Выбрался на прошедших выходных в Центральный музей железнодорожного транспорта узнал массу нового, особенно про наш метрополитен - экскурсию проводила бывшая его сотрудница. Проводила, надо сказать, замечательно - интересно и для детей младшего школьного возраста, которых было несколько, и для взрослых. Потом прошелся по залам, про два заинтересовавших меня экспоната расскажу своим читателям.
Прибор ПО-1 для пробивания отверстий в рельсах, 1958 г.
Предназначен для пробивания отверстий в шейках рельсов Р-38, Р-43, Р-50 при восстановлении железных дорог в условиях военного времени.
Размеры - 707х208х43 мм; вес- 24 кг; диаметр ствола - 40 мм; диаметр пробивного отверстия – 30 мм; время пробивания одного отверстия с установкой прибора на рельс – 1 мин.; употребляемый заряд – винтовочный патрон калибра 7,62 мм с извлеченной пулей и обжатым дульцем.
Пороховой рельсолом ПР-1, 1952 г
Предназначен для обрубания кривых концов и отторцовки рельсов Р-38, Р-43, Р-50 при восстановлении железных дорог в условиях военного времени.
Длина отламываемого куска 250 мм и более; неровность поверхности излома – не более 5 мм; количество выстрелов на излом - 2; употребляемый заряд – винтовочный патрон калибра 7,62 мм с извлеченной пулей и обжатым дульцем.
Нашел советский патент SU93640A1 на пороховой рельсолом с датой приоритета 14.08.1951 выданный Исаеву К.С. и Толмазову А.Ф. Согласно описанию к патенту, пороховой рельсолом был новым решением, пришедшим на смену винтовым прессам, ломающим предварительно надрубленные рельсы и гидравлическим рельсоломам. Текст патента с иллюстрациями нетрудно найти, работа устройства там понятно объясняется.
Выпускались ПО-1 и ПР-1 а поселке Томилино на Центральном военно-железнодорожном заводе (сейчас АО "41 Центральный Завод") , принятом в эксплуатацию в декабре 1951 года и включенном, на основании директивы Генерального штаба Советской армии в состав железнодорожных войск 15.06.1952.
До сих пор это оборудование, правда более поздних модификаций (ПО-1А и ПР-1А) продается с хранения, в защитной смазке и упаковке.
Рельс Р-43
Посмотрел до сих пор действующий стандарт - ГОСТ 7173-54 Рельсы железнодорожные типа Р43 для путей промышленного транспорта. Конструкция и размеры. Р-43 могли также применяться на жд путях МПС, используются и в настоящее время. Материал – углеродистая сталь.
Сразу вспоминается обсуждаемая в подростковом возрасте тема, можно ли из АКМ пробить железнодорожный рельс. Сейчас-то данные доступны, а тогда приходилось верить разным байкам. Самому испытать не довелось – первые пол-года службы у меня был АКМС, вне стрельбища стрелять не пришлось. Потом часть перевооружили на АК-74 – и если и удавалось несколько патронов зашкерить, то по банкам стреляли.
ПР-1 ломает рельс одним зарядом (возможно) или двумя (гарантировано), мощь впечатляет. Прикинем, откуда что берется.
Винтовочно-пулеметный патрон 7,62x54R с извлеченной пулей. Как это работает.
Для ПО-1 и ПР-1 использовался стандартный винтовочный патрон с извлеченной пулей, после извлечения дульце гильзы обжималось «звёздкой». Можно предположить, что результат получался похожим на холостой винтовочно-пулеметный патрон 7,62x54R (на рисунке выше).
Предположим, использовался самый распространенный патрон с латунной гильзой и лёгкой пулей со свинцовым сердечником обр.1908 г. Порох – бездымный, пироксилиновый. Масса порохового заряда 2,5 – 3,1 грамм, примем для расчетов среднее значение – 2,8 г. Вес патрона после удаления пули примерно 11 г, длина гильзы 53,4 – 53,7 мм, объем – 4 см³
При сгорании пороха он выделяет тепло и большое количество газов, которые выполняют полезную работу – толкают поршень, с которым соединен пуансон (ПО-1) или ударная часть порохового пресса (ПР-1).
