Часть 3. Импульсная винтовка.
18 мая 2021 г., 16:42
Большое добро! Большое добро, сука! – Неизвестный воин огня, кинувшийся с шашкой на астартес
Доброго времени суток. В «твёрдом» арсенале вахе имеются уже два вида оружия Империума Человечества, время взяться и заЦель
Целью данной части является создание моделей кинетического пехотного оружия соответствующего заявленным ГВ характеристикам и внешнему виду.Общее устройство
Плазменный вариант
Для плазменного варианта используем рельсотрон ведущий огонь легкоплавкими селеновыми шариками диаметром 1.98 мм и массой 20 мг на скорости 16,9 км/с. https://sun9-53.userapi.com/impg/qJxSySFdlmIZHcssk4vTdtKGF1J3h3BC21af2A/_Q67fqSWHH4.jpg?size=1916x984&quality=96&sign=b038c03ef5bbc525b922b64fc1cfcf31&type=album На расплавление и ионизацию данной массы понадобиться 273 джоулей, что более чем на порядок меньше кинетической энергии снаряда. После покидания ствола плазма начнёт расширяться со скоростью Vрасш = √(3R*T/M)=√(3*8,31*958/78,6*10^-3) = 549 м/с. Расширение будет происходить до момента, пока внутреннее давление плазмы не будет уравновешено внешним. Из-за малого времени взаимодействия процесс можно рассмотреть, как изотермический. V=υRT/P = 2,53*10^-4*8,31*960/101325= 1,99*10^-5 м^3. Это соответствует сфере радиусом 16,8 мм (диаметр 33,6 мм). То есть снаряд увеличит свой диаметр в 16,96 раз. Это займёт 28,7 микросекунд и произойдёт на расстоянии 48 см от дульного среза. Как видим, возникающая ситуация будет близка к мельтагану. Несмотря на то, что у винтовки тау первоначальный угол расхождения луча намного меньше, он тем не менее не позволяет доставлять энергию цели компактным сгустком. При этом в отличии от мельты, источником энергии будут разного рода накопители, имеющие гораздо меньшую плотность энергии. Конечно, вы можете мне предъявить использование неправильных материалов перемычки. Чтож, попробуем использовать элемент с как можно большим атомным номером для уменьшения скорости разлёта. Возьмём обеднённый уран и пока пренебрежём энергией его испарения и ионизации. Vрасш = √(3R*T/M)=√(3*8,31*4111/240*10^-3) = 653 м/с. V=υRT/P = (20*10^-6/240*10^-3)*8,31*4111/101325= 2,8*10^-4 м^3. Это соответствует сфере диаметром 80 мм, устанавливающейся через 62.2 мкс на дистанции 1 метра от среза ствола. Ладно попробуем использовать саму тяжёлую и легкоплавкую вещь из имеющихся. Висмут. Vрасш = √(3R*T/M)=√(3*8,31*1837/209*10^-3) = 468 м/с. V=υRT/P = (20*10^-6/209*10^-3)*8,31*1837/101325= 1,4*10^-5 м^3. 3 см диаметра, стабилизация через на 54 см от ствола. Как прекрасно видно мы вновь приходим к схеме мельтагана с атмосферной стабилизацией пучка. Более того, минимальная дистанция между плазменными выстрелами будет для висмута (https://sun9-25.userapi.com/impg/oAGQcartZ8Q71qQt_bjFT4FWKBlTGoCWIv1Y9g/YdAvxm5K5-I.jpg?size=1912x968&quality=96&sign=ffad89c9d9fae4652d7287c0848d13ec&type=album): 85 мкс*17300 м/с = 1,47 метров. За это время молекулы воздуха пройдут дистанцию 28 мм, вновь вставая на пути следующего снаряда. Как итог глубина проникновения будет измеряться в лучшем случае метрами. Ни о какой дальнобойности и речи быть не может. К этому добавляется необходимость в чрезвычайно мощном и ёмком источнике питания, ставящего крест на затее самостоятельно разгонять плазму. Есть ли из этого выход? Да есть. Как видно из формул, нужна как можно более высокая молярная масса и как можно меньшая температура молекул. Идеальным вариантом будет низкотемпературный источник ионов, которые будет разгоняться и проходить магнитную линзу, а за ней нейтрализатор. Однако такие решения имею другое имя, а именно «ионная», «лучевая» или «корпускулярная пушка» (англ. Ion canon, particle beam canon, particle canon). Ионная винтовка у тау есть, а потому дальше будем рассматривать твердотельное исполнение импульсной винтовки.Твердотельный вариант
