В артиллерии калибр или калибр [nb 1] — это внутренний диаметр ствола орудия или, в более широком смысле, относительная мера длины ствола .
Нарезные стволы вносят неоднозначность в измерение калибра. Нарезной канал ствола состоит из чередующихся нарезов и выступов. Расстояние по отверстию от канавки до канавки больше, чем расстояние от площадки до площадки. Снаряды, выпущенные из нарезных стволов, должны иметь полный диаметр между нарезами, чтобы они могли эффективно вращаться за счет нарезов, но калибр иногда указывается как диаметр между земляными участками до того, как нарезные канавки были прорезаны. Глубина нарезов (и, как следствие, неоднозначность) увеличивается с увеличением калибра.
Стальные артиллерийские снаряды могут иметь переднюю секцию бурлета , диаметр которой немного меньший, чем первоначальный размер ствола от земли до земли, и медную ведущую ленту , несколько большую, чем диаметр между канавками, для эффективной герметизации канала ствола по мере его возникновения. увеличивается в результате эрозии при длительном обжиге.
В орудиях ВМС США обычно использовалась глубина нарезов от половины до одного процента калибра. Спецификация диаметра бурреле снаряда была на 0,015 дюйма (0,38 мм) меньше диаметра контакта с землей с минусом производственного допуска, поэтому средний зазор составлял около 0,012 дюйма (0,30 мм). Диаметр ведущего ремня составлял диаметр между канавками плюс 0,02 дюйма (0,51 мм). [1]
Длина ствола (особенно для более крупных орудий) часто указывается кратно калибру, используемому, например, в военно-морских винтовках США 3 дюйма (76 мм) или больше. [2] Эффективная длина ствола (от казенной части до дульного среза ) делится на диаметр ствола, чтобы получить безразмерную величину. [2] : 81 Например, основные орудия линкоров класса «Айова» можно отнести к калибру 16 дюймов/50 . Их диаметр составляет 16 дюймов, а длина ствола — 800 дюймов (16 × 50 = 800). Это также иногда обозначается префиксом L/; так, например, наиболее распространенное орудие для танка Panzer V описывается как «75 мм L/70», что означает ствол с внутренним диаметром ствола 75 мм (3,0 дюйма), и длина 5250 мм (17 футов 3 дюйма).
Отношение длины ствола к длине ствола в морской артиллерии называется «калибром» [2] : 81 , а в армейской артиллерии называется «длиной». Перед Второй мировой войной ВМС США использовали калибр 5 дюймов/51 (5 дюймов L/51) в качестве орудий класса «земля-земля» и калибр 5 дюймов/25 (5 дюймов L/25) в качестве орудий класса «земля-воздух». К концу Второй мировой войны 5-дюймовая пушка 38-го калибра двойного назначения (5 дюймов L/38) была стандартным военно-морским вооружением против надводных и воздушных целей. Все три имели диаметр ствола 5 дюймов (а не 5,51 или 5,25 дюйма). или 5,38, как часто неправильно трактуют).
Морские винтовки, хотя конструировались и производились примерно так же, как артиллерия наземного базирования, создавались по гораздо более строгим и тщательным стандартам, чем оружие наземного базирования, и не без причины. В море оружие должно было действовать в обязательном порядке. Не было ни готовой замены, ни такой, которую можно было бы легко поставить. Со временем понятия фунт (вес снаряда ) и канал ствола (фактический диаметр оружия) стали запутанными и размытыми. В конце концов, когда появилась технология, диаметр отверстия (в дюймах или миллиметрах) стал стандартной мерой. [3] [4] [5] [6]
Для морских винтовок первоначальным изменением стал фактический канал ствола, что облегчило производство стандартных снарядов. Затем они начали измерять эффективную длину (а значит, и дальность) оружия в калибрах. Это мера стандартизированной длины ствола по сравнению с нарезным каналом ствола. Другими словами, 12/45 — это 12 дюймов × 45 = длина нарезного канала ствола этого орудия в дюймах. Это объясняет различия в пробиваемости и дальнобойности различных военно-морских винтовок на протяжении многих лет. [3] [ 4 ] ] [5] [6]
Помимо возможных улучшений общих характеристик (т.е. начальной скорости и ударной силы), увеличение длины ствола также позволяло в некоторых случаях увеличить и размер снаряда. Например, американский 14/45, представленный на линкорах класса «Нью-Йорк» , стрелял снарядом массой 1250 фунтов (570 кг). Более поздние улучшения конструкции, удлинение самой винтовки, а также изменение затвора позволили увеличить снаряд массой 1400 фунтов (640 кг) и в целом увеличить срок службы ствола. Мы снова видим эту картину с 16-дюймовыми орудиями США. Первоначальная конструкция имела длину 45 калибров и стреляла снарядом массой 2200 фунтов (1000 кг). Более поздняя модернизация конструкции до 50-го калибра не только позволила увеличить скорость, но и утяжелить 2700 фунтов. фунт (1200 кг), который в конечном итоге был признан самым большим военно-морским снарядом, когда-либо применявшимся в бою. [3] [4] [5] [6]
