Техническая база © Смирнов А.Г., 2016г.
Определение танка как машины, двигатель вместо мускулов, двигатели внутреннего сгорания, электродвигатель, внедорожный движитель, модернизация колеса, по следам гусеницы, Caterpillar, проект De Mole, полугусеничный ход, колесно-гусеничный ход, катковый движитель, шагоходы, броня, броневая каретка Шумана, казнозарядные орудия, унитарный артиллерийский снаряд, миномет, типы артиллерийских снарядов по назначению, скорострельные картечницы, пулемет Максима, огнемет, итоги.
* Определение танка как машины.
По мере развития научных знаний и техники идея мобильной защищенной вооруженной машины становилась более сложной. Возникали реальные конструкции и проекты, которые уже являлись не простыми, а т.н. сложными машинами.
Определимся с общепринятой терминологией. Машина - лат. machina — «механизм, устройство, конструкция», от др.-греч. μηχανή — «двигать». Машины используются для выполнения определённых действий с целью уменьшения нагрузки на человека или полной замены человека при выполнении конкретной задачи.
Выделяют простые и сложные машины.
Простая машина – механизм, который изменяет направление или величину силы без потребления энергии. Примеры простых машин: колесо, рычаг, блок, упоминавшийся выше кабестан.
Первым известным прообразом сложной машины, как устройства для преобразования энергии из одного вида в другой, было наливное водяное колесо (Рис.101), к такому же типу машин можно отнести ветряные мельницы (Рис.102).
Рис.101 - Гидравлическое колесо.
Рис.102 – Устройство ветряной мельницы: I - крылья; 2 — жернова; 3 — передаточный механизм.
Со времен Архимеда или даже ранее были известны метательные машины, приводившиеся в движение силой упругости скрученных веревок. (Рис.103)
Рис.103 – Слева баллиста, справа – катапульта.
А в XVIII веке часовщик из Нюрнберга И. Хауч построил механическую повозку (Рис.104), источником движения которой была сила упругости большой часовой пружины.
Рис.104 - Механическая повозка И. Хауча с пружинным механизмом
Завода такой пружины хватало на три четверти часа езды. Повозка эта действительно передвигалась и была куплена королем Швеции Карлом, который пользовался ею для совершения прогулок по королевскому парку. Впрочем, скептики утверждали, что повозка двигалась с помощью двух человек, спрятанных внутри нее.
Новые возможности для конструирования сложных машин стали появляться с использованием явлений механики, термодинамики, электромагнетизма. Технические объекты становятся сложными физически. Для обозначения отдельных видов технических устройств вводятся термины «аппарат», «прибор». В самом общем современном понимании, машина – это механическое устройство, совершающее полезную работу с преобразованием энергии, материалов или информации. Т.е. машиной является технический объект, состоящий из взаимосвязанных функциональных частей (деталей, узлов, устройств, механизмов и др.), использующий энергию для выполнения возложенных на него функций. В этом понимании машина может и не содержать механически движущихся частей - примером таких устройств служат электронно-вычислительная машина (компьютер), электрический трансформатор, ускоритель заряженных частиц. Однако нас интересует более ограниченный смысл, толкующий машину как техническое устройство, выполняющее механические движения вследствие преобразования энергии, или как устройство, содержащее подвижные части и служащее для преобразования механической энергии, таким образом, опускается упоминание об информационных машинах.
В таком понимании, машина состоит из двигателя как источника энергии (движения), передаточного и исполнительного устройств и системы управления. Вместе первые три части обычно называют машинным агрегатом.
В этом контексте нас интересуют машины, использующие механическую или иную энергию для перемещения предметов (боевых орудий), грузов, людей в пространстве, как правило, по земной поверхности (впрочем, в качестве дополнительной опции некоторые танки могли плавать, а также разрабатывались даже летающие танки) или непосредственно над грунтом (явление воздушной подушки). Такие машины называются транспортными и относятся к типу рабочих машин.
Почти любую транспортную машину можно назвать автомобилем, самое общее определение которого звучит так: «движущееся безрельсовое транспортное средство». Неслучайно некоторые первые изобретатели машин типа «танк» называли свои конструкции автомобилями, например, В.Д.Менделеев, да и Луи Рено именовал свой знаменитый легкий танк Automitrailleuse à chenilles Renault FT modèle 1917, т.е. военный автомобиль Рено ФТ модель 1917г.
Конструкция автомобиля помимо двигателя (источник механической энергии, приводящей автомобиль в движение) включает шасси - совокупность механизмов, предназначенных для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам, для передвижения автомобиля и управления им.
Шасси, в свою очередь, складывается из таких составляющих:
трансмиссия передает крутящий момент от двигателя к ведущим колёсам;
ходовая часть позволяет двигаться автомобилю, сглаживая вибрации (несущая рама, балки, мосты, подвеска, колеса);
механизмы управления (рулевое управление и тормозная система).
Размещение людей и грузов в автомобиле возможно в кузове (корпусе), кабине, надстройке.
Говоря о боевой машине типа «танк», следует добавить, что такая машина должна быть защищенной от поражающего огня противника, обладать высокой проходимостью в условиях бездорожья, иметь стационарное вооружение.
Таким образом, танк, как машина складывается из четырех основных элементов:
1. двигателя,
2. вездеходного движителя,
3. защиты,
4. стационарного вооружения.
Некоторые авторы уточняют, что вооружение должно быть скорострельным. Не оспаривая того условия, что танки должны иметь вооружение, все-таки уклонимся от жесткого определения танкового вооружения как «скорострельного». Понятие скорострельного вооружения относится к ствольному огнестрельному оружию, однако известно, что танки, порой, в качестве основного имели зажигательное вооружение (огнеметы) и, потом, не вполне ясно, что в разное время принималось за скорострельное оружие, а какое оружие таковым не считалось – т.е. по каким четким критерием происходило разделение. Пожалуй, применительно к танку, следует подчеркнуть важность появления вооружения, заряжаемого не с дульной части орудия.
Современные танки имеют еще один ставший непременным элемент - информационные системы управления танком, как боевым комплексом.
Четыре основных элемента будущего танка, в общих чертах, обозначились к последней четверти XIX века.
* Двигатель вместо мускулов.
Замена животных или человека в качества тягла для разного рода транспортных средств стала осуществимой с появлением парового двигателя. Паровой двигатель – это тепловой двигатель внешнего сгорания, который преобразовывает энергию пара в механическую работу.
Первое известное устройство, приводимое в движение паром, было описано Героном Александрийским в первом столетии. Пар, выходящий по касательной из дюз (или сопло - канал переменного поперечного сечения, предназначенный для разгона жидкостей или газов до определённой скорости, и придания потоку требуемого направления), закреплённых на шаре, заставлял последний вращаться – т.н. «шар Эола».
Реальная паровая турбина была изобретена в средневековом Египте турецким астрономом, физиком и инженером XVI века Такиюддином аш-Шами. Он предложил метод вращения вертела посредством потока пара, направляемого на лопасти, закреплённые по ободу колеса.
Почти через век — в 1615 году — француз Соломон де Ко описывает устройство, которое с помощью пара может поднимать воду. А в 1629 году итальянец Джованни Бранка также создает машину, напоминающую турбину, — нагретый пар выходил из трубки и ударял в лопатки на колесе, тем самым заставляя это колесо вращаться - по другой версии, вращалось устройство цилиндрического анкерного типа, которое поочерёдно поднимало и отпускало пару пестов (инструмент для толчения чего-либо) в ступах.
Примерно в это же время испанский инженер Йеронимо Аянс де Бомонт создал паровую машину с цилиндром — считается, что этот механизм оказал некоторое влияние на развитие событий в области усовершенствования паровых машин.
В 1663 году англичанин Эдвард Сомерсет опубликовал проект паровой машины для подъема воды из колодцев и шахт, а впоследствии (1665г.) получил патент на это изобретение. По одним сведениям, машина Сомерсета не была создана, по другим - проработала некоторое время в одном из английских замков, но показала далеко не самые лучшие результаты.
В 1670-1680гг. темой паровых устройств активно занимался французский физик и изобретатель Дени Папен (Рис.105).
Рис.105 – Французский ученый Дени Папен (22 августа 1647г. – 1712г.).
В сотрудничестве с голландским физиком Гюйгенсом он работал над машиной, которая вытесняла воздух из цилиндра путём взрыва пороха в нём. В 1680 году он создал вариант такого же цилиндра, в котором получил более полный вакуум с помощью кипящей воды, которая конденсировалась в цилиндре. Таким образом, он смог поднять груз, присоединённый к поршню верёвкой, перекинутой через шкив. (Рис.106)
Рис.106 – Паровая машина Папена.
Система работала только как демонстрационная модель - для повторения процесса весь аппарат должен был демонтироваться и повторно собраться. Папен понял, что для автоматизации цикла пар должен производиться отдельно в котле. Поэтому Папен считается изобретателем парового котла.
В 1678г. бельгийский миссионер Фердинанд Фербист, служивший у китайского императора Канг Хи преподнес сыну китайского императора игрушку – пятиколесную тележку длиной 600 мм, которая могла двигаться за счет пара высокого давления, который вырывался из нагретого котла и толкал колесо с лопастями. (Рис.107)
Рис.107 - Паровая игрушка Фердинанда Фербиста.
Ось колеса, которое вращал пар, передавала крутящий момент на ведущие колеса, и телега ехала. Возможность поворачивать телегу обеспечивало пятое колесо, прикрепленное к ней через шарнир.
В 1680г. И.Ньютон в одном из своих трудов по механике описал экипаж, движущийся благодаря реактивной силе пара (Рис.108).
Рис.108 - Чертеж самодвижущейся повозки в работах И. Ньютона.
По другим сведениям, этот рисунок появился в работах 1663г. – в том году 20-летний Ньютон обучался в Кембридже. В любом случае, времена реактивной тяги, пусть даже и паровой, наступят еще очень нескоро.
Ни одно из описанных устройств фактически не было применено как средство решения полезных задач. Первым применённым на производстве паровым двигателем была «пожарная установка», сконструированная английским военным инженером Томасом Севери в 1698 году. На своё устройство Севери в 1698 году получил патент. (Рис.109)
Рис.109 - Схема машины Севери.
В 1702 году механизм его конструкции (Рис.110) начали использовать для подъема и откачивания воды.
Рис.110– Паровая машина (насос) Томаса Севери, патент 1698г.
Это был поршневой паровой насос, и, очевидно, не слишком эффективный, так как тепло пара каждый раз терялось во время охлаждения контейнера, и довольно опасный в эксплуатации, так как вследствие высокого давления пара ёмкости и трубопроводы двигателя иногда взрывались. Поскольку это устройство можно было использовать как для вращения колёс водяной мельницы, так и для откачки воды из шахт изобретатель назвал его «другом рудокопа».
Упомяенутые выше паровые машины получили весьма ограниченное распространение из-за их несовершенства. Однако идеи Папена и Сэйвери легли в основу паровой машины, созданной в 1712 году англичанином Томасом Ньюкоменом. Изобретатель объединил машину конструкции Сэйвери с цилиндром системы Папена, в результате чего появился достаточно совершенный двигатель, работавший на пару. (Рис.111)
Рис.111 - Схема машины Ньюкомена.
Интересная деталь: управление машиной осуществлялось вручную — для этих целей нанимали специального человека, в задачи которого входило с определенной периодичностью открывать и закрывать клапаны. Как гласит легенда, в 1713 году мальчик Хэмфри Поттер, работавший у одной из машин, придумал, как заставить клапаны работать самостоятельно. И только в 1715 году на паровых машинах системы Ньюкомена появилась полностью автоматическая система парораспределения. (Рис.112)
Рис.112 - Второй вариант парового двигателя Ньюкомена (1714г.).
Первым применением двигателя Ньюкомена была откачка воды из глубокой шахты. Именно насос Ньюкомена стал первым паровым двигателем, получившим широкое практическое применение.
Здесь необходимо сделать два важных замечания. Во-первых, все описанные выше паровые машины являются вакуумными (или атмосферными). В машинах этого типа пар использовался только для нагрева цилиндра, в котором двигался поршень. Принцип прост: пар поступает в цилиндр, нагревая его до высокой температуры, после чего на цилиндр выливается холодная вода. Вследствие этого происходит резкое охлаждение, а в цилиндре образуется разрежение (вакуум), благодаря чему под действием атмосферного давления поршень входит вглубь цилиндра, совершая при этом работу. Во-вторых, все эти машины применялись только для подъема и перемещения воды. (Рис.113)
Рис.113 – Схема парового насоса для откачки воды.
Более полувека паровые машины Ньюкомена оставались единственными механизмами, пригодными для промышленного использования. Лишь в начале 1760-х годов в этой области случились подвижки — Хэмфри Гэйнсборо создал усовершенствованную паровую машину, которая, однако, не получила заметного распространения. Совершить настоящую революцию в этой области было суждено шотландскому инженеру и изобретателю Джеймсу Уатту (Рис.114).
Рис.114 - Джеймс Уатт (James Watt) - шотландский инженер, 1736 – 1819гг.
Попытка строительства паровой машины в 1763-1766гг. была предпринята и в России. Механик И. И. Ползунов (Рис.115) в 1763г. спроектировал двухцилиндровую с работой цилиндров на общий вал вакуумную паровую машину.
Рис.115 – Ива́н Ива́нович Ползуно́в (1728 – 1766гг.)
Сама Екатерина II ознакомилась с проектом (Рис.116) и одарила изобретателя изрядной суммой – 400 руб.
Рис.116 – Чертеж паровой машины Ползунова.
В 1764—1766 годах Ползунов сконструировал паровой двигатель для привода воздуходувных мехов плавильных печей на Барнаульских Колывано-Воскресенских заводах. Двигатель имел рекордную для своего времени мощность 32 л.с. и впервые позволил отказаться от водяных колес в реальном заводском производстве. Новизну установки и её достоинства оценил российский ученый шведского происхождения Э. Г. Лаксман, посетивший в 1765 году Барнаул. Он писал, что Ползунов — «муж, делающий честь своему отечеству. Он строит теперь огненную машину, совсем отличную от венгерской (-?!) и английской». Ползунов умер за неделю до пробного пуска машины. Машина проработала 42 дня, после чего сломалась и в эксплуатацию более не вводилась -
была разобрана и заменена на обычный гидравлический привод.
Факт строительства паровой машины в России был долгое время малоизвестен и никакого влияния на ход мировой технической мысли, увы, не оказал.
В Британии же в 1765 году Уатт выдвинул идею о том, что не надо охлаждать цилиндр, а лучше использовать именно силу давления пара, а не вакуум. Уже в 1769 году он получил патент на это изобретение (Рис.117), однако сама машина новой конструкции была создана только в 1776 году.
Рис.117 - Схема машины Уатта.
В год, когда Уатт только получил патент на свою паровую машину - 1769г. - французский изобретатель Николя Жозеф Куньо, состоявший капитаном на воинской службе во французской армии, установил на телегу паровой котел – получилась паровая телега «fardier à vapeur». (Рис.118)
Рис.118 – Паровой тягач Куньо.
В первом варианте котел не имел топки, и огонь разводили прямо на земле. Одноцилиндровая паровая машина размещалась над передним колесом трехколесной телеги. Машина имела массу 3 т и могла перевозить груз весом 4 тонны. Машина разгонялась до 4,5 км/ч, но могла продолжать движение только в течение 12 мин – пар остывал, и требовалось разводить новый костер. Несмотря на такие недостатки, военные приняли идею о том, что из «Фардье» может получиться тягач для транспортировки тяжелых орудий. В 1770г. Куньо усовершенствовал свое детище, котел теперь имел топку, и разводить костер на земле более не требовалось.
Паровой тягач «Фардье» можно признать первым в истории автомобилем в широком смысле этого термина, именно с ним зафиксировано первое транспортное происшествие с участием автомобиля: при демонстрации паровая телега врезалась в стену, но осталась целёхонькой. (Рис.119)
Рис.119 – ДТП с тягачом Куньо, старинная гравюра.
В день демонстрации Кюньо занял место водителя. Передвинув рычаг и открыв клапан подачи пара, он обеими руками взялся за рукоятки руля, требовавшие приложения очень большой силы во время поворота. К несчастью, Кюньо не хватило сил, чтобы своевременно повернуть переднее колесо с закрепленной над ним паровой машиной и тяжелым котлом, наполненным водой. Он растерялся и забыл о возможности остановить телегу простым перекрытием подачи пара. Разогнавшаяся телега всей своей массой в три тонны ударилась в стену и разнесла ее буквально на кирпичики. Массивный водяной котел взорвался, как писали газеты того времени, «с грохотом на весь Париж». Возмущение было единодушным. Присутствующие во весь голос выражали свое недовольство. Как ни пытался изобретатель объяснить причины этого неприятного инцидента, дальнейшие испытания были прекращены.
В 1781 году подоспело главное изобретение Джеймса Уатта: именно тогда инженер создал паровую машину, способную выполнять любую работу. Это стало возможным благодаря преобразованию возвратно-поступательного движения поршня во вращение маховика с помощью, так называемого, планетарного механизма. (Рис.120)
Рис.120 – Паровая машина Уатта.
Уже в 1783г. 15 июля французский маркиз Клод Жоффруа д'Аббанпродемонстрировал судно «Пироскаф» (буквальный перевод с греч. – огонь и судно), приводимое в движение горизонтальной одноцилиндровой паровой машиной двойного действия, вращавшей два гребных колеса, расположенных по бортам. (Рис.121)
Рис.121 - Модель «Пироскафа», сделанная автором в 1784 году (Парижский национальный морской музей).
Демонстрация проходила на реке Сона. Судно прошло около 365 метров за 15 минут (0,8 узла), после чего двигатель сломался. Д’Аббан продолжать опыты не стал. «Пироскаф» первое достоверно задокументированное паровое судно – пароход.
В 1784 году паровая машина Уатта приобрела окончательный вид — в ней появились более удобный и простой кривошипно-шатунный механизм, и множество мелких усовершенствований. Именно эта разработка и стала называться универсальной паровой машиной (Рис.122), вскоре она появилась на фабриках и заводах (Рис.123, Рис.124), что ознаменовало начало промышленной революции.
Рис.122 - Схема паровой машины с кривошипно-шатунным механизмом. 1 - поршень; 2 - шатун; 3 - коленчатый вал; 4 – маховик.
Рис.123 - Болтон и Уатт обсуждают производство паровых машин на заводе в Сохо.
Рис.124 – Расположение паровой машины на промышленном предприятии и передача от нее крутящего момента к станкам на различных производствах.
В 1785г. один из подручных Уатта – Мердок изготовил опытный образец трехколесной тележки с поршневым паровым двигателем. (Рис.125)
Рис.125 - Паровая машинка Уильяма Мердока (размеры: 480х360х180 мм).
В следующем 1786г. англичанин Саймингтон сконструировал пассажирский паровой экипаж (Рис.126).
Рис.126 - Паровик Саймингтона.
Дальнейшим повышением эффективности было применение пара высокого давления (американец Оливер Эванс и англичанин Ричард Тревитик). Тревитик успешно построил промышленные однотактовые двигатели высокого давления, известные как «корнуэльские двигатели». Однако с увеличением давления возникала и большая опасность взрывов в машинах и котлах, что приводило вначале к многочисленным авариям. С этой точки зрения наиболее важным элементом машины высокого давления был предохранительный клапан, который выпускал лишнее давление. (Рис.127)
Рис.127 - Схема горизонтальной одноцилиндровой паровой машины высокого давления, двойного действия, отбор мощности осуществляется приводным ремнём.
Цифрами обозначены: 1 — поршень; 2 — шток поршня; 3 — ползун; 4 — шатун; 5 — коленчатый вал; 6 — эксцентрик для привода клапана; 7 — маховик; 8 — золотник; 9 — центробежный регулятор.
Надёжная и безопасная эксплуатация началась только с накоплением опыта и стандартизацией процедур сооружения, эксплуатации и обслуживания оборудования. (Рис.128)
Рис.128 – Промышленная паровая машина.
Ричард Тревитик также отличился строительством сухопутных паровых транспортных средств, к которым применимо слово «первый». В 1801 году он построил первый в истории дорожный (безрельсовый) паровоз “Puffing Devil” (Рис.129).
Рис.129 – Копия “Puffing Devil”.
А в 1802 году Тревитик создал первый рельсовый паровоз “Coalbrookdale” (Рис.130) для одноимённой угольной компании.
Рис.130 – Рельсовый паровоз “Coalbrookdale”.
Увы, пионерам не всегда везет – его аппараты преследовали неудачи, Ричард Тревитик умер в полной нищете 22 апреля 1833 года.
На протяжении всего XIX века наблюдалось бурное развитие парового сухопутного (рельсового и безрельсового) и морского/речного транспорта. Ко второй половине 1880-х годов появился новый тип парового двигателя, отличавшегося компактностью конструкции. Двигатели оснастили керосиновыми горелками вместо угольных топок, теперь они не нуждались в запасе угля и долгом разогреве. Довести до совершенства конструкцию паромобиля удалось французу Леону Серполле (1858—1907гг.) после изобретения им в 1888 г. генератора с мгновенным парообразованием. Важнейшей частью этого генератора была спираль из полуторадюймовой стальной трубки, сплющенной настолько, что внутренний канал имел форму узкой капиллярной щели. Спираль нагревалась с помощью керосиновых горелок и была окружена защитным чугунным кожухом. Такая конструкция парового котла обеспечивала быстрое, практически мгновенное парообразование, так как вода, поступая в сильно нагретую спираль, моментально испарялась. Впоследствии Л. Серполле усовершенствовал свой паровой котел, сделав поверхность спирали волнистой. Паропроизводительность котла достигла 40 фунтов в час, а рабочее давление пара — 300 фунтов на квадратный дюйм. Сначала Л. Серполле использовал такие парогенераторы на трициклах (3-колесниках) (Рис.131), затем на автомобилях как обычного класса, так и на специальных гоночных, развивавших скорость до 140 км/ч (Рис.132).
Рис.131 - Первая паровая коляска Л. Серполле, 1887г.
Рис.132 – Одна из поздних моделей парового автомобиля Серполле.
Использование вертикального трубчатого котла намного меньшего размера, чем обычные, позволило уменьшить массу двигателя, упростить обслуживание и устранить опасность взрыва. Получившиеся в результате усовершенствования небольшие, похожие на брички четырехместные паровые экипажи (Рис.133) и даже двухколесные паровички (Рис.134) были очень популярны в начале XX в. во Франции и особенно в США, где паровые автомобили выпускались до начала 1930-х гг.
Рис.133 – Паромобили.
Рис.134 – Велосипед с компактным паровым двигателем.
Такой успех был возможен вследствие высокой степени совершенства двигателя - благодаря практически мгновенному парообразованию при нажатии на педаль акселератора, пропорционально изменялись количества подаваемой в испаритель воды и керосина, поступающего в горелку нагревателя. Автомобили с подобными портативными паровыми двигателями были совершенно бесшумными. Но конструкция парового двигателя приблизилась к пределу технических решений, их развитие в начале XX века остановилось, и дальнейший прогресс автомобильного транспорта был связан, главным образом с двигателями внутреннего сгорания.
В 1886г. в Британии инженер Герберт Акройд Стюарт (Рис.135) построил прототип двигателя, работавшего на тяжелой нефти heavy oil - или «тяжелое масло», «парафиновое масло», который в литературе трактуется и как прообраз дизеля (т.е. двигателя внутреннего сгорания), и как паровой двигатель (т.е. двигатель внешнего сгорания).
Рис.135 - Герберт Эйкройд Стюарт (1864 – 1927гг.).
В дальнейшем, Эйкройд стал сотрудничать с производителем тяжелой сельскохозяйственной техники Ричардом Хорнсби (Richard Hornsby & Sons, Грэнтхем, Lincolnshire, England; существовала с 1828 по 1918гг. - в 1918г. эта компания слилась с фирмой Rustons из Линкольна, в результате чего образовалась компания Ruston & Hornsby). В 1890г. Стюарт и Ричард Хорнсби запатентовали новый двигатель (Рис.136), который впоследствии продавался под маркой Hornsby-Akroyd (Хорнсби-Эйкройд).
Рис.136 – Чертеж из патента Хорнсби-Эйкройд, схема испарения и сжатия масла.
Нефть (или ее тяжелый продукт) для того, чтобы сгорать в камере горения блока цилиндра должна была подаваться в нее в состоянии пара, т.е. предварительно топливо «подогревалось», поэтому сжигание (до состояния пара) выполнялось в отдельной камере сгорания, установленной на головке блока цилиндров, в которые затем топливо распылялось. Здесь взрыв происходил от контакта между топливно-воздушной смесью и горячими стенками испарителя. Другими словами, топливо предварительно «разогревшись» до парообразного состояния в отдельной камере сгорания, затем под давлением попадало (в виде пара) в «рабочую» камеру сгорания.