Существуют две основные схемы разгона макроскопического снаряда посредством электромагнитного взаимодействия. Это рельсотрон и пушка Гаусса (истинная, а не то что у некронов). Рельсы — отдельный, строго прописанный вид оружия тау, а потому возьмём в качестве твердотельного варианта схему Гаусса. Обладая множеством недостатков, данная система весьма сложна в реализации в качестве боевого оружия. Мастерить будем вновь в симуляторе Chidren of a Dead Earth. https://sun9-42.userapi.com/impg/edynJUFliPcJt_Wa-v-nh3pUwp9mwF2MvOzDFA/fElu9K1efjg.jpg?size=1910x1013&quality=96&sign=0bc774f7d762350e6339bfcc63e9fbf3&type=album В качестве боеприпасов будут использоваться трёх миллиметровые стрелки из сплава железо-кобальт-ванадий Hiperco alloy 50. Большой проблемой при создания данного оружия стала прочность ствола. Возникающая сила стремиться разорвать обмотку. Для решения данной проблемы пришлось пойти на крайние меры и использовать в качестве материала силовой конструкции углеродные нанотрубки. Если быть точным, вертикально ориентированные нанотрубки. В итоге получился ствол внешним диаметром 6,78 см и длиной 96 см. Для сравнения, толщина АК-74 составляет 7 см, что позволяет удобно держать данное оружие. Масса ускорительных катушек составит 455 грамм, а кожуха 735 грамм. Указанный в моделе перегрев орудия вытекает из расчёта на крайне высокую скорострельность, которая в данном случае будет сокращена до 3 выстрелов в секунду. В качестве системы стабилизации могут быть применены как классические нарезы в тонком стволе из магнитопрозрачного материала, так и раскрывающиеся после выхода из ствола стабилизаторы. Для стрельбы необходим источник энергии в 5.5 МВт. Таким может служить сверхпроводниковый накопитель [4], чья теоретическая удельная мощность достигает 100 МВт/кг, а ёмкость при применении алюминиевых сплавов в качестве силовых конструкций 40 кДж/кг. Каждый снаряд несёт энергию в 4.3 кДж, что при КПД 67.9% даёт постоянную мощность 19,21 кВт. Округлим до 20 кВт. Для минимизации массы сверхпроводникового стрельбового накопителя поставим его массой 160 грамм, что даст максимальную мощность в 16 МВт, более чем достаточно. Для запаса увеличим значение массы элемента до 200 грамм и поставим в двух экземплярах. Данное дублирование не только повысит надёжность оружия, но и позволит производить выстрел дуплетом или очередью предельно высокой скорострельности на манер АН-94 Абакан. Да, тут не будет отъезжающего назад ствола, но возможность тем не менее полезная. Из главы про лазган возьмём графен-нанотрубковый суперконденсатор удельной мощностью 200 кВт/кг и ёмкостью 676 кДж/кг[5]. Для 60 выстрелов понадобиться суперконденсатор массой 590 грамм, дающий мощность 118 кВт. Вновь всё вписывается. Отдадим ещё семьсот грамм на умную оптику. Полтора кг на гиростабилизатор. Магазин на 60 3 мм игл легко может быть выполнен массой 120 грамм (пустой металлический магазин м-16 на 30 патронов