МОНЕРГОЛИ И ДИЕРГОЛИ – ПРОГРЕСС

В РАЗРАБОТКЕ БОЕПРИПАСОВ

Крис Дженкинс

В течение ряда лет велась разработ­ки жидких метательных веществ (ЖМВ) для пушек. Используя опыт, полученный при раз­работке метательных зарядов для ракетной техники, в США, Великобритании, Западной Германии и Франции по ряду программ ис­следуется применение таких метательных за­рядов для минометов, артиллерийских и танковых пушек.

Принцип действия жидких метательных веществ сам по себе сравнительно простой. Топливо под давлением нагнетается в камеру сгорания пушки снарядом, который должен выстреливаться, и инициируется. В результате сгорания возникает давление, которое приводит снаряд в движение. Это звучит просто и можно простить некоторых читателей за то, что они спрашивают себя, из-за чего же вся суета и почему уходит столько времени на применение этого принципа в пушках.

Несомненно, существуют преимущества использования ЖМВ, но существуют также связанные, главным образом, с тем фактом, что предназначаются для взрыва. Хитрость заключается в том, чтобы разработать метод управления их взрывом.

При использовании их в качестве метательных зарядов воз­никают также другие факторы. К ним  относится обеспечение то­го, чтобы использовалось надлежащее количество ЖМВ для данной дальности (гаубичное применение); чтобы скорость горения ЖМВ была по возможности равномерной для обеспечения стандартизиро­ванной траектории для каждого выстрела; чтобы не было вредной химической реакции между используемым метательным веществом и материалом, из которого изготовлен ствол пушки; чтобы используе­мые химические препараты и продукты их сгорания не создавали опасности для здоровья человека при правильном обращении.

Заряды картузного и гильзового заряжания имеют то преимущест­во, что они изготовляются в контролируемой среде, в которой мо­гут быть заранее определены количество метательного заряда и скорость горения. Присущим им недостатком является то, что их трудно хранить без риска. Если заряд преждевременно инициирует­ся горячим осколком, например, и высоким давлением, то другие заряды, находящиеся по соседству, могут взрываться, приводя к катастрофическим результатам. Кроме того, требуется обеспече­ние безопасной доставки зарядов на переднюю линию фронта.

Преимущества (ожидаемые) ЖМВ

В приведенном выше подзаголовке добавлено слово "ожидае­мые", чтобы показать, что не все видимые преимущества факти­чески  доказаны, хотя работа продолжается.

Надежность. Одним из ожидаемых преимуществ является на­дежность. Это в частности относится к диерголям и даже в боль­шей степени к несамовоспламеняющимся диерголям. В современных танках и самоходных гаубичных установках перевозимые заряды представляют какую-то степень риска для экипажа, так как они могут взрываться от осколков. В танках армии Великобритании, например, все заряды размещаются под погоном башни, в относительно безопасном месте корпуса. В западногерманском танке "Леопард-2", из которого стрельба ведется унитарными боеприпасами, некоторое количество выстрелов размещается в ни­ше башни, а большая часть выстрелов укладывается в корпусе, где дополнительной защитой являются баки дизельного топ­лива. В танке "Абрамс" М-1 США, в котором также используются унитарные боеприпасы, большинство выстрелов размещено в нише башни. В танках "Леопард-2" и М-1 детонация выстрелов, разме­щенных в нише башни, может вызвать сильное повреждение боевого отделения, несмотря на наличие бронированных дверц и срывных секций на крыше ниши башни.

При использовании диерголей не существует риска случайного воспламенения или самовоспламенения (пока не соединяются два химических вещества - а это происходит лишь в случае самовосп­ламеняющихся смесей). Два химических вещества могут размещаться в любом имеющемся месте, предпочтительно на противоположных бортах машины.

Экономия заброневого объема. Объем для размещения боепри­пасов основного вооружения внутри боевой бронированной машины (AFV) ценится очень высоко. Об этом следует хорошо подумать на стадии разработки машины, чтобы обеспечить по возможности безопасное размещение максимального числа выстрелов с учетом упомянутых выше ограничений.

Несмотря на то, что должно перевозиться большое количество жидкого метательного вещества (почти 10- 12 л для одного 120-мм бронебойного оперенного снаряда с отделяющимися ведущими частями (APFSDS), жидкости гораздо легче размещать, чем твердые метательные снаряды и снаряды или   выстрелы унитарных боеприпасов. Объем боеукладки, например, для 42 выстрелов 120-мм танковых боеприпасов в танках М-1 и "Леопард-2" составляет примерно 2650 л . Требуемое количество несамовоспламеняющегося ЖМВ (плюс снаряды) для того же количества снарядов, которые должны выстреливаться с такой же начальной скоростью, займет приблизительно 1780 л объема. Этот объем может быть увеличен примерно до 1650 л для получения более высокой начальной скорости снарядов. Следует также заметить, что баки для химических веществ могут быть любой формы и, следовательно, могут быть разработаны для оптимального использования ограниченного объема в боевом отделении. Сэкономленные объем и масса могут либо не использоваться (обеспечивая таким образом более легкуюмашину), либо использоваться для размещения дополнительных снарядов (пропорционально дополнительной жидкости, которую потребуется перевозить) или дополнительной защиты.