Итак, трудно возразить, что это не двигатель внешнего сгорания (наличие внешней камеры сгорания), с другой стороны, многие авторы считают, что конструктивно (впрыск топливно-воздушной смеси под давлением) двигатель Хорнсби-Эйкройд (Рис.137) предвосхитил двигатель немца Дизеля (запатентован в 1892г.).
Рис.137 – Двигатель Хорнсби-Эйкройд, современное фото.
Сообщают также, что в 1892 году Эйкройд Стюарт создал обновленную версию двигателя, и теперь уже не было необходимости в наличии дополнительного тепла и, соответственно, дополнительной (внешней) камеры сгорания - автоматическое зажигание топлива производилось только в результате сжатия головкой цилиндра. Если это так, то обновленный двигатель Hornsby-Akroyd перешел в класс двигателей внутреннего сгорания.
* Двигатели внутреннего сгорания.
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно в рабочей камере (внутри) двигателя. ДВС преобразует тепловую энергию от сгорания топлива в механическую работу. (Рис.138)
Рис.138 - Рядный четырёхцилиндровый двигатель внутреннего сгорания.
По сравнению с двигателями внешнего сгорания ДВС не имеет дополнительных элементов теплопередачи — топливо, сгорая, само образует рабочее тело.
В 1807г. майор швейцарской армии Франсуа Исаак де Риваз (François Isaac de Rivaz) (Рис.139) построил первый поршневой двигатель, называемый часто двигателем де Риваса.
Рис.139 - Франсуа Исаак де Риваз (François Isaac de Rivaz), 1752 – 1828гг.
В 1805 году он подал во Франции заявку на патент под названием «использование взрыва светильного газа или иных взрывающихся материалов как источника энергии в двигателе». Двигатель работал на газообразном водороде, имея элементы конструкции, с тех пор вошедшие в последующие прототипы ДВС: шатунно-поршневую группу и искровое зажигание.
И в том же году де Риваз построил самодвижущийся экипаж, приводимый в движение подобным мотором. (Рис.140)
Рис.140 - Самодвижущийся экипаж де Риваза, 1807г.
Возможно, это первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания.
Впрочем, не исключено, что была построена только модель этого экипажа.
Первый практически пригодный двухтактный газовый ДВС был сконструирован французским механиком Этьеном Ленуаром (Рис.141) в 1860 году.
Рис.141 - Этьен Ленуар (Jean Joseph Etienne Lenoir), 1822 – 1900гг.
Французский изобретатель бельгийского происхождения.
Работая на гальваническом заводе, Ленуар пришёл к мысли, что топливовоздушную смесь в газовом двигателе можно воспламенять с помощью электрической искры, и решил построить двигатель на основе этой идеи.
На конструкцию одноцилиндрового двухтактного газового двигателя заметное влияние оказали технические решения, использованные в паровой машине Уатта: поршень двойного действия (рабочими ходами являются и прямой, и обратный), золотниковый механизм, управляющий подачей рабочего тела в цилиндр и удалением отработанного. Только рабочим телом является не пар, а продукты сгорания смеси воздуха и светильного газа, вырабатываемого газогенератором.
Рабочий процесс двигателя Ленуара можно рассмотреть, начиная с движения поршня из одного из крайних положений. При этом золотники установлены в позицию, при которой в рабочую (расширяющуюся) полость цилиндра поступает воздух и светильный газ, а из другой полости поршнем вытесняются продукты сгорания, образовавшиеся в предшествующем такте. На этой стадии цикла движение механизма происходит за счёт инерции маховика. Когда объём рабочей полости достигнет некоторой величины, определяемой кинематикой механизма, золотник перекрывает подачу топливной смеси, и на свечу зажигания подаётся высоковольтный электрический разряд, топливная смесь воспламеняется и сгорает прежде, чем поршень успевает значительно продвинуться, то есть практически при постоянном объёме. При этом давление и температура газа в рабочей полости многократно увеличиваются, он расширяется и совершает работу, двигая поршень до крайнего положения, противоположного начальному, при этом золотник перемещается в позицию выпуска отработанного газа. После прохождения мёртвой точки (одно из крайних положений поршня в цилиндре) за счёт инерции маховика процесс повторяется при обратном ходе поршня.
Ленуар не сразу добился успеха. После того как удалось изготовить все детали и собрать машину, она проработала совсем немного и остановилась, так как из-за нагрева поршень расширился и заклинил в цилиндре. Ленуар усовершенствовал свой двигатель, продумав систему водяного охлаждения. Однако вторая попытка запуска также закончилась неудачей из-за плохого хода поршня. Ленуар дополнил свою конструкцию системой смазки. Только тогда двигатель (Рис.142) начал работать.
Рис.142 – Двигатель Ленуара в проекциях.
Двигатель представлял собой одноцилиндровую горизонтальную машину двойного действия, работавшую на смеси воздуха и светильного газа с электрическим искровым зажиганием от постороннего источника. КПД двигателя не превышал 4,65 %. Мощность составляла 8,8 кВт (11,97л.с.).
В 1862г. Ленуар установил свой двигатель на экипаже. (Рис.143)
Рис.143 - Устройство пассажирской линейки Э. Ленуара.
Автомобиль Э. Ленуара некоторое время находился в эксплуатации, совершая экскурсионные поездки между Парижем и Жуанвилем в 1862–1863гг. Приведем выдержку из статьи, которая была опубликована в одном из ранних номеров журнала «Автомобиль»: «Во Франции, так же как и в Англии, несмотря на блестящие усовершенствования, паромобиль был вытеснен из употребления своим младшим братом — бензомобилем (- явная неточность, использовался не бензин, а светильный газ!), который впервые появился в 1862г. и изобретение которого принадлежит Ленуару. Он был не только первым изобретателем газового двигателя, но и бензомобиля (-?)». Причинами прекращения дальнейшего распространения автомобиля конструкции Э. Ленуара послужили относительно большой вес мотора и невысокая скорость движения.
В целом, двигатель Ленуара, несмотря на недостатки, получил некоторое распространение - использовался как лодочный двигатель. К 1864 году было выпущено более 300 таких двигателей разной мощности. (Рис.144)
Рис.144 - Двигатель Ленуара.
Разбогатев, Ленуар перестал работать над усовершенствованием своей машины. Говорят, что с двигателем Ленуара познакомился один немец по имени Николаус Аугуст Отто (Рис.145), после чего занялся разработкой собственного ДВС.
Рис.145 - Николаус Август О́тто (Nicolaus August Otto), 1832 – 1891гг.
Немецкий инженер и изобретатель-самоучка.
В 1863г. он создал двухтактный атмосферный двигатель внутреннего сгорания. Отто расположил цилиндр вертикально. Вращаемый вал помещался над цилиндром сбоку. Вдоль оси поршня к нему была прикреплена рейка, связанная с валом. Двигатель работал следующим образом - Рис.146.
Рис.146 – Цикл Отто.
Вращающийся вал поднимал поршень на 1/10 высоты цилиндра, в результате чего под поршнем образовывалось разрежённое пространство и происходило всасывание смеси воздуха и газа. Затем смесь воспламенялась открытым пламенем через трубку – электрического зажигания не было. При взрыве давление под поршнем возрастало примерно до 4 атм. Под действием этого давления поршень поднимался, объём газа увеличивался и давление падало. При подъёме поршня специальный механизм отсоединял рейку от вала. Поршень сначала под давлением газа, а потом по инерции поднимался до тех пор, пока под ним не создавалось разрежение. Таким образом, энергия сгоревшего топлива использовалась в двигателе с максимальной полнотой. В этом заключалась главная оригинальная находка Отто. Рабочий ход поршня вниз начинался под действием атмосферного давления, и после того, как давление в цилиндре достигало атмосферного, открывался выпускной вентиль, и поршень своей массой вытеснял отработанные газы. Такая последовательность событий называется идеальным циклом Отто и впоследствии стала справедливой для всех поршневых бензиновых (карбюраторных) двигателей внутреннего сгорания. В двухтактном двигателе цикл Отто совершался за один оборот коленчатого вала.
Из-за более полного расширения продуктов сгорания КПД двигателя Отто был значительно выше, чем КПД двигателя Ленуара и достигал 15 %, то есть превосходил КПД самых лучших паровых машин того времени. В 1864—1865 году Отто вместе с Ойгеном Лангеном основал первую в мире компанию по производству двигателей внутреннего сгорания — “N. A. Otto & Cie”. На Парижской выставке 1867г. компания «Отто и К°» представила первую рабочую модель одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания. Поскольку двигатели Отто были почти в пять раз экономичнее двигателей Ленуара, они сразу стали пользоваться большим спросом. В последующие годы их было выпущено около пяти тысяч штук.
В том же 1867г. Эрнст Вернер фон Сименс создал генератор постоянного тока с самовозбуждением, который в будущем будет известен всем автомобилистам мира как динамо-машина, которая найдет применение в системах воспламенения двигателей внутреннего сгорания.
Однако то обстоятельство, что в качестве топлива использовался светильный газ, сильно суживало область применения первых двигателей внутреннего сгорания. Поэтому не прекращались поиски нового горючего для двигателя внутреннего сгорания. Некоторые изобретатели пытались применить в качестве газа пары жидкого топлива. Ещё в 1872 году американец Брайтон (Рис.147) пытался использовать в этом качестве керосин.
Рис.147 - Джо́рдж Бра́́йтон (George Brayton), 1830 – 1892гг., американский инженер-механик.
В 1872 году Брайтон запатентовал двухтактный, двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания, который он назвал “Ready Motor”, что можно перевести как «мотор постоянной готовности». Это название оправдывалось тем, что двигатель использовал керосин в качестве топлива. Поэтому он не нуждался ни в разогреве котла, как паровые машины, ни в запуске газогенератора, как газовый двигатель Ленуара. Один цилиндр с поршнем двигателя Брайтона выполнял функцию компрессора, нагнетавшего воздух в камеру сгорания, в которую непрерывно поступал и сгорал керосин, с образованием горячего газообразного рабочего тела под давлением. Рабочее тело, через золотниковый механизм поступало во второй — рабочий цилиндр, поршень которого работал так же, как в паровой машине Уатта, вращая вал через кривошипно-шатунный механизм. Поршень компрессора приводился в движение от вала так же - через посредство кривошипно-шатунного механизма.
Однако керосин плохо испарялся, и Брайтон перешёл к более лёгкому нефтепродукту - бензину. Но для того, чтобы двигатель на жидком топливе мог успешно конкурировать с газовым, необходимо было создать специальное устройство для испарения бензина и получения горючей смеси его с воздухом. Брайтон в том же 1872 году придумал один из первых так называемых «испарительных» карбюраторов, но он действовал неудовлетворительно.
В то время идеи Брайтона проиграли решениям Отто, но впоследствии термодинамический цикл Брайтона был использован для описания рабочих процессов некоторых типов тепловых двигателей непрерывного действия — газотурбинных и воздушно-реактивных.
В 1877 году Отто взял патент на новый четырехтактный двигатель, в котором цикл Отто совершался за два оборота коленвала. В 1878г. Отто продемонстрировал новый двигатель на Всемирной выставке в Париже, и в том же году четырехтактные двигатели уже были запущены в производство. Однако триумф Отто был несколько омрачен. Вскоре обнаружилось, что за несколько лет до его изобретения точно такой же принцип работы двигателя был описан французским инженером Бо де Роша, был и немецкий конкурент – часовщик Христиан Рейтман, причем, в отличие от Отто, он использовал не золотниковый, а более перспективный клапанный механизм газораспределения. В результате судебной тяжбы с Бо де Рошем права Отто, вытекавшие из его патента, были значительно сокращены, в том числе было аннулировано его монопольное право на четырёхтактный цикл. Хотя французам удалось наладить выпуск четырёхтактных двигателей, отработанная многолетним производством модель Отто, оказалась лучшей, и спрос на неё не прекращался. К 1897 году было выпущено около 42 тысяч таких двигателей разной мощности. Рейтман не смог выйти на рынок со своей прогрессивной конструкцией.
В 1878г. Карл Бенц (Рис.148) разработал легкий двухтактный двигатель внутреннего сгорания с продувкой (Рис.149).
Рис.148 - Carl Friedrich Michael Benz, 1844-1929гг.
Рис.149 – Работа двухтактного двигателя с продувкой. Слева направо: продувка, сжатие, воспламенение, рабочий ход.
Увы, серийно двухтактные двигатели с продувкой начали строить только с 1914г. А в 1879г. Бенц испытывает рабочую версию своего нового - бензинового двигателя. Бенц взял за основу конструкцию двигателя Отто, но в качестве горючего использовал бензин. Воспламенение горючей смеси осуществлялось при помощи искры. Источником питания служила батарея, ток от которой подавался на индукционную катушку, повышающую напряжение до необходимой величины – иначе говоря, магнето, на основе которого Роберт Бош разработал систему искрового зажигания топливной смеси (свечи зажигания Бош и Хональд создадут в 1902г.).
У Отто в качестве управляющего фабрикой в Дейтце работал инженер Юлиус Готлиб Даймлер (Рис.150).
Рис.150 - Юлиус Готлиб Даймлер (Gottlieb Wilhelm Daimler), 1834-1900гг.
В начале 1880-х годов он предложил своему шефу проект компактного бензинового двигателя, который можно было бы использовать на транспорте. Отто отнёсся к предложению Даймлера холодно. Тогда Даймлер вместе со своим другом Вильгельмом Майбахом (Рис.151) принял смелое решение — в 1882 году они ушли из фирмы Отто, приобрели небольшую мастерскую близ Штутгарта и начали работать над своим проектом.
Рис.151- Август Вильгельм Майбах (August Wilhelm Maybach), 1846 – 1929гг. Немецкий автоконструктор и предприниматель, основатель автомобильных компаний “Mercedes” и “Maybach”.
Проблема, стоявшая перед Даймлером и Майбахом, была не из лёгких: они решили создать двигатель, который не требовал бы газогенератора, был бы очень лёгким и компактным, но при этом достаточно мощным, чтобы двигать экипаж. Увеличение мощности Даймлер рассчитывал получить за счёт увеличения частоты вращения вала, но для этого необходимо было обеспечить требуемую частоту воспламенения смеси. В 1883 году усилиями Даймлера и Майбаха был создан первый калильный бензиновый двигатель с зажиганием от раскалённой трубочки, вставляемой в цилиндр.
В 1885г. Даймлер и Майбах патентуют свой бензиновый двигатель (Рис.152) с карбюратором (испарителем по способу англичанина Уильяма Бариета).
Рис.152 – Патент Г.Даймлера на двигатель внутреннего сгорания, работающего на газе или бензине.
В августе 1885 Даймлер запатентовал первый мотоцикл (“Reitwagen”), установив небольшой двигатель на деревянную раму с деревянными же колесами. (Рис.153)
Рис.153 - Мотоцикл Даймлера с ДВС 1885 года.
В ноябре 1885 года в Германии на этом аппарате состоялся заезд - Пауль Даймлер, сын Готлиба Даймлера, проехал на нём 3 км вдоль реки Неккар, развив скорость 12 км/ч.
Тогда же Даймлер берет патент на 4-колесный экипаж с бензиновым двигателем, который строит на основе экипажа каретной фабрики «Вильгельм Вимпф и Сын». (Рис.154)
Рис.154 – Самодвижущийся бензиновый экипаж Даймлера, построен в 1886г.
Параллельно, в 1885г. русский инженер Борис Григорьевич Луцкой представляет четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с вертикальным расположением цилиндра и нижним расположением коленчатого вала. В дальнейшем двигатели Луцкого нашли широкое признание. В 1890-е Б.Г.Луцкий поступил в качестве ведущего конструктора на работу в фирму Даймлера, где создал множество моделей легковых и грузовых автомобилей.
Другой немец - Карл Бенц 3 июля 1886г. показал свой автомобиль “Motorwagen” (Рис.155) с мощностью ДВС в 0,75 л.с.
Рис.155 - «Моторваген» Карла Бенца, 1885г. - начало эры автомобилей.
Вверху фото оригинального Benz Motorwagen № 1.
Запатентован 29 января 1886г.
В литературе пишут, что автомобиль Бенца был построен раньше автомобиля Даймлера – в январе 1885г., хотя патент на него был получен позже, чем на аналогичную (правда, четырехколесную) конструкцию получил патент Даймлер. Именно трехколесное детище Бенца ныне признается первым автомобилем. Автомобиль Ленуара, построенный в 1862г., лишен такого почетного титула, видимо, потому что его двигатель работал не на бензине. В таком случае, транспортное средство Бенца правильнее окрестить первым бензомобилем.
Еще один оригинальный бензиновый двигатель в начале 1880-х был создан в России сербом по национальности Огнеславом (Игнатием) Степановичем Костовичем (Рис.156).
Рис.156 – О.С. Костович (1851 – 1916гг.).
В 1881г. Костович взялся за постройку самолёта в натуральную величину, но дело не было доведено до конца, и внимание изобретателя переключилось на постройку дирижабля «Россия». Костович начал с конструирования двигателя к новому летательному аппарату. Говорят, что двигатель (Рис.157) удался.
Рис.157 - Двигатель Костовича в Центральном музее ВВС.
В восьмицилиндровом двигателе с водяным охлаждением конструкции Костовича впервые использовалось электрическое зажигание. Бензиновый двигатель Костовича был оппозитным, с горизонтальным размещением направленных встречно цилиндров. Оппозитную схему и сегодня с успехом применяют для известных моделей автомобилей. Самая знаменитая из них, пожалуй, народный Фольксваген — «жук», выпускавшийся в разных странах с 1938 по 2003 год.
Несмотря на все усилия, дирижабль «Россия» так и не взлетел, как пишут по причине нехватки средств на доведение аппарата до рабочего состояния. Только 14 мая 1888 года Костович обратился в российский Департамент торговли и мануфактур с прошением выдать ему привилегию на «усовершенствованный двигатель, действующий бензином, керосином, нефтяным, светильным и другими газами и взрывчатыми веществами». Привилегию была выдана через четыре с половиной года — 4 ноября 1892 г. За это время Костович успел запатентовать своё детище в США и Великобритании.
В конце 1880-х в России появилось еще несколько предложений ДВС.
В 1887г. изобретатель Ягодзинский подает идею военному ведомству оснащать летательные аппараты двигателем с электровоспламенением рабочей смеси.
В 1889г. лейтенант флота Е.А.Яковлев построил свой вариант «керосинового двигателя», т.е. двигателя, работающего на тяжелом топливе. В том же году сообщалось об изобретении техником В.С.Синицыным стационарного двигателя на тяжелом топливе, а изобретатель Евгений Александрович Яковлев (1857-1898гг.) организовал малосерийное производство керосиновых и газовых двигателей, в конструкциях которых он использовал передовые достижения науки и техники в данной области, применил электрическое зажигание, съемную головку цилиндра, смазку под давлением.
Однако процесс испарения жидкого топлива в первых бензиновых двигателях оставлял желать лучшего. Поэтому настоящую революцию в двигателестроении произвело изобретение карбюратора в современном его виде. Создателем его считается венгерский инженер Донат Банки (Рис.158).
Рис.158 – Донат Банки (1859 – 1922гг.) — венгерский инженер и изобретатель.
В 1893 году он взял патент на карбюратор с жиклёром, который был прообразом всех современных карбюраторов. В отличие от своих предшественников Банки предлагал не испарять бензин, а мелко распылять его в воздухе. Это обеспечивало его равномерное распределение по цилиндру, а само испарение происходило уже в цилиндре под действием тепла сжатия. Для обеспечения распыления всасывание бензина происходило потоком воздуха через дозирующий жиклёр, а постоянство состава смеси достигалось за счёт поддержания постоянного уровня бензина в карбюраторе. Жиклёр выполнялся в виде одного или нескольких отверстий в трубке, располагавшейся перпендикулярно потоку воздуха. Для поддержания напора был предусмотрен маленький бачок с поплавком, который поддерживал уровень на заданной высоте, так что количество всасываемого бензина было пропорционально количеству поступающего воздуха.
К середине 1890-х, казалось, ДВС достигли промышленного совершенства: было выбрано оптимальное топливо, имелось электрическое зажигание, разработан карбюратор.
В 1900г. в США фирмой Bullock Tractor Co., Chicago был налажен выпуск гусеничных бензиновых сельскохозяйственных тракторов “Bullock Creeping Grip Tractor” (Рис.159).
Рис.159 – Бензиновый гусеничный трактор “Bullock Creeping Grip Tractor", 1900г.
Этот небольшой трактор оснащался оппозитным 2-х цилиндровым многотопливным двигателем внутреннего сгорания, мощностью (на коленвале) 16л.с.
А в 1902г. в Великобритании был построен первый колесный бензиновый трактор. (Рис.160)
Рис.160 - Дэн Элбон с его прототипом сельскохозяйственного трактора Ivel, 1902г.
В 1903 году состоялся полёт первого самолёта (Рис.161) братьев Орвила и Уилбура Райт.
Рис.161 - Первый полёт Флайера-1 17 декабря 1903 года.
И поднял его в воздух бензиновый двигатель, который изготовил механик Чарли Тэйлор. Основные части двигателя сделали из алюминия. Двигатель Райт-Тэйлора был примитивным вариантом бензинового инжекторного двигателя. (Рис.162)
Рис.162 – Бензиновый ДВС, использованный братьями Райт (более поздний вариант 1910г.).
Триумфальное шествие ДВС не окончилось карбюраторными вариантами. Почти одновременно, независимо друг от друга, сразу два разработчика – английский инженер Эйкройд (Акройд) Стюарт (речь о нем шла выше) и немецкий инженер Рудольф Дизель (Рис.163) изобрели новый тип ДВС, который теперь именуется дизелем.
Рис.163 – Рудо́льф Кристиа́н Карл Ди́зель (Rúdolf Chrístian Karl Diésel), 1858 – 1913гг.
Современный дизельный двигатель объединяет возможности прямой (безвоздушной) инъекции и воспламенения от сжатия. Обе идеи были запатентованы Акройдом Стюартом и Чарльзом Ричардом Бинни в мае 1890. Другой патент был подписан 8 октября 1890 года, но он отличался от того, как работает полный дизельный двигатель, где воздух и топливо вводятся отдельно. Разницей между этим двигателем и современным дизельным двигателем является требование предоставления дополнительного тепла к цилиндру, чтобы можно было запускать двигатель при холоде. В 1892 году Эйкройд Стюарт создал обновленную версию двигателя, и теперь уже не было необходимости в наличии дополнительного источника тепла.
В феврале того же 1892 года Дизель подает заявку (зарегистрирована 27 или 28 февраля) на получение патента на «новый рациональный тепловой двигатель». Патент был оформлен в императорском патентном бюро в Берлине 23 февраля 1893 года под названием «Метод и аппарат для преобразования высокой температуры в работу». Второй патент с модифицированным циклом Карно был зарегистрирован 29 ноября 1893 года.
Двигатель Дизеля был четырёхтактным. Изобретатель установил, что КПД двигателя внутреннего сгорания повышается от увеличения степени сжатия горючей смеси. Но сильно сжимать горючую смесь нельзя, потому что тогда повышаются давление и температура, и она самовоспламеняется раньше времени. И Дизель решил сжимать не горючую смесь, а чистый воздух. К концу сжатия воздуха в цилиндр постепенно под сильным давлением впрыскивалось жидкое топливо. Так как температура сжатого воздуха достигала 600—650 °C, топливо самовоспламенялось, и газы, расширяясь, двигали поршень. Таким образом, Дизелю удалось значительно повысить КПД двигателя. К тому же здесь не нужна была система зажигания, а вместо карбюратора работал топливный насос.
С 1893 года начались практические разработки нового двигателя на Аугсбургском машиностроительном заводе (с 1904 года M.A.N.) при финансовом участии компаний Фридриха Круппа и братьев Зульцер (Sulzer Brothers Ltd.). Первый функционирующий двигатель был создан Дизелем там же в 1897 году. Мощность двигателя Дизеля составляла 20 лошадиных сил при 172 оборотах в минуту, КПД 26,2 % при весе пять тонн. Это намного превосходило существующие двигатели Отто с КПД 20 % и судовые паровые турбины с КПД 12 %, что вызвало немедленный интерес промышленности. Двигатель Дизеля сразу же нашёл применение, был оценён во многих странах.
В то же время - в 1896г. - английская компания Richard Hornsby & Sons начала строить первый трактор (пока колесный), оснащенный двигателем ДВС Хорнсби-Эйкройд; в 1897г. этот трактор был продан.