весит 113 грамм), а полный 300 грамм. Оставшиеся 2130 грамм пойдут на корпус. Как было сказано выше, перегрев при малом темпе стрельбы оружию не грозит. При 25 выстрелах в секунду ему потребуется 2.92 секунды на перегрев и 7.5 секунд на охлаждение. Тепловая нагрузка при заданном темпе стрельбы и двух стволах снизиться минимум в 48 раз. Дополнительной мерой может являться внедрение тепловых трубок для более эффективного снятия тепла с глубины материала. Данные обстоятельства вместе дают возможность применять пассивное охлаждение. Активная же альтернатива будет требовать ликвидации на порядок меньше тепла, чем лазган.Удобство обращения и огневая мощь
Общая длина импульсной винтовки без применения компоновки булпап может достигать 1300-1400 мм, что будет близко к следующим образцам. Винтовка Мосина (1306 мм), Маузер 98 (1250 мм), самозарядной винтовки Токарева (1226 мм), Barrett M107 (1440 мм). Первый и последние имеют массу 4.5 кг и 12.8 кг соотвественно, против 8 кг импульсной винтовки. Итого тяжелее и несколько длиннее винтовок второй мировой, но легче и немного короче антиматериального барета. Масса импульски лежит в районе единых пулемётов на манер ПКМ и М60Е3. Чтож, получается не самое удобное оружие, но вполне в пределах земных образцов. Рассмотрим отдачу. Импульс выстрела импульсной винтовки (ха!) составит 5,07 кг*м/с при трёх граммах массы и 1690 м/с начальной скорости, в то время как импульс пули 7.62*54 БЗТ 7,636 кг*м/с (9,2 грамм 830 м/с), что при большей длине ствола и массе у творения касты земли даст ещё более слабую отдачу. Сравним также с патроном 7,62*39 ПБ. 7,9 грамм 740 м/с дают 5,84 кг*м/с, всё ещё больше чем у ксенотеха. Итог: тяжёлая длинная винтовка с отдачей на уровне промежуточного патрона. Для определения огневой мощи важно помнить два момента. Первый, импульсное оружие было разработано в пик угрозы со стороны орков. Его важнейшим свойством должно быть останавливающее действие против этих чужих. Второе, бронебойность должна превышать таковую у тяжелого стаббера [7] [8] [9]. Обратимся к цитате из Only war, описывающей тяжёлый стаббер “Стабберы достаточно легки, чтобы стрелять «с рук», но чтобы компенсировать сильную отдачу, потребуются сошки. Это оружие также часто устанавливают на боевых машинах в качестве противопехотного оружия.” Внешне тяжёлый стабер соответсвует пулемёту браунинг М1919. Вариант с Крига более всего походит на MG42 https://imgur.com/PZkyK6Q. 8,25 мм при 750 м/с (у MG 42 7.92 мм и 750 м/с начальной скорости). Однако имеются и такие модели: https://vignette.wikia.nocookie.net/warhammer40k/images/3/31/LemanRussTank16.png , очень сильно напоминающие М2 браунинг. Следует держать это обстоятельство в голове. Теперь рассмотрим данную таблицу характеризующую требуемую для охоты на крупную дичь рану. https://cdn.discordapp.com/attachments/802537752506662913/827113893351784450/unknown.png Возьмём орка, как сверхкрупную дичь. Для нанесения ему смертельной раны в корпус и выведения из строя понадобиться рана диаметром 15 мм и глубиной 23-34 см. Возьмём дистанцию стрельбы в 200 метров, которую будем считать предельной дистанцией после которой противник должен быть гарантировано выведен из строя. В качестве снаряда у нас имеет стрела калибром 3 мм и массой три грамма из указанного выше сплава. В качестве метода повышения поражающего действия используем тупоконечный нос диаметром 