаев и революционным инновациям, существенно повысившим дальность и точность ведения огня, скорострельность и мобильность орудий. К 1950-м годам облик артиллерийских систем различных типов и различного назначения в целом сформировался и в настоящее время их конструкция является устоявшейся областью инженерной практики, а основные усилия сосредоточены в плане совершенствования боеприпасов и внедрения «интеллектуальных» компонент в прицельные устройства орудий.

Схематическое описание

Несмотря на большое разнообразие типов и моделей полевых буксируемых артиллерийских систем, все современные их образцы представляют собой комбинацию следующих узлов, частей и агрегатов:

• Ствол, предназначенный для придания начальной скорости снаряду. В случае нарезных орудий он служит также для обеспечения закрутки снаряда по его продольной оси симметрии, нужной для стабилизации его полёта. Внутри ствола находится сквозная полость — канал — по которому движется снаряд в процессе разгона его расширяющимися пороховыми газами. Со стороны дульного среза (выходного, переднего конца) эта полость открыта, а со стороны казённой (задней) части она закрывается специальным набором механизмов, образующих в целом агрегат, называемый затвором. Затвор открывается при заряжании орудия и закрывается при выстреле. В свою очередь, затвор сам представляет сложную конструкцию, базирующуюся вокруг запирающего элемента и механизмов, обеспечивающих его открытие и закрытие, предупреждающих опасные ситуации вроде затяжного выстрела, экстрагирующих стреляные гильзы в случае их использования и т. д. Эти механизмы могут иметь ручной, частичный или полностью автоматический привод. Для обеспечения их работы может использоваться откат ствола или иное действие отдачи при выстреле, возможно и применение внешнего источника энергии. По типу запирающего элемента затворы современных орудий подразделяются на клиновые и поршневые. Первые большей частью являются конструктивным элементом танковых, противотанковых, зенитных и полевых систем. Вторые чаще встречаются у сухопутных орудий большой и особой мощности и у крупнокалиберных морских артиллерийских орудий, предназначавшихся в прошлом для установки на больши́е артиллерийские корабли — тяжёлые крейсера и линкоры (в США последние тяжёлые крейсера-долгожители были исключены из списочного состава флота в 1991 г., а линкоры — в 2012 г.) Но есть и исключения — например, перспективная российская гладкоствольная танковая 152-мм пушка оснащена именно поршневым затвором.

• Лафет — совокупность узлов, агрегатов и элементов орудия, обеспечивающая наводку ствола в вертикальной и горизонтальной плоскости, безопасное производство выстрела и возможность перемещения всей системы. У ставших историей сухопутных систем большой и особой мощности ствол снимался с лафета и они оба перевозились на отдельных повозках. Но большинство современных буксируемых орудий транспортируются нераздельно и лафет фактически является для них повозкой. Для этого его конструкция предусматривает два положения — походное и боевое и именно такое устройство лафета рассматривается в дальнейшем. Его функциональными элементами являются:

