Prototype this по-русски - выпуск 109. Из пушки на Луну
Настало время выдать на-гора очередную идею.
В свое время Жюль Верн написал роман "Из пушки на Луну", в котором герои путешествовали в космическом пространстве внутри большого артиллерийского снаряда. Жизнь внесла свои коррективы, и оказалось, что как раз и пушки не получается. Газовая динамика, понимаете ли, все дела...
Во время войны нацисты в поисках вундерваффе пытались создать сверхдальнобойные системы. Получилось не очень. В пушке Кондерса, построенной по схеме Перро, разгон снаряда осуществлялся поддержанием постоянного давления в стволе.
Теоретически все было хорошо - соблюдалась пропорция между прочностью ствола и конечной скоростью снаряда - но на практике дополнительные каморы прогорали. Если же рассматривать обычные схемы, в которых заряд пороха увеличен, то температура воздействия, а также длительность воздействия пороховых гадов приводят к существенному увеличению толщины стенок орудия, быстро достигая невозможных величин.
Каким образом добиться повышения внутренней баллистики пушки, то есть увеличить конечную скорость снаряда, одновременно сохранив приемлемые режимы температуры и давления, а также - ускорение снаряда в канале ствола?
В современных ТТРД мы имеем фактически пороховой заряд, который горит в течении определенного времени. Ну, на самом деле там давно не порох, но старое название таких двигателей - пороховые. При этом в современных ТТРД достигнута высокая стабильность горения топливной шашки с гарантированным соблюдением условий и параметров горения во всем диапазоне времени работы. Если мы вернемся к схеме Перро (и пушке Кондерса), то увидим, что задача поддержания постоянного давления в канале ствола - это как раз задача, полностью изоморфная той, которая уже решена в ТТРД.
Если мы возьмем длинную-длинную трубу, причем достаточно тонкостенную, учитывая постоянство давления и температуры, и вместо заряда пороха в качестве газогенератора будем использовать специальным образом спроектированную и изготовленную топливную шашку, то для снарядов определенной (заранее заложенной в проект) массы мы получим необходимый график давления на всем пути движения заряда по трубе.
На самом деле это уже и не пушка - это ТТРД наоборот, понимаете?
Постоянное давление в канале ствола мы обеспечиваем переменной скоростью сгорания топливной шашки при движении снаряда в канале ствола. При этом, поскольку топливная шашка горит постепенно, у нас отсутствует эффект сильного удара в начале движения, и мы сохраняем высокое значение ускорения до самого конца движения.
В обычных ТТРД профиль топливной шашки выбирается исходя из требований постоянства давления в камере сгорания. При этом расход газов из сопла полностью компенсирует приток газов от сгорания шашки, одновременно создавая реактивную тягу. Условно говоря, если мы возьмем все выделенные при сгорании топливной шашки газы, и соберем их при давлении и температуре, которую они имели в камере сгорания, то у нас получится определенный объем. Вытянув объем в цилиндр, мы получим примерно пушку (канал ствола), при движении в котором снаряда (корабля, другой нагрузки) в течении времени сгорания шашки давление будет таким, которое нам нужно. Естественно, профиль топливной шашки должен быть совершенно другим. Просто потому, что нам нужно гарантировать постоянство давления в камере с изменяющимся объемом, а не с постоянным объемом и расходом, как в ТТРД. Однако если в обычных двигателях это приводит к сложным профилям, то для пушки вполне возможно обойтись и круговым зарядом. Так как снаряд ускоряется, нам необходимо заботиться не о постоянстве поверхности горения, а наоборот - о ее увеличении со временем.
ИМХО, использование топливных шашек вместо пороховых зарядов может быть интересно с точки зрения создания дальнобойных и сверхдальнобойных пушек, которые конечно же, не будут иметь военного значения в наше время, но могут быть интересны в плане систематических стратосферных исследования и так далее. И которые будут лишены недостатков пушки Перро, и аналогичных конструкций.