Составное орудие — это артиллерия со специально укрепленным стволом. Внутренняя трубка из металла растягивается в пределах своего предела упругости под давлением ограниченных пороховых газов, чтобы передавать напряжение внешним цилиндрам, которые находятся под напряжением. [1] Концентрические металлические цилиндры или проволочные обмотки собираются для минимизации веса, необходимого для сопротивления давлению пороховых газов, выталкивающих снаряд из ствола. Составная конструкция была нормой для орудий, установленных на борту дредноутов 20-го века и современных железнодорожных орудий , береговой артиллерии и осадных орудий во время Второй мировой войны .
Первая сборная пушка была разработана французским артиллерийским офицером Альфредом Тьери в 1834 году и испытана не позднее 1840 года. Также около 1840 года еще одна была изготовлена Дэниелом Тредвеллом , и еще одна была произведена Mersey Iron Works в Ливерпуле по проекту Джона Эрикссона . Шеффилдский архитектор Джон Фрит получил патент на их производство в 1843 году. Однако все эти пушки (независимо от того, были ли они сделаны из чугуна , кованого железа или их комбинации) не были технологически практичны до 1850-х годов. [2]
В 1850-х годах Уильям Армстронг серийно производил свои нарезные казнозарядные ружья с той же технологией, а сборные, но очень простые дульнозарядные ружья Паррота сыграли значительную роль в Гражданской войне в США десятилетие спустя. Винтовки Блейкли также участвовали в этой войне, но на другой стороне. Начиная с 1860-х годов сборные ружья Круппа стали пользоваться коммерческим успехом в континентальной Европе.
Скорость и дальность артиллерии напрямую зависят от давления пороха или бездымных пороховых газов, выталкивающих снаряд из ствола. Орудие деформируется (или взорвется), если давление в каморе напрягает ствол сверх предела упругости металла, из которого он сделан. [1] Толщина однородных чугунных орудийных стволов достигала полезного предела примерно в половину калибра. Дополнительная толщина давала мало практической выгоды, поскольку более высокое давление вызывало трещины в канале ствола до того, как внешняя часть цилиндра могла отреагировать, и эти трещины распространялись наружу во время последующих выстрелов. [3]
К 1870-м годам технология получила широкое распространение. Трактат Клаверино 1876 года «Сопротивление полых цилиндров» был опубликован в Giornale d'Artiglieria . [4] Идея заключалась в том, чтобы придать внешним частям оружия начальное напряжение, постепенно уменьшающееся к внутренней части, при этом придавая внутренним частям нормальное состояние сжатия внешними цилиндрами и проволочными обмотками. [5] Теоретическая максимальная производительность могла быть достигнута, если внутренний цилиндр, образующий нарезной канал ствола, был сжат до своего предела упругости окружающими элементами в состоянии покоя перед выстрелом и расширен до своего предела упругости внутренним давлением газа во время выстрела. [6]
Самый внутренний цилиндр, образующий камеру и нарезной канал ствола, называется трубкой или, при определенных методах изготовления, вкладышем . Второй слой цилиндра, называемый рубашкой, простирается назад за камеру, чтобы вместить затвор . Рубашка обычно простирается вперед через области наибольшего давления, через затвор отдачи, и может простираться до самого дула. Передняя часть ствола может быть сужена к дулу, потому что требуется меньшая прочность для снижения давления по мере приближения к нему снаряда. Эта сужающаяся часть ствола называется погоном . Очень большие ружья иногда используют более короткие внешние цилиндры, называемые обручами , когда производственные ограничения делают полноразмерные оболочки непрактичными. Обручи перед затвором называются обручами погона . [7] Рубашка или передний обруч погона могут быть расширены наружу в форме колокола у дула для дополнительной прочности, чтобы уменьшить расщепление, потому что металл в этой точке не поддерживается на переднем конце. [8] Было использовано до четырех или пяти слоев, или рядов обручей, последовательно натянутых цилиндров. [9] Слои обозначены в алфавитном порядке как трубка "A", заключенная в рубашку "B" и обручи погона, заключенная в ряд обручей "C", заключенная в ряд обручей "D" и т. д. Отдельные обручи в ряду нумеруются от казенной части вперед как рубашку B1, обруч погона B2, а затем обруч оболочки C1, обруч C2 и т. д. [10] Последовательные соединения ряда обручей обычно смещены, и отдельные ряды обручей используют соединения внахлестку вместо стыковых соединений, чтобы минимизировать слабость мест соединений. Диаметр цилиндра может изменяться путем включения обработанных плеч , чтобы предотвратить продольное перемещение внутреннего цилиндра вперед внутри внешнего цилиндра во время стрельбы. Места расположения плеч также смещены, чтобы минимизировать слабость. [11]
После того, как трубка, рубашка и обручи были обработаны до соответствующих размеров, рубашка осторожно нагревается примерно до 400 градусов по Цельсию (800 градусов по Фаренгейту) в вертикальной воздушной печи, чтобы тепловое расширение позволило опустить холодную трубку на место. Когда рубашка находится на месте, она охлаждается, чтобы сформировать натянутую термоусадочную посадку на трубке. Затем следующий обруч (либо B2, либо C1) нагревается аналогичным образом, чтобы собранную трубку A и рубашку B1 можно было опустить на место для последующей термоусадочной посадки. Собранный блок может быть обработан перед установкой нового обруча. Процесс продолжается, поскольку оставшиеся трубки последовательно нагреваются и охлаждаются на собранном блоке, пока все элементы не будут собраны. [12] Когда вместо обруча используется намотка натянутой проволоки , проволока обычно покрывается внешним натянутым цилиндром, также называемым рубашкой .
Горящие пороховые газы расплавляют часть канала ствола каждый раз, когда стреляют из пушки. Этот расплавленный металл окисляется или выдувается из дула, пока ствол не разъедается до такой степени, что рассеивание снарядов становится неприемлемым. После выстрела несколькими сотнями снарядов пушку можно восстановить, рассверлив внутреннюю часть и вставив новую гильзу в качестве внутреннего цилиндра. Внешние цилиндры нагреваются как единое целое примерно до 200 градусов по Цельсию (400 градусов по Фаренгейту), чтобы можно было вставить новую гильзу, а гильза растачивается и нарезается после установки. Новая гильза может быть расточена для другого диаметра снаряда, чем тот, который использовался в оригинальной пушке. Гильзы могут быть как цилиндрическими, так и коническими. Конические гильзы сужаются к дулу для удобства извлечения из казенной части, ограничивая при этом сползание вперед во время стрельбы. Конические гильзы можно извлечь путем охлаждения гильзы водой после повторного нагрева ствола, но цилиндрические гильзы необходимо расточить. [13]
С устареванием очень больших орудий после Второй мировой войны, металлургические достижения поощряли использование моноблочной (цельной) конструкции для послевоенных орудий среднего калибра. В процедуре, называемой автофреттаж , просверленная трубка моноблока заполняется гидравлической жидкостью под давлением, превышающим давление, которое будет испытывать готовое орудие во время стрельбы. После сброса гидравлического давления внутренний диаметр трубки моноблока увеличится примерно на 6%. Внешняя часть готового моноблока отскакивает примерно до своего первоначального диаметра и оказывает сжимающие силы на внутреннюю часть, аналогичные отдельным цилиндрам собранного орудия. [14]