К вопросу о новом способе стрельбы
В.А. Коноваленко
        В журнале «Виртуальный мир» № 2 2016 г. в рубрике «Неиспытанные конструкции» была опубликована моя статья «Новые принципы стрельбы», на которую я получил море свирепой критики со стороны профессиналов с обвинениями в дилетантизме, незнании азов баллистики и, наконец, профанации звания изобретателя. Прежде чем перейти к «оправданиям» хочу напомнить, что журнал «Виртуальный мир» (в особенности рубрика «Неиспытанные конструкции») изначально создан для публикации идей, которыми авторы заниматься не хотят, а выбросить не решаются, в расчёте именно на то, что кому-то идеи окажутся интересны. Надо сказать, что прецеденты уже были.
        Да, я действительно дилетант и во внутренней баллистике, и в танкостроении, но именно взгляду дилетанта хорошо видны две проблемы в этих областях: ограничение дульной скорости снаряда скоростью звука в канале ствола и геометрия «выстрела» (снаряда и метательного заряда в унитарном ли виде или в раздельном заряжании), определяющая размеры башни и механизмов обеспечения стрельбы. Представить себе конструкцию, создающую сверхзвуковую скорость газов в канале ствола никому не удалось, поэтому все идут либо по пути повышения температуры и давления в стволе, либо стреляют через гладкий ствол ракетами, габариты которых соизмеримы с габаритами «выстрела», хотя кпд ракет меньше, чем у пушки. Предел здесь или уже достигнут, или совсем близок.
        В упомянутой статье основное внимание было уделено геометрии «выстрела», так как «жидкий порох» можно размещать в объёмах любой формы, тем самым получая возможность компактифицировать объём конструкции. Предложенный в статье состав (смесь нитрометана CH3NO2 и метилнитрата  CH3NO3 в массовом отношении 44:56), конечно, далеко не оптимален (но ведь и сам журнал, и его рубрика говорят о необходимости доработки идеи), а то, что раньше от «жидких порохов» отказались, не довод – химия не стоит на месте.
        Однако, простой переход на «жидкий порох», решая ряд конструктивных вопросов, не решает проблемы повышения дульной скорости снаряда. Именно поэтому в статье прозвучала тривиальная мысль о том, что огнестрельное оружие – двигатель внутреннего сгорания, но, в отличие от привычных ДВС, импульсный. Сказано это было в расчёте на то, что читатель вспомнит о таких ДВС, как разработанный Научно-исследовательской лабораторией (NRL) ВМС США пульсирующий детонационный двигатель (Pulse Detonation Engine, PDE). Работа таких силовых установок основана на устойчивом детонационном горении топливной смеси.
        В пульсирующих двигателях детонационная волна распространяется в топливной смеси быстрее скорости звука, за время химического горения смеси давление в камере сгорания не успевает значительно измениться, но затем возрастает в разы скачкообразно. Впервые идею о возможности энергетического использования детонационного горения – горения топливной смеси в режиме самовоспламенения за сильной ударной волной выдвинул в 1940 г. выдающийся советский учёный Я.Б. Зельдович. По его оценкам термодинамический коэффициент полезного действия цикла с детонационным горением топлива может существенно превышать КПД цикла с горением при постоянном давлении (дефлаграции), используемого в современных двигателях.
        После окончания второй мировой войны работа над детонационными двигателями продолжалась с переменной интенсивностью. В 2008 году работа специалистов теперь уже ВВС США, использовавших наработки NRL в этом направлении, увенчалась созданием двигателя-демонстратора, который 31 января 2008 года впервые поднялся в небо на экспериментальном самолёте Long-EZ и проработал... 10 секунд на высоте 30 метров (тем не менее самолёт занял место в Национальном музее ВВС США).
        70-летний разрыв между первыми попытками и успешным запуском вызван тем, что детонация – это не просто взрывная волна, а кое-что похитрее. Детонационная волна не образует стабильного фронта пламени, поэтому работа такого двигателя носит пульсирующий характер: после каждой детонации необходимо обновить топливную смесь, после чего запустить в ней новую волну. К тому же фронт обычного пламени распространяется со скоростью 60–100 м/с, а детонационный фронт движется со скоростью 1500–2500 м/с, порождая ударную волну, существенно более высокоскоростную, чем звуковая.
        При детонации давление увеличивается в 18–20 раз. В то же время, чтобы получить в камере сгорания детонационного двигателя условия, эквивалентные, к примеру, условиям в камере сгорания ЖРД (200 атм), достаточно подавать топливо под намного меньшим давлением ~ 10 атм. Оставалось добиться непрерывной работы.
        Мысль закольцевать детонационную волну и заставить её бегать в камере сгорания, как белка в колесе, родилась в начале 1960-х годов. Явление спиновой (вращающейся) детонации теоретически предсказал советский физик из Новосибирска Б.В. Войцеховский в 1960 г. и почти одновременно с ним, в 1961 г., ту же идею высказал американец Дж. Николлс из Мичиганского университета. Ротационный (спиновый) детонационный двигатель конструктивно представляет собой кольцевую камеру сгорания, топливо в которую подаётся с помощью радиально расположенных форсунок. Детонационная волна внутри камеры движется не в осевом направлении, как в PDE, а по кругу, сжимая и выжигая топливную смесь перед собой (цикл Зельдовича).
        При написании первой статьи предполагалось, что импульсный характер работы «огнестрельного двигателя» натолкнёт читателя на американский PDE. Ведь огнестрельное оружие – как раз импульсный ДВС, то есть даже цикл Зельдовича не нужен, вполне применимы принципы американского PDE! Увы, расчёт не оправдался. Видимо, мною не была учтена чисто психологическая реакция подавляющего большинства двигателистов на «детонацию» – их злейшего врага (к счастью, не все двигателисты боятся детонации, – в конце августа 2016 года на одном из стендов НПО «Энергомаш» в подмосковных Химках заработал первый в мире спиновый полноразмерный жидкостный ракетный двигатель непрерывного режима с использованием детонационного горения...)
        А вот реализовать принципы PDE можно только на «жидком порохе». Понятно, что работы здесь непочатый край (причём, работы, не входящей в мой круг интересов), но удвоение (как минимум) дульной скорости снаряда того стоит! Именно поэтому в первой статье о детонационном горении я не упоминал, давая возможность заинтересовавшемуся идеей читателю внести «существенные изменения» и получить патент. К сожалению, мои оппоненты вынудили меня изложить идею в полном объёме, перекрыв дорогу патентованию. Надеюсь, однако, что толковый изобретатель и в этом случае сумеет внести свою лепту (например, подобрав состав смеси тех же нитрометана и метилнитрата или предложив другие вещества внутреннего детонационного горения).
        Следует только иметь в виду, что метилнитрат – бризантное взрывчатое вещество, превосходящее по мощности гексоген. Хотя метилнитрат легко загорается и спокойно горит большим несветящимся пламенем, он способен детонировать со скоростью 8000 м/сек. В качестве ЖРТ метилнитрат применяют в виде 72 – 75%-ного раствора в метиловом спирте, так как обращение с чистым метилнитратом вследствие его летучести представляет большую опасность (пары метилнитрата взрываются при нагревании до 92°C, что, видимо, объясняется близким соседством окисляющейся и восстанавливающейся групп).
        PS. Полагаю, профессионалы снова обвинят меня в том, что я дилетант и вспоминаю давно забытое. Но очень часто новое – хорошо забытое старое!
В оглавление