Как построить танк с рельсотроном 1 ГДж

НАУКА

Значение, которое вы должны учитывать при проектировании против отдачи, - это не энергия, а импульс.

Кинетическая энергия снаряда формулируется уравнением:

где E — кинетическая энергия, m — масса снаряда, v — скорость.

Моментум , с другой стороны, рассчитывается с использованием аналогичного уравнения:

где p — импульс (от латинского petere — импульс), m — масса, v — скорость.

Изменение импульса объекта известно как Импульс . Теорема импульс-импульс и закон сохранения импульса в основном используются для расчета сценариев, связанных с третьим законом движения Ньютона (равные, но противоположные реакции или отдача, если хотите).

Таким образом, кинетическая энергия и импульс явно очень похожи, но не совсем одинаковы. В частности, если у вас есть два оружия, которые стреляют разными снарядами, одно быстрое и легкое, а другое медленное и тяжелое, энергия может быть одинаковой, но отдача не будет одинаковой, или наоборот. Это связано с квадратом скорости , который мы видим в уравнении кинетической энергии. Это означает, что нам нужно точно определить наш снаряд, чтобы правильно проанализировать эту проблему.

ИСТОРИЯ

Теперь, с этим в стороне, мы можем взглянуть на немного истории. На самом деле было оружие (даже снаряды), которое доставляло кинетическую полезную нагрузку того же порядка, что и ваш рельсотрон. В частности, железнодорожная пушка Schwerer Gustav, использовавшаяся нацистской Германией, могла доставить полезную нагрузку около 1,8 гигаджоулей (v = ~ 720 м / с, m = ~ 7100 кг). Отдача, которую должно было испытать оружие, составляла около 5 112 000 ньютон-секунд (единица, о которой нам особо не нужно заботиться).

Удивительная энергия, доставляемая Великим Густавом, во многом достигалась за счет массивности снаряда, а не столько за счет скорости снаряда. Теоретически мы определенно могли бы обратить эти атрибуты вспять и запустить небольшой снаряд с гиперзвуковой скоростью. Если бы у нас была начальная скорость 1% скорости света, например, снаряду нужно было бы весить всего лишь миллиграмм, чтобы доставить гигаджоуль энергии. К сожалению, у нас есть проблема в этом отношении.

Оказывается, есть верхний предел скорости в атмосфере. Атмосферный нагрев буквально испарит все, что движется слишком быстро (это одна из многих причин, по которым вы не можете запускать спутники в космос с помощью рельсотрона). Максимальная скорость, которую вы можете разумно развивать, составляет около 7000 м/с. Даже при такой скорости большинство материалов будет испаряться слишком быстро, чтобы быть полезными, но сверхплотные материалы, такие как уран или иридий, выживут достаточно хорошо. При такой скорости в качестве верхней границы, если бы мы хотели нанести удар мощностью 1 гигаджоуль, снаряд должен был бы весить около 40 килограммов. Это не так уж неразумно, особенно если учесть, что снаряды Великого Густава весили 7 тонн.

Имея в виду эти цифры, мы можем вычислить, какой импульс будет производить рельсотрон при выстреле: 280 000 ньютон-секунд . По сравнению с фигурой Густава это ничтожно мало. Для сравнения, пушки Mark 7 16 дюймов/50 на борту линкора класса «Айова» производят импульс чуть более 1 000 000 ньютон-секунд. Основное орудие ОБТ «Абрамс» производит импульс около 10 000 ньютон-секунд.

Так что же все это значит? По моему мнению, рельсотрон мощностью 1 гигаджоуль должен быть установлен на борту небольшого корабля или, возможно, на очень большой самоходной артиллерийской установке (я вполне уверен, что такое оружие, как гаубица M110 , дает аналогичную отдачу, но я не смог найти никаких точных баллистических данных). данные). Подойдет и крупная стационарная артиллерия, но такое оружие никогда не было по-настоящему эффективным.

Если я что-то забыл, или есть данные, которые я пропустил, пожалуйста, дайте мне знать!

РЕДАКТИРОВАТЬ: Оказывается, гаубица M110 производит около 50 000 ньютон-секунд импульса, поэтому я на самом деле ошибся относительно величины отдачи. Это говорит о том, что самоходной артиллерийской установке с нашим гипотетическим орудием 1GJ потребуется лафет намного большего размера, чем у M110. Я сомневаюсь, что он должен быть в 5 раз больше, чтобы справиться с 5-кратной отдачей, но он должен быть значительным.

РЕДАКТИРОВАТЬ 2: Хорошо, еще одно редактирование! Я нашел оружие с очень похожей отдачей: немецкую морскую пушку 28cm/45 SK L/45 . Он генерирует импульс примерно в 260 000 ньютон-секунд, что достаточно близко для наших целей. Эта ссылка содержит большую часть соответствующих баллистических и размерных данных, но в целом это то, что оружие такого размера обычно устанавливается на большом корабле (в данном случае это было основное вооружение некоторых немецких крупных кораблей эпохи дредноутов). ) или как стационарное артиллерийское орудие (береговая оборона или железнодорожная пушка). По моему скромному мнению, установить эту пушку на танк было бы очень сложно, но, по крайней мере, часть этой трудности будет связана с весом орудия. Наш рельсотрон не будетимеют те же ограничения по весу, что и традиционная пушка, поэтому я думаю, что это все еще возможно, особенно если мы используем современные материалы и технологии.

Вы можете быть удивлены, услышав это, но есть оружие в реальной жизни, которое стреляет снарядами с дульной энергией 1 ГДж+.

Лучший способ, который я могу придумать, чтобы сделать что-то размером с то, что вы описываете, не сдуло отдачей собственного оружия, - это дать ему ОЧЕНЬ длинный ствол, чтобы снаряд мог ускоряться вниз. В конечном итоге это проигрышное предложение, скорость (при условии, что одна и та же сила давит на ствол) увеличивается только на квадратный корень из длины.

Второй вариант, который я могу вам предложить, это то, что вы можете стрелять ОЧЕНЬ легким снарядом. дульная энергия увеличивается пропорционально квадрату скорости, поэтому, если вы уменьшите вдвое вес снаряда, вы могли бы (в идеальном мире) получить двойную дульную скорость, что, в свою очередь, дает вам 4-кратное увеличение дульной энергии.

Реальные проблемы с чрезвычайно легким снарядом: сопротивление будет очень быстро замедлять его, поэтому у вас не будет очень большой эффективной дальности, во-вторых, очень полезно иметь массу, когда вы хотите, чтобы снаряд проникал в материал.

Если вы довольствуетесь просто разрушением более мелких объектов, схема с небольшим снарядом работает хорошо, поскольку эта энергия преобразуется в основном во взрыв всего, что попадает под удар, но не думайте, что он пробьет дыру в стальных футах, он просто разрушит вне его.

Постройте оболочку, представляющую собой вакуумный контейнер, чтобы масса вращалась внутри него. Поместите большую часть 1GJ в вращение снаряда, прежде чем запускать его. Затем вы можете запустить его с обычной скоростью, чтобы он поразил врага на расстоянии 5 миль, вместо того, чтобы пролететь мимо Луны и попасть в кольца Юпитера через 3 года.

Что приятно в рельсотроне, так это то, что, в отличие от фугасного метательного заряда, усилие передается снаряду не сразу, а по всей активной длине рельса. Таким образом, чем больше активное расстояние ускорения и, следовательно, время, тем меньше силы вам нужно для той же конечной скорости. (так меньше силы в единицу времени на танке)

Чтобы рама выдержала отдачу, не такая уж неразрешимая проблема, вам в основном нужно перенести удар отдачи на что-то внешнее по отношению к баку. Современные ОБТ обычно изготавливаются из стали (покрытой слоями других материалов) толщиной около фута. Исторически сложилось так, что танки и другие транспортные средства изготавливались из значительно более толстой стали. Нет ничего невозможного в том, чтобы сделать раму эффективно цельной, недеформируемой и способной отводить отдачу от корпуса танка.

Были построены танки, вес которых превышал 100 тонн, и мега-артиллерия, которая была значительно больше, поэтому можно построить что-то, что могло бы нести такое орудие, но оно, очевидно, было бы очень тяжелым и медленным.

Большая самоходная артиллерийская установка (например, российская САУ 2с7 «Пион») использует отвал, похожий на бульдозер (называемый «лопатой отдачи» — спасибо, T) в задней части машины для передачи отдачи в землю. САУ останавливается, разворачивает гидравлический отвал, поднимает ствол и стреляет. Удар передается непосредственно в землю под автомобилем. Ваш танк мог бы делать то же самое, но, очевидно, не мог бы двигаться и стрелять одновременно.

В качестве альтернативы вы могли бы разработать какое-то устройство, похожее на ракету, которое стреляло бы по задней части башни танка одновременно с рельсотроном. Это уменьшило бы отдачу, но имело бы ограниченный запас топлива.

Скорее всего, все, что имеет такую ​​​​мощность, не будет мобильным ... танк, который может справиться с этим, просто не может существовать в том смысле, в каком мы сейчас понимаем слово « танк» .

Энергетические требования и удар/нагрузка такого оружия требуют, чтобы оно было неподвижным. У танка просто нет веса и структурной целостности, чтобы выдержать такую ​​большую силу.

Кроме того, требования к мощности означают, что танк должен будет носить с собой батареи / конденсаторы, в несколько раз превышающие его вес, чтобы питать пушку (я не знаю математики конкретно).

Что-то, выдающее 1 ГДж силы, должно компенсировать это... танк полетит по воздуху от отдачи.

Вы можете построить артиллерийский стиль и поставить все это на какие-то модифицированные железнодорожные рельсы, чтобы оно удерживалось и могло скользить назад после выстрела.

Графен — не лучшая идея. Сильный да, но относительно хрупкий. Материалы рамы потребуют жесткости и прочности. Сталь, например, имеет, возможно, лучший баланс прочности и вязкости.

Для танков это будет сложно, так как вы хотите, чтобы орудие заряжалось изнутри. Это явно невозможно из-за высоких токов, участвующих в начальном всплеске. На самом деле, вероятно, было бы целесообразно поднять его намного выше пассажирской зоны танка, чтобы предотвратить случайное поражение электрическим током от наведенных токов.

Поскольку вы все равно должны установить его снаружи, ваше транспортное средство становится не столько танком, сколько моторизованной лестницей. В этом случае, чтобы повысить устойчивость, установите лестницу на непроводящую поверхность на земле. Таким образом, пока ваше ружье направлено выше горизонтали, обратная тяга будет толкать непроводящее основание в землю. землю, откуда ее придется выкапывать. Короче говоря, вы можете установить на танк рельсотрон 1GJ, и танк не будет разваливаться/улетать при выстреле из орудия, за исключением того, что это будет скорее однозарядная ракетная установка. Судя по всему, рельсы не выдерживают больше одного выстрела.

Отдача — это, по сути, импульс, а импульс — это, по сути, Сила/Время. Чтобы уменьшить отдачу, я могу уменьшить силу или увеличить время приложения этой силы. В два раза больше, в два раза меньше отдачи, в четыре раза больше, вчетверо меньше отдачи и так далее.

Предположим, я применяю, скажем, 1 ГДж энергии, чтобы толкнуть свою сломанную машину. Если я применю все это сразу (Одна мать удара), я взорву и свои руки, и свою машину. Если я применяю это в течение получаса, все в порядке.

Теперь представьте, что вы устанавливаете свой рельсотрон на очень длинной опоре. Ствол танка - это не столько ствол, сколько очень, ОЧЕНЬ длинный гаситель отдачи с пушкой внутри. Возможно, ствол/люлька имеет длину 40 футов и торчит с обоих концов башни. Во время выстрела настоящий рельсотрон скользит назад, «мягко» замедляясь и медленно передавая свою энергию шасси вместо того, чтобы нанести один сокрушительный удар.