Поскольку идеи Эйкройда и Дизеля весьма перекликаются, а первый «дизельный» двигатель был построен, возможно, на год раньше в Англии, чем его немецкий аналог, то некоторые авторы склоны отдавать пальму первенства в вопросе изобретения дизельного двигателя не самому Дизелю, а Эйкройду. Однако однозначно, что мировое признание получил именно двигатель Дизеля.
В 1898—1899гг. на заводе «Людвиг Нобель» Эммануила Людвиговича Нобеля в Петербурге Густав Васильевич Тринклер (Рис.164) усовершенствовал дизельный двигатель, использовав бескомпрессорное распыливание топлива, что позволило применить в качестве топлива нефть.
Рис.164 - Густав Васильевич Тринклер (1876 – 1957гг.), изобретатель, создатель бескомпрессорного дизельного двигателя.
В результате бескомпрессорный двигатель внутреннего сгорания высокого сжатия с самовоспламенением стал наиболее экономичным стационарным тепловым двигателем. Первый такой дизель имел мощность 20 л. с., один цилиндр диаметром 260 мм, ход поршня 410 мм и частоту вращения 180 об/мин. В Европе дизельный двигатель, усовершенствованный Густавом Васильевичем Тринклером, получил название «русский дизель» или «Тринклер-мотор».
С 1902г. британские военные начали искать замену паровым тракторам. В 1903г. был объявлен конкурс (первый приз £ 1000) на постройку машины, которая бы удовлетворяла следующие требования: масса машины до 13 тонн, возможность буксировки груза 25 тонн на 40 миль со средней скоростью 3 мили в час, при этом с половинной нагрузкой машина должна двигаться со скоростью 8 миль/час, преодолевая уклоны в 6°. Помимо этого, трактор должен быть снабжен лебедкой грузоподъемностью 15 тонн и иметь способность преодолевать водные преграды глубиной 2 фута (60 см.). Конкурс выиграл трактор Hornsby с силовой установкой Hornsby-Akroyd (Рис.165).
Рис.165– Колесный трактор Hornsby – победитель конкурса 1903 года.
В дальнейшем компания строила и гусеничные трактора с двигателями Hornsby-Akroyd, о чем речь пойдет ниже.
В 1903г. в России на Сормовском заводе был построен первый корабль с дизельным двигателем – теплоход. (Рис.166).
Рис.166 – «Вандал» речное нефтеналивное судно. Первый в мире теплоход и, одновременно, дизель-электроход. На судне были установлены три четырёхтактных двигателя Дизеля мощностью по 120 л. с. каждый.
Некоторым изъяном всех дизелей конструкций конца XIX- начала XX вв. было отсутствие обратного хода. Главный инженер русского Коломенского завода Раймонд Александрович Корейво изобрел муфту - реверс-механизм. Эта муфта как раз и обеспечивала обратный ход. В 1908 году Корейво строит и патентует во Франции двухтактный дизель с противоположно-движущимися поршнями и двумя коленвалами. (Рис.167)
Рис.167 – Первый судовой реверсивный дизельный двигатель.
Эти моторы нашли широкое распространение в судостроении.
В 1908 году построен первый дизельный двигатель малых размеров, первый грузовой автомобиль (первый легковой автомобиль с дизельным двигателем (Мерседес-Бенц-260D) появится только в 1936г.) и первый локомотив на дизельном двигателе.
* Электродвигатель.
Электрический двигатель - это электрическая машина (электромеханический преобразователь), в которой электрическая энергия преобразуется в механическую.
Принцип преобразования электрической энергии в механическую энергию электромагнитным полем был продемонстрирован британским учёным Майклом Фарадеем (Рис.168) в 1821г.
Рис.168 - Майкл Фараде́й (Michael Faraday), 1791 – 1867гг., английский физик-экспериментатор и химик.
Постоянный магнит был установлен в середине ванны со ртутью. Когда через провод пропускался ток, провод вращался вокруг магнита, показывая, что ток вызывал циклическое магнитное поле вокруг провода. Последующим усовершенствованием является Колесо Барлоу (два колеса, находящихся на одной оси, вращались за счет взаимодействия тока, проходящего через колёса, с магнитным полем постоянных магнитов). Эти опыты воспринимались современниками как некие трюки, не имевшие практической пользы. Изобретатели же стремились создать электродвигатель для производственных нужд.
В 1834 г. немецко-русский ученый Б. С. Якоби (Рис.169) создал первый в мире практически пригодный электродвигатель с вращающимся якорем (Рис.170).
Рис.169 - Мориц Герман Яко́би (Moritz Hermann von Jacobi) или Бори́с Семёнович Якоби, 1801 – 1874гг., немецкий и русский физик-изобретатель.
Рис.170 - Действующая модель электродвигателя Б. С. Якоби.
Двигатель состоял из двух групп магнитов: четыре неподвижных были установлены на раме, а остальные — на вращающемся роторе. Для попеременного изменения полярности подвижных электромагнитов служил придуманный учёным коммутатор, принцип устройства которого используется до настоящего времени в тяговых электродвигателях. Двигатель работал от гальванических батарей.
Вращательное движение якоря в двигателе Якоби происходило вследствие попеременного притяжения и отталкивания электромагнитов. (Рис.171)
Рис.171 – Взаимодействие рамки, через которую проходит электрический ток и магнитов.
Неподвижная группа U-образных электромагнитов питалась током непосредственно от гальванической батареи, причем направление тока в этих электромагнитах оставалось неизменным. Подвижная группа электромагнитов была подключена к батарее через коммутатор, с помощью которого направление тока в каждом электромагните изменялось раз за один оборот диска. Полярность электромагнитов при этом соответственно изменялась, а каждый из подвижных электромагнитов попеременного притягивался и отталкивался соответствующим неподвижным электромагнитом: вал двигателя начинал вращаться. Мощность такого двигателя составляла всего 15 Вт, частота вращения ротора 80—120 оборотов в минуту. Двигатель поднимал груз массой 10—12 фунтов (примерно 4—5 кг) на высоту 1 фут (примерно 30 см) в секунду.
Якоби сразу же публикует работу «О применении электромагнетизма для приведения в движение машины». Автор отмечает, что его двигатель несложен и «дает непосредственно круговое движение, которое гораздо легче преобразовать в другие виды движения, чем возвратно-поступательное». В этом же году Якоби направляет рукопись с описанием своей работы в Парижскую академию наук. Изобретение рассматривается на заседании Академии, и практически сразу работа публикуется. Таким образом, о построенном в мае 1834 года в Кёнигсберге двигателе становится широко известно.
В 1839г. Якоби построил лодку с электромагнитным двигателем мощностью 550 Вт, который от 69 элементов Грове развивал 1 лошадиную силу и двигал лодку с 14 пассажирами по Неве против течения. Это было первое применение электромагнетизма к передвижению в больших размерах.
Со временем нашли применение электродвигатели переменного тока (Рис.172), постоянного тока (Рис.173) и универсальные коллекторные (могут работать и на переменном, и на постоянном токе).
Рис.172 – Электродвигатель переменного тока.
Рис.173 - Двигатель постоянного тока в разрезе.
Распространение электродвигателей, в частности, на транспорте ограничивалось проблемой источника тока. В 1859г. француз Гастон Планте изобрел первый свинцово-кислотный аккумулятор - гальванический элемент, в котором состав действующих химических элементов почти полностью восстанавливается путем пропускания через него постоянного электрического тока, что выгодно отличает его от обычного гальванического элемента. Вскоре возник новый вид услуги — «абонемент аккумуляторов». С завода, где с помощью динамо-машины заряжались аккумуляторы, они развозились потребителям, которые использовали их для электрического освещения, приведения в действие двигателей швейных машин, обрабатывающих станков и т. п. В это же время возникла и была реализована идея создания электрических средств передвижения — электромобилей. (Рис.174)
Рис.174 – Верхний – электрический омнибус; далее - четырехместный электрический экипаж; третий - электромобиль-купе; нижний - электрический фургон, предназначенный для торговых целей.
Развитие темы электромобилей сдерживается и по сию пору вопросом подзарядки аккумуляторной батареи и их относительно небольшой емкостью – подзарядку следует осуществлять после пробега нескольких десятков километров. Кроме того, аккумуляторы имеют значительный собственный вес.
Со временем электродвигатели нашли себе место в т.н. электромеханических или электрических трансмиссиях (Рис.175).
Рис.175 – Схема электромеханической трансмиссии.
Такая трансмиссия обеспечивает передачу тягового усилия от первичного двигателя к движителю или исполнительному органу, используя электрически соединённые электрогенератор и электродвигатель. Электрическая передача обеспечивает удобное изменение частоты и направления вращения на выходе, плавное трогание с места, а также распределение мощности на несколько ведущих колёс/осей; генераторная установка может быть расположена в любом месте транспортного средства независимо от расположения тяговых электродвигателей. В то же время все компоненты электрической передачи имеют большую массу, а для их изготовления расходуется большое количество цветных металлов.
* Внедорожный движитель.
Пожалуй, тема движителя повышенной проходимости (проходимости вне дорог) есть самая специальная тема в танковом вопросе, отражающая специфику танка, как машины, предназначенной для работы в условиях бездорожья.
Вопрос улучшения проходимости сухопутных транспортных средств, снабженных двигателями, встал едва ли не с момента появления таковых транспортных средств. Уже в конструкции паровой повозки О.Эванса (Рис.176) наблюдаем ведущее колесо большого диаметра.
Рис.176 – Паровая повозка О.Эванса, 1800г.
Появление такого решения не случайно, в 1803г. известный нам Ричард Трэвитик строит свою паровую карету на 10 пассажиров и тоже с ведущими колесами диаметром 2,5 м. (Рис.177)
Рис.177 - Паровая карета Трэвитика, Лондон, 1803г.
А в 1822г. англичанин Д.Гордон предлагал паровую машину установить внутри колес большого диаметра 2,7 м. (Рис.178)
Рис.178 - Проект Давида Гордона, 1822 г.
В конных телегах потребности в колесах разного диаметра, как правило, не возникало – в чем тут дело?
Первые паровые машины, устанавливавшиеся на повозки, имели, с одной стороны, солидную массу, а, с другой – недостаточную мощность, как следствие – такие транспортные средства могли, более ли менее удовлетворительно, передвигаться только по идеальным дорогам. Например, паровая карета Трэвитика разгонялась до 16 км/ч (по другим сведениям, до 8 км/ч), но только по хорошей мощеной дороге без больших углов наклона. Таким образом, в целях улучшения их проходимости по дорогам разного качества придумали увеличить диаметр ведущего колеса.
Итак, увеличение диаметра ведущего колеса было первым решением, направленным на повышение проходимости моторного транспортного средства на дороге. (Рис.179)
Рис.179 - Устройство парового автомобиля Гурнея, 1830г.
Постепенно в среде паровых транспортных средств начали выделяться т.н. тягачи, которые предназначались для перевозки по дорогам пассажирских и грузовых платформ. (Рис.180)
Рис.180 - Паровой трактор Бурелла, 1871г.
Машина весила 10,5 т и могла тянуть на крюке прицеп с грузом, весившим до 37 т. Скорость ее в городских условиях доходила до 8 км в час.
Следующим шагом стала идея использовать тягачи с большими колесами (Рис.181) и вне дорог – на поле, цепляя к ним плуг или другой сельскохозяйственный инвентарь.
Рис.181 – Сверху паровое транспортное средство, рекламируемое в качестве дорожного локомотива (тягача); внизу – английский паровой трактор-тягач Foster.
Таким образом, эти тягачи с большими колесами, получившие прозвище трактора (самоходные машины, отличающиеся низкой скоростью и большой силой тяги), стали внедорожными машинами, а колеса большого диаметра техническим решением, обеспечивающим высокую проходимость (движение вне дорог). Т.е. можно говорить о вездеходном колесном (колесном тракторном и высококолесном) движителе.
* Модернизация колеса.
Как только возникла сама идея использовать самодвижущиеся транспортные средства вне дорог, начались попытки модернизации самого колеса.
В 1831г. британец Льюис Гомперс придумал надевать на колесо гусеничную цепь (Рис.182).
Рис.182 - Гусеничная цепь, надетая на колесо для повышения проходимости по мягким грунтам (Гомперс, 1831г.).
Укладываемые на землю звенья цепи должны уменьшить давление колеса на грунт и, тем самым, повысить его проходимость по мягким грунтам.
В 1850-х гг. изобретатель Бойделль разработал т.н. «бесконечный шагающий обод» или «бесконечный рельс» (Рис.183).
Рис.183 – Колесо с «бесконечными рельсами».
Это были колеса — но снабженные подпружиненными «ступнями», которые сохраняли довольно значительную подвижность относительно оси крепления - для чего при разработке конструкции было учтено строение сустава человеческой лодыжки. За основу бралась именно человеческая стопа, с выступающим большим пальцем на внутреннем крае «подошвы» и постепенно убывающим к внешнему краю «пальцевым рядом». Правда, английский конструктор не пошел по пути механического копирования - пальцевых «уступов» было не пять, а три, и столько же их симметрично располагалось на заднем крае подошвы. Количество и размер таких ступней должно было тщательно рассчитываться применительно к типовым размерам колеса. Изготовлялись они из прочных пород дерева и армировались сталью. При езде эти лопасти частично перекрывались, «наступая» друг на друга — и тем самым обеспечивая колесу надежную опору. Бойделл не думал ни о военном применении своего изобретения, ни о том, чтобы ставить его на паровые локомобили. Это была разработка, предназначенная для грузовых повозок, движущихся по бездорожью или плохим дорогам.
В 1855г. его «шагающие колеса» были успешно испытаны на паролокомобиле Баррелла - сравнительно небольшой машине весом в 9 тонн, изначально задуманной как «многоцелевой» тягач (Рис.184), в том числе и военный, т.к. испытания проходили во время уже разразившейся Крымской войны.
Рис.184 – Паровой локомобиль Баррелла-Бойделла, 1855г.
Точнее, эту конструкцию можно окрестить, как безрельсовый паровой локомотив Чарльза Баррелла, снабженный колесами Джеймса Бойделла.
На фоне проблем британской армии по снабжению своих войск в Крыму, проект выглядел многообещающим. Боеприпасы и продовольствие доставлялись союзническому корпусу по узкоколейной железной дороге, специально проложенной между Балаклавой и Севастополем, — но только за счет нее обслуживать 170-тысячную армию было чересчур тяжело.
Поначалу военное министерство собиралось заказать крупную партию колес с «лапами» Бойделла для обозных повозок. Однако тут выяснилось, что, кроме них, в наличии уже есть два полностью отлаженных безрельсовых паровоза. Пока разбирались что и как - война закончилась, локомобили Баррелла-Бойделла в Крым не попали.
Все же, с двухгодовым запозданием оба локомобиля Баррелла-Бойделла (Рис.185) были приобретены правительством – и в 1857-1858гг. прошли серию дополнительных испытаний.
Рис.185 – Тягач от Баррелла-Бойделла, 1857г.
В условиях бездорожья «шагающие колеса» проявили себя вполне достойно, особенно если не требовать слишком многого от тогдашних паровых двигателей. Официальные сведения о мощности локомобиля Баррелла нигде не публиковались, о его максимальной скорости на колесах Бойделла - тоже. Но известно, что эта машина могла тащить за собой небольшой «поезд» из соединенных вместе обозных телег (Рис.186) или тяжелое орудие и еще шестнадцать солдат, усевшихся на его колесном лафете.
Рис.186 - Тягач Баррелла-Бойделла в качестве локомотива для поезда из телег.
При этом «Баррелл-Бойделл» успешно преодолевал и довольно крутой подъем, и спуск, развивая ничуть не меньшую скорость, чем требуется от обозного транспорта или артиллерийского тягача. Вот как возможности тягача описывает корреспондент одного из журналов того времени: «В течение последней недели в Гайд-Парке производилось публичное испытание свойств великолепного локомотива для обыкновенных дорог, перед тем как машина и вагоны будут отправлены в Бомбей... Машина превосходно слушается управления, даже на самых крутых поворотах на обыкновенных улицах, и легко взбирается и спускается по крутым склонам... Машина свободно везет от 60 до 70 тонн груза по обыкновенной проселочной дороге со скоростью 4 мили в час. К машине было прицеплено пять огромных повозок, специально изготовленных для этой цели на фабрике Кроскиля. Сто шестьдесят гвардейских солдат в снаряжении были посажены в вагоны, и с этим грузом поезд легко двигался по лужайкам парка со скоростью 6 миль в час. Результаты испытания оказались в высокой степени удовлетворительными; нет сомнения, что машина окажется чрезвычайно полезной на плохих дорогах Индии, особенно летом, когда пересыхают реки. Для военных целей, как перевозка боеприпасов и орудий, подобная машина окажет неоценимую помощь. Две такие машины уже заказаны для египетского паши и предназначаются для перехода через пустыню».
Однако выяснилось, что деревянные «ступни» гораздо лучше ведут себя на грунтовом бездорожье, чем на даже умеренно каменистой тропе: благодаря подпружиниванию они хорошо держали точечную нагрузку, если она была направлена вдоль оси лапы - но не поперек, так что при наезде на крупный камень деревянная лопасть могла расколоться. А поскольку значительная часть испытаний проводилась прямо рядом со зданием арсенала, на мощенных булыжником улицах - то министерство пришло к выводу о бесперспективности «колеса с ногами» в военных целях.
В 1861 году Эндрью Денлоп (Дюнлоп) взял патент на «усовершенствованную рельсовую дорогу для облегчения тяги повозок». Это целая система рычагов, связанных с короткими рельсами, на которые установлены качающиеся рычаги с башмаками («ходячее колесо») (Рис.187).
Рис.187 – «Ходячее колесо» Денлопа, 1861 г.
В 1891г. Кларк предложил еще один проект «ходячего колеса» (Рис.188).
Рис.188 – «Ходячее колесо» Кларка (1891г.).
Это даже не колесо в обычном понимании, а сложный рычажный механизм, в котором нет ни обода, ни спиц. Некоторые авторы считают это изобретение стопоходящим движителем.
Идею шагающего колеса продолжал развивать следующий англичанин - Брама Дж. Диплок. В 1899г. он придумал свое колесо со специальными «башмаками» pedrail. Изобретение было защищено патентом в 1900г. (Рис.189).
Рис.189 - Колесо со специальными «башмаками» pedrail, патент, 1900г.
Диплок предложил оснастить колесо специальными «башмаками», которые крепились по всей длине обода с помощью простых шарниров и втулок. Система рычагов удерживала шарнирную цепь с подвешенными к ней башмаками так, чтобы при вращении колеса на грунт всегда опирались три башмака (Рис.190).
Рис.190 – Схема движения pedrail колеса.
Элементы конструкции выполнялись из стали, резины и дерева. Таким способом достигалась плавность хода и улучшалась проходимость по проселочным дорогам. В 1903г. или 1904г. году Диплок основал фирму «Педрэйл Трэнспорт Компании» и построил локомотив (паровой трактор), оснащенный колесами системы “pedrail” (Рис.191), испытания которого по большей части подтвердили правильность этого решения.
Рис.191 – Паровой трактор с колесами “pedrail”, 1903г.
Вероятно, pedrail колесо Диплока стало наивысшей точкой «усовершенствования» собственно колеса. В годы Первой мировой войны pedrail колесо нашло широкое применение в качестве средства повышения проходимости для систем тяжелой артиллерии. (Рис.192)
Рис.192 – Французская 120-мм полевая пушка.
* По следам гусеницы.
Другим направлением развития колесного хода была задача уменьшения силы трения колеса с дорогой и, следовательно, выигрыш в уменьшении силы тяги для перемещения груза. Одним из главных побудительных мотивов к решению такой задачи являлась необходимость увеличения добычи каменного угля в условиях, закрытых (подземных) шахт. С этой целью пошли по пути облегчения процесса транспортировки добытого угля (Рис.193), видимо, как меры повышения эффективности добычи.
Рис.193 – Перемещение угля в шахте без рельсов.
Таскали груженные углем вагонетки дети или женщины.
Примерно, в первой трети 17-го века придумали класть на землю деревянные направляющие (Рис.194).
Рис.194 - Деревянная вагонетка на деревянных направляющих, возможно, около 1630г.
Ближе к 18 веку или в его начале на заводах Дерби, угольных копях Шеффилда и Лоуберроу используют движимые мускульной силой повозки (вагонетки), снабженные рельсо-колёсным ходом, представляющим собой двухзвенный механизм, состоящий из металлической направляющей и катящегося по нему металлического колеса. (Рис.195)
Рис.195 - Чугунная вагонетка на чугунных рельсах – получили распространение в 30-е годы XVIII века.
В 1789г. инженер Уильям Джессон применил на рудниках в графстве Лейчестер рельс грибовидного профиля в сочетании с катком с ребордой по краю. (Рис.196)
Рис.196 - Вагонетка на рельсах грибовидного профиля.
В 1770г. ирландский помещик, политик и изобретатель Ричарда Эджворт предложил новый путь повышения эффективности колесного хода. По проекту Эджворта на передние и задние колеса повозки надевается замкнутая цепь, состоящая из скрепленных между собой деревянных брусьев - подставок. Перематываемая на ходу цепь расстилается перед повозкой, образуя бесконечную дорожку, выстилаемую таким образом, что подставки всегда имеют соприкосновение с почвой. По такой цепи повозка легко преодолевает неровности пути. Собственно, это первая фиксируемая источниками идея гусеничного движителя. В изготовленных моделях гусеничная цепь собиралась из скрепленных между собой деревянных брусьев и натягивалась между передними и задними колесами повозки.
В 1801 году ту же идею развивает Томас Джерман, предлагая «средство облегчить движение, заменив гусеничной цепью или серией катков обыкновенные колеса». Постепенно идея «подвижного полотна» стала завоевывать умы изобретателей. Похожее устройство в 1812г. предлагал Уильям Пальмер. В 1821г. Джон Ричард Барии запатентовал в Англии цепь, которую нужно было надевать на два колеса, установленные в задней части повозки.
А в 1825г. английский изобретатель Джордж Кейль совместил идею рельсовой вагонетки и замкнутой звеньевой цепи на колесах. Он предложил замкнуть направляющую саму на себя и получить возможность перемещать угольную вагонетку в желаемом направлении (Рис.197).
Рис.197 – Проект гусеничной повозки Кейля с поперечными роликами для облегчения поворота (Англия, 1825г.).
Если учесть, что до появления прокатных рельсов направляющая собиралась из коротких рельсов длиной 7-1,5 м, то мысль о такой возможности очевидна.
В 1830г. открылось сообщение по Манчестерско-Ливерпульской железной дороге, по которой бегали семь локомотивов типа «Ракета» (Рис.198).
Рис.198 – Паровоз “Rocket”, 1829г.
Создатели - отец и сын Джордж и Роберт Стефенсоны.
Часть пути L&MR пролегали через страшные торфяные болота Чет Мосс (Chat Moss) в Ланкашире. Эти территории пытались облагородить Джон Хиткоут и Иосия Паркс (John Heathcoat, Josiah Parkes). Озадаченные проблемой механизации процесса вспашки и дренажа заболоченных земель, они обратили свое внимание на железную дорогу. Действительно, что, если паровой локомотив, обладающий достаточной мощностью переставить с прямолинейных рельсов внутрь бесконечной ленты (Рис.199).
Рис.199 – Развитие идеи бесконечной ленты в направлении повышения проходимости железнодорожных транспортных средств.
Схема скомпонована на базе иллюстраций, заимствованных из книги Енё Р. Сабо «Революция машин», Будапешт, Корвина, 1979; JU+TE, №8,1978; The Independent. Vol.88, 1916; Антонов A.C., Артамонов Б.С., Коробков Б.М., Магидович Е.И. «Танк» — М., Воениздат, 1947.
Уже в 1832 году Хиткоут получил патент на машину «для осушки и разработки болотистых земель, слишком вязких для возделывания при помощи лошадей и рогатого скота». В 1835г. или 1837г. машина, представлявшая, по сути, первый паровой трактор (плуг), как пишут, на моногусенице (Рис.200) была построена.
Рис.200
- Первый гусеничный паровой трактор Гиткота
(Англия, 1837г.).
Судя по данным изображениям, кажется, что трактор имел не моногусеницу, а две гусеницы.
Паровой локомобиль монтировался на раму с колесами диаметром 8 футов (2,4 м), эту конструкцию целиком охватывала моногусеница - бесконечная лента, сделанная из толстого тяжёлого холста, «подшитого» деревянными шпалами (башмаками). Масса машины составляла 30 т. Новинка испытывалась в Ланкашире, и получила восторженные отзывы современников. Правда, злые языки утверждали, что машина работала всего один день, пока не увязла в болоте.
