Пушки и снаряды. Вклад одного из ученых в Победу.

В дополнение к материалу https://aftershock.news/?q=node/412502 выложу фрагмент воспоминаний одного из наших ученых - Алексея Антоновича Ильюшина (очень, говорят, обижался, когда его путали с авиаконструктором).

Итог работы:

В 1942 году новые методы расчетов, проектирования, технологии производства снарядов и нормы их военной приемки не только были признаны, но и стали законом. Удалось от трудоемкого литья и сложных токарно-фрезерных работ перейти к элементарной штамповке снарядов, причем не из дорогостоящей стали, а из пластичного, так называемого сталистого чугуна. Только отмена термообработки давала экономию десятков тысяч тонн топлива. Была ликвидирована шлифовка, снизились нормы приемки. "Снарядный голод" резко пошел на убыль, вскоре появился даже избыток снарядов. Только тогда у военного командования появилась возможность организовывать крупномасштабные операции типа Сталинградского артиллерийского кольца.

Источник "Наука и жизнь" №2, 1998

Работа на оборону

Пришла война, и все беды обрушились сразу. Наши войска, отступая и оставляя в тылу у немцев военные базы, технику и боеприпасы, оказались перед "снарядным голодом". Вся артиллерия - полевая, танковая, авиационная, морская - без снарядов становилась бессильной. Таково было положение под Москвой в ноябре - декабре 1941 года.

В это время Государственный комитет обороны принял решение срочно увеличить производство артиллерийских снарядов за счет упрощения технологии их изготовления при безусловном обеспечении безопасности выстрела. Это подписанное Сталиным, требующее неукоснительного исполнения распоряжение, по-видимому, было воспринято в Президиуме АН СССР как поручение металлургам-технологам. Во всяком случае, директор эвакуированного в Татарию Института механики АН СССР Б. Г. Галеркин узнал о нем уже в Казани, и ему казалось, что механики тут ничего сделать не могут.

Мой приезд в Казань в это время был следствием ряда случайностей. 16 октября 1941 года вместе с группой других ученых я выехал из Москвы последним поездом в Ашхабад. Понимая бессмысленность и бесцельность этого путешествия, я выдумывал разные способы возвращения, но движение поездов в сторону Москвы в то время было категорически запрещено. В Перми я "совершенно случайно" оставил поезд и попал на буксирный пароход. На нем путь мой лежал вниз по Каме, вверх по Волге, и вот - я в Казани. В Институте механики АН СССР при первой же встрече с Б. Г. Галеркиным я в деталях узнал содержание распоряжения Комитета обороны и вплотную занялся этой проблемой.

Уже в ноябре 1941 года я начал исследовать развитие деформационных подходов в теории пластичности. Буквально за два месяца удалось создать фундамент теории малых упругопластических деформаций и доказать, что простейшая деформационная теория пластичности физически достоверна для простых (пропорциональных) нагружений. Необходимо только, чтобы процессы нагружений могли существовать одновременно во всех точках внутри тела. При соблюдении этих условий получаемые расчетные результаты совпадают с опытными, и за правильность расчетов можно ручаться. Это было доказано рядом теорем. Главным же теоретическим итогом этих исследований стало создание так называемого "метода упругих решений конкретных задач".

Все эти общие теоремы и методы были созданы для того, чтобы разобраться в явлениях, происходящих в артиллерийском снаряде при движении по каналу ствола. Они помогли обосновать возможность нового подхода к изготовлению артснарядов и коренным образом изменить, упростить и удешевить их проектирование и расчет, а главное - производство и военную приемку. До конца войны мы с С. М. Поповым и сотрудниками кафедры теории упругости МГУ и Института механики АН СССР, где я также заведовал отделом прочности, провели большую научную работу по артиллерийским снарядам.

Чтобы получить представление о расходе артснарядов во время военных действий, достаточно сказать, что значительно больше половины всего производимого в стране черного металла идет не на корпуса танков, самолетов, кораблей и строительные конструкции, а именно на артснаряды.

К началу войны артиллерийский снаряд представлял собой стальной, довольно толстостенный цилиндр со скругленной головной частью и слегка конической донной. Между ними по окружности располагался ведущий поясок, придающий снаряду вращение вокруг оси при движении по нарезам в канале ствола.

Передо мной встала проблема увеличить прочность снарядов при выстреле. Военная приемка на заводах проверяла тогда снаряды по наибольшей остаточной деформации корпуса. На полигонах снаряды отстреливали по мягким грунтам, собирали и индикаторами измеряли деформацию поверхности рядом с ведущим пояском: если она была меньше 0,25 миллиметра по диаметру, то снаряд считался годным, если нет - отбраковывался. Когда это условие прочности не выполнялось, забраковывалась вся партия, и их было много.

Налицо было явное противоречие: прочность снаряда определялась по остаточной, то есть пластической деформации, возникающей в нем при прохождении ствола, а проектирование и расчеты на прочность велись во всем мире методами теории упругости. Иными словами, мои предшественники не учитывали совместных деформаций ствола и движущегося в нем снаряда.

Отсюда понятен поворот моих научных изысканий от теории пластического течения к созданию теории малых упругопластических деформаций, точнее, к физически достоверной теории пластичности. Новая теория давала в расчетах на прочность надежные числовые значения основных параметров изделий. В это время нашу и без того "обескровленную" артиллерию настигла еще одна беда: случались, хотя и нечасто, преждевременные взрывы снарядов в каналах стволов, уничтожающие пушки и обслуживающие их солдатские расчеты.

В результате исследований удалось определить, что такое несущая способность корпуса снаряда и критерий ее сохранения, найти теоретически допустимые и остаточные прогибы, рассчитать нормы военной приемки. Что касается причин преждевременных взрывов снарядов в канале ствола, то были установлены эффект "трещины" - взрыв вследствие образования кольцевой трещины на внутренней поверхности корпуса под пояском и эффект "спички" - воспламенение взрывчатки из-за трения при проталкивании ее силами инерции на очень высокой скорости от головной к донной части корпуса.

В 1942 году новые методы расчетов, проектирования, технологии производства снарядов и нормы их военной приемки не только были признаны, но и стали законом. Удалось от трудоемкого литья и сложных токарно-фрезерных работ перейти к элементарной штамповке снарядов, причем не из дорогостоящей стали, а из пластичного, так называемого сталистого чугуна. Только отмена термообработки давала экономию десятков тысяч тонн топлива. Была ликвидирована шлифовка, снизились нормы приемки. "Снарядный голод" резко пошел на убыль, вскоре появился даже избыток снарядов. Только тогда у военного командования появилась возможность организовывать крупномасштабные операции типа Сталинградского артиллерийского кольца.