ЖМВ исключает также потребность в объемных зарядных гильзах, которые должны удаляться после  стрельбы. Даже короткие гильзы выстрелов 120-мм гладкоствольных танковых пушек современного поколения занимают значительный объем в башне.

Заряжание.  При применении ЖМВ в танках с автоматами раздельного заряжания остается механизм заряжания снаряда. Это приведет к упрощению конструкции автомата заряжания и увеличению скорострельности.

Ведутся работы по разработке системы подачи ЖMB в зарядную камору при любом положении пушки. Если разработка окажется удачной, то не потребуется возвращать пушку и башню в исходное положение перед заряжанием.

Рис. 1.            Схема системы подачи ЖМВ для несамовоспламеняющегося диерголя: 1 — бак (резервуар); 2 - топливо; 3 - питательный насос; 4 - предохранительный клапан; 5 - быстродействующий клапан; 6 - промежуточный топливный бак; 7 -воспламенитель; 8 - перелив­ной клапан; 9 - пушка с системой впрыска; 10 -трубопровод подвода окислителя; 11 - окислитель; 12 - трубопроводы подвода окислителя с двойной  заполненной водой обшивкой

Материально-техническое обеспечение. Проблемы, связанные с размещением зарядов в танках и гаубицах (то есть опасность нежелательного взрыва), обостряются в системе материально-технического обеспечения. В большинстве армий боеприпасы транспортируются в первые эшелоны на легкобронированных машинах. В военное время возможность попадания в одну из этих машин велика, известны и случаи воспламенения транспортеров для перевозки боеприпасов в мирное время. Более того, производственные возможности по боеприпасов ограничены и, следовательно, они являются целями, представляющими большую ценность.

ЖМВ но своему существу безопаснее для транспортировки и обращения. Два химических вещества в диерголе могут транспор­тироваться. раздельно в контейнерах или автоцистернах без риска взрыва, если произошло попадание в одно из них, Кроме того. химические вещества могут транспортироваться непосредственно от изготовителя на поле боя, их не надо смешивать или превращать  в заряды.

Исследования показали, что ЖМВ могут использоваться для целого ряда типов вооружения, показы были проведены с использованием 30- и 105-мм пушек. Их использование возможно также для самолетов с теми же преимуществами размещения и безопаснос­ти, как и в наземных системах. Таким образом, будет меньше  ти­пов зарядов - упрощается материально-техническое обеспечение.

Единственным недостатком доставки ЖМВ непосредственно на поле боя может быть то, что некоторые из монерголей (осо­бенно на гидроксильном нитрате аммония) и диергольные окисли­тели, например, перекись водорода (Н₂О₂), сильно подвержены разложению. Поэтому перед заправкой в баки боевых машин тре­буется контроль высокоточными измерительными приборами. Это очень трудно осуществлять в условиях, которые обычно преоблада­ют во время пополнения на поле боя. Одна из фирм, осуществляю­щих в настоящее время исследования в этой области, заявляют, что нашла "хорошее решение" этой проблемы.

Рис. 2.            Испытательный стенд 30-мм пушки, используемый фирмой "Диль" в исследованиях самовоспламеняющегося диерголя

Рис.3.             25-мм автоматическая пушка, которую использовала фирма "Рейнметалл" в своих ранних исследованиях по ЖМВ

Рис. 4.            Опытный образец 20-мм пушки фирмы "Рейнметалл, используемый в исследованиях монерголя

Рис. 5.            Испытательный стенд 105-мм пушки. фирмы "Дженерал электрик", для заряжания используется метод реге­неративного впрыска. На вставке доказан испытательный бункер фирмы "Дженерал электрик"

Стоимость. Используемые в различных исследовательских ппрограммах химические вещества широко применяются в коммерческом секторе. В Западной Германии, например, установлено, что в коммерческом секторе ежегодно производится около 10000 т азотной кислоты и перекиси водорода. Дальнейшие расчеты показа­ли, что эквивалентное количество диерголя Н₂О₂ / углеводород, необходимое для выстрела 155-мм снаряда самоходной гаубичной установки на максимальную дальность (заряд 8), будет стоить пример­но 15 фунтов стерлингов. Твердое метательное вещество заряда 6 для того же снаряда в настоящее время стоит около 300 фунтов стерлингов. Себестоимость единицы того же диерголя близка к 1 фунту стерлингов на килограмм.