1.5 мм и длиной 9 мм. Данный выбор был совершён мной после рассмотрения различных вариантов компоновки снаряда, дающий хорошее соотношение бронепробития и создание раневой полости. Игла будет иметь общую длину 56 мм. При вычислении баллистического коэффициента получим 0.586. Это при 200 метровой дистанции даст скорость столкновения 1527,4 м/с и 0.13 секунд подлётного времени. https://sun9-49.userapi.com/impg/Y_wKUl50_0W3t3Hj0iM3CSwCEn8HuNp7UReS0A/pg1cHYIdw3M.jpg?size=1612x557&quality=96&sign=2c2d1f2208810bd8b5fa05dda3667262&type=album При рассмотрении возникновения кавитационной полости переведём некоторые параметры иглы в имперскую систему исчисления. Скорость 1527.4 м/с = 5011,15 фут/с. Масса 3 грамма = 0,0066138 фунтов. Диаметр носа 1.5 мм = 0,059 дюймов. Для определения образования раневого канала воспользуемся формулой Вэрэла Смита для тупоконечной пули[6]. Cav(FN) (дюймы) = Скорость пули (f/s) x Диаметр носа (дюймы) / 225 — 0.725. Результат данного выражение после прибавления диаметра носика иглы даст значение раневого канала. Подставляем и получаем 0,059+5011,15*0,059/225-0,725=0,64 дюйма или 16.49 мм. Рассмотрим теперь глубину канала. Она будет составлять P.глубина(FN)(дюймы) = Вес пули(фунты) x Скорость пули (f/s)/ Диаметр носа(дюймы)/ 5 = 0,0066138*5011,15/0,059/5=112,24 дюйма или 285 см. Орка такая игла пройдёт насквозь, нанеся крайне болезненную рану превышающую минимально требующую для быстрого выведения крупной дичи из строя. Так же упомяну возникающее при прохождении снаряда динамическое давление https://cdn.discordapp.com/attachments/802537752506662913/827115494528122910/unknown.png оно отнюдь не благотворно влияет на окружающие ткани, даже те что не попали в кавитационную полость. Дальше определяем пробиваемость иглы, как для стального БОПСа http://www.longrods.ch/perfcalc.php. Результат пробития стальной гомогенной брони средней твёрдости по американскому стандарту для RHA: 400 м: 16,7 мм 300 м: 18,9 мм 200 м: 21,2 мм 100 м: 23,5 мм Для сравнения бронепробитие пуль тяжёлых стабберов Терры конца М2. 7,62-мм Б-30 7,62х54: 10 мм/200 метров — бронебойный 7,92×57-mm Mauser SmK: 10 мм/180 м — бронебойный 7.62х51 НАТО М61: 10мм/100м — бронебойный 7.62х51 НАТО FFV : 15мм/300м — бронебойный 12,7Х99 AP M1: 19 мм/100 м 12,7Х99 AP M2: 19 мм/183 м 12Х99 APT (1980г.): 18 мм/ 800 м, 25 мм/ 100 м — бронебойный 12,7Х108 мм Б32: 20 мм/ 200 м. 12,7Х108 мм БС41: 20 мм/800 м., 25 мм/ 100м. — бронебойный Для сравнения также можно взять бронебойность лазгана по той же стальной преграде на разных дистанциях. Сталь: 400 м: 10 мм 300 м: 15,4 мм 200 м: 30,2 мм 100 м: 97 мм превышение реалистичного соотношения длины тоннеля к диаметру. Предыдущий результат можно считать предельным бронепробитием. Как видно из этого сравнения, оружие тау превосходит по бронепробиваемости самое распространённое оружие Империума Человечества на дальней дистанции и не требует времени удержания цели в перекрестье более 1.12 мс (время выстрела для импульсной винтовки). Следует конечно помнить о ужасной огневой мощи лазеров на близких дистанциях с метрами разрезаемой плоти и абляцией тканей, а также их зажигательном действия и меньшей зависимости от линий снабжения. По сути каждый воин огня обладает легкой для своего класса автоматической антиматериальной винтовкой с отдачей меньше АКМ. Даже на километре игла продолжает лететь со скоростью 1 км/с и добирается туда за 0.77 секунды, требуя незначительную коррекцию прицела. Например пуля СВД на той же дистанции уже имеет 339 м/с скорости и летит аж 1.85 секунды https://sun9-24.userapi.com/impg/1V95Hm6WHU-j6HrHMCEL5_kw0X6fJpWHQaeCKA/KDeYhrTuWAY.jpg?size=1056x1027&quality=96&sign=2d673db75df417f321123cc380bb8033&type=albumИтог