Запас работы, сосредоточенный в 1 кг пороха, зависит, прежде всего, от количества тепла, выделяемого при сгорании и охлаждении газов и от объема выделяющихся газов. Для 1 кг пироксилинового пороха количества тепла составляет Q ≈ 3770 кДж, W = 900 - 970 дм³. Если принять массу пороха в патроне равной 2,8 г, нетрудно посчитать, что в этом случае Q ≈ 10,6 кДж, W = 2,5 -2,7 дм³.
На этом, пожалуй, я остановлюсь – о порохах, баллистике и тепловых машинах я представления абсолютно не имею. Для простоты рассмотрим только тепловую энергию сгорания пороха и сравним ее с энергией заряженного аккумулятора с весом и размером того же порядка, что и патрон.
Патрон и аккумулятор. Энергия и Мощность.
Взял данные первого попавшегося никель-металлгидридного аккумулятора: напряжение 1,2 В; ёмкость 1000 мА*ч, вес 15,2 г. Размеры показаны на чертеже, по ним можно определить объем, если взять размеры в середине допусков, он составляет примерно 4,2 см³. Рассчитаем полную энергию, запасенную заряженным аккумулятором, как Wh = U × Ah = 1,2 Вт-час. Чтобы перевести в систему СИ надо умножить на 3600, и получим примерно 4,3 кДж.
Чтобы сравнить аккумулятор с патроном 7,62х54R посчитаем удельные мощности электрической энергии аккумулятора и тепловой патрона в расчете на 1 см³ объема и 1 грамм веса.
Аккумулятор: 4,3 кДж на 4,2 см³ и 15,2 г., получаем 1 кДж/см³ и 0,28 кДж/г.
Патрон: 10,6 кДж на 4 см³ и 9,5 г, получаем 2,65 кДж/см³ и 1,1 кДж/г.
Как видим, цифры для патрона выше, но они того же порядка, и, на первый взгляд, могут показаться странными – если вставить в любую гипотетическую машину три аккумулятора (да хоть десять), рельс эта машина не сломает. Скажете, забыли про расширяющиеся газы, которые и толкают поршень ? Цифра (2,5 -2,7 дм³) тоже не впечатляет – ребенок надует шарик большего объема. Надо добавить к этому низкий КПД тепловой машины (чисто гипотетически предположим, что у ПО-1 и ПР-1 он равен 30%). Как же тогда за счет источника с такой малой энергией удается сломать рельс (или, как вариант, пробить броню БТР) ?.
Все дело в мощности. Вспомним формулу для расчёта мощности через энергию и время: Р = Е/t. Тепловую энергию холостого патрона мы уже знаем, ее и подставим в формулу. Пороховой заряд винтовочного патрона весом 2,8 г при выстреле сгорает примерно за 0,001 с.
Теперь осталось посчитать мощность патрона: P = 10.6 кДж / 1 мс = 10,6 МВт (Мега Ватт). Вычтем потери (КПД мы приняли за 30%) итого, округлив, получим полезную мощность примерно 3 МВт (если пересчитать в лошадиные силы, получим 4 079 л.с.). Достаточно, чтобы сделать отверстие в шейке рельса и сломать рельс (со второго уж раза – обязательно).
Использованные источники
1. Описание изобретения к авторскому свидетельству SU93640A1 . Пороховой рельсолом.
2. Богат умельцами завод. «Гудок», выпуск от 11.07.2002. https://gudok.ru
3. Мирный порох. Блог компании RUVDS.com, https://habr.com
4. 7,62-мм винтовочно-пулемётные патроны 7,62×54. Большая Российская энциклопедия, https://bigenc.ru
5. Патроны к стрелковому оружию. https://nastavleniya.ru
6. Основы стрельбы для студентов высших военно-учебных заведений, обучающихся по специальностям: «Испытание вооружения и военной техники» и «Боеприпасы и взрыватели», Новосибирск, 2012