• • Люлька — соединяет в единую группу ствол с противооткатными устройствами и укладывается своими цапфами в соответствующие гнёзда верхнего станка. Цапфы служат осью вращения ствола при вертикальной наводке, для чего люлька имеет соединение с верхним станком посредством винтовой или шестерёнчатой пары, относящейся к подъёмному механизму. Чаще всего встречаются люльки желобообразного и обойменного типов.
  • Противооткатные устройства — предназначены для упругого соединения ствола с лафетом, снижения действующих на него нагрузок при выстреле, торможения откатывающихся частей орудия и возвращения их в исходное (к началу отката) положение с удержанием в этом положении до очередного выстрела. К противооткатным устройствам относятся тормоз отката и наката (кратко называемый тормозом отката) и накатник. Тормоз отката представляет собой частично заполненный жидкостью и сжатым газом (воздухом) цилиндр с движущимся в нём поршнем, через отверстия в котором при откате или накате пробрызгивается жидкость в незанятый ей объём. За счёт создаваемого этим процессом сопротивления движению откатывающихся частей орудия их кинетическая энергия уменьшается за более длительное время, чем в случае отсутствия тормоза отката и, тем самым, смягчается ударное воздействие отдачи на лафет. Накатник представляет собой либо заполненный сжатым газом (воздухом) цилиндр с движущимся в нём поршнем, либо набор пружин. При откате он также противодействует движению откатывающихся частей орудия, аккумулируя в своём упругом элементе часть их кинетической энергии. Затем, при накате, эта энергия используется для возврата ствола в исходное положение. Противооткатные устройства размещаются в люльке и их цилиндры могут как откатываться вместе со стволом при выстреле (тогда неподвижными относительно люльки являются их поршни со штоками), так и быть неподвижными (здесь перемещаются уже их штоки с поршнями). Совокупность ствола с затвором, люльки и противооткатных устройств, поворачивающаяся относительно оси цапф в вертикальной плоскости как единое целое, называется качающейся частью орудия.
  • Верхний станок — поворотная вокруг вертикальной оси деталь-основание с цапфенными гнёздами для установки на неё качающейся части орудия. Помимо неё, на верхнем станке станке находятся некоторые узлы поворотного, подъёмного и уравновешивающего механизмов, а у систем с независимой линией прицеливания — ещё и прицельные приспособления. Как правило, к верхнему станку крепится щитовое прикрытие, если оно предусмотрено в конструкции орудия. Верхний станок с установленной на него качающейся частью и полным набором отмеченных выше узлов, агрегатов и элементов называется вращающейся частью орудия. Посредством штыря верхнего станка, вставляемого в специальное отверстие нижнего станка, вращающаяся часть соединяется с остальными узлами лафета. Для облегчения её поворота в этом соединении могут присутствовать катки или упругие элементы, например тарельчатые пружины (Бельвиля), или и те и другие одновременно.
  • Подъёмный механизм — устройство для установки ствола на заданный угол возвышения. Представляет собой механическую передачу вращательного момента с маховика наводчика на зубчатое или винтовое зацепление, которое задаёт ориентацию люльки в вертикальной плоскости. Как правило, эта передача является многозвенчатой и может включать в себя пары цилиндрических или конических шестерён, карданные валы, червячные пары и другие виды простых механизмов. По типу основного элемента подъёмные механизмы классифицируют на секторные (зубчатая пара из шестерни и дугообразного зубчатого сектора на люльке) и винтовые (пара из ходового винта и матки на люльке).
  • Уравновешивающий механизм — устройство для уменьшения нагрузок на детали подъёмного механизма и облегчения работы наводчика при установке угла возвышения ствола. У современных орудий ствольная группа является неуравновешенной относительно оси цапф люльки — при отсутствии каких-либо препятствий для вращения её длинная дульная часть перевешивает короткую казённую. При небольшом максимальном угле возвышения возможно разместить цапфы на люльке так, чтобы моменты, создаваемые силой тяжести на дульную и казённую части компенсировали друга; такое самоуравновешивание ствольной группы применялось ранее в конструкции ряда танковых и казематных артиллерийских систем. Но для полевого орудия оно не позволяет достичь большого угла возвышения при невысоком положении оси цапф относительно опорной плоскости, т. к. при этом казённая часть упирается в грунт. Увеличение высоты оси цапф не является оптимальным решением из-за возрастания вертикального габарита орудия. Как следствие, оно становится более заметным и легко поражаемым на поле боя, а на марше у него появится склонность к опрокидыванию из-за высоко расположенного центра тяжести всей конструкции. Поэтому для обеспечения возможности ведения навесного огня и во