В 1836г. француз Доминик Кабарюс, который также экспериментировал с гусеничным ходом писал: «Разве будет нелепостью думать, что экипаж, несущий на самом себе рельсовый путь и движимый силой пара, не сможет оказать великих услуг науке в деле исследования пустынь, где нет иной дороги, кроме морей зыбучего песка? Разве нельзя надеяться, что с помощью такого экипажа удастся успешно завершить отыскание прохода на северо-западе Америки? И если снега, покрывающие север Европы, скрывая все пути, как бы стремятся воспрепятствовать всякому передвижению, то разве не представляется целесообразным попытаться победить это препятствие при помощи подвижных рельсовых путей?».
В России в 1837г. (12 марта ст.ст.) штабс-капитан артиллерии Дмитрий Загряжский подал прошение о выдаче ему «привилегии» на экипаж с «подвижными колеями». В обычном экипаже колеса заменялись ходами, состоящими из опорного катка и шестигранного направляющего колеса, на которые надевалась звеньевая гусеница, изготовленная из железа. Шаг гусеницы соответствовал грани направляющего колеса. Такой небольшой гусеничный ход снабжался еще и винтовым механизмом регулировки натяжения гусеницы. Автор писал, что «цепи сии заменяют до некоторой степени железную дорогу, представляя колесу всегда гладкую и твердую поверхность. Загряжский считал, что: «лошадь может вести в таковых повозках двойную тяжесть» и, что: «они могут быть употребляемы как на шоссе, так и на обыкновенных дорогах, преимущественно же полезны на песчаных и грязных, где цепь, окружающая колесо, не допускает его врезывания в песок или грязь». 13 сентября того же года Загряжский, уплатив 1200 рублей пошлины, получил привилегию на введение его изобретения на территории Российской Империи. Срок привилегии истекал через 6 лет 13 сентября 1848г.
В марте 1839г. Василий Тертер получил привилегию на «переносную подвижную железную дорогу с грузовым снарядом, катящимся по настилающейся подвижной дороге». Проект не был реализован.
В те же 1830-е годы еще один вариант «бесконечных рельсов» предложил живший во Франции польский математик, бывший артиллерист Юзеф-Мария Хене-Вронский.
К 40-м годам XIX века определились два типа гусениц – гусеничная цепь из отдельных шарнирно соединенных звеньев (траков) и безшарнирная гусеничная лента.
В 1857 году Джемс Уэлч получил патент на «усовершенствованную переносную рельсовую дорогу» (Рис.201).
Рис.201 - Гусеничный движитель Уэлча (1857 г.).
Существенная особенность проекта – появление упругой подвески – гусеничный ход крепился к корпусу через полуэллиптическую рессору.
И в том же 1857 году появился патент Вильяма Ньютона на «усовершенствованное устройство подвижных рельсов для буксирных паровых машин для движения по обыкновенным дорогам и вовсе без дорог».
В 1858г. американец Уоррен П. Миллер представил в Калифорнии (США) макет гусеничного трактора с паровым двигателем. Гусеница перекидывалась через большие колеса в передней и задней частях машины и опорные катки малого диаметра. Гусеница включала в себя отдельные башмаки, соединенные продольными звеньями, которые служили рельсами – зацепление гусеницы цевочное. В 1859г. изобретатель получил патент на свою машину-локомотив (Рис.202), как возможный тягач для сельскохозяйственных орудий (плуга, бороны, сеялки).
Рис.202 – Патент У.Миллера на паровой трактор со стальными звеньевыми гусеницами, 1859г.
Итак, на авансцену вышла гусеница, хотя это приспособление для движения вне дорог еще не имела такого названия. Вот какое определение гусеницы предлагала «Техническая энциклопедия» от 1933г.: «Гусеничная лента… делается из соединенных между собой шарнирами отдельных звеньев. Каждое звено состоит из двух частей: башмака — плиты из штампованной стали… и одного или двух рельсов. Для предотвращения соскакивания катков с рельсов часть их отлита с ребордами…». Описание во вполне железнодорожных терминах: «рельса», «реборда». (Рис.203)
Рис.203 – Составные элементы гусеницы.
С начала 1860-х годов тема гусеничных тракторов не выходила из поля зрения изобретателей. (Рис.204)
Рис.204 - Патент Г.Графтона 1860 г. «Аппарат для машин, предназначенных для обработки земли». Передние и задние катки каждого борта сделаны поворотными для изменения направления движения.
В начале 1863г. русский чиновник (коллежский асессор) Маклаков смог получить десятилетнюю привилегию на «дорожный снаряд «Силач» с «катковой цепью», которая должна была обкатываться по внешней гусенице. Согласно описанию, ходовая часть «снаряда» представляла собой систему «катков», подвижносочлененных между собой посредством поводков, представляющая собою бесконечную цепь» и «путевые или наружные рельсы, которые могут быть неподвижные, как на железных дорогах, или, подвижные, подкладные, находящиеся на самом аппарате».
В 1869г. в г.Эймс, штат Айова Thomas S. Minniss спроектировал и построил паровой трехгусеничный трактор (Рис.205).
Рис.205 – Паровой гусеничный трактор от Thomas S. Minniss, 1869г.
28 января 1873 года на имя Thomas S. Minniss из Meadville, Pennsylvania был выдан US patent 135240 “Improvement in Traction-Locomotives” (Рис.206).
Рис.206 - Иллюстрации из US patent 135240 “Improvement in Traction-Locomotives”, 1873г.
В 1876г. Стефан Маевский, штабс-капитан русской армии, предложил проект «способа передвижения поездов с помощью локомотива по обыкновенным дорогам». Сущность его состояла «в передвижении повозок по обыкновенным грунтовым дорогам посредством особой паровой машины, перемещающейся вмести с поездом, по особого устройства бесконечной цепи». То есть речь шла о самоходной гусеничной машине. Ходовая часть данной машины представляла, таким образом, ряд шарнирно соединенных тележек, которые своими катками опирались на одну гусеницу. (Рис.207)
Рис.207 – Чертежи одногусеничной машины со стальной гибкой цепью и деталей ее устройства из привилегии С.Маевского от 1878г.
Железная гусеница при этом являлась развитием обычной кольцевой цепи – ее вертикальные звенья несли опорные башмаки и служили траками; а горизонтальные звенья выступали беговой дорожкой для катков. Такая конструкция обеспечивала гусенице гибкость, необходимую для осуществления поворота – поворот производился за счет изгиба гусеницы в горизонтальной плоскости при помощи поворота переднего катка. Для удержания на гусенице каждый каток снабжался двумя ребордами. На одной из тележек ставился паровой двигатель. Конструкция включала в себя также ведущее колесо в виде восьмигранного вала и даже коробку передач со ступенчатым переключением, напоминающую устройство перемены передач на современном велосипеде. Имелось и устройство натяжения цепи. Для устойчивости служили боковые опорные колеса. В 1878г. Маевский получил привилегию на свое изобретение, но попыток построить машину не последовало.
В 1880г. американец Джордж Эдвардс запатентовал гусеничный ход в виде двух рядом расположенных барабанов, на которых натянуты металлические шарнирные цепи, несущие широкие башмаки в виде деревянных реек. Получалась ходовая с очень небольшой длиной опорной поверхностью и большой шириной мелкозвенчатой гусеницей. (Рис.208)
Рис.208 – Патент Дж. Эдвардса на моногусеницу с деревянными траками, соединенными бесконечными стальными цепями, 1880г.
В 1884г. Джордж Пэйдж из штата Мэриленд разработал проект гусеничного парового локомотива (Рис.209).
Рис.209 - Рисунок гусеничного парового локомотива, Джордж Пэйдж, 1884г.
Однако двухгусеничная конструкция впервые была поставлена на ход не в США, а в России в 1880г.
Федор Абрамович Блинов (Рис.210) в 1877г. разработал «гусеничный вагон», напоминавший железнодорожный вагон с деревянным кузовом.
Рис.210 – Ф. А. Блинов (1831-1902 гг.).
Выходец из крестьянского сословия Саратовской губернии.
15 марта 1878г. купец Канунников подал ходатайство в Департамент торговли и мануфактур о выдаче Блинову «привилегии» (патента), который был выдан в 20 сентября 1879г. (Рис.211)
Рис.211 – Патент на «гусеничный» вагон Блинова и чертежи к нему, 1879г.
Вводная часть документа сообщала: «Привилегия, выданная из Департамента торговли и мануфактур в 1879 году крестьянину Федору Блинову, на особого устройства вагон с бесконечными рельсами для перевозки грузов по шоссейным и проселочным дорогам...».
Гусеница по Блинову составлялась из взаимозаменяемых стальных траков. В каждом траке выделялись верхние звенья – «рельсы» желообразного профиля; и нижние звенья – «шпаля» или «башмаки». При этом плоские «башмаки» крепились к шарнирам гусеничной цепи отдельно, так что «шпалы» оказывались отделены от «рельсов». Кроме опорных катков «вагон» имел два направляющих колеса в виде звездочек, зацепляющих гусеницу за шарниры звеньев. «Таким образом, - говорилось в описании – впереди вагона будет строиться по желаемому направлению постоянный, бесконечный путь». Предполагалось наличие поворотного устройства и возможность сцепления нескольких вагонов в поезд. Летом 1880г. был построен опытный образец данного прицепа. Изделие было испытано, в том числе на болотистой местности. Эффект казался многообещающим, в частности в пароконной упряжке «вагон» мог перевозить груз, для перевозки которого на колесной тележке требовалось не менее десяти лошадей.
Блинов развил идею. С 1881 изобретатель начинает строительство «самохода» на гусеничном ходу, который был построен через 7 лет, в 1888г. на небольшом заводе, созданным Блиновым в селе Балаково. «Самоход», представлял, по сути, паровой двухгусеничный трактор (Рис.212).
Рис.212 – «Самоход» Блинова, 1888г.
Аппарат был устроен по типу вагона на раме 5-метровой длины. Посередине рамы находился котел (нефтяная топка) с двумя паровыми машинами по 12 л.с. при 40 оборотах каждая. Перед котлом размещались будка и баки для воды и топлива. (Рис.213)
Рис.213 – Схема «самохода».
1 – рама; 2 – опоры осей колес; 3 – оси колес; 4 – направляющие колеса; 5 – опрные катки; 6 – ведущие колеса; 7 – гусеница; 8 – звенья гусеницы; 9 – парвой котел; 10 – огневая камера; 11 – труба; 12 – предохранительный клапан; 13 – водомерное стекло; 14 – манометр; 15 – свисток; 16 – цилиндры паровой машины; 17 – шток; 18 – шатун; 19 – первая пара шестерен трансмиссии; 20 – вторая пара шестерен трансмиссии; 21 – золотниковая коробка; 22 – приводной механизм золотника; 23 – рычаги управления; 24 – сиденье; 25 – бак для воды; 26 – бак для нефти; 27 – будка.
Движение от паровых машин к ведущим звездочкам гусеничного хода передавалось литыми чугунными шестернями. Ведущие колеса имели заднее расположение с чугунными зубчатыми венцами. Каждая гусеница приводилась отдельно. При этом машина развивала скорость 3 версты в час (3,2 км/час). Поворот «самохода» обеспечивался изменением хода двигателя одного борта за счет регулировки подачи пара. Подвеска катков к раме машины – жесткая.
Машина демонстрировалась на сельскохозяйственной выставке в Саратове в 1889г., улучшенная модель (Рис.214) была представлена на Нижегородской выставке в 1896г., при этом за свое изобретение автор получил похвальную грамоту.
Рис.214 – Усовершенствованная модель «самохода», 1896г.
Однако конструкторский успех Блинова не повлек за собой практических результатов -
массовой постройки гусеничных тракторов в Российской Империи не производилось.
Тем временем в 1882г. Гильом Фандре из Буэнос-Айреса предлагает «портативное железнодорожное полотно», охватывающее все колеса (катки) самоходной повозки, с ведущим и направляющим колесами. Но патент получает Джон Ньюберн.
В 1886г. американский изобретатель Эпльгарт разработал полугусеничный паровой трактор, в котором гусеница надевалась на заднее направляющее и ведущее колеса, причем ведущее колесо меньшего диаметра было приподнято над землей. (Рис.215)
Рис.215 – Трактор Эпльгарта, 1886г.
В 1888г. патент на паровой гусеничный трактор был выдан Беттеру - Frank Batter из г.Slide, California. (Рис.216)
Рис.216 – Вверху US Patent 382857 на “Traction Engine”, выданный 15 мая 1888 года Беттеру, внизу модель трактора по патенту Беттера.
Трактор имел две раздельные паровые машины с единым котлом. Конструкция гусеничного движителя включала внутренние цепи, по которым шли простые и ребордные катки и широкие внешние гусеницы. Нижняя ветвь гусеницы шла по дуге большого радиуса. Это отвечало представлению о гусенице, как о разложенном в цепь колесе большого диаметра, которое на мягком грунте погружается и увеличивает площадь опоры. Вращательный момент передавался на передние ведущие колеса внешних гусениц. Ведущие и направляющие колеса имели форму многогранников. Конструкция трактора включала коробки перемены скоростей для каждого борта и понижающие бортовые передачи. Кроме того, машина снабжалась двумя поворотными колесами (Рис.217).
Рис.217 – Вид на поворотные колеса.
В 1900 г. Фрэнк Брамонд предлагает гусеницу для повозок с резиновыми шинами.
Брахам Диплок (руководитель компании «Педрэйл Трэнспорт» (Pedrail Transport Ltd.) из Фулхэма) – тот самый изобретатель pedrail колеса - не остановился на pedrail колесе и в 1905г. разработал ходовую часть с использованием одной центральной pedrail гусеницы. (Рис.218)
Рис.218 – Экспериментальная моногусеничная “pedrail” ходовая, 1905г.
* Caterpillar.
Первые удачные типы гусениц (и гусеничных тракторов) были сконструированы в США и Британии.
В США отличилась уже упоминавшаяся выше фирма Bullock Tractor Co., которая в 1900г. начала производство небольших по габаритам сельскохозяйственных гусеничных тракторов (Рис.219).
Рис.219 – “Bullock Creeping Grip Tractor”, 1900г.
29 мая 1901г. еще одну «непрерывную дорожку» запатентовал Alvin Orlando Lombard (Рис.220).
Рис.220 - Alvin Orlando Lombard (1856-1937гг.), промышленник, изобретатель.
Точнее, он запатентовал полугусеничную схему для парового трактора. (Рис.221)
Рис.221 – Патент Ломбарда, 1901г.
В задней части рамы монтировался гусеничный ход, над которым размещался кочегар. Передняя часть конструкции опиралась на поворотные лыжи, которыми управлял сидящий впереди котла кондуктор. Поначалу Ломбард использовал «внутреннюю» подвижную катковую цепь, опиравшуюся на широкую внешнюю гусеницу и приводившуюся во вращение от того же ведущего колеса, что и собственно гусеничная цепь. Гусеничная цепь – стальная, крупнозвездная, цевочного зацепления, с открытым шарниром, с грунтозацепами. Позднее в патенте 1907г. Ломбард использовал опорные катки, жестко подвешенные на раме.
Ломбард, владевший около городка Waterville, штат Maine (Мэн, северо-восток США) лесопилкой, с 1901г. на предприятии «Уотервиль Айрон Уоркс» начал строить огромные паровые локомотивы (Lombard Log Hauler 1901.), которые могли скользить на лыжах, а сзади имели гусеничный ход. (Рис.222)
Рис.222 – Полугусеничный паровой локомотив от Lombard.
Мощность паровой машины - 80 л.с. Машина массой 20 тонн была в состоянии тянуть по грунту 300 тонн (22 двойных салазок), с максимальной скоростью 7 км/ч. (Рис.223)
Рис.223 – Поезд, влекомый локомотивом Lombard.
Паровые снегоходы получались довольно тяжелыми, в мягком снегу проваливались, для управления требовалось несколько человек. Тем не менее, с 1901г. до 1917г. Ломбард построил 83 паровых полугусеничных локомотива.
На гусеницы Ломбарда обратил внимание еще один американский инженер и предприниматель Бенджамин Холт (Рис.224) - основал в Stockton (Калифорния) фирму “Holt Manufacturing Со.”, которая специализировалась на производстве комбайнов и тракторов с паровыми двигателями.
Рис.224 - Benjamin Leroy Holt, 1849-1920гг.
В те годы это было не единственное предприятие в Калифорнии, занимавшееся выпуском тяжелой сельскохозяйственной техники. Ближайшим конкурентом фирме Холта выступала компания Дэниела Беста. Обе фирмы выпускали сельскохозяйственные трактора. Это были тяжелые паровые трехколесные машины (Рис.225), задние колеса их были довольно широкие для предотвращения их погружения в мягкую калифорнийскую почву.
Рис.225 – Слева - паровой колесный трактор Холта; справа – аналогичное изделие Беста.
Но все же большие задние колеса не спасали ситуацию - тяжелые колесные тракторы тонули в жирной рыхлой почве среднезападных штатов – житницы США. Спрос на технику по этой причине был невелик.
Чтобы подстегнуть продажи своей компании Холт попробовал несколько изобретений. Наилучшим из них оказались гусеницы, надежно удерживавшие многотонные машины на поверхности даже там, где люди по колено утопали в земле, a об использовании лошадей не могло быть и речи.
Итак, в целях повышения конкурентоспособности своих тракторов, Холт обратил внимание на проблему повышения проходимости своих изделий. Первоначально он экспериментировал с «легкими» гусеницами с башмаками из калифорнийского красного дерева, но вскоре понял, что нужны стальные гусеницы. В 1903г. Холт приобрел право на производство тракторов с «непрерывной дорожкой» Ломбарда.
В 1904 году «Холт» провел испытания шасси (кажется, моногусеничного) с применением траков, соединенных в замкнутую цепь. (Рис.226)
Рис.226 - Один из первых вариантов гусеничного шасси «Холт».
Холт помимо гусениц установил колеса, которые должны были облегчить поворот и уменьшить раскачивание машины при движении.
24 ноября 1904г. Бенджамин Холт впервые представил свое передовое изобретение - паровой трактор на самодвижущихся гусеницах (Рис.227).
Рис.227 – Первый паровой гусеничный трактор Холта, 1904г.
В это время в Британии Дэвид Робертс – управляющий английской компанией Richard Hornsby & Sons (речь о ней шла выше в связи с двигателями Хорнсби-Эйкройд) изобретает и патентует в 1904г. оригинальную конструкцию гусеницы – «цепь-трек» со стальными звеньевыми гусеничными цепями. (Рис.228).
Рис.228 – Вверху - David Roberts, 1859-1928гг.
Внизу - гусеница «цепь-трек», 1904г.
В патенте приводится следующая формула изобретения: «две скошенные цепи звеньев и штифтов с поперечинами и блоки из металла и дерева контактируют с Земля проходит вокруг переднего и заднего звездочки колес, по одному с каждой стороны транспортного средства, и образует колею. Вес кузова (и двигателя) воспринимается боковыми кронштейнами с изогнутыми дорожками или несущими поверхностями, опирающимися на ролики, которые, в свою очередь, опираются на цепи, или на ролики большого диаметра, вращающиеся на фиксированные штифты. При таком расположении при движении автомобиля кузов, так сказать, катится вперед по цепям. Рулевое управление может быть достигнуто путем изменения скорости ведущих звездочек по обе стороны от транспортного средства».
Встречается такое толкование изложенной выше формулы: «Гусеница собиралась из шарнирно соединенных звеньев – попеременно с башмаком и без башмака. Ведущее колесо должно было зацеплять гусеницу за втулку шарнира (вид зубового зацепления). Каждое звено было сборным и образовывало два высоких гребня, по которым катились опорные катки с ребордами посередине. Башмак также был сборным – сменные деревянные подушки крепились болтами в металлической обойме».
По некоторым сведениям, уже в 1905г. был построен первый трактор с двигателем Hornsby-Akroyd на гусеничном ходу. (Рис.229)
Рис.229 – Гусеничный трактор Hornsby №1 с двигателем внутреннего сгорания, 1905г.
В ходовой части имелись наклонные передние и задние ветви гусениц. Поворот производился за счет разницы скоростей вращения гусениц.
Холт, видимо, узнав об этом событии, посещает Великобританию, где покупает за £ 4000 патент Д.Робертса на его гусеницу.
Конструкция тракторов Холта постепенно совершенствовалась (Рис.230).
Рис.230 – Гусеничные паровые трактора от Холта.
В 1906г. был построен 25-сильный бензиновый трактор Холта на полугусеничном ходу (Рис.231, Рис.232).
Рис.231 – Holt Model 30 Baby.
В 1907г. Холт получил патент на полугусеничный трактор с бензиновым двигателем. Шасси трактора собиралось на массивной клепаной раме. (Рис.232).
Рис.232 – Чертеж гусеничного бензинового трактора из патента Холта.
В гусеничной ходовой части имелись две гусеницы, на каждый борт приходилось зубчатое ведущее колесо, направляющее колесо с винтовым механизмом регулировки натяжения гусеницы, опорные катки малого диаметра, сблокированные в тележку, подвешенную к корпусу, поддерживающие ролики. (Рис.233)
Рис.233 – Ходовая часть трактора «Холт» с блокированной подвеской опорных катков: 1 – ведущее колесо, 2 – направляющее колесо, 3 – трак гусеницы, 4 – винтовой механизм натяжении гусеницы.
Такой тип подвески ходовой части получил название жесткой (Рис.234).
Рис.234 – Жесткая подвеска.
Этот тип конструкции подразумевает, что опорные катки крепятся непосредственно к корпусу машины без использования элементов гашения колебаний. С точки зрения сохранности механизмов и удовлетворительного состояния водителя скорость машины с жесткой подвеской не может превышать более 3-4 км/ч.
Стальная гусеница Холта состояла из соединенных открытыми шарнирами крупных сборных траков, каждый из которых включал башмак (подушку) и направляющие гребни («рельсы»). Башмак крепился к гребням болтами. Шарнир цепи нес втулку, за которую зацепляло гусеницу ведущее колесо. Ведущее и направляющее колеса располагались низко – это позволяло поместить платформу над гусеничным обводом, увеличило длину опорной поверхности и было оправданно при движении по ровному полю. Водитель мог изменить скорости вращения гусениц с помощью рычагов, но для облегчения поворотов, а также поворотов с большим радиусом использовал каток или пару колес.
В 1908г. Холт приобрел компанию Дэниела Беста, которая также специализировалась на производстве сельскохозяйственных тракторов, получив доступ к его дилерской сети. Однако сын Беста - Clarence Leo Best открыл собственное предприятие CL Best Gas Traction Company. Так же, как и Холт, Clarence Best купил у Ломбарда лицензию на производство Lombard Steam Log Hauler и начал выпускать тракторы-путеукладчики.
В 1910г. (или 1911г.) Холт зарегистрировал торговую марку «Caterpillar» (гусеница). Английские источники утверждают, что Холт заимствовал этот термин у них, поскольку, по их версии, якобы, впервые термин «гусеница» был применен к английскому гусеничному трактору Hornsby (Рис.235) на испытаниях в 1907г.
Рис.235 – Английский гусеничный трактор Hornsby, 1907г.
Таким образом, компания Холта теперь стала называться “Holt Caterpillar Company”. Очевидно, в 1911-1912гг. Холт запатентовал гусеничное шасси сельскохозяйственного трактора в некоторых странах Европы.
С 1912г. развернулось крупносерийное производство полугусеничных тракторов Холт с бензиновым двигателем, и машины стали распространяться по миру. (Рис.236)
Рис.236 – Логотип компании Holt Caterpillar, 1912г. - к 25-летию компании.
В 1914г. в серию пошла обновленная новая модель массой 5т - Holt Model 45 (Рис.237).
Рис.237 – На фото изображен артиллерийский тягач Holt 5-ton, разработанный Холтом на базе коммерческого Holt Model 45.
Ее отличало отсутствие переднего катка, и появление пружинных элементов в ходовой части, правда, первоначально подрессоривалась только часть ходовой – такой тип подвески со временем эволюционирует до так называемой «полужесткой» подвески, когда тележки соединялись шарниром с балансиром, который сам шарнирно подвешивался к полуэллиптической листовой рессоре. (Рис.238)
Рис.238 – Полужесткий тип подвески.
Развитие элементов ходовой, обладавших упругостью, привело к созданию моделей, имевших ходовую с упругой блокированной подвеской всех опорных катков. (Рис.239, Рис.240).
Рис.239 – Трактор Холта с упругой подвеской.
Рис.240 – Развёрнутая гусеничная цепь и бегущая по ней ходовая тележка с упругими элементами трактора Holt.
Обе тележки (по одной на борт) подрессорены пружинами.
