Физика как она есть

Неисчислимое количество копий было сломано по поводу бронепробиваемости и немало обидных слов было высказано в адрес того или иного артиллерийского орудия из-за его низкого, согласно некоторым мнениям, бронебойного действия. Однако, артиллерийская система состоит из двух равно важных компонентов — собственно артиллерийского орудия и боеприпасов к нему. Как только снаряд покинул ствол орудия, роль последнего в драме «Процесс пробития брони» сыграна полностью. Во втором её акте действующими лицами будут являться снаряд, бронепреграда и состояние атмосферы. Тем не менее, без орудия самый-самый лучший снаряд — бесполезные в боевом отношении килограммы чёрного и цветных металлов и взрывчатых веществ. Даже для использования его в качестве мины требуются разного рода ухищрения, а боеприпасы в инертном снаряжении негодны даже для такого применения. Поэтому конструктивное совершенство артиллерийского орудия играет очень важную роль в достижении оконечного результата — нужной бронепробиваемости и зачастую ею же и оценивается. А бронепробиваемость зависит только от взаимного расположения, конструктивных и физико-химических свойств снаряда и бронепреграды, скорости соударения. Ни один из этих факторов к орудию не относится. Если конструкция снаряда неудачна или качество его изготовления невысоки, то сколь бы ни было совершенно орудие, оно не сможет поразить вражескую цель, дурная слава и ему, и его создателям обеспечена. Даже если потом недостатки будут устранены, первое впечатление может надолго (если не навсегда) лечь пятном на репутацию того или иного образца артиллерийского вооружения. А поскольку объективное сравнение возможности бронебойного действия орудий действительно нужно, то необходима некая мера, показатель их такого рода способностей независимо от свойств снарядов и бронепреграды. Его наличие сразу позволит сказать, исчерпаны ли возможности орудия и боеприпасов к нему или нет и что следует совершенствовать в первую очередь. Естественно, что улучшение боеприпасов путём замены их на новые версии для уже существующих орудий на практике является гораздо более предпочтительным, чем замена самих орудий. Однако по вполне понятным причинам теоретические изыскания на этот счёт в широком доступе отсутствуют.

Тем не менее, знания физики на уровне студента-первокурсника будет вполне достаточно, чтобы сделать такой анализ самому. Представим себе позицию для тестируемого артиллерийского орудия на весьма незначительном удалении от бронепреграды, в которую его снаряд попадает со своей дульной скоростью строго под прямым углом. На эту позицию устанавливается тестируемый образец и производит выстрел всеми видами своих калиберных бронебойных боеприпасов для оценки их пробивных качеств. Этот мысленный эксперимент можно даже сделать натурным, но он будет очень дорогостоящим и не даст ответа на вопрос о свойствах орудий — ибо боеприпасы у каждого из тестируемых образцов свои, да и бронепреграду надо будет менять после каждого выстрела, вряд ли её свойства при этом останутся строго неизменными. Но нам это и не нужно, поскольку простые физические соображения позволят привести всё к определённому общему знаменателю.

Итак, начнём — чем с точки зрения физики вызывается пробитие брони? Ответ прост — давлением P со стороны снаряда на участок бронепреграды перед ним. Это давление по определению есть не что иное, как отношение силы F к площади S, на которую она действует. В качестве нулевого приближения можно сказать, что S есть площадь поперечного сечения снаряда, т. е. с незначительной погрешностью 0.25×π×D², где D — калибр орудия и снаряда (на самом деле максимальные диаметры канала ствола и снаряда слегка отличны от величины калибра, но здесь эта разница роли не играет). Сила F распределяется по площади S в процессе пробития неравномерно, но опять же её вполне можно заменить неким средним, полученным путём интегрирования по площади, значением, которое тем ближе к истине, чем тупоголовее в артиллерийском смысле снаряд. С методологической точки зрения такая операция вообще не влияет ни на что. По третьему закону Ньютона снаряд воздействует на бронепреграду с силой, равной по модулю и противоположно направленной силе, с которой бронепреграда воздействует на снаряд. Последняя заставляет снаряд тормозиться и терять скорость. Полагая массу снаряда практически неизменной в процессе взаимодействия, получим, что

