Артиллерия

За дном снаряда тянется во все стороны хвостовая волна.

Сгущение воздуха впереди головной части снаряда тормозит его полет. Разреженная зона позади снаряда засасывает снаряд и этим еще усиливает торможение. Кроме того, стенки снаряда испытывают трение о частицы воздуха.

Сопротивление воздуха резко возрастает, когда скорость снаряда приближается к скорости звука (рис. 106). Скорость звука, как известно, приблизительно равна 340 метрам в секунду, и снаряды многих орудий летят вдвое ж даже втрое быстрее звука.

В этом случае снаряд обгоняет все волны, образующиеся перед его головной частью (рис. 107).

Снаряд при этом сильно тормозится и быстро теряет свою скорость.

Рис. 107. Распространение звуковых волн, порожденных в воздухе снарядом, двигающимся скорее звука

Опыты показывают, что даже при скоростях снаряда, меньших скорости звука, сопротивление воздуха растет не пропорционально скорости снаряда, а гораздо быстрее: если выбросить снаряд с удвоенной скоростью, то потеря им скорости из-за сопротивления воздуха возрастет примерно вчетверо. Утройте скорость снаряда – замедление возрастет примерно в девять раз.

Словом, при скоростях до 300 метров в секунду замедление полета снаряда возрастает приблизительно пропорционально квадрату скорости его полета, а при больших скоростях полета снаряда– и еще того больше.

Цилиндр или сигара?

Воздух тормозит летящий снаряд, замедляет его полет.

Можно ли бороться с этим замедлением?

Один способ мы уже знаем – уменьшить скорость самого снаряда. Но ведь снаряд, летящий медленнее, упадет ближе. Этот способ применим только в том случае, когда нам нет надобности забрасывать снаряд далеко.

А на войне важно иметь возможность забросить снаряд как можно дальше. Поэтому уменьшать его скорость не годится.

Поищем, нет ли других, более выгодных способов бороться с замедлением полета снаряда из-за сопротивления воздуха.

Такие способы существуют.

Представьте себе, что вы хотите выбраться из трамвая, битком набитого пассажирами. Попробуйте итти прямо – грудью вперед; пожалуй, вы не доберетесь до выхода. Но если вы начнете пробираться боком, вам уже не так трудно будет протолкаться.

Нечто подобное испытывает и снаряд в полете: не безразлично, как он будет пробираться между частицами воздуха.

Был в старину – во времена севастопольской обороны – такой снаряд: светящее ядро к полупудовой медной мортире. Это ядро имело форму цилиндра.

В полете оно подставляло воздуху плоскую поверхность – круг. Оно наталкивалось на большое сопротивление воздуха, подобно человеку, который пробивается сквозь толпу грудью вперед. А сзади этого цилиндрического ядра получалась большая зона разреженного воздуха, сильно засасывавшая это ядро, отнимавшая у него скорость.

Такое ядро летело всего лишь метров на пятьсот.

Обыкновенное шаровое ядро той же мортиры, хотя и встречало также большое сопротивление воздуха, но все же по форме было выгоднее цилиндра: оно могло пролететь метров восемьсот – в полтора раза дальше светящего ядра.

Заострить головную часть снаряда еще выгоднее: как заостренный нос быстро идущей яхты легко рассекает воду, так и снаряд с заостренной головной частью разрезает воздух легче, чем цилиндрическое или шаровое ядро.

Вот почему головную часть снаряда начали заострять, едва лишь научились делать устойчивым в полете продолговатый снаряд, – еще в середине девятнадцатого века.

Рис. 108. Если бы снаряд с плоской поверхностью вылетел со сверхзвуковой скоростью, он вызвал бы огромное сопротивление воздуха и через короткое время потерял бы свою скорость

Рис. 109. Велико было бы сопротивление воздуха шаровому ядру, летящему со сверхзвуковой скоростью

Рис. 110. Наименьшее сопротивление воздуха вызывает современный дальнобойный снаряд обтекаемой формы

Донная часть такого снаряда оставалась, однако, еще цилиндрической, и позади снаряда получалась большая зона разреженного воздуха, сильно засасывавшая снаряд, отнимавшая у него значительную часть скорости (рис. 105).

В двадцатом веке резко возросли скорости транспорта всех видов, быстро развилась авиация. Во всех странах начали изучать действие сопротивления воздуха на быстро движущиеся предметы разной формы. Оказалось, что не только для самолета, но даже для быстроходного автомобиля или поезда важна такая форма, которая является удобообтекаемой. Если автомобилю придать такую форму, то при большой скорости движения он начинает экономить 10-15 процентов горючего или при том же расходе горючего начинает двигаться заметно быстрее.

Тем большее значение имеет форма снаряда: ведь снаряд движется во много раз быстрее автомобиля, он встречает огромное, сопротивление воздуха.

Взгляните на рисунки 105 и 108 – 110. Перед вами четыре снаряда разной формы. На рисунках изображены волны и завихрения воздуха, которые сопровождали бы полет каждого из этих снарядов, если бы скорость их всех была одна и та же, и притом больше, чем скорость звука. Площадь, на которую сильно давит воздух, тем меньше, чем острее головная часть снаряда. Разреженная зона за снарядом также тем меньше, чем больше скошена его донная часть; меньше в этом случае и завихрений позади летящего снаряда.

Очевидно, что при такой скорости наиболее выгодна форма снаряда, изображенная на рис. 110.

Более подробное изучение этого вопроса показало, что каждой скорости полета соответствует своя наиболее выгодная форма снаряда.

Чем больше скорость снаряда, тем острее должна быть его головная часть.

Допустим, что воздух давит на головную часть снаряда с силой в 4 атмосферы, а в разреженной зоне позади снаряда давление составляет всего лишь четверть атмосферы.

Давление на дно снаряда уменьшилось против нормального на три четверти атмосферы: это составляет примерно пятую часть того давления, которое испытывает голова снаряда.

А вот другой снаряд: скорость его значительно больше, чем у первого, а потому он испытывает и большее сопротивление воздуха, – предположим, равное давлению в 100 атмосфер. Пусть он летит так быстро, что за ним позади образуется почти полная пустота: частицы воздуха не успевают ее заполнить. Разница с нормальным давлением составляет целую атмосферу. Но это всего лишь один процент – всего сотая часть – того давления, которое испытывает голова такого снаряда!

Вот почему снарядам, летящим с очень большой скоростью, придают теперь такую форму, при которой головная часть их очень сильно заострена. А снарядам, летящим сравнительно медленно можно и не очень заострять головную часть, но зато нужно обязательно удлинить и сильно скосить их донную часть.

Двадцать лет тому назад граната 75-миллиметровой французской пушки могла пролететь около 8,5 километра.

Рис. 111. Увеличение дальности полета снаряда при улучшении его формы

Но стоило только заострить ее головную часть, удлинить и скосить донную часть, как граната такого же веса стала лететь больше чем на 11 километров; простое изменение формы снаряда увеличило почти на одну треть дальность его полета (рис. 111).