Еще до начала мировой войны трактора Холта стали проникать в Европу, некоторые пишут, что процесс начался едва ли ни с 1912г. Кое-какая информация об этих машинах имелась накануне войны в России (Рис.241), Англии, Бельгии, Австро-Венгрии, Германии.
Рис.241 – Трактор Холт на Нижегородской выставке, 1913г.
Следует заметить, что схема гусеничной ходовой по Холту имела альтернативу. В 1914г. глава компании «Киллен-Страйт Мэнюфэкчуринг» из г.Appleton, Wisconsin США (Meade Street, Appleton, Wisconsin, USA) Уильям Страйт (William Strait) запатентовал трехгусеничный трактор, имевший оригинальную конструкцию гусеничного хода. (Рис.242)
Рис.242 – Устройство гусеничной ходовой трактора Killen-Strait.
Гусеничная ходовая Killen-Strait отличалась деревянными траками, выполненными из лиственных пород деревьев, облицованных снаружи стальными пластинами. Ходовая не имела ведущих колес, колеса служили только для для удержания гусениц «в линию». Вращающий момент передавался не через колеса, а при помощи звездочек, закрепленных на валу. В свою очередь, звездочка имела контакт сразу с тремя звеньями цепи – конструкция цепи имела специальные впадины, куда заходили зубья звездочки.
В том же году фирма «Киллен-Страйт Мэнюфэкчуринг» начала выпуск нескольких вариантов трехгусеничных тракторов мощностью 25-40 л.с. (Рис.243)
Рис.243 – Варианты трехгусеничного трактора Killen-Strait.
Производители трехгусечного трактора подчеркивали, что за счет того, что машина имеет три гусеницы, увеличивается площадь опоры, следовательно, уменьшается давление на почву и увеличивается проходимость по «вязкому» грунту.
* Проект De Mole.
В 1911-1912гг. австралийский инженер Ланселот Элдин Де Моул (Lancelot Eldin De Mole) разработал интересный вариант гусеничного шасси. Де Моул предлагал гусеничное шасси, имевшее на каждый борт по 8 опорных катков, соединенных в 4 тележки с жесткой подвеской, 2 независимых катка, 2 вспомогательных (натяжных) катка и 3 поддерживающих ролика. Направляющие колёса отсутствовали. Изюминкой проекта была система управления машиной - повороты производилось при помощи ручного или гидравлического механизма искривления гусениц. Сами гусеничные цепи имели довольно оригинальную конструкцию, напоминавшую чешую - отдельные узкие траки, соединявшиеся «пальцами», немного перекрывая друг друга. (Рис.244)
Рис.244 – Гусеничное шасси De Mole, 1912г.
На практике подобное решение (гидравлический механизм искривления гусениц) будет реализован британцами в 1940-х годах на десантном танке “Tetrarch”.
De Mole создавал это шасси специально для некой высокопроходимой машины, которая должна была получить коробкообразный корпус с передним и задним наклонными бронепластинами (Рис.245).
Рис.245 – Рисунки De Mole Armored Vehicle, 1911г.
Впрочем, не известно для каких целей предназначалось это бронированное гусеничное средство: как боевая машина (но нет сведений о вооружении) или как транспорт, или тягач. Правильнее всего охарактеризовать проект Де Моула, как проект гусеничного шасси, но не как проект боевой машины. Проект выглядел весьма перспективно для своего времени, и австралийский изобретатель предложил его на рассмотрение британскому военному ведомству, но в июне 1913г. он получил ответ, что его идея отклонена.
* Полугусеничный ход.
Один из вариантов повышения проходимости транспортных средств было совмещение колесного и гусеничного хода, получившее понятие полугусеничного хода. Полугусеничный ход характеризуется тем, что в движении одновременно участвуют и колесо/колеса и гусеницы/гусеница. Здесь следует сделать важное замечание. Полугусеничный ход получил свое развитие и у тракторов (например, практически все первые модели тракторов Холта и трактора от множества других производителей), и у автомобилей. Причем, в конструкцию автомобиля гусеницы, как элемент движителя были привнесены, преимущественно, для улучшения проходимости автомобиля по плохим дорогам.
Вероятно, первым, кто додумался до полугусеничной ходовой для автомобиля был француз, волею судеб оказавшийся за баранкой автомибиля в России - Адольф Кегресс (Рис.246), который, видимо, пытался таким решением облегчить себе жизнь на скверных российских дорогах.
Рис.246 – Адольф Кегресс (1879-1943гг.) - французский инженер, механик и изобретатель, в 1906-1917гг. технический директор Императорского гаража в Царском Селе (личный шофер императора Николая II).
С 1906 по 1916 год под руководством А. Кегресса в императорском гараже шла постройка экспериментальных полугусеничных машин на шасси “Mercedes”, «Руссо-Балт» и “Packard”.
Адольф Кегресс, являясь личным шофером Его Императорского Величества и главным механиком императорского гаража (управлял техническим отделом гаража ЕИВ), занимался исследовательской работой по улучшению устойчивости и проходимости автомобилей в зимнее время. Говорят, что Кегресс, любивший быструю езду, весьма огорчался оттого, что зимой из-за снежного покрова на дорогах движение на автомобиле было практически невозможно. Однажды начальник военно-походной канцелярии Его Императорского Величества князь В. Н. Орлов (который, собственно, и пригласил в 1906г. 28-летнего французского специалиста на должность заведующего технической частью Собственного Его Императорского Величества гаража в Царском Селе) посоветовал молодому человеку самому придумать что-нибудь для решения этой проблемы. И Кегресс прислушался к совету.
Он заменил передние колеса лыжами, а задние - мягкими гусеницами, которые сначала изготавливали из сежи, а затем из толстого верблюжьего войлока. В январе 1909 года Кегресс на базе легковой машины французской фирмы FL изготовил «автосани» для движения по снегу. (Рис.247)
Рис.247 - Самая первая работа А. Кегресса, французская машина ФЛ с дополнительной осью и цепями.
Фотография
сделана у Императорского гаража в Царском Селе, за рулем сам изобретатель,
подпись на фотографии тоже его - на французском.
Под передней осью были установлены лыжи, а на задние колеса одевалась гусеница из верблюжьей шерсти, которая натягивалась специальными барабанами. Проведенные испытания показали хорошие результаты, и Кегресс получил от Орлова «добро» на проведение дальнейших работ.
В 1911 году в мастерских Императорского гаража установили «приборы Кегресса» на 45-сильный легковой автомобиль «Мерседес». (Рис.248)
Рис.248 - Адольф Кегресс в Царскосельском Императорском гараже на автомобиле Мерседес 14-30 с гусеничным движителем собственной конструкции. 1911 год.
В отличие от первого варианта гусеничный ход монтировался вместо задних колес. Теперь в его конструкции имелось две опорные тележки, позволявшие равномерно распределять давление машины на грунт, а сама лента изготавливалась из резины с завулканизированной в нее тканевой лентой. Привод от задней оси к паре ведущих катков (по одному на борт) осуществлялся двумя цепями. Ведущие колеса за счет трения приводили в движение гусеничные ленты.
В феврале 1911 года автосани «Мерседес» совершили первый пробег в окрестностях Царского Села, а затем, после доработки конструкции, испытывались в 1911–1912 годах. (Рис.249)
Рис.249 - Испытания автомобиля «Мерседес» с движителем Кегресса. 1912 год.
За рулем князь В. Орлов (РГАКФД).
31 мая 1914 года Адольф Кегресс получил привилегию (патент) № 26751-а «автомобильные сани, движущиеся посредством бесконечных ремней с нажимными роликами и снабженные поворотными полозьями на передней оси».
Всего до событий февраля 1917г. движителем Кегресса были переоборудованы следующие транспортные средства:
1. ФЛ 30
2. Мерседес 14-30
3. Руссо-Балт С 24/30
4. Руссо-Балт С 24/40
5. Руссо-Балт М 24/35 санитарный
6. Рено Б-16 санитарный
7. Паккард Сикс (2 или 3 штуки)
8. Остин Мк 2 броневик.
Полугусеничный БА (бронеавтомобиль) Остин Мк 2 представляет особый интерес. Весной 1916г. Кегрессу передали для опытов один БА Остин Мк 2 (Рис.250).
Рис.250 – БА «Остин» 2-ой серии, 1915г.
Эти броневики изготавливались в Великобритании по русской спецификации.
Опытная машина получила усиленный вариант гусеничного движителя, изготовленного с учетом возросшей (по сравнению с легковыми автомобилями) массы. (Рис.251)
Рис.251 – Схема полугусеничного БА «Остин» Mk 2.
К 1917г. инженеры Путиловского завода совместно с Кегрессом переработали конструкцию приспособления. Машина получила усиленные тележки и дуги с роликами, а колеса на передней оси заменили уширенными, но меньшего диаметра. (Рис.252)
Рис.252 – Усовершенствованный полугусеничный «Остин» 2-ой серии, 1917г.
К серийному производству полугусеничных броневиков в России смогли приступить только летом 1919 года. Всего с июля 1919-го по март 1920-го года изготовили 12 таких бронеавтомобилей, именовавшихся в документах «Остин-Кегресс». (Рис.253)
Рис.253 - Броневой автомобиль «Остин» бронировки Ижорского завода с движителем Кегресса.
Осень 1919 года (АСКМ).
Считается, что по проходимости и скорости движения машина превосходила французские и английские танки Первой мировой войны, не слишком уступая им в вооружении (добрую половину танков того времени составляли чисто пулеметные машины) и бронировании. Все это дало основание австрийскому майору Фрицу Хейглю — автору популярного в 1930-е годы танкового справочника — обозначить «Остин-Кегресс» как «русский тип танка» или «полутанк» (Рис.254).
Рис.254 - Полугусеничный бронеавтомобиль «Остин-Кегресс».
Видимо, тонкая грань, отделившая бронеавтомобиль «Остин-Кегресс» от танка, заключается в том, что танк изначально проектировался и предназначался в качестве транспортного средства или боевой машины, способной передвигаться вне дорог, а полугусеничное шасси, установленное на «Остин-Кегресс» было призвано облегчить движение автомобильного шасси по плохим дорогам. И мы сочтем эту грань тем разделом, которая рознит танк от полугусеничного автомобиля или бронеавтомобиля.
Таким образом, полугусеничные автомобили, предназначавшиеся для движения по плохим дорогам, при условии их полного бронирования и вооружения, не будут отнесены к категории «танки». Напротив, полугусеничные трактора, специально проектировавшиеся для условий движения по бездорожью, при условии их полного бронирования и вооружения будут относиться к категории «танки».
* Колесно-гусеничный ход.
Помимо полугусеничного хода выделяется еще один вид – колесно-гусеничный ход. Колесно-гусеничный ход отличается тем, что машина имеет способность передвигаться либо на колесах, либо на гусеницах.
В 1910г. французский инженер Фредерик Эдуард Эдмон Лефевр запатентовал конструкцию двухосного грузового автомобиля с подъемным гусеничным ходом в средней части шасси – узкая звеньевая гусеница с высокими шипами не столько уменьшала бы удельное давление на грунт, сколько улучшала бы сцепление и увеличивала тягу на слабых грунтах.
Незадолго до Первой мировой войны – в июне 1914г. - известный австрийский изобретатель эрцгерцог Карл Сальватор Габсбург-Лотринген подал заявку на изобретение автомобиля с подъемными гусеницами – вариант колесно-гусеничного хода. Год спустя патент был получен. Правда, точно неизвестно: при включении гусеничного хода, исключалось ли сцепление колес с грунтом (колесно-гусеничная схема), или гусеницы и колеса одновременно обеспечивали ход (полугусеничная схема). Но сама идея колесной машины с подъемным (или съемным) гусеничным ходом окажется весьма плодотворной.
Впервые на движитель с переменным колесно-гусеничным ходом серьезно обратят внимание в США в 1916г. Именно тогда, в декабре 1916г., Военно-промышленный комитет посчитал целесообразным заказать разработку самоходной 203-мм гаубицы, которая могла бы двигаться не только на колесах, но и на гусеницах.
* Катковый движитель.
Итак, как оказалось, гусеницу можно считать продуктом развития идеи уменьшения трения колеса с дорогой при перемещении тяжелых грузов. Однако это решение было не единственным. Если в первом случае между дорогой и грузом находилось колесо и прилагались усилия для его усовершенствования, то во втором случае, между грузом и дорогой применялись катки – например, для перемещения огромных каменных глыб при строительстве древних сооружений подкладывали круглые бревна, по которым груз катили. (Рис.255)
Рис.255 – Перемещение груза по бревнам.
Возможно, таким способом тащили каменные блоки при постройке египетских пирамид.
Только в 1713г. некто д'Эрман предложил усовершенствовать этот древнейший, известный человечеству способ перемещения грузов по тверди. Он направил во Французскую академию наук проект «тележки нового устройства с приспособлением для уменьшения трения» (Рис.256).
Рис.256 – Грузовая платформа на «четках из катков», проект 1713г.
По мысли изобретателя, грузовая платформа ставилась на раму с подобием моногусеницы в виде набора широких деревянных катков, соединенных в цепь (Рис.257) и обкатывающихся вокруг рамы снизу платформы.
Рис.257 – «Четки из катков».
Между двумя платформами располагалась катковая цепь. Это - набор катков, связанных между собой планками. Цепь из катков перекатывается по таким же каткам, но несколько меньшего диаметра; катки вращаются на осях, укрепленных в нижней платформе.
д'Эрман считал, что в его тележке получается более равномерное распределение тяжести на большой опорной поверхности и устраняется перекашивание катков. Результатом этого и должно быть «уменьшение трения». Французская Академия наук одобрила проект, но и только.
В 1904г. идея д'Эрмана встретилась с идеей гусеницы. В 1904г. Эдуард Ридлин запатентовал в Швейцарии способ перевозки грузов с использованием катковых гусеничных цепей.
Некоторые современные авторы полагают, что изобретение д'Эрмана опередило даже наше время, поскольку, по их мнению, давление на грунт в «катковом движителе» может быть меньше, чем давление на грунт в современных гусеничных движителях.
Разновидностью перемещения по каткам можно считать перемещение по телам сферической формы.
Вероятно, самый известный случай перемещения груза по сферам – это транспортировка Гром-камня – постамента-мегалита, на котором утвержден памятник императору Петру I – Медный всадник в Санкт-Петербурге. (Рис.258)
Рис.258 – Памятник российскому императору Петру I, открыт 7 августа 1782 г., работа французских скульпторов Этьена Фальконе и Мари Анн Колло.
В своём первоначальном виде (Рис.259) камень весил около 2000 тонн, имея размеры порядка 13 м в длину, 8 м в высоту и 6 м в ширину.
Рис.259 – Примерно так выглядел Гром-камень в естественной среде в окрестностях деревни Конная Лахта.
Камень следовало протащить 8 км до берега Финского залива, где далее его транспортировали морем до места установки. Даже после того, как камень облегчился на 600 тонн вследствие его частичной обработки на месте, перемещать следовало груз массой 1500 тонн по мягкому болотистому или прибрежному грунту.
Началу перевозки камня соответствовала серьёзная подготовка. Провели исследование предлагаемой для перевозки камня десятикратно уменьшенной модели «машины». (Рис.260)
Рис.260 – Модель «машины» для перевозки камня.
Большинство источников авторство этой машины приписывают академику Ивану Ивановичу Бецкому и руководителю поисковых работ капитану Марину Карбури графу Ласкари (грек по национальности). Вот как рассказывает об этом И.Г. Бакмейстер в своем труде «Гром-камень и его перевозка в Санкт-Петербург», 1786г.: «Действительный тайный советник Иван Иванович Бецкий (- в совр. варианте Бецкой), муж, коего имя любители художеств с глубоким почитанием произносят, коего непреодолимая бодрость при произведении многих важных намерений еще никогда никакими затруднениями не была колеблема, подал правила с помощью графа Карбури, имевшего тогда под принятым на себя именем кавалера де Ласкари над Сухопутным Кадетским корпусом надзирание, по коим надлежало строить машину к перевезению толикократно упоминаемого камня. Сферические тела, находящиеся между двумя выдолбленными, параллельно одно на другом лежащими бревнами, не подвержены соединенным с употреблением валов неспособностям. Они имеют менее тяжести, нежели валы, движение их скоропостижнее и трение не столь велико, ибо когда они лежат на ровной поверхности, то дотрагивание бывает только в точках, а при валах в линиях. Модель учрежденной по сим правилам машины, содержащей десятую часть сделанной после большей и помощью которой оттаскиваема была только одним пальцем тяжесть в 3000 фунтов, или в 75 пуд, утвердили справедливость предложенных правил, и когда при надлежащем, с осторожностью и с рассудком производимом действии оной в великом виде не могли нимало сумневатъся в благополучном успехе, то по воспоследовавшему всевысочайшему соизволению сделаны были нужные приуготовления к совершению гораздо большей машины».
Другими словами, испытания модели «машины» показали, что движением пальца можно тащить 75-пудовую тяжесть. Было найдено, что наиболее рациональным является установка камня на деревянной платформе, перекатываемой по двум параллельным желобам, в которые были уложены 30 пятидюймовых шаров. Посредством эксперимента был выбран достаточно прочный материал для желобов и шаров. Он состоял из сплава меди с оловом и галмеем. Была отработана технология их изготовления.
Впрочем, некоторые современные исследователи ставят под сомнение возможность перемещения груза такой массы по медным шарам. Они считают, что шары, приготовленные описанным выше способом, непременно сплющило бы.
Был разработан процесс подъёма камня с помощью рычагов и домкратов для подведения под него платформы. При этом специально были приняты меры по страховке камня от его падения при аварии. Для транспортировки была прорублена просека шириной 40 метров.
Уникальная транспортная операция продолжалась с 15 (26) ноября 1769 года по 27 марта (7 апреля) 1770 года, когда проложенная дорога, промёрзшая на полтора метра, могла выдерживать нагрузку. Скалу при помощи огромных домкратов приподняли и поместили на специально созданную, в рамках подготовительных работ, транспортную машину. Непосредственное перемещение транспортной машины осуществляли двумя кабестанами. За сутки, по прямой, проходили порядка 20…З0 шагов. На поворотах скорость снижалась. (Рис.261)
Рис.261 – Перемещение Гром-камня по суше.
Несмотря на принятые меры, во время пути неоднократно возникали аварийные ситуации, грозившие крахом всему предприятию. Пять раз камень срывался с транспортной машины и глубоко уходил в землю. Тем не менее, все проблемы удалось успешно решить – это, действительно, факт!
В 1915-1917гг. немецкий изобретатель Фридрих Вильгельм Гобле или Гёбле (Friedrich Goeble, 1871-1955гг.) экспериментировал с некими катковыми движителями на сферах или роликах. (Рис.262)
Рис.262 – Роликовая или катковая ходовая, возможно, перемещаемая по гусенице, шасси Goeble.
Подобные конструкции не находили применения до нашего времени - сейчас появились платформы для перевозки танков, где используется набор колес, представляющий собой своеобразный «катковый движитель».
* Шагоходы.
Шагоходы – движители, в той или иной степени имитирующее «стопохождение».
Природа в совершенстве отработала конструкцию шагающего хода, и он демонстрирует превосходные результаты не только по скорости, но и проходимости особенно в условиях, когда пасуют все иные варианты движителей. Попытки освоить шагающий ход в научно-исследовательском порядке в боевых и транспортных целях предпринимались неоднократно.
Вероятно, впервые к идее шагохода подошел русский математик Пафнутий Львович Чебышев (Рис.263).
Рис.263 - Пафну́тий Льво́вич Чебышёв (1821 – 1894гг.), русский математик и механик, основоположник петербургской математической школы.
Чебышев взялся за решение задачи построения шарнирного механизма, переводящего движение по окружности в прямолинейное движение. В результате, он изобрел т.н. механизм Чебышева. (Рис.264)
Рис.264 – Графическое представление механизма Чебышева.
Этот механизм описывал кинематическую схему шагающего механизма. (Рис.265)
Рис.265 – Схема шагающего механизма.
Автор воплотил механизм в «дереве и железе», назвав его «Стопоходящая машина» (Рис.266).
Рис.266 – «Стопоходящая машина» Чебышева,1878г.
В 1878г. Чебышев продемонстрировал свой механизм (Рис.267) на Всемирной выставке в Париже.
Рис.267 – Один шаг «стопохода».
К идее стопохода вплотную подошел Кларк, предложив в 1891г. свое «колесо» (речь о нем шла выше).
Шагоходы не всегда имели столь научно обоснованную подоплеку.
Начиная с 1893г. на страницах американских газет широко обсуждался диковинный проект «Паровой человек». Речь шла о компактном стальном моторе-шагоходе, способном развивать мощность в половину лошадиной силы. Двигатель работал на газолине — однако это была паровая машина, а не двигатель внутреннего сгорания.
Для всех конструкций шагохода одной из самых трудно решаемых проблем является устойчивость. Для «Парового человека» эта проблема не стояла особенно остро - это был не экипаж, но именно мотор; его предстояло запрячь в «оглобли» повозки и управлять при помощи жесткого аналога «вожжей» — в духе корабельного румпеля. (Рис.268)
Рис.268 – «Паровой человек».
Был ли этот «робот» воплощен в железе? Данные на сей счет противоречивы. Сведения о «Паровом человеке» циркулировали в прессе долгое время, то исчезая с газетных страниц, то снова появляясь через несколько лет. В одном сообщении от 1900г. о нем говорится как о работающей машине, которую только что построил канадский инженер Georges Moore.
Даже если это и правда, практическое значение такого шагохода сомнительно: в лучшем случае он был способен обеспечить «шаговую» скорость. Да и требования к ходовой части крайне трудноосуществимы, расчетная мощность 0,5 л. с. (удалось ли ее достигнуть?) слишком мала, управление весьма несовершенно, газолин как топливо далеко не безопасен (сейчас его употребляют в карбюраторных двигателях).
В военную пору Первой мировой в 1915-1916гг., вроде бы англичане, заговорили о некой боевой машине, в основе конструкции которой лежала схема «Парового человека» - изобретение неизвестного ранее инженера по фамилии Пипер называлось «Серый король». Некоторые авторы считают, что появление сведений о «Сером короле» в 1915-1916гг. похоже на сознательную дезинформацию – легенду прикрытия реальных работ по созданию танка.
В истории шагоходов существовали и более курьезные проекты.
Некий немец Игнатий Шроппе считал, что колесо искусственно придумано человечеством, а потому средства передвижения должны от него отказаться. Поэтому Шроппе решил представить автомобиль в виде механической лошади. (Рис.269)
Рис.269 - «Моторный конь», 1903г.
«Продолговато-круглый ящик из листового железа вмещает мотор и имеет вид лошадиного корпуса. Сверху, на спине, углубление, в котором помещается ездок. Перед собой он имеет рулевое колесо, за собою — рукоятку для пускания в ход. Справа и слева приделаны подъемные дощечки, которые, как у стола, могут быть подняты. Ездок, сидя на «лошади», может на них обедать или разложить карту. Подъемная доска, расположенная сзади, служит для открывания и внутреннего обозрения машины. Для отвода отработавших газов сзади приделана выводная труба. Спереди фонарь для освещения. Мотор посредством вала попеременно приводит в движение четыре ноги. Механизм пока еще составляет секрет изобретателя и сокрыт за полосами листового железа. Если, например, нужно повернуть налево, то с помощью рулевого колеса передние ноги поворачиваются немного влево и должны бежать в этом направлении, задние же, наоборот, поворачиваются вправо. «Автомобиль-лошадь» может перейти через любое препятствие, может передвигаться по мокрой почве. В случае необходимости можно увеличить копыта, нижние части которых снабжены пластинами, которые по мере надобности можно менять». Езду на «автомобиле-коне», как считал автор, легче освоить, чем верховую.
Впрочем, следует заметить, что пресловутый Шроппе мыслил вполне в духе времени, интуитивно затрагивая острую проблему взаимодействия лошадей и автомобилей - когда на дорогах стали появляться автомобили, это вызывало бурную реакцию лошадей, которые пугались механических уродов. Поэтому вполне серьезно делались попытки «скрестить» лошадь и автомобиль (Рис.270), дабы снизить накал страстей на дорогах и вокруг них.
Рис.270 – Вот так, чтобы не пугать лошадей.
В 1913г. свой шагоход запатентовал другой немец, уже известный нам Гобле/Гёбле. (Рис.271)
Рис.271 - Принцип реализации шагающего хода, по Гёбелю, отраженный в немецком патенте (№300981, выдан 14.03.1913г.).
Передвигаться конструкция, использующая подобный ход, должна была при помощи шести ног (по три с каждой стороны), раскачиваясь с бока на бок.
Гебле собрал работающую модель (Рис.272) и предложил её на апробацию немецкой армии в качестве перспективного вездеходного шасси.
Рис.272 – Goebel в момент демонстрации действующей модели своего изобретения. Фото см. “Popular electricity and the world's advance”, Volume 7,1914.
В ходе презентации демонстрационной модели коммерческой комиссии германской армии последняя высказала пожелание изобретателю подготовить полноразмерный управляемый образец, при этом выдвинув условия: скорость 12 км/ч, радиус разворота – 15,24 м.
Многие источники утверждают, что уже в 1913г. Гёбле удалось оснастить своим движителем 4-х тонный тягач фирмы NAG, дав ему двусмысленное имя Landkreuzer (сухопутный крейсер). (Рис.273)
Рис.273 – Landkreuzer обр. 1913г.
По некоторым сведениям, в 1913г. в Берлине имела место публичная демонстрация машины. Причем, якобы, делал это Гебле за плату. Широковещательный плакат призывал публику посмотреть изобретение, «страшное своими ощетинившимися орудиями» – никаких орудий, разумеется, не было, возможно, эта фраза есть неточность перевода. Народу собралось много. Во время показа машина, преодолевая подъем в 30°, неожиданно остановилась и, несмотря на все усилия изобретателя, не хотела двинуться с места. Публика, вначале терпеливо ожидавшая, наконец потребовала возвращения платы. В злосчастного изобретателя полетели камни.
Реакция же должностных лиц на демонстрацию Гёбелем прообраза своей машины в 1913г. со слов изобретателя была такова: «Они думали, что это был водевиль художника… Я кричал им: господа, это не игрушка, перед вами страшное оружие, которое будет решать исход будущей войны». Как бы ни защищал свое детище изобретатель, было ясно, что из-за особенностей ходовой части практически исключалась возможность разворота машины. От дальнейшей проработки проекта Landkreuzer пришлось отказаться в виду его технологического несовершенства и бесперспективности.
Пишут, что летом 1915г. в Великобритании экспериментировали с шагающим ходом в рамках темы “Elephant Feet” («Слоновья нога») под патронажем Комитета сухопутных кораблей. Полугусеничный трактор “Bullock” оснастили добавочно шестью (по 3 на борт) деревянными свободно перемещающимися «конечностями», препятствующими посадке машины «брюхом» на препятствие. Видимо, вскоре эта программа была свернута.
* Броня.
Важным условием определения боевой машины в качестве танка является его полная защита или бронирование.
В Википедии приводится такое определение понятия «брони»: «Броня́ - защитный слой материала, обладающий достаточно большой прочностью, вязкостью и другими механическими параметрами, стоящими на высоком уровне показателей, выполняющий в том или ином случае функцию преграды от различного по силе и интенсивности воздействия на объект, окружаемый этим слоем».
Прототипами брони в древности были доспехи и щиты воинов. Главным их назначением была защита тела человека от воздействия на него оружия (стрел, копий, мечей и сабель). Главными материалами служили дерево, кожа, тонкие пластины металлов, кость, рог. По мере прогресса вооружений (появление арбалетов и первого огнестрельного оружия) требования к толщине и прочности материалов доспехов и щитов возросли. В прототипах брони начинают преобладать конструктивные элементы, изготовленные из железа и стали (Рис.274), и снижается применение мягких и непрочных сплавов меди (латунь, бронза) и конструктивных элементов из дерева, кожи и рога.
Рис.274 – Средневековая броня – рыцарские латы.
Появление нарезного огнестрельного оружия, стальных удлиненных снарядов с возросшей начальной скоростью вкупе с бризантными взрывчатыми веществами предопределило изменение требований к броневой защите, но для этого требовался скачок в металлургии.
В 1855г. английский изобретатель Г.Бессемер запатентовал конверторный способ получения стали (Рис.275), который вскоре вытеснил прежний тигельный способ, применявшийся с конца XVIII века.
Рис.275 - Устройство и работа бессемеровского конвертера.
В 1864г. Этьен и Пьер Мартены, которые поставляли французскому правительству стальные стволы для штуцеров, осуществляют переплавку чугуна в отражательной печи с регенеративной установкой В.Сименса. (Рис.276)
Рис.276 – Схема и фото мартеновской печи.
Благодаря внедрению бессемеровского и мартеновского способов мировое производство стали с 1865 по 1870гг. возросло на 70%, а с 1870-х годов до 1900г. в 17 раз.
В ходе Крымской кампании 1853—1856 годов французы обратили внимание на полезность защиты кораблей с железной защитой. Такому выводу способствовал боевой эпизод, имевший место в октябре 1855г., когда три защищенные железными листами французские плавучие батареи - «Лав», «Тонат», «Девастисьон» - способствовали захвату англо-французами крепости Кинбурн, обстреляв ее с близкого расстояния и, не получив за несколько часов ни одной пробоины от ядер русских орудий.
В 1858г. Франция приступает к строительству броненосного флота. В марте того года были заложены три фрегата с железной броней. Новый тип кораблей строился по проекту инженера Дюпюи де Лома (Рис.277)
Рис.277 - Станислас-Анри-Лоран Дюпюи де Лом (Stanislas-Henri-Laurent Dupuy de Lôme) политик и кораблестроитель, 1816-1885гг.
Первым 24 ноября 1859 года в Тулоне был спущен на воду корабль La Gloire («Слава») (Рис.278).
Рис.278 – Первый в мире броненосный боевой корабль La Gloire.
Водоизмещение 5630т. Длина 77,9м, ширина 17м, осадка 8,5м. Вооружение 36х162мм пушек. Паровая установка и паруса, скорость 12,5 узлов. Экипаж 570 чел.
Этот артиллерийский, предназначенный для плавания в открытом море корабль, положил начало новому типу боевых кораблей - броненосцев, господствовавших (в виде эскадренных броненосцев, линкоров) на море вплоть до появления авианосцев.
Металлические киль и шпангоуты на La Gloire имели двойную обшивку, внутренний деревянный слой снаружи был дополнительно обшит стальными панцирными поясом из плит толщиной в 110—119 мм. Пояс располагался от отметки 1,80 метров ниже ватерлинии и до верхней палубы корабля.
В августе 1860г. La Gloire был введен в эксплуатацию (Рис.279).
Рис.279 - La Gloire, фото 1860г.
Англичане довольно скоро оценили новшество. В 1859г. британцы заложили свои первые цельнометаллические броненосные корабли (по отечественной классификации броненосные фрегаты) «Уорриор» (Рис.280) и однотипный с ним «Блэк Принс».
Рис.280 - HMS Warrior, 1860г.
Первый в истории бой броненосных кораблей произошел во время Гражданской войны в США (1861-1865гг.) в ходе т.н. Битвы на Хэмптонском рейде (англ. The Battle of Hampton Roads), 8-9 марта 1862г. (Рис.281)
Рис.281 – Бой броненосца южан «Виржиния» с броненосцем северян «Монитор».
В схватке «Монитор» получил несколько прямых попаданий с близкой дистанции в башню. Башня «Монитора» бронировалась многослойной бронёй толщиной в 8 дюймов (203,2мм). На момент спуска ни одно корабельное орудие флота южан не было способно пробить такую броню. (Рис.282)
Рис.282 – Вид башни «Монитора» - отлично видны вмятины от снарядов противника.
Для защиты броневых кораблей листы из нескольких слоев обычной мягкой стали склепывали или свинчивали друг с другом. Затем таким образом стали поступать с «котельным железом» - по сути, многослойное «котельное железо» стало первой броней.
Дальнейшее развитие броневого дела было связано с потребностями флота – за первое десятилетие строительства броненосных кораблей (с 1859г. по 1869г.) во Франции и Англии было построено по 39 броненосцев различных классов.
В 1861г. Джон Броун строит в Шеффилде прокатный стан (Рис.283) для изготовления корабельной брони (производство брони из прокатанных раскаленных железных листов).
Рис.283 – Прокатный стан середины XIX века.
В 1867г. фирма «Ч.Кэмель и К°» разработала двухслойную броню типа «компауд» с твердым внешним слоем и внутренней подушкой из мягкой стали. Заказы на такую броню появились только через 10 лет, в 1877г.
В 1868г. русский инженер Д.К.Чернов (Рис.284) опубликовал результаты своих исследований в «Записках Русского технического общества».
Рис.284 - Русский инженер металлург Чернов Дмитрий Констанинович, 1839-1921гг.
Статья называлась «Критический обзор статей гг. Лаврова и Калакуцкого о стали и стальных орудиях и собственные Д. К. Чернова исследования по этому же предмету». Чернов открыл, что при изменении температуры сталь меняет свои свойства и проходит полиморфические превращения. Чернов вычислил точки полиморфических превращений в стали, при которых происходит изменение фазового состояния и структуры стали при нагреве и охлаждении её в твёрдом виде. Эти критические температуры он обозначил точками a, b, c, названными точками Чернова. Позднее в 1878 году была названа точка d. (Рис.285)
Рис.285 – Фазовая диаграмма железо-цементит с точками Чернова a, b, c, d.
Многие авторы согласны, что именно после публикации работы Чернова под металлургию была подведена научная база. Считают, что расчеты Чернова использовали все ведущие металлурги, например, Крупп.
В 1876г. во Франции завод «Шнейдер-Ле Крезо» изготовил броню из высокоуглеродистой стали, отличающейся повышенной твердостью – ее стойкость была на 30% больше, чем у «железной», но сама броня оказалась хрупкой - при попадании снаряда она не прибивалась, но трескалась. Хрупкость и высокая стоимость долгое время препятствовали распространению стальной брони – так же, как и стальных корпусов артиллерийских снарядов – предпочтение отдавалось снарядам из закаленного чугуна.
В 1877г. английская фирма «Ч.Кэмель и К°» начала промышленное производство двухслойной брони типа «компауд» с твердым внешним слоем и внутренней подушкой из мягкой стали. Французская «Сен-Шамон», заводы братьев Маррель тут же купили права на производство брони «компауд».
В 1878г. англичанин Сидни Дж. Томас разрабатывает способ получения литой стали. Высококачественная сталь выходит из лабораторного в массовое производство.
В 1878г. француз Я.Хольцер ввел в состав броневой стали хром, повысивший ее сопротивление разрыву. Хольцер предложил использовать бронебойные снаряды из хромистой стали, чем свел на нет достоинства сталежелезной брони и ускорил работы над новыми типами стальной брони.
В 1883г. Роберт Абот Гатфильд получил марганцовистую сталь, отличающуюся высокой износостойкостью.
В 1889г. британская «Блочер Стил» изготовила броню из стали, легированной никелем по методу Джона Райли.
Состязание брони и снаряда вызвали систематические тщательные исследования процессов пробития брони бронебойным снарядом, накопление обширного эмпирического материала и поиск соответствующих математических зависимостей. Была выведена формула Жакоб-де-Марра, определяющая скорость необходимую снаряду для пробивания брони некоторой толщины – позже применялась для расчета защиты танков и параметров противотанковой артиллерии.
В 1890г. французская фирма «Сен-Шамон» представила «специальную сталь» с примесью никеля. Присадка к жидкой стали от 2 до 3% никеля заметно увеличивала сопротивление брони прониканию снаряда, обеспечивая стальной броне неплохое сочетание прочности и вязкости.
В начале 90-х английская фирма «Виккерс» (Рис.286) внедрила в производство судовую броню по способу американца Гарвея.
Рис.286– Мартеновский цех фирмы «Виккерс», 1894г.
Смысл способа заключался в том, что при закалке водой гетерогенной цементированной никелевой брони наружный слой брони приобретал высокую твердость. (Рис.287)
Рис.287 – Структура гетерогенной, односторонне закаленной стальной броневой плиты.
Качество материала было таково, что при ударе о такую броню разрушался корпус снаряда, из-за этого резко уменьшалось его пробивное действие. В начале XX века Британия строит боевые корабли, имевшие броневую защиту от 78мм (мидель) до 305мм (башня) (пояс 280—179 мм).
Правда, следует отметить, что технологии того времени позволяли цементировать броневые плиты большой толщины. Накануне WW I тонкая броня (5-10 мм для орудийных и пулеметных щитов) выполнялась гомогенной. В то же время совершенствовались методы поверхностного упрочнения стальных деталей.
* Броневая каретка Шумана.
Применение толстой противоснарядной брони на суше впервые апробировали германцы. Идея была воплощена в жизнь инженером Германом Грузоном (Hermann Gruson) и инженерным майором М.Шуманом.
Г.Грузон (или Грюзон) имел собственное предприятие «Грюзон-Верке» и был известен тем, что ввел в обиход броню из закаленного чугуна. С ним сотрудничал прусский офицер М.Шуман, которого знали, как энтузиаста бронебашенной долговременной фортификации. В 1866г. благодаря усилиям тандема в форте Бинген у Майнца был установлен первый бронированный каземат. Впоследствии фирма Грюзона активно продвигала броневые башни для сухопутных крепостей (Рис.288).
Рис.288 – Артиллерийские бронированные башни фирмы «Грюзон-Верке» для сухопутных крепостей – под крупнокалиберное и малокалиберное орудия.
В 1880-е годы ими была спроектирована передвижная бронированная огневая точка, по-немецки называвшаяся fahrbare Panzerlafette, сейчас более известная как 5,3 см L/24 Fahrpanzer Gruson и Schumann Panzerlafette/Fahrpanzer (в русской традиции - броневая каретка Шумана). В течение 1885-1887гг. они запатентовали своё изобретение в нескольких странах: Германии, Австро-Венгрии, Великобритании, Франции, Бельгии, Италии и США.
Конструктивно «передвижной бронелафет» или «бронированная каретка» представлял собой цилиндр (цилиндрическую коробку) из листовой стали, перекрытый куполом – полусферической башней приземистой формы. (Рис.289)
Рис.289 – Схема fahrbare Panzerlafette, 1885г.
Толщина брони стенок корпуса не уточнялась, но, по всей видимости, составляла не менее 10 мм. А купол изготовлялся методом штамповки из 25-мм брони. Для входа внутрь использовалась одностворчатая дверь (Рис.290).
Рис.290 – Сзади кареток видны открытые дверцы.
Внутренний объем цилиндра составлял около 1,5 м3, внутри которого размещался артиллерист, 53-мм (позже 57-мм) скорострельная пушка и боезапас к ней. Наведение на цель осуществлялось вручную. Сама пушка помещалась в куполе. Станок пушки был прочно связан с куполом. Купол (башня), в свою очередь, покоился на трех лапах центральной оси, закрепленной к полу каретки таким образом, что ось могла вращаться на 360° с помощью ручного привода. Углы наведения орудия составляли от -5° до +10° по вертикали. Пушку обслуживали 2 номера: один - стрелял, сидя на скамье, другой - подносил снаряды, порядочный запас которых имеется в самой каретке.
Для перевозки fahrbare Panzerlafette предусмотрели крепления по бортам для спицованных деревянных колес. (Рис.291)
Рис.291 – Схема боевой каретки Шумана в походном положении.
При этом конструкция такого шасси могла различаться, в зависимости от пожелания заказчика. Полная масса лафета (каретки) составляла 2554 кг. (Рис.292)
Рис.292 – Каретка Шумана в общем виде, современные фото.
В качестве тягача использовались не только конные упряжки – со временем их стали заменять автомобили и трактора.
Появление передвижной огневой точки было хорошо воспринято, поскольку она позволяла надежно прикрыть ближние сектора оборонительных позиций. Достаточно сказать, что 53-мм пушка (при условии хорошей подготовки артиллериста) могла совершать до 30 (!) выстрелов в минуту. Стрельба велась снарядами массой 1,75-кг, имевшими начальную скорость 495 м/с.
Было выработано два метода применения «передвижного лафета»: полевой и крепостной. В первом случае fahrbare Panzerlafette буксировался к оборонительным позициям и ставился в предварительно отрытую траншею, либо зарывался в землю почти по самую башню, оставляя сзади только проход для артиллериста. Второй вариант предусматривал использование fahrbare Panzerlafette в крепостных фортификациях. Обычно каретка устанавливалась в нише бетонного или земляного бруствера форта таким образом, что над последним купол выступает только на 35 см. Чтобы уберечь лафет от вражеского огня его устанавливали на рельсовый путь с шириной колеи 60 мм и при необходимости закатывали в укрытие. После завершения вражеского артобстрела fahrbare Panzerlafette снова выкатывали на огневую позицию, в ряде случаев бетонированную.
В целом, идея создания передвижных огневых точек, наподобие 5,3 см L/24 Fahrpanzer Gruson, в конце XIX-го века была полностью оправдана. Против крупнокалиберной артиллерии броня «лафета» была бессильна, но в качестве меры прикрытия или сдерживания противника они вполне подходили.
В общей сложности было построено не менее 300 передвижных огневых точек конструкции Шумана. Большая их часть – 200 единиц, осталась в пределах Германской Империи, и с 1890 года каретки использовалась в приграничных районах. Немцы применяли «купольные орудия» в качестве стационарных ДОТов и во время Первой мировой войны. Известно, что под Ипром 31 июля и 16 августа 1917 года в системе немецкой ПТО использовались, помимо прочего, закопанные «броневые каретки Шумана». (Рис.293)
Рис.293 – Захваченный британцами ДОТ с малокалиберным орудием, возможно, бронеколпак и орудие от броневой каретки Шумана, лето 1917г.
Кроме того, некоторые «купольные орудия» были установлены на немецкие бронепоезда - по крайней мере, на один (Рис.294).
Рис.294 -Немецкий бронепоезд, вооруженный броневыми каретками Шумана.
Но в Мировую войну это чудо XIX века – броневые каретки Шумана - иронически называли «пилюльными коробками».
Около 100 штук кареток Шумана были распроданы. Самый крупный заказ последовал в 1892 году от Болгарии на поставку тридцати fahrbare Panzerlafette. Изготовителем выступила фирма Krupp. Практически все каретки Шумана отправили на юг страны, где они достаточно долго служили в качестве «оружия сдерживания». Во время 2-й Балканской войны, которая имела место в 1913 году, четыре огневые точки стали трофеями сербской армии. Остальные продолжали свою службу, по меньшей мере, до ноября 1918 года, и в конечном итоге ещё несколько лафетов стали трофеями греческой армии. Есть информация, что трофейные лафеты даже успели повоевать с турецкими войсками в 1921-1922 гг., но документальных свидетельств этому нет.
По несколько кареток Шумана было продано Дании, Швейцарии и Румынии, причем в модификациях с 37-мм и 57-мм орудиями.
Примечательно, что для производства Fahrpanzer Gruson и Schumann Panzerlafette/Fahrpanzer использовалась броня английского производства, поскольку в то время в Германии почти не производили стальную броню. Усилиями компании Круппа этот пробел был со временем преодолен.
* Казнозарядные орудия.
Непременным атрибутом танка является его вооружение. Собственно говоря, эффективно использовать любую защиту (укрытие) в боевых целях стало возможно с распространением огнестрельного оружия, заряжающегося с казенной части. В этой связи уместно вспомнить, что появление огнестрельного оружия как такового стало возможно благодаря изобретению пороха - механической смеси калиевой селитры, угля и серы. На сегодняшний день принят основной научный консенсус о том, что порох был изобретён в Китае, затем распространился по Ближнему Востоку, а позже попал в Европу.
В IX веке даосские монахи и алхимики в поисках эликсира бессмертия по случайности наткнулись на порох. В последующие века китайцы производили различные виды порохового оружия, включая огнеметы, ракеты, бомбы. Распространение пороха в Азии из Китая в значительной степени приписывается монголам. Гипотетически, порох попал в Европу через несколько веков - при этом надо сказать, что «европейским изобретателем» пороха считается монах Бертольд Шварц (Рис.295) - начало XIV.
Рис.295 - Бертольд Шварц, или Бертольд Чёрный (Berthold Schwarz, Bertholdus Niger (лат.), настоящее имя Константин Анклитцен) – немецкий францисканский монах, живший в XIV веке и считающийся европейским изобретателем пороха.
Использование метательного свойства дымного пороха послужило толчком к развитию огнестрельного оружия – кинетическое оружие, в котором для разгона и выбрасывания снаряда из канала ствола используется сила давления газов, образующихся при сгорании метательного взрывчатого вещества (пороха) или специальных горючих смесей.
Считается, что первое огнестрельное оружие (бамбуковое «огненное копьё» (Рис.296) — прототип ручного огнестрельного орудия (Рис.297)) появилось в Китае, хроники зафиксировали его применение в 1132 году.
Рис.296 – Иллюстрация «огненного копья».
Рис.297 - Монгольское ручное орудие, ок. 1271-1368гг.
Однако не утихают споры о том, насколько китайский опыт применения пороха в боевых действиях повлиял на поздние достижения на Ближнем Востоке и в странах Европы. Официально принято, что в Европе огнестрельное оружие (Рис.298) возникло в XIV веке.
Рис.298 – Виды европейских ручных орудий, ок. 1380г.
Уже в XIV столетии стали появляться первые казнозарядные пушки. Необходимость в таком способе заряжания была очевидна, прежде всего, для крепостных и корабельных пушек, дульная часть которых находилась в первом случае за крепостной стеной, а во втором – за бортом. Первые казнозарядные пушки имели чрезвычайно простую и надежную систему. В канал ствола со стороны казенной части сначала помещался снаряд, а затем вставлялась стальная цилиндрическая «камора» (камера), содержащая пороховой заряд. Эта камора закреплялась в казенной части ствола орудия обыкновенным клином. Точно так же стали изготавливать казнозарядные ружья (Рис.299) и даже пистолеты (первые заряжающиеся с казенной части пистолеты появляются в Италии второй половине XVI века).
Рис.299 - Крепостное казнозарядное ружье. XVI в.
Самое раннее казнозарядное оружие, из дошедших до наших дней - казнозарядная аркебуза короля Англии Генриха VIII (1509–1547) – выполнена в 1537 году.
В 1853 году инженер Армстронг создал казнозарядное нарезное орудие. После доработки его орудие (Рис.300) было принято на вооружение.
Рис.300 - Орудие системы Армстронга.
Одним из результатов Крымской кампании и Гражданской войны в США явилось быстрое развитие нарезных казнозарядных орудий.
В 1858 году английский инженер Витворт предложил перенести в артиллерию ранее известную в стрелковом оружии идею полигональных нарезов. Его первая пушка имела в сечении форму шестиугольника, позволяла стрелять снарядами длинной 5-6 калибров против 2-2,5 у предшествующих систем, и обеспечивала большую точность, скорость и дальность стрельбы. Поскольку орудия с полигональными нарезами было затруднительно заряжать со стороны дула, он разработал уникальный затвор, который представлял собой крышку с прочным дном, навинчивающуюся на задний конец ствола. Крышку охватывала рамка, шарнирно соединенная с телом орудия. Заряды помещались в оловянные картузы (прообраз гильз). В 1868 г. 230-мм пушки Витворта показали рекордную для того времени дальность стрельбы 10 300 м при угле возвышения 33° и весе снаряда 133 кг. Но винтовые затворы действовали очень медленно, прочность их была низка, а конструкция оловянных гильз неудачна. А главное, полигональные пушки имели ряд неустранимых недостатков - сложность изготовления снаряда, трудность заряжания, заклинивание снарядов в канале при стрельбе и др. Все это заставило англичан отказаться от полигональных орудий.
В это время германские инженеры Круппа разрабатывают достаточно надёжный клиновый затвор (Рис.301), французы — поршневой (Рис.302).
Рис.301 – Схема клинового затвора и его варианты – вертикальный и горизонтальный.
Рис.302 – Основные элементы поршневого затвора.
Принятая на материке система нарезки каналов стволов уже превосходит английскую, не являясь причиной заклинивания снарядов в нарезах. В результате в 1880, основываясь на прусских (Рис.303) и французских системах, Армстронг разрабатывает собственное орудие на поршневом затворе с асбестовым обтюратором де Банжа.
Рис.303 - 120мм корабельная пушка Круппа на казематной установке с цилиндрическим броневым щитом.
* Унитарный артиллерийский снаряд.
Важное значение на конструкцию артиллерийских орудий оказала разработка унитарного артиллерийского боеприпаса (Рис.304), процесс этот стартовал с середины XIX века.
Рис.304 – Унитарный артиллерийский выстрел.
Унитарный артиллерийский боеприпас объединяет в себе: снаряд (средство поражения, выстреливаемое (выпускаемое) из артиллерийского орудия.), взрыватель (устройство, предназначенное для подрыва снаряда), пороховой заряд (взрывчатое вещество или ВВ), средство воспламенения (капсюль), гильзу. (Рис.305)
Рис.305 – Схема унитарного патрона.
1 – снаряд (в данном случае без взрывателя), 2 – гильза, 3 – ВВ, 4 – закраина (конструктивный элемент гильзы, необязательный), 5 – капсюль.
Пишут, что первые значимые результаты в области разработки унитарных артиллерийских снарядов были достигнуты российским инженером В.С. Барановским, в период с 1872 по 1877 год разработавшим целую линейку казнозарядных нарезных орудий (с оригинальным клиновым затвором) (Рис.306) под унитарный боеприпас, что существенно ускоряло процесс стрельбы.
Рис.306 - Скорострельная пушка В.С. Барановского.
Однако реальное понимание значения унитарных патронов к артиллерийским орудиям первоначально пришло не в России, а во Франции и несколько позже - к 1885г. в Германии и Британии.
В то время уже существовали унитарные артиллерийские патроны практически всех калибров до 6 дюймов включительно. Так, существовали унитарные патроны для 37, 47 и 57-мм канонирных и береговых пушек системы Норденфельдта (Рис.307, Рис.308) и 6-дюймовой скорострельных пушек системы Кане для сухопутной и морской артиллерии; предполагалось принять унитарный патрон и для полевых орудий.
Рис.307 - Торстен Норденфельт (Ernst Thorsten Nordenfelt) 1842 – 1920гг. Шведско-английский инженер-оружейник и промышленник.
Организовал производство малокалиберных скорострельных пушек калибров 37 мм и 57 мм. В 1888 году его компания объединилась с компанией Максима, производившей пулемёты. В 1896 году объединённая компания была куплена компанией Виккерс.
Рис.308 - Унитарный патрон к 57-мм канонирной пушке системы Норденфельдта.
Кстати говоря, в Россию унитарный артиллерийский патрон «вернулся» после того, как в начале 1891 года во Франции русской делегации была продемонстрирована стрельба из 120-мм/45 и 152-мм/45 пушек системы Канэ (Рис.309).
Рис.309 - 152-мм пушка Канэ на позиции.
Стрельба из них производилась унитарными патронами, и французы показали огромную скорострельность — 12 выстр./мин — из 120-мм пушек и 10 выстр./мин из 152-мм.
Следует отметить ещё один качественный рывок в развитии артиллерии: в 1885 году специалисты фабрики Круппа создали новый тип разрывного боеприпаса, начинённого бризантным ВВ «Шпренгкорпером». Французы в 1887г. в качестве ВВ применили смесь расплавленной пикриновой кислоты и нитроцеллюлозы - «мелинит». Англичане в 1888г. получили аналогичное французскому по составу ВВ, имевшее название «лиддит», японцы с 1890-х звали его «шимозой».
С 1890 года артиллерия приобретает знакомые нам очертания. Дульнозарядные пушки, привычные ещё 30 лет назад, остаются на вооружении только самых бедных государств. Дальнейшее время характеризуется стремительным развитием частностей устоявшихся конструкций и уточнением тактических и стратегических задач артиллерии.
* Миномет.
Впрочем, один вид дульнозарядного артиллерийского орудия – миномет все же нашел свою нишу и после 1890г. Миномет (Рис.310) отличается отсутствием противооткатных устройств и лафета — их заменяет опорная плита, через которую импульс отдачи передается грунту или самоходному шасси.
Рис.310 – Общая схема миномета.
Миномет считается разновидностью мортиры. В начале XX века применительно к минометам употребляли термин бомбомет (артиллерийские бомбы – это надколиберные боеприпасы - боеприпасы, имеющие диаметр активной части больше калибра орудия).
В современной трактовке к миномётам относят любое артиллерийское орудие, предназначенное для стрельбы калиберными (имеет диаметр калибра ствола, из которого вылетает) и подкалиберными (диаметр боевой части (сердечника) меньше диаметра ствола) боеприпасами каплевидной и сигарообразной формы — миномётными минами.
В историографии нет единого мнения о том, кто первым изобрел или применил миномет. Сейчас исследователи этой темы склоняются к формулировке, что «правильно будет считать изобретение миномёта не единовременным актом инженерного гения, а процессом, в котором на протяжении длительного времени принимали участие многие изобретатели-конструкторы самых разных стран». Впрочем, определенные временные вехи этого процесса все же обозначаются:
1884г. – русский капитан крепостной артиллерии Романов создал фугасную мину с электродистанционным подрывом для стрельбы из 2-х пудовых мортир образца 1838 года, мина принята на вооружение в декабре 1890 года;
1904г. – применение русскими при обороне Порт-Артура неких бомбометов;
1909г. – создан германский миномёт Рейнского механического и машиностроительного завода Генриха Эрхардта;
1915г. - появление британского миномёта системы капитана Стокса (Рис.311).
Рис.311 - Сэр Уилфред Стокс с 81-мм миномётом его конструкции и боеприпасами е нему.
Миномет Стокса признают первым классическим образцом данного оружия. Он был разработан по схеме мнимого треугольника. Состоял из гладкоствольной трубы с навинтным казёнником, двуноги-лафета, опорной плиты и прицела, причём опорная плита имеет три шаровых гнезда, что позволяет, переставляя в процессе стрельбы опору казённика, выравнивать плиту на грунте без её перемещения. Однако миномет Стокса имел существенный недостаток – нестабилизированный полет мины. Только спустя шесть лет после Первой мировой войны на французской фирме Эдгара Брандта конструкторы пришли к выводу, что канал ствола миномёта должен быть гладким, и, используя схему воспламенения Стокса, придали снаряду для обеспечения устойчивости в полёте каплеобразную форму со стабилизатором. Изготовленный 81-мм миномёт Стокса-Брандта послужил прототипом почти всех современных батальонных миномётов.
В позднее время существовали и казнозарядные минометы.
* Типы артиллерийских снарядов по назначению.
Большое значение в артиллерийском деле имеют снаряды (Рис.312) - компоненты вооружения, непосредственно воздействующие на цели, поэтому следует более подробно остановиться на вопросе, с каким арсеналом снарядов по их назначению (поражающему воздействию) подошли ведущие армии мира к Первой мировой войне.
Рис.312 – Французский 400-мм снаряд, 1916г.
Остались в прошлом ядра каменные (Рис.313) и чугунные (Рис.314), каменная дробь (картечь), как артиллерийские снаряды.
Рис.313 – Ядро алебастровое.
Рис.314 – Чугунное ядро рядом с бомбардой.
В XVII веке во Франции Бернар Рено д’Элиснгаре изобрел и применил 28 октября 1681 г. во время бомбардировки пиратской базы – города Алжир разрывные ядра. Разрывные чугунные ядра имели деревянную дистанционную трубку. Трубка вставлялась в отверстие. Первоначально разрывные ядра поджигали перед выстрелом. Затем их начали заряжать в канал ствола трубками внутрь, прикрепляя к ним деревянные поддоны-шпигли или верёвочные венки - в результате, трубки воспламенялись при выстреле сами от пороховых газов. Вес разрывных ядер составлял 2/3 от веса сплошных ядер соответствующего калибра, толщина стенок составляла 1/3 калибра. Эффективность новых боеприпасов оказалась настолько высокой, что возникли даже требования запретить «негуманное» оружие.
Разрывные снаряды назывались бомбами или гранатами в зависимости от калибра, измерявшегося тогда в весовых единицах. (Рис.315)
Рис.315 - Граната, бомба и картечная граната XVII—XIX вв. в разрезе.
Единственным (кроме размера) внешним отличием бомбы от гранаты были расположенные около очка ушки (скобы) для удобства заряжения, причём поднимали их за эти ушки специальным крючками. Различие между гранатами и бомбами было во многом функциональным: гранаты использовались преимущественно полевой артиллерией для поражения живой силы противника и разрушения полевых укреплений, бомбы — крупнокалиберной артиллерией (осадной, крепостной, корабельной, прежде всего мортирами и гаубицами) для бомбардирования, причём стреляли ими под навесным углом.
Совершенствовалась и картечь - крупная дробь (Рис.316), предназначенная для поражения живой силы противника в открытом поле - при выстреле разлетается в определенном секторе от ствола орудия (Рис.317) на близких расстояниях (до 300 м).
Рис.316 – Картечный снаряд.
Рис.317 – Самая большая в мире картечница – Царь-пушка.
Лежащие подле нее ядра, на самом деле, не имеют отношения к этому орудию – такими ядрами это орудие не стреляло, а палило (по крайней мере, один раз) «дробом» — небольшими каменными ядрами совокупным весом около 800 кг. Калибр 890 мм (35 дюймов), масса 39,31 т, бронза. Россия, 1586 г., мастер Андрей Чохов.
В 1800 году швед Нейман изобрел так называемую картечную гранату (начинённую картечью), в 1803 г. англичанин Шрапнель (Рис.318) изобрел тип картечной гранаты, начиненной пулями.
Рис.318 - Генри Шрапнель (Henry Shrapnel), 1761 – 1842гг., офицер Британской армии, предложивший конструкцию артиллерийского снаряда для поражения живой силы противника, впоследствии названную его именем.
Впрочем, упоминания о гранатах, начинённых пулями, известны уже в XVII веке.
Картечная граната конструкции Генри Шрапнеля представляла собой прочную полую сферу, внутри которой находились пули и заряд пороха. Отличительной особенностью гранаты являлось наличие в корпусе отверстия, в которое вставлялась запальная трубка, изготовленная из дерева и содержащая некоторое количество пороха. Эта трубка служила одновременно запалом и замедлителем. При выстреле ещё при нахождении снаряда в канале ствола воспламенялся порох в запальной трубке. При полёте снаряда происходило постепенное сгорание пороха в запальной трубке. Когда этот порох выгорал полностью, огонь переходил на пороховой заряд, находящийся в самой гранате, что приводило к взрыву снаряда. В результате взрыва корпус гранаты разрушался на осколки, которые вместе с пулями разлетались в стороны и поражали противника. Важной особенностью конструкции было то, что длину запальной трубки можно было изменять непосредственно перед выстрелом. Таким образом, можно было с определённой точностью добиться подрыва снаряда в желаемом месте и в желаемое время.
Одновременно с разрывными, вошли в употребление и зажигательные снаряды, вытеснившие прежние раскалённые ядра. Брандскугели представляли собой зажигательные бомбы, составлявшиеся из двух стянутых болтами полусфер, которые наполнялись горючим веществом (мякоть, селитра, сера, сало, воск, антимоний, терпентин и шерсть). Такое сочетание производило много огня и дыма при разрыве. Зажигательные гранаты представляли собой обычные гранаты, наполненные порохом и зажигательными кусками в виде цилиндриков из брандскугельного состава, который горел даже в воде.
С введением нарезных орудий, ядра, примерно к 1859г., были вытеснены коническими снарядами (Рис.319), впервые предложенными итальянским артиллеристом Кавалли в 1845г.
Рис.319 - Артиллерийские снаряды XIX века (в порядке расположения на рисунке): Верхний ряд: 1-3 — сферические снаряды (граната, бомба, шрапнельная граната) первой половины XIX в, 4 — фугасная бомба, 5 — граната, 6 — шароха (закруглённая чугунная граната 1860-х гг.), 7 — бомба с толстой свинцовой оболочкой, 8 — бомба с тонкой свинцовой оболочкой, 9 — бомба образца 1867г. с медным поясом. Средний ряд: 10 — картечная граната, 11 — гранатная картечь, 12 — светящееся ядро (осветительный снаряд), 13 — кольцевая чугунная граната, 13-а — разрез лёгкой и батарейной кольцевых гранат, 18 — чугунная бомба до 1881 г., 20 — стальная фугасная палубобойная бомба, 21 — горная шрапнель. Нижний ряд: 14 — фугасная пороховая бомба для 6-дюймовой (152-мм) полевой мортиры, 15 — 42-линейная (107-мм.) фугасная бомба, 16 — фугасная пороховая бомба для береговых орудий, 17 — чугунная бомба образца 1881г., 22 — шрапнель лёгкой пушки, 19 — стальная бронебойная бомба, 23 — шрапнель с центральной каморой, 24 — сегментная бомба.
В 1871 году русский артиллерист В. Н. Шкларевич разработал для только что появившихся нарезных орудий конический снаряд - диафрагменную шрапнель с донной камерой и центральной трубкой. (Рис.320)
Рис.320 – Диафрагменная шрапнель.
Снаряд Шкларевича представлял собой цилиндрический корпус, разделенный картонной перегородкой (диафрагмой) на 2 отсека. В донном отсеке находился заряд взрывчатого вещества. В другом отсеке находились шарообразные пули. По оси снаряда проходила трубка, заполненная медленно горящим пиротехническим составом. На передний конец ствола надевалась головка с капсюлем. В момент выстрела происходит взрыв капсюля и воспламенение состава в продольной трубке. Во время полета снаряда огонь по центральной трубке постепенно передается к донному пороховому заряду. Воспламенение этого заряда приводит к его взрыву. Этот взрыв толкает вперед по ходу снаряда диафрагму и находящиеся за ней пули, что приводит к отрыву головки и вылету пуль из снаряда. Такое устройство снаряда позволило применять его в нарезной артиллерии конца XIX века. (Рис.321)
Рис.321 – Русский 48-линейный (122-мм) шрапнельный снаряд.
Кроме того, у него было важное достоинство: при подрыве снаряда пули разлетались не равномерно во все стороны (как у сферической гранаты Шрапнеля), а направленно вдоль оси полета снаряда с отклонением от неё в сторону. Это повысило боевую эффективность снаряда. Вместе с тем, такая конструкция содержала в себе существенный недостаток: время горения заряда замедлителя было постоянным. То есть, снаряд был рассчитан на стрельбу на заранее определённую дистанцию и был малоэффективен при стрельбе на другие дистанции. Этот недостаток был устранен в 1873 году, когда была разработана трубка дистанционного подрыва снаряда с поворотным кольцом. Отличие конструкции состояло в том, что путь огня от капсюля до взрывного заряда состоял из 3 частей, одним из которых была (как и в старой конструкции) центральная трубка, а два других представляли собой каналы с аналогичным пиротехническим составом, находящиеся в поворотных кольцах. За счёт поворота этих колец можно было отрегулировать общее количество пиротехнического состава, которое сгорит во время полета снаряда, и таким образом обеспечить подрыв снаряда на заданной дистанции стрельбы. Как правило, деления на кольцах дистанционной трубки совпадали с делениями на прицеле орудия. Поэтому командиру орудийного расчета для того, чтобы заставить снаряд разорваться в нужном месте, достаточно было скомандовать одинаковую установку трубки и прицела. Например: прицел 100, трубка 100. Помимо упомянутых положений дистанционной трубки существовало ещё положение поворотных колец «на удар». В этом положении путь огня от капсюля до взрывного заряда прерывался вовсе. Подрыв основного взрывного заряда снаряда происходил в момент попадания снаряда в препятствие.
В 1877г. появилась идея бронебойных снарядов для задачи уничтожения боевых бронированных кораблей. Офицер итальянского флота Беттоло предложил использовать для этих целей так называемую «донную ударную трубку для бронебойных снарядов» (до этого снаряды или вовсе не снаряжались, или же взрывание порохового заряда рассчитывалось на нагревание головной части снаряда при ударе его в броню, что, однако, далеко не всегда оправдывалось). (Рис.322)
Рис.322
- Устройство бронебойного каморного снаряда (вариант)
1 легкая баллистическая оболочка
2 бронебойная сталь
3 заряд взрывчатого вещества (для лучшего заброневого воздействия).
4 детонатор
5 центрирующий (передний буртик) и ведущий (задний буртик) пояски.
Как вариант бронебойного снаряда появился и бетонобойный.
Итак, к началу XX века основными артиллерийскими снарядами выступали:
фугасный снаряд — боеприпас, предназначенный для разрушения полевых и долговременных фортификационных сооружений, проволочных заграждений, зданий;
осколочный снаряд — боеприпас, предназначенный для уничтожения живой силы противника осколками, образующимися при разрыве снаряда - разрыв происходит при ударе о препятствие или дистанционно в воздухе;
шрапнель — боеприпас, предназначенный для уничтожения открыто расположенной живой силы противника пулями, находящимися внутри его корпуса - разрыв корпуса и выбрасывание из него пуль происходит в полёте;
бронебойный снаряд — боеприпас, предназначенный для борьбы с бронированными объектами;
бетонобойный снаряд — боеприпас, предназначенный для разрушения железобетонных долговременных фортификационных сооружений.
* Скорострельные картечницы.
Скорострельному стрелковому оружию суждено было сыграть революционную роль на поле боя в конфликтах Новейшего времени. Вершиной развития скорострельного стрелкового оружия явился автоматический пулемет. По сути, пулемет изменил лицо войны – ее тактику, вызвал к развитию артиллерию, во многом, спровоцировал появление танков. Главными «заслугами» автоматического пулемета признаны высокая скорострельность и плотность огня, эти показатели стали настолько критичными, что сквозь огонь автоматического пулемета не могла пробиться ни атакующая пехота, ни конница.
Прообразы пулемётов представляли собой блок артиллерийских или ружейных стволов, установленных на артиллерийском лафете и стреляющих поочерёдно непрерывным огнём. Перезарядка и производство выстрела в них осуществлялись за счёт мускульной энергии расчёта.
На смену первым орудиям, приспособленным для ускорения стрельбы, так называемым рибодекинам (Рис.323) пришли многоствольные системы залпового огня – «органы», имевшие ружейные или пистолетные стволы.
Рис.323 - Рибодекен из шести пушек, отлитых из металла и заряжаемых с казённой части, аппарат не имеет аксессуаров в виде алебард, копий и зажигательной смеси. Германия, XVI век.
Например, в 1476 году в Пикардии генерал Коллеони уже использовал «органы». (Рис.324)
Рис.324 – Типичный «орган» (в России использовали термин «сорока»).
Идея их устройства та же, что и у рибодекина. Несколько стволов малого калибра помещены на лафете в один ряд. Затравки всех стволов соединены жёлобом, так что выстрелы производятся залпами. Эти орудия служили для защиты дефиле. (Рис.325)
Рис.325 - 105-ствольная скорострельная батарейка. Стволы железные пистолетные, калибр 18 мм, длина 32 см, расположены в 7 рядов, по 15 в ряд и приводятся в действие одним кремнево-ударным замком. Батарейка изготовлена в конце 17 в.
Военно-исторический музей артиллерии, инженерных войск и войск связи, СПб.
Действие их было слабое, и стрельба велась с перерывами во время заряжания. В эпоху развития картечного и ружейного огня, органы вышли из употребления, так как действие пушечной картечи было сильнее, а легкость их в сравнении с пушками не имела значения благодаря введению легких пушек.
С XVI века для повышения скорострельности начались попытки создавать пистолеты и ружья револьверного типа (с барабанами). В 1718 году английский юрист Джеймс Пакл запатентовал ружьё Пакла (Рис.326)
Рис.326 – Ружьё Пакла, 1718г.
Ружьё Пакла представляло собой поставленное на треногу обычное одноствольное кремневое ружьё, но с 11-зарядным цилиндрическим барабаном. Каждый новый выстрел производился при повороте барабана, как в револьвере. После израсходования боезапаса барабана он заменялся новым. Такая конструкция позволила добиться скорострельности в девять выстрелов в минуту. Боевой расчёт ружья составлял несколько человек. Ружьё предполагалось использовать на кораблях для обстрела абордажных команд. На демонстрации оружия Пакл привёл два варианта исполнения: с обычными для тех лет сферическими пулями и с кубическими (-!?). Сферические предполагалось использовать против врагов-христиан, а кубические, которые, как считалось, должны были причинять больше увечий, — против врагов-мусульман (в том числе турок).
Появление барабана освобождало от перезарядки патронов, но не от манипуляций с подсыпанием затравки в кремневый замок, занимавших значительное время при перезарядке, видимо, поэтому творение Пакла никого не заинтересовало, и не было принято на вооружение. Опыты же с многостволками продолжились (Рис.327, Рис.328, Рис.329).
Рис.327 -1-фунтовая пушка «Близнята» системы Гетша. Изготовлена в 1741г. в Санкт-Петербургском арсенале.
Военно-исторический музей артиллерии, инженерных войск и войск связи, СПб.
Рис.328 - 3-фунтовая (76-мм) 44-ствольная мортирная батарея системы А. К. Нартова, изготовлена в 1754 г. Состоит из бронзовых мортирок калибром 76 мм и длиной 23 см каждая. Мортирки, укреплённые на горизонтальном деревянном круге диаметром 185 см, разделены на 8 секций по 5 или 6 мортирок в каждой и соединены общей пороховой полкой. В хоботовой части лафета имеется винтовой подъёмный механизм для вертикальной наводки.
Военно-исторический музей артиллерии, инженерных войск и войск связи, СПб.
Рис.329 - 1/5-фунтовая (58-мм) 25-ствольная мортирная батарея системы капитана С.Челокаева, изготовлена в 1756 г. Батарея состоит из вращающегося деревянного барабана, на котором закреплены пять рядов железных кованых стволов, по 5 в каждом ряду. В казенной части стволы каждого ряда для производства залповой стрельбы соединены общей пороховой полкой с крышкой.
Военно-исторический музей артиллерии, инженерных войск и войск связи, СПб.
Увеличить плотность огня пытались и с помощью стрельбы одновременно несколькими снарядами. (Рис.330)
Рис.330 - 3-фунтовая опытная чугунная пушка с прямоугольным каналом ствола, отлитая в 1722 г. Орудие предназначалось для стрельбы одновременно тремя 3-фунт. ядрами, обернутыми в холст и уложенными в один ряд на деревянном поддоне.
Военно-исторический музей артиллерии, инженерных войск и войск связи, СПб.
Однако решить задачу повышения скорострельности на удовлетворительном уровне столь экзотическими способами не удавалось. Техническим решением, обеспечившим создание пулемета, стало появление унитарного патрона.
Непосредственным предшественником пулемёта является митральеза — стреляющее очередями оружие под унитарный патрон с ручным приводом и с несколькими стволами.
В 1846 вышел трактат по артиллерии, где предлагалось закрепить на общей раме несколько малокалиберных ружейных стволов (6-24 шт.). Через несколько лет (1851г.), бельгийский фабрикант Монтиньи создал многоствольное орудие, реализовавшее эту идею. Используя дальнейшие разработки в области вооружения, Монтиньи доработал своё оружие и продемонстрировал его в 1859г. Наполеону III, после чего Франция приняла эту систему, названную митральезой (на фр. Mitrailleuse - и поныне называеться любой пулемёт) на вооружение своей армии.
Обычно митральезы (Рис.331) представляли собой несколько объединённых в блок механизмов однозарядных винтовок, приводимых в действие коленчатым валом от рукоятки и питаемых патронами внавал из верхнего бункера.
Рис.331 – Митральеза
– скорострельное многоствольное артиллерийское орудие, которое вело залповый
огонь патронами винтовочного калибра и имело полностью ручную перезарядку.
Скорострельность до 200 выстрелов в минуту.
Отличительной особенностью митральезы является наличие нескольких неподвижных стволов, закреплённых вместе на общем основании (лафете). Стрельба из неё велась либо залпами — одновременно из всех стволов, либо, на поздних моделях, поочерёдно с некоторой задержкой.
Ранние модели стреляли залпом сразу изо всех стволов, для чего использовался специальный спусковой рычажок. После каждого залпа митральеза перезаряжалась вручную сменной обоймой в виде стальной плиты, удерживающей патроны за их закраины (были варианты с 25, 30, 37 и другим количеством патронов в каждой обойме). Для перезарядки на ранних моделях использовалась большая рукоятка с винтом в задней части оружия. С её помощью общий для всех стволов затвор отводился назад до упора, и в специальные пазы на нём вставлялась плита-обойма с патронами, одновременно происходило взведение расположенных в нём спусковых механизмов всех стволов. Вращением рукояти в противоположном направлении затвор приводили в крайне переднее положение, в ходе чего патроны досылались в патронники блока стволов, а обойма плотно прижималась к казённому срезу блока для предотвращения прорыва пороховых газов. Теперь оружие было готово к ведению огня. После выстрела затвор снова отводили назад, при этом происходила единовременная экстракция всех стреляных гильз из патронников; гильзы удалялись вместе с обоймой, после чего её заменяли новой и повторяли описанные выше действия для следующего выстрела.
Однако быстро выяснилось, что при такой залповой стрельбе из-за минимального рассеивания пули ложатся слишком кучно, что приводило к нерациональному расходу боеприпасов (даже на большой дистанции отдельный человек нередко поражался сразу несколькими пулями, а на малой — даже и несколькими десятками). Поэтому был разработан спусковой механизм (Монтиньи, Реффи), приводимый в действие вторым, расположенным сбоку, воротком, и позволявший стрелять отдельными короткими залпами, при каждом из которых выстреливал один ряд патронов в обойме, начиная с верхнего. (Рис.332)
Рис.332 - Затвор митральезы Реффи. Обойма с патронами снята, открывая хорошо видимые патронники блока стволов. Управление движением затвора производится при помощи винта с массивной рукоятью, расположенной в задней части оружия. Сверху расположен спусковой рычаг.