P = F/S = 4×dp/dt×π^-1×D^-2

где p = m×V — импульс, количество движения снаряда перед ударом, равное произведению его массы и скорости по модулю. Соответственно dp/dt — его первая производная по времени, скорость изменения (в нашем случае убывания). Как уж импульс будет изменяться — зависит от бронепреграды и от снаряда и никоим образом не зависит от орудия. Но его изначальный запас p₀, разделённый на площадь поперечного сечения снаряда S (т. н. удельный дульный импульс; импульс, приходящийся на единицу площади поперечного сечения снаряда) напрямую определяет бронебойный потенциал уже именно орудия. Как он и будет ли вообще реализован — совершенно другое дело, а чем бо́льшая эта величина у орудия, то однозначно тем выше шанс у его снаряда пробить бронепреграду при прочих равных условиях. Что нам, собственно говоря, и нужно. Можно брать справочники и садиться считать, включив в рассмотрение те образцы вооружения, которые могли использовать против бронеобъектов калиберные бронебойные или бетонобойные снаряды.

Расчёт удельного импульса для различных систем
Орудие или пулемёт	Государство	Калибр, мм	Масса снаряда, кг	Начальная скорость, м/с	Дульный импульс, кг×м/с	Площадь поперечного сечения снаряда (пули), мм²	Удельный дульный импульс, кг×м/(с×мм²)
ДТ		7,62	0,0096	840	8	46	0,17
ДШК		12,7	0,048	850	41	127	0,32
КПВ		14,5	0,060	976	59	165	0,36
ПТРС, ПТРД		14,5	0,060	1020	61	165	0,37
ТНШ		20	0,096	815	78	314	0,25
72-К		25	0,29	910	264	491	0,54
1-К		37	0,66	820	541	1075	0,50
61-К		37	0,77	872	671	1075	0,62
53-К, 20-К		45	1,43	760	1087	1590	0,68
М-42		45	1,43	870	1244	1590	0,78
ЗиС-2		57	3,19	990	3158	2550	1,24
ЗиС-3, Ф-34, ЗиС-5		76	6,3	662	4171	4534	0,92
52-К, Д-5, ЗиС-С-53		85	9,2	800	7360	5672	1,30
БС-3, Д-10		100	15,6	895	13962	7850	1,78
А-19, Д-25		122	25,0	790	19750	11684	1,69
МЛ-20		152	48,8	600	29280	18137	1,61
MG 34		7,92	0,01426	755	11	49	0,22
PzB 39		7,92	0,01426	1020	15	49	0,3
MG 131*		13	0,0385	750	29	132	0,22
2-cm-FlaK, 2-cm-KwK		20	0,134	900	121	314	0,39
Pak 35/36, 3.7-cm-KwK		37	0,685	760	521	1075	0,48
3.7-cm-FlaK		37	0,685	840	575	1075	0,53
5-cm-KwK L/42		50	2,06	685	1411	1963	0,72
Pak 38, 5-cm-KwK L/60		50	2,06	823	1695	1963	0,86
7,5-cm-KwK L/24		75	6,8	385	2618	4416	0,59
7,5-cm-KwK L/43		75	6,8	740	5032	4416	1,14
Pak 40, 7,5-cm-KwK L/48		75	6,8	792	5386	4416	1,22
Flak 36, 8,8-cm-KwK L/56		88	9,4	795	7473	6079	1,23
Flak 41, Pak 43, 8,8-cm-KwK L/71		88	9,4	980	9212	6079	1,52
10.5-cm-le.FH 18		105	14,25	470	6698	8655	0,77
10-cm-s.K 18		105	14,25	835	11899	8655	1,37
10.5-cm-Flak		105	14,25	881	12554	8655	1,45
12.8-cm-Flak		128	28,3	860	24338	12861	1,89
Pak 44		128	28,3	930	26319	12861	2,05
15-cm-s.FH 18		150	43,5	520	22620	17663	1,28
* — авиационное оружие Люфтваффе, но, согласно некоторым сведениям, 13-мм пулемёт устанавливался на опытный танк Panzerkampfwagen I Ausf.C