избежание отмеченных выше негативных последствий ось цапф сдвигают ближе к казённой части. При этом сила веса дульной части создаёт вращательный момент относительно оси цапф, который парируется подъёмным механизмом. Если не предпринимать никаких мер, то детали подъёмного механизма должны быть очень прочными и массивными, а усилие на его маховике для изменения угла возвышения ствола будет на грани физических возможностей наводчика. Поэтому момент силы со стороны ствольной группы компенсируют равным и противоположно направленным моментом со стороны силы упругости элемента внутри уравновешивающего механизма. Этим элементом могут быть сжатые (растянутые) пружины или сжатый газ (воздух) внутри цилиндра с поршнем. В результате суммарный вращательный момент ствольной группы с уравновешивающим механизмом относительно оси цапф становится равным нулю, исчезает надобность в очень прочных и массивных деталях подъёмного механизма, а его передаточное соотношение можно выбрать оптимальным для быстрой и лёгкой вертикальной наводки орудия.
  • Нижний станок
  • Поворотный механизм
  • Станины с сошниками
  • Колёсный ход с подрессориванием и тормозными механизмами — необходимы для перевозки орудия и регулирования при этом скорости его перемещения. Как правило используются колёса от серийных грузовых автомобилей, как с пневматической камерой, так и заполненные губчатым каучуком. В первом случае достигается высокая скорость буксирования, во втором — нечувствительность к повреждениям (в т. ч. прострелам) упругого элемента на ободе колеса. Чтобы избежать негативного воздействия тряски, вибраций и отдельных сильных ударов на чувствительные к ним механизмы орудия, его колёсный ход снабжают подрессориванием, сходным по типу с аналогичными узлами автомобильной и танковой техники. Чаще всего в нём в качестве упругого элемента используются листовые рессоры или торсионы. Для недопущения саморазгона системы или её фиксации на наклонной плоскости на марше, а также для обеспечения её стабильности при возке (недопущение заносов) в конструкции её колёсного хода часто имеется тормоз механического или пневматического типа. В последнем случае исполнительные барабанные или дисковые механизмы соединяются посредством гибкого шланга с ресивером с воздушной магистралью тормозной системы тягача.
  • Сцепное устройство — шворневые лапа, воронка или балка с проушиной на хоботовой части лафета или на стволе орудия, нужные для соединения с парным ему элементом (буксировочный крюк, фаркопф или штырь) на передке или тягаче. С их помощью расчёт может быстро сцепить или расцепить систему со средствами механической или конной тяги.
  • Прицельные приспособления — совокупность узлов, агрегатов и деталей орудия, предназначенных для обеспечения контроля правильности наводки его ствола в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Как правило, представляют собой механические, оптические, оптико-механические или электронные угломерные (и в ряде случаев дальномерные) устройства. На отечественных системах к прицельным приспособлениям относят панорамные, оптические и механические прицелы, а также панорамы и коллиматоры.
  • Щитовое прикрытие — один или несколько листов брони толщиной до 5—10 мм, защищающие расчёт и механизмы орудия от пуль, мелких осколков и ударных волн от близких разрывов с фронтального направления, а также при выстреле. В щитовом прикрытии делаются вырезы для ствола и прицельных приспособлений при ведении огня прямой наводкой; иногда оно частично или полностью может откидываться для лучшего обзора. Часто на нём размещаются коробки для различных принадлежностей к орудию. Некоторые дальнобойные системы не имеют щитового прикрытия, т. к. они не предназначены для ведения огня прямой наводкой с выходом на дистанцию, где возможен их обстрел противником из стрелкового оружия. А при контрбатарейной стрельбе разрывы вражеских снарядов могут быть и сбоку, и сзади; против порождаемых ими осколков щитовое прикрытие бесполезно. Также щитовое прикрытие отсутствует у многих моделей авиадесантируемых (особенно парашютным способом) или горных орудий с целью максимального снижения их массы.
  • Электрооборудование — как правило, указатели поворота оранжевого цвета, габаритный огонь и стоп-сигнал красного цвета, присоединяемые к бортовой сети тягача посредством штепсельной розетки. Также может иметься переключатель и балластное сопротивление для возможности работы с разными напряжениями бортовой сети тягача (например 24В у гусеничных машин и 12В у автомобилей). Съёмные приборы освещения шкал прицельных приспособлений с автономным аккумуляторным питанием к электрооборудованию не относят, причисляя их к комплекту запасных частей, инвентаря и принадлежностей к орудию. Также не являются частью электрооборудования электронные компоненты прицельных приспособлений — тепловизор или радиолокационная станция, установленные на системе.