Хотя импульсное оружие и потребовало применения нанотрубок и сверхпроводников, оно получилось вполне годным и разрушительным. Импульска во многих отношениях превосходит самое распространённое противопехотное пехотное оружие Империума человечества и во многом замахивается на тяжёлые образцы. Сравнение с болтерным оружием пока проводить рано, так как нет его разбора, но уже можно сказать, что в отношении массы боеприпасов и их объёмов импульска оставляет адептус астартес далеко позади. К импульсной винтовке можно прикручивать всякого рода умные прицелы, помогающие стрелку точно поражать цели на любой дистанции. Возможность стрелять дуплетом и короткими высокотемповыми очередями даст шанс быстро выводить из строя подобравшихся близко врагов. При этом возможно применение и более остроконечных боеприпасов с лучшей бесперебойностью и баллистикой, которые при прохождении доспеха будут частично разрушаться и также вести себя в теле, как тупоконечная игла. Остальное оружие по импульсной технологии будет работать аналогично. Импульсный карабин можно сделать по компоновке булпап и несколько укоротить ствол. Для работы на малых дистанциях следует применять боеприпасы с ещё более широким тупоконечным носиком, нанося максимально возможный ущерб. Роторная пушка вполне обоснована из-за возможности перегрева орудий в максимальном темпе стрельбы. Оставшиеся образцы также получаются экстраполяцией. Данная часть вышла весьма короткой из-за относительной простоты данного оружия не несущего каких либо изысков на манер подзарядки батарей от костра, хоть и времени с прошлой части прошло много. Чтож, постараюсь подыскать что-нибудь более необычное и интересное. Впереди у нас ещё много «твёрдого» оружия молота вечной войны. Да и другие аспекты на манер логистики не помешает рассмотреть… Список литературы: 1.Holzgrafe, Jeff, et al. "Effect of Projectile Design on Coil Gun Performance." (2012). 2.Marder, Barry. "A coilgun design primer." Magnetics, IEEE Transactions on 29.1 (1993): 701-705. 3. Bresie, D. A., and S. K. Ingram. "Coilgun technology at the Center for Electromechanics, the University of Texas at Austin." Magnetics, IEEE Transactions on 29.1 (1993): 649-654. 4. Pascal Tixador, «Superconducting Magnetic Energy Storage: Status and Perspective», Grenoble INP / Institut Néel – G2Elab, B.P. 166, 38 042 Grenoble Cedex 09, France 5. Q. Cheng, J. Tang, J. Ma, H. Zhang, N. Shinya, "Polyaniline modified graphene and carbon nanotube compositeelectrode for asymmetric supercapacitors of high energy density", National Institute for Materials Science, 1-2-1 Sengen, Tsukuba 305-0047, Japan, Doctoral Program in Materials Science and Engineering, University of Tsukuba, 1-1-1 Tennodai, Tsukuba 305-8577, Japan, Department of Physics and Astronomy, University of North Carolina at Chapel Hill, Chapel Hill, NC 27599-3255, USA 6. Veral Smith, «Jacketed Performance with Cast Bullets», Lead Bullets Technology, 1984 7. Dark heresy second edition: Enemy without 8. Only War Core Rulebook 9. Codex: Tau Empire 7th edition