Кроме того, на поздних моделях вместо винта с рукояткой для открывания и закрывания затвора был введён специальный рычаг, который запирал затвор по принципу кривошипного механизма, — что сразу позволило поднять скорострельность, так как операции с рычагом отнимали существенно меньше времени, чем уходило на откручивание и закручивание винта.
Скорострельность очень сильно зависела от выучки расчёта, и при слаженных его действиях составляла до 4-5 обойм в минуту для системы с винтом и до 8-9 для системы с рычагом, — то есть, в итоге порядка 100…300 выстрелов в минуту (как правило, 150-175 выстрелов/мин). Естественно, здесь речь идёт об общей скорострельности оружия; темп стрельбы непосредственно при отстреле каждой обоймы был намного выше, основное же время уходило на перезарядку. Расчет митральезы состоял из 6 человек, из них непосредственно стрельбу производили двое, остальные были необходимы для подноса патронов, перезаряжания и т. п.
В дальнейшем многие конструкторы создавали свои варианты митральез; например, в Англии были приняты митральезы системы Гарднера с 2-мя и 5-ю стволами винтовочного калибра, которые имели боепитание от расположенного сверху многорядного гравитационного магазина и привод от воротка, а также 2-, 4- и 5-ствольные системы Норденфельта с таким же магазином, но приводом от рычага-качалки. Ни одна из них не получила широкого распространения.
На деле митральезы рассматривались как разновидность артиллерии и действовали в составе артиллерийских подразделений, с использованием для них соответствующих тактических приёмов. По габаритам и массе они также близко соответствовали артиллерийским орудиям тех лет. При этом их дальнобойность была намного ниже, чем у полевой артиллерии: предельная дистанция стрельбы составляла порядка 3500 м, а реально митральезы использовались на расстоянии не более 2000 м - но при этом, как правило, и не менее 1500 м, ввиду опасения поражения расчёта из стрелкового оружия на меньшей дистанции. На таком расстоянии наведение снабжённых примитивными прицельными приспособлениями митральез на цель было сопряжено с большими трудностями, что и обуславливало низкую эффективность, в сочетании с очень узким сектором обстрела, невозможностью быстрого перевода огня с цели на цель и длительной перезарядкой. Низкая мобильность, в свою очередь, делала использование митральез для непосредственной огневой поддержки пехоты малоперспективным делом.
Дальнейшим развитием идеи митральезы был пулемет Гатлинга (Рис.333).
Рис.333– Пулемет Гатлинга.
Это орудие представляло собой многоствольное скорострельное стрелковое оружие с револьверным блоком стволов и ручным или электрическим приводом. Орудие было запатентовано в США (Рис.334) доктором Ричардом Джорданом Гатлингом (Рис.335) в 1862 году под названием Revolving Battery Gun.
Рис.334 - Из патентного описания Р. Дж. Гатлинга Батарейное орудие, 9 мая 1865г.
Рис.335 - Ричард Джордан Гатлинг (Richard Jordan Gatling), 1818гг. - 1903г.
Американский изобретатель, врач, обладатель более чем полусотни патентов.
«Гатлинг» был снабжен расположенным сверху магазином с гравитационной подачей боеприпасов (без пружины). (Рис.336)
Рис.336 – Пулемет «Гатлинга» с магазином.
Пулемет имел колесный лафет, на котором крепилось до 10 ружейных стволов 4,2-лн. калибра, укрепленных неподвижно на валу. На том же валу укреплены неподвижно приёмник (цилиндр, на наружной поверхности которого 10 желобов для помещения патронов, падающих из патронных пачек и стреляных гильз, выталкиваемых из ствола выбрасывателем) и замочный цилиндр с 10 замками внутри него. Оси стволов, соответствующих желобов приёмника и замков составляют одну линию. Все действия, необходимые для производства выстрела, происходят при вращении рукоятки, от которой двумя коническими зубчатыми колесами это движение передается валу и всем частям, неподвижно укрепленным на нем. В каждый момент стреляет только один ствол, подходящий в одно определенное положение. Особые выступы замков, вращающихся вместе с замочным цилиндром, ходят по винтовым пазам взводного спирального поддона, неподвижно укрепленного в раме. Вследствие этого при вращении вала каждый замок последовательно отходит назад, экстрактор замка выбрасывает гильзу, попадающую в жёлоб приёмника, новый патрон падает в жёлоб приёмника, замок досылает патрон из приёмника в ствол, взводится и производит выстрел.
В течение цикла поворота блока стволов на 360° каждый ствол делает единственный выстрел, освобождается от гильзы и заряжается вновь. За это время происходит естественное охлаждение ствола. Вращение стволов у первых моделей Гатлинга осуществлялось вручную, в более поздних - для него использовался электрический привод. Скорострельность моделей с ручным приводом составляла от 200 до 1000 выстрелов в минуту, а при использовании электропривода могла достигать и 3000 выстрелов в минуту. Предельная дальность её - 1400 м.
Считается, что новизна конструкции Гатлинга заключалась не во множественности стволов (митральеза), а именно в системе свободной подачи патронов из бункера во вращающиеся стволы, что позволяло неопытному расчёту вести стрельбу в высоком темпе. Стрельба могла вестись безостановочно до тех пор, пока не кончаются патроны либо патрон не заклинивает в стволе.
Однако картечницы (и митральеза, и пулемет Гатлинга) не выдерживают конкуренции с усовершенствованной шрапнелью и довольно скоро (к 1880-м годам) выходят из употребления.
В контексте скорострельных многоствольных систем следует упомянуть, что подобная схема нашла применение и в артиллерйских ситемах. В 1874 году американский оружейник Гочкис (Рис.337) разработал многоствольную пушку.
Рис.337 - Бенджамин Беркли Гочкис (Benjamin Berkeley Hotchkiss), 1826-1885гг.
В 1856 году Гочкис (- видимо, более правильно писать: Хотчкисс) разработал удачную конструкцию полевого орудия, патент на изготовление которого приобрело мексиканское правительство. В том же году совместно со своим братом Эндрю он усовершенствовал орудие, изобретя инновационный снаряд для нарезной артиллерии, состоявший из двух чугунных частей, залитых свинцом, легко принимавшим форму канавок ствола. Это позволило добиться потрясающей на те времена точности. Спустя еще некоторое время Гочкисы изобрели особый вид пороха для применения в полевой артиллерии. Кроме того, Бенджамин участвовал в разработке улучшенного ударного взрывателя. В результате боеприпасы Гочкисов для нарезных орудий были самыми применяемыми во время Гражданской войны в США. В 1867 Гочкис перебирается во Францию, где основал компанию — Hotchkiss et Cie, первая фабрика которой находилась в Вивье, рядом с Родезом, в 1875 году компания переехала в Сен-Дени, ближе к Парижу. Гочкис принялся за разработку вооружения. Первым изобретением новой компании Hotchkiss стала многоствольная пушка Hotchkiss gun (Рис.338), которая имела пять стволов и могла стрелять со скоростью 43 снаряда в минуту на дистанцию свыше 1500 м.
Рис.338 – Многоствольная пушка Гочкиса, 1874г.
Принцип действия многоствольной пушки Гочкиса был близок к револьверной системе - вращались не стволы, а чередовалась подачи патрона к каждому стволу. (Рис.339)
Рис.339 – Принцип действия многоствольной пушки Гочкиса.
Многоствольные пушки Гочкиса, помимо скорострельности, отличались кучностью стрельбы. Они нашли шировкое распространение во многих странах мира и выпускалась в нескольких модификациях, которые отличались диаметром стволов: 37 мм и 40 мм для сухопутных войск, а также 47 мм и 57 мм для ведения морского боя. (Рис.340)
Рис.340 – Револьверные пушки Гочкиса в деле.
* Пулемет Максима.
Первый автоматический пулемет, действующий от энергии патронов, был изобретён американцем X. С. Максимом (Рис.341).
Рис.341 - Хайрем Стивенс Ма́ксим (Hiram Stevens Maxim), 1840 – 1916гг. Изобретатель и оружейник еврейского происхождения.
Ма́ксим родился в США. После окончания начальной школы работал на заводах в Фитчбурге, Бостоне и Нью-Йорке в должности чертёжника и мастера. В это время Максим изобретает различные устройства: машины для добывания светильного газа, питания паровых котлов водой и др. Пишут, что уже в 1873 году изобретатель Хайрем Максим создал первый образец автоматического оружия, но испытания и практическое применение этого оружия были прекращены, Максима увлекла электротехника. Изучив электротехнику, Максим в 1877 совместно с Вильямсоном и др. основал компанию, занимавшуюся электрическим освещением, и в 1881 году на выставке в Париже выставлял несколько моделей динамо-машин и ламп накаливания. К этому периоду относятся несколько споров между Максимом и Эдисоном из-за патентов на лампы накаливания. Из Парижа Максим не возвращается в США, а переезжает в Англию. В 1882г. в Вене Максим встретил знакомого американца, и тот, сказал: «Бросай свою химию и электричество. Если хочешь заработать кучу денег, придумай что-нибудь, что позволит этим европейцам ещё лучше перегрызать друг другу глотки…». Увы, имя этого мудреца не сохранилось для истории. Таким образом, Максим возобновляет работы по своему пулемету.
Максим решил использовать энергию отдачи оружия, которая до этого никак не использовалась. По словам изобретателя, идея использования энергии отдачи для перезарядки оружия родилась из-за сильной отдачи при стрельбе из ружья, испытанной им в детстве.
По мере выстрела пороховые газы отправляют ствол назад, приводя в движение механизм перезаряжания, извлекающий из матерчатой ленты патрон, досылающий его в казённик и при этом одновременно взводящий затвор. После производства выстрела операция повторяется заново. (Рис.342)
Рис.342 – Схема работы механизма перезаряжания (поршня) под воздействием пороховых газов.
В результате скорострельность стрелкового оружия увеличилась на порядок по сравнению с винтовками - до 600 выстрелов в минуту, а механика стрельбы стала заметно удобнее по сравнению с пулеметом Гатлинга, который осуществлял стрельбу за счет ручного или электрического привода.
В 1884г. (по другим сведениям, в 1883г.) пулемет Максима Metralhadora был воплощен в реальном образце. (Рис.343)
Рис.343 - Хайрем Максим со своим пулемётом Metralhadora.
Пулемёт «Максим» был предназначен для поддержки пехоты огнём, а также для подавления огня противника и расчистки пути пехотинцам при наступлении, или для прикрытия при отступлении. В обороне пулемёт «Максим» боролся с огневыми точками противника, для обстрела открытых подступов.
Новым изобретением всерьез заинтересовался присутствовавший на испытаниях Metralhadora британский банкир Натаниэль Ротшильд, согласившийся финансировать разработку и производство пулемёта. «Оружейная компания Максима» начала изготовлять и рекламировать пулемёты, показывая их работу во многих государствах - в Швейцарии (Рис.344), Италии, Австрии, России.
Рис.344 - MG 00 (Maschinengewehr Modell 1900) — первый швейцарский вариант пулемета Максима.
В 1888г. фирма Максима объединилась с компанией Норденфельта, которая выпускала скорострельные пушки. Не прекращалось совершенствование конструкции пулемета, в результате, удалось добиться отменной живучести и надёжности нового оружия. (Рис.345)
Рис.345 – Вверху - один из самых первых вариантов пулемёта «Максим», без кожуха водяного охлаждения; внизу - пулемет 7,5-мм пулемёт «Максим» образца 1894 года.
В 1896г. (по другим сведениям, в 1897г.) объединённая компания Maxim Nordenfelt Guns and Ammunition Company была куплена компанией Vickers (Рис.346), Sons & Co Limited, и на свет появилась Vickers, Sons and Maxim, Limited.
Рис.346 - Thomas ('Tom') Edward Vickers V.D. (1833 – 1915гг.), председатель (ген. директор) компании Vickers, Sons & Co Limited.
Компания основана в 1828 году в Шеффилде как завод по производству стали, открытый мельником Эдвардом Виккерсом и его дядей Джоджем Нэйлоном - Naylor Vickers & Co.
В 1854 году компания перешла к сыновьям Виккерса — Томасу и Альберту.
В 1867 году компания сменила название на Vickers, Sons & Company.
Под руководством T.E.Vickers компания стала лидером по производству стали (говорят, использовали немецкую разработку Riepe process).
С 1896г. компанией Vickers Sons and Maxim начал выпускаться пулемет Максима. В конце 1899 года пулемёт Максима, произведенный под британский патрон калибра .303 (7,7 мм) выдал 15 тыс. выстрелов без каких-либо серьёзных затруднений. Пулемет был принят на вооружение британской армии. Вскоре пулеметы Максима были приняты на вооружение и производись в России (в марте 1904 года был подписан контракт на производство пулемётов «Максим» на Тульском оружейном заводе (Рис.347)) и Германии (с 1908г. немецкий вариант получил обозначение MG 08 (Рис.348)).
Рис.347 – Русский пулемет «Максим» обр.1910г.
Рис.348 – Немецкий MG 08 (Maschinengewehr 08) — вариант станкового пулемёт Максима под немецкий винтовочный патрон 7,92×57 мм.
Впервые пулеметы были массово применены в англо-бурской войне 1899—1902гг. Новое оружие использовалось также в русско-японской войне 1904—1905 годов.
В 1912г. британская армия приняла на вооружение вариант .303 Vickers Machine Gun (Рис.349).
Рис.349 - .303 Vickers Machine Gun.
Виккерсы немного отличались от базовой модели: замок был повёрнут на 180 градусов так, что нижний спуск обращён вверх - это давало возможность снизить высоту и вес короба; крышка короба разделена на две половины (передняя половина крышки закрывает приёмник, а задняя половина закрывает короб), обе части зафиксированы на одной оси; затыльник откидной, прикреплённый к коробу двумя засовами (верхним и нижним).
Виккерс стал практически основным тяжёлым автоматическим оружием пехоты в армии Великобритании вплоть до начала 1960-х годов. Помимо Великобритании виккерсы также производили в Австралии, Португалии. Что касается США, то только перед вступлением в Первую мировую войну военное министерство оценило это оружие и в конце 1916 года заказало оружейной компании «Кольт» 4000 пулемётов виккерс.
Вслед за тяжелыми пулеметами Максима появились более легкие ручные автоматические пулеметы, первый их них - датский Мадсена (Рис.350), разработан в 1890г., запущен в серийное производство в Копенгагене фирмой «Dansk Rekylriffel Syndikat» в 1900г.
Рис.350 – Ручной пулемет Madsen.
* Огнемет.
Еще одной новинкой, подоспевшей к Первой мировой войне, годной к установке на шасси боевой машины явился огнемет. Огнемёт — оружие, поражающее цель огнесмесью - горящим веществом, обжигающим или поджигающим цель.
Прообразом огнемёта можно считать знаменитый «греческий огонь» - древнее оружие, при помощи которого византийцы поджигали, как правило, суда противника в морских сражениях.
Прототип греческого огня появился предположительно в 190 до н. э. во время защиты острова Родос. Но ещё в 424 году до н. э. в сухопутном сражении при Делии древнегреческими воинами из полого бревна выпускалась некая зажигательная смесь сырой нефти, серы и масла.
Собственно «греческий огонь» был изобретён в 673 г. инженером и архитектором Каллиником из сирийского Гелиополя (современный Баальбек в Ливане), который, по-видимому, сконструировал специальное метательное устройство — «сифон» — для метания зажигательной смеси. Каллиник бежал в Византию и там предложил свои услуги императору Константину IV в борьбе против арабов.
Установка с греческим огнём представляла собой медную трубу - сифон, через который с грохотом извергалась жидкая смесь. В качестве выталкивающей силы использовался сжатый воздух или мехи, наподобие кузнечных. Предположительно, максимальная дальнобойность сифонов составляла 25 - 30 м, поэтому изначально греческий огонь использовался только во флоте, где представлял страшную угрозу медленным деревянным кораблям того времени. Кроме того, по свидетельствам современников, греческий огонь ничем нельзя было потушить, поскольку он продолжал гореть даже на поверхности воды.
Впервые сифоны с греческим огнём были установлены на византийских дромонах во время битвы при Киликии. (Рис.351)
Рис.351 - Использование греческого огня. Миниатюра Мадридского списка «Хроники» Иоанна Скилицы.
Историк Феофан так писал о сражении: «в год 673 ниспровергатели Христа предприняли великий поход. Они приплыли и зазимовали в Киликии. Когда Константин IV узнал о приближении арабов, он подготовил огромные двухпалубные корабли, оснащённые греческим огнём, и корабли-носители сифонов… Арабы были потрясены… Они бежали в великом страхе».
Благодаря «греческому огню» в 718 году была одержана еще одна крупная морская победа над арабами. В 941 году византийцы с помощью «греческого огня» разгромили подошедший к Константинополю флот князя Игоря Рюриковича. В 1106 году греческий огонь был применён против норманнов во время осады Дураццо (Диррахия). В XII веке греческий огонь известен был уже и англичанам, так как англы издавна несли службу в Византии в т. н. «варяжской гвардии». Греческий огонь применялся против венецианцев во время Четвёртого крестового похода (1202-1204гг.).
«Греческий огонь» также употреблялся при осадах крепостей. (Рис.352)
Рис.352 - Осадная машина забрасывает замок бочками с греческим огнём, XIII век. Гравюра из “Harper’s Magazine”, 1869 год.
По некоторым сведениям, греческий огонь стоял на вооружении армии Тамерлана. Последнее упоминание об использовании греческого огня относится к осаде Константинополя в 1453 году Магометом II.
Известен средневековый китайский трактат, в котором описано китайское орудие, извергавшее пламя, причем воспламинение огнесмеси происходило за счет пороха.
После начала массового применения огнестрельного оружия на основе пороха, «греческий огонь» потерял своё военное значение, его рецепт был утрачен в конце XVI века.
В начале XVIII века инженер Василий Корчмин вооружил русские корабли сконструированными им огнемётными трубами и вместе с Петром I разработал наставление для их применения.
В 1898г. в 1-й саперной бригаде Русской армии проводились эксперименты по созданию огневых препятствий горящими струями керосина по идее капитана Михаила Антоновича Зигерн-Корна, показавшие хорошие результаты. Но у Главного инженерного управления (ГИУ) появились сомнения относительно сохранности трубопроводов, заложенных в брустверах, при обстреле укрепления артиллерией противника. У изобретения Зигерн-Корна имелся ряд слабых мест, в частности, способ воспламенения жидкости при ее выбрасывании из трубопровода и конструкция приспособления для выдавливания жидкости из резервуара в трубопровод. Но совершенствовать свой огнемет далее офицер не мог, так как добровольцем уехал на англо-бурскую войну сражаться на стороне буров.
Первый огнемёт современного типа создал немецкий учёный Рихард Фидлер в 1901 году. В 1901г. Германское патентное ведомство выдало Фидлеру патент № 134348 (Рис.353) на «Способ получения больших масс пламени».
Рис.353 – Титульный лист на патент Фидлера.
По Фидлеру огнесмесь выбрасывалась из резервуаров под воздействием сжатого воздуха.
Безуспешно объездив основные европейские столицы в попытках заинтересовать кого-нибудь своим ноу-хау, в январе 1909 г. Фридлер обратился к императору Николаю II с просьбой об испытании его огнеметных аппаратов. Немец утверждал, что они способны выбрасывать на значительные расстояния струи горящей жидкости, и поэтому могут применяться в военном деле при штурме фортов и укреплений, обороне и атаке позиций. Император поручил ГИУ провести в марте 1909г. на полигоне в Усть-Ижоре испытание аппаратов Фридлера в присутствии начальника управления. Изобретатель продемонстрировал три типа огнеметов.
Малый огнемет представлял собой стальной ранец, заключавший горючую жидкость, и приспособление для его носки на спине при помощи ремней. К стальному баллону с горючей жидкостью привинчивался стальной сосуд с жидкой углекислотой. Рабочее давление 6-8 атмосфер, вес пустого аппарата - 10 кг, наполненного жидкостью - 30 кг. (Рис.354)
Рис.354 - Испытание первого германского малого (ранцевого) огнемета на полигоне Усть-Ижора под Санкт-Петербургом, 1909 г. (фотография из работы Карагодина К. Н., 1919).
Средний огнемет имел ту же конструкцию, что и легкий, но был больших размеров и переносился четырьмя людьми. Вес пустого аппарата около 60 кг, с жидкостью - около 200 кг, рабочее давление 6-8 атмосфер, длина рукава - 20 м. (Рис.355)
Рис.355 - Испытание первого германского среднего (траншейного) огнемета на полигоне Усть-Ижора под Санкт-Петербургом, 1909 г. (фотография из работы Карагодина К. Н., 1919).
Тяжелый огнемет (или возимый, т.е. станковый) состоял из резервуара с жидкостью длиной 1,6 м, диаметром 1 м, двух цилиндров с жидкой углекислотой, рукава, длиной в 20 м и металлической трубы, выбрасывающей жидкость. Последняя помещалась на треноге с металлическим щитом с прорезами, затянутыми слюдой для защиты лица огнеметчика от жара. Без жидкости вес огнемета составлял 500 кг, а с жидкостью - 1200 кг.
Фидлер утверждал, что на средний и тяжелый аппараты можно установить шланг длиной в несколько сотен метров, и они будут работать.
От огнемета Зигерн-Корна огнеметы Фидлера отличались наличием автоматического зажигателя и использованием сжатого газа для выбрасывания огнесмеси. В целом все три аппарата показали себя на испытаниях хорошо, однако приобретать патент военное ведомство не стало по нескольким причинам. В малом аппарате не был предусмотрен механизм прекращения его работы в случае, если управляющий им человек будет убит или ранен. При таком раскладе огненная струя могла оказаться повернутой на своих. Средний и тяжелый огнеметы рассматривались непригодными для полевой и осадной войны по причине их веса, необходимости иметь при себе большие запасы горючей жидкости, а также, вследствие большого количества времени, которое требовалось для их заряжания и установки. Были опасения, что люди, использующие их в осадной войне, будут открыты для поражения снарядами и пулями противника, при этом сами аппараты будут легко пробиты и горючая жидкость под давлением разольется по траншеям.
Фидлер впоследствии усовершенствовал свои аппараты. Конструктивно последующие огнеметы соответствовали трем типам аппаратов Фидлера. Они представляли собой резервуары, содержащие горючие жидкости, выбрасывающиеся силой сжатого воздуха или какого-то другого газа через гибкий рукав, заканчивающийся брандспойтом. При выходе из брандспойта жидкость посредством специального автоматического приспособления поджигалась.
Для успешного огнеметания было необходимо, чтобы горючая жидкость обладала следующими качествами: 1) легкой воспламеняемостью; 2) способностью достигать высоких температур при сгорании; 3) способностью производить зрительный эффект; 4) дешевизной. Обычно горючая жидкость для снаряжения огнеметов представляла собой смесь нефти с бензином и керосином. Количественные соотношения веществ в смеси менялись в зависимости от времени года, качества нефтепродуктов, системы огнеметов и пр. Британцы использовали для огнеметания раствор желтого фосфора в сероуглероде, причем этот раствор разбавлялся большим количеством скипидара. Попав на кожу или одежду, он самопроизвольно воспламенялся через несколько секунд, без поджигания. Французы употребляли смесь легкого каменноугольного масла с бензолом в различных сочетаниях в зависимости от времени года. Применявшиеся германцами «синее», «желтое» и «зеленое» масла состояли из смеси различных продуктов, получаемых при перегонке каменноугольной смолы.
Огненная струя выбрасывалась на дальность от 15-35 м (ранцевые огнеметы - их было два типа: малый и средний), до 40-60 м и более (тяжелые огнеметы - полутраншейный и траншейный). Струя огнесмеси, выбрасываемой тяжелыми огнеметами, обладала еще и большой ударной силой.
Есть сведения, что огнемёты применялись уже в Балканских войнах (1912—1913гг. и 1913 года) для уничтожения огневых точек противника. Оказалось, что огнемёт кроме поражающего действия оказывает сильное деморализующее воздействие на противника: были отмечены случаи, когда солдаты бросались в бегство только при одном появлении огнемётчиков.
* Итоги.
К началу Первой мировой войны появились и даже достигли некоторого технического совершенства все основные конструктивные элементы, пригодные для конструирования боевой машины типа «танк»: двигатели (паровые, внутреннего сгорания, электрические), движители (высококолесные, гусеничные, полугусеничные), стальная броня, вооружение (скорострельное артиллерийское, автоматическое стрелковое, огнеметы).