#вооружение #бронетанковое
Раз уж ранее коснулся этой темы, напишу ряд очевидных (и не всем очевидных) вещей про танковые пушки.
Людям разбирающимся в вопросе это не даст ничего, но тем, кто сравнивает только калибры орудий (и длины стволов) как некоторым, чертящим на картах радиусы действия ЗРК (взятые из Википедии, и только этим ограничиваются, ведь сами радиусы всё же наглядны, пусть и недостаточны) это может быть интересно. Писал про похожее и тут: https://fanfics.me/message369404.

Итак. Характеристики и конструкцию современных гладкоствольных пушек (далее - ГСП) в первом приближении определяет главная задача. Поражение других танков. Эту задачу выполняют стреляя из них бронебойным подкалиберным оперённым снарядом (далее БОПС). Оперенный он потому что нет стабилизации вращением, подкалиберный потому что чем выше относительное удлинение снаряда, вернее его подкалиберной части (с некоторым пределом, рожденным необходимостью стабильного полёта и физикой взаимодействия с бронёй) тем выше бронепробитие.

Это вот такая штуковина (дана в виде разрезного макета):

https://ru.wikipedia.org/wiki/Бронебойный_оперённый_подкалиберный_снаряд
(тут подробнее и более-менее корректно)

Начальная скорость (а следовательно и проистекающие из неё настильность, дальность прямого выстрела, итд) у всех современных и перспективных снарядов такого типа примерно одинакова (чуть ниже у урановых, больше - у вольфрамовых).
С превышением этой оптимальной начальной скорости падение энергии от трения о воздух в первом километре пути происходит настолько стремительно, что через этот километр до цели доходит меньшая кинетическая энергия снаряда, чем если бы он был выпущен с меньшей начальной скоростью, но будь его сердечник тяжелее. Это помимо КПД орудия как тепловой машины и как-то связанной с ней скоростью расширения бездымных порохов.

Потому все перспективные орудия конструируются с целью получить большую кинетическую энергию БОПС-а путём увеличения энергии снаряда. Т.е. с целью метнуть с заданной скоростью как можно более тяжёлый БОПС (с высоким относительным удлинением сердечника).

Пушка - это тепловая машина, в которой теплота сгоревшего в неё пороха (т.е. полученных пороховых газов) превращается в кинетическую энергию снаряда. Работу эту можно подсчитать отбросив ряд потерь довольно просто: проинтегрировать кривую давления в стволе непосредственно за снарядом (обтюрирующими его устройствами, которые у БОПС желательно размещать перед центром масс сердечника) по длине ствола, умножить на сечение ствола (площадь круга диаметром с калибр орудия в случае ГСП).

Если убрать начала высшей математики, то всё ещё проще. Перемножить надо _усреднённое_ давление в стволе на площадь сечения ствола (внутренней части) и на длину ствола. Получится примитивная школьная формула механической работы: произведение силы (= давление на площадь) на пройденный путь.

Отсюда вывод: надо увеличивать эти три показателя. Т.е. длину ствола, давление в нём и диаметр ствола.

Теперь "нюансы". Давление по длине ствола за снарядом стараются выравнивать так, чтобы на протяжении всего ствола тепловая энергия пороховых газов использовалась равномерно. Снаряд разгоняется так более плавно, подвергаясь при прочих равных меньшим нагрузкам (и подвергая им сам ствол), масса ствола получается меньше, так стенки сопротивляются высокому давлению не только у казённика, а значит его выравнивая по длине у самого казенника можно снизить. Площадь под кривой давления по длине получится той же, а значит и работа - одинаковой (про трение пока умолчу так как не вся работа превращается в кинетическую энергию снаряда).

(для иллюстрации, тут пуля а не снаряд, но физика та же)

Поэтому же в зависимости от длины ствола в огнестрельном оружии подбирают и тип пороха. В гильзе винтовочного патрона хлопья/цилиндры больше размером чем в пистолетной, так как в коротеньком стволе пистолета должен успеть сгореть весь порох. Винтовочный/ружейных порох горит медленнее (и потому когда из ружья или винтовки делают обрез, стрельба из него и сопровождается догоранием пороха за стволом - шумным и ярким). Гранулы же пороха в танковых и артиллерийских орудиях ещё больше.

Увеличение длины ствола - путь имеющий свой предел. Перечислю причины: с увеличением длины орудия усложняется его производства и цена. Сложнее маневрировать танку в поле и тем более в городской застройке. Чаще происходят утыкания орудия в землю, задевания им строений, что вредит и стволу и приводам наводки (весьма точным).
Длинный ствол, у которого ещё и не стали делать толще стенки имеет иную частоту собственных колебании и вообще более упруг, что снижает показатели точности орудия. Прирост скорости