Стволы ранних орудий были короткими и толстыми, обычно не более 26 калибров, поскольку порох , который они использовали, сгорал очень быстро и сильно, и, следовательно, время его разгона было коротким. Медленно горящие составы пороха « коричневый порох » позволили немного увеличить длину ствола ружья в 1880-х годах, но требовалось огромное количество коричневого пороха. Новые более медленно горящие « бездымные пороха », доступные с середины 1880-х годов, такие как Poudre B , кордит и нитроцеллюлоза , позволяли более плавно и продолжительно ускоряться, поэтому стволы орудий постепенно становились длиннее и тоньше. Новые составы представляли собой гораздо более мощное топливо, чем порох, и требовали гораздо меньшего веса, поскольку при сгорании они почти полностью превращались в газы. Начальная скорость стала ограничиваться только длиной ствола, которая была возможной, как с точки зрения современных методов строительства, так и с точки зрения любых практических ограничений, налагаемых способом использования оружия.
Практический эффект от использования длинных стволов для современных орудий заключается в том, что снаряд проводит больше времени в стволе перед его выходом, и, следовательно, остается больше времени для расширения газа в результате контролируемого горения метательного заряда для плавного ускорения снаряда, что приводит к более высокой скорость без чрезмерной нагрузки на пистолет. С точки зрения внутренней баллистики , если основание снаряда рассматривать как поршень, приводимый в движение расширяющимся газом, то с увеличением длины ствола объем, охваченный поршнем, также увеличивается, и, следовательно, количество энергии, которое можно извлечь из газа. жжение усиливается. Более длинный ствол позволяет использовать больше пороха: все порох сгорает довольно рано на пути снаряда по стволу, за исключением очень распространенного случая, когда горение все еще происходит, когда снаряд покидает дульный срез, и появляется видимая дульная «вспышка». произведено.
Снаряд продолжает ускоряться до тех пор, пока давления позади него достаточно для преодоления трения канала ствола. Избыточная энергия будет продолжать ускорять снаряд до тех пор, пока он не выйдет из дульного среза. Если давление за снарядом достаточно упадет до того, как снаряд покинет канал ствола, снаряд может и замедлится, находясь еще внутри ствола, несмотря на остаточное давление в канале позади снаряда. Легкий заряд с недостаточным давлением для вылета снаряда приведет к застреванию снаряда в канале ствола. [7] Это давление снижается за счет увеличения объема ствола, который должен заполнить газ.
Чтобы достичь максимальной начальной скорости при наименьшей длине ствола, снаряд должен выходить из ствола при снижении давления газов до небольшой доли от максимального, хотя, в отличие от максимального давления в патроннике, желаемую малую долю невозможно измерить. В современных ружьях увеличенную начальную скорость можно добиться путем изменения состава пороха и/или использования дуплексных зарядов, содержащих два разных пороха, чтобы продлить «кривую давления» дальше по каналу ствола. Подвергая основание снаряда заданному давлению в течение более длительного периода времени, можно увеличить скорость без повышения уровня создаваемого давления.
Технологические усовершенствования позволили ввести в употребление длинные орудийные стволы, достаточно прочные, чтобы выдерживать силы, возникающие при разгоне снаряда до высокой скорости, но при этом остающиеся достаточно легкими, чтобы быть достаточно мобильными, достаточно жесткими, чтобы сохранять точность, и имеющими канал ствола. способен выдержать множество обжигов, прежде чем потребуется ремонт. В Первой мировой войне были обычными стволы морских орудий 45 калибра, во Второй мировой войне были распространены стволы от 50 до 55 калибров, а к 1943 году Германия уже производила танковые пушки 70 калибров.
Сегодня стволы калибра от 60 до 70 не являются редкостью, но новейшие технологии позволили более коротким стволам 55 калибров достигать начальной скорости 1750 м/с (5700 футов/с), как и в случае с 120-мм танковой пушкой Rheinmetall . Однако при использовании выбрасываемых башмаков многие такие орудия стреляют снарядами, размер которых намного меньше диаметра ствола, поэтому зависимость размера снаряда от длины ствола не так проста, как в случае со старыми боеприпасами.