Внутренняя баллистика. Внутренняя баллистика обычной пушки определяется в основном метательным зарядом. Внутренняя баллистика пушки с ЖМВ определяется в большей степени подготовкой метатель­ного заряда непосредственно в каморе.

Внутренняя баллистика относится к той области, в которой преимущества являются в действительности все еще "ожидаемыми". Например, что касается современной 120-мм гладкоствольной пуш­ки, результаты испытаний показывают, что ряд факторов внутрен­ней баллистики будет улучшен. Удельная энергия может быть на 10-14% выше, а объемная плотность улучшается примерно на 30%. Использование ЖМВ обеспечит число молей (Nо1)* на 17% выше.

Утверждают, что температура горения, например, диерголя, сос­тоящего из разбавленной Н₂0₂ (перекиси водорода) и углеводородов, примерно на 20% ниже, чем температура горения стандарт­ного твердого метательного заряда. Это приведет к снижению дульных демаскирующих признаков (например, меньше дульное пламя) и таким  образом уменьшит степень (вероятность) опозна­ния стреляющего танка днем. Более низкая температура горения приведет также к меньшему износу ствола, при условии, что между метательными зарядами и материалом, из которого  изго­товлен ствол, не происходит никакой химической реакции.

Одним из факторов, которые могут влиять на скорость горе­ния метательного заряда, является его температура при воспла­менении. Температура современных зарядов, по крайней мере, в самоходных гаубичных установках (для танковых пушек она не так важна) измеряется и вводится в вычислитель системы управ­ления огнем Температура и концентрация окислителя могут из­меряться, когда жидкости находятся в баках перед заправкой в камору. Затем эта информация может автоматически подаваться в вычислитель системы управления огнем.

Целью всех разработчиков танковых пушек является выравнивание жесткого пикового   значения давления (зависимость нарастания давления от времени). В большинстве современных танковых пушек пиковое значение давления достигается быстро после воспламенения летательного заряда и затем быстро убывает. Целью  является достижение более равномерной скорости горения,  что снижа­ет пиковое значение и поддерживает потребное давление в течение более продолжительного периода времени. Большинство экспериментаторов соглашается, что  теоретически это возможно при использовании ЖМВ, хотя еще не достигнуто.

_____________________________________________________________________

*          Nо1 (моль) определяется в словаре  Webster как "коли­чество чистого вещества, которое содержит такое же число элементарных структурных единиц, как атомов точно в 12 г изотопного углерода - 12".

Прим. автора статьи

Рис. 6.            Схема, на которой показана предлагаемая компоновка для гаубицы с ЖМВ, использую­щей метод регенеративного впрыска:

1 - запирающий механизм для всех поршней; 2 - поршни зарядки окислителя; 3 - поршни подачи топлива; 4 - поршни впрыска; 5 - выпускной воздушный клапан; 6 - окис­литель; 7 - топливо

Типы ЖМВ

Монерголи (однокомпактный заряд) - жидкие гомогенные метательные заряды, состоящие из чистых составов, обладающих большой энергией, или смесей, которые образуют газы посредством межмолекулярной реакции (например, пропилнитрат) или катали­тического разложения (например, перекись водорода, гидразин и окись этилена).

Диерголи (двухкомпонентный заряд) - чистые или смесевые жидкие топлива и окислители, которые хранятся раздельно и затем смешиваются в стехиометрических отношениях, чтобы вызвать реакцию в каморе сгорания.

Диерголи подразделяются на самовоспламеняющиеся и несамовоспламеняющиеся. В самовоспламеняющихся диерголях самопроизвольное горение происходит, когда соединяются топливо и окислители Несамовоспламеняющимся диерголям требуется воспламенитель (например, пиротехнический или электрический). Эти определения даны в справочнике фирмы "Эрликон", 2-е издание, 1981г.(Osrilkon Pocket  Book, 2nd Edition (1981)).

Недостатки использования ЖМВ

Хотя перечень преимуществ, указанных выше, большой (а некоторые из них все еще остаются теоретическими), сущест­вует и ряд недостатков использования ЖМВ. Однако некоторые преимущества еще не полностью подтверждены. А многие заметные проблемы могут быть решены в течение нескольких следующих лет. По крайней мере, на это  серьезно надеются фирмы, занятные в настоящее время исследованиями  в области ЖМВ.

Рис. 7.            Методы заряжания ЖМВ:

I - безгильзовое заряжание: 1 - монерголь или несамовоспламеняющийся диерголь; 2 - самовоспла­меняющийся диерголь; 3 - метательный заряд; 4 - воспламенитель (электрический или пиротехни­ческий ); 5 - топливо; 6 - окислитель в капсуле; 7 - пиротехническое или механическое устройство для пробивания капсулы;

II - регенеративный впрыск: 1 - монерголь или несамовоспламеняющийся диерголь; 2 - диерголь (или самовоспламеняющийся диерголь); 3 - мета­тельный заряд; 4 - камера -разности давлений; 5 - воспламенитель (электрический или пиротехни­ческий); 6 - топливо; 7 - окислитель; 8 - меха­ническое устройство для использования с самовоспламеняющимися диерголями; 9 - воспламенитель для несамовоспламеняющихся диерголей

На ранней стадии исследований, в которых использовались минометы и малокалиберное оружие, для монерголей и диерголей использовался так называемый метод безгильзового заряжания. При использовании монерголей и предварительно смешанных несамовоспламеняющихся диерголей измеренное количество метательного заряда вводилось в камору и воспламенялось электри­ческого или пиротехнического воспламенителя. Для самовоспла­меняющихся диерголей окислитель содержался в капсуле, которая пробивалась пиротехническим или механическим устройством. Как только два химических вещества смешивались, они самопроизвольно воспламенялись. Проблемами, с которыми встречались при исполь­зовании этого метода безгильзового заряжания, были в основном обтюрация и воспламенение. Таким образом, не могла быть достигну­та постоянная скорость горения, и эксплуатационная безопасность была поставлена под серьезную угрозу.

Для преодоления этого был принят так называемый регенера­тивный метод или впрыск. По существу этот метод означает, что метательный заряд всасывается в камору разностью давлений. Когда давление в каморе нарастает, поршень отводится назад, засасывая больше метательного заряда в камору (см. рис.6 и 7). Таким образом, можно более легко достичь ровного горения.

Этому методу также присущи проблемы. Они концентрируются в основном вокруг механики трения при движении поршня, утечки через зазор и обтюрации.

Как упоминалось выше, успешно ведется разработка механизма подачи, который обеспечит доставку метательного заряда или, что касается диерголей, двух химических веществ в топливный бак при любом положении башни танка.                             

Другой проблемой, которая требует исследований, является область разряжания метательных зарядов в случае неудавшегося воспламенения и их воздействия на экипаж и окружающую среду.

Несмотря на более сложную подачу, несамовоспламеняющиеся диерголи выдвигают меньше проблем в отношении воспламенения, чем другие метательные заряды.

Считают, что если в ходе исследований монерголи по воспламенению покажут такие же преимущества, как и диерголи, то они и будут приняты. Однако на данном этапе это  вызывает сомнения.

С точки зрения члена экипажа, еще одним недостатком является наличие ряда нагнетающих магистралей, проходящих башне. Все больше и больше башенные системы приводятся в действие с помощью электроприводов, чтобы избежать гидравлических трубопроводов высокого давления, которые являются пожароопасными. Сообщают, что максимальное давление жидкости для танковой пушки с ЖМВ составляет примерно 700 МРа (7000 бар).  В гаубице это давление равно примерно 450 МРа (4500 бар). Следует заметить, что эти высокие давления  достигаются лишь в каморе, а не в питательных трубопроводах. В них давление достигает лишь 1 МРа (10 бар ). Более того, метательный заряд может подаваться без повышенного давления. По продуманному заключению некоторых экспериментаторов, подача без повышенного давления должна быть целью на будущее.

                   Таблица 1

Планируемые характеристики пушек с ЖМВ

Каковы возможности ЖМВ?

Несмотря на то, что программы по исследованию и разработке ведутся уже 10 лет, имеются признаки того, что эффективная, надежная система не будет готова к производству, крайней мере, до 2000 г . Для западногерманской армии это совпадает с введением танка будущего - предварительно названного танком "Леопард-3".

В США больше внимания  уделяется разработке ЖМВ для самоходных гаубичных установок. В октябре прошлого года министерство обороны США заключило контракты на научно-исследовательские и опытно-конструктоские работы                    с фирмами ''Дженерал электрик"   и "Ройал орднанс" в Великобритании. Фирма FMC, которая была вовлечена в такие исследования, в настоящее время прекратила работу по своей программе.

Недавно в Западной Германии министерство обороны заключи­ло контракты на научно-исследовательские и опытно-конструктор­ские работы с фирмами "Рейнметалл" и "Диль". На первой стадии работ эти контракты были нацелены на создание устройства для танковой пушки и проведение испытаний в начале 1989г. Фирма "Рейнметалл" работает над монерголями, а фирма "Диль" разрабатывает систему с диерголями. После испытаний на практическую пригодность для дальнейшей работы будет выбран один метод. В конечном счете, если все пойдет хорошо, пушка с ЖМВ сможет установлена на западногерманском танке будущего.

CHRIS JENKINS.MONERGOLS AND DIERGOLS - THE WAY

FORWARD FOR PROJECTILES.

MILITARY TECHNOLOGY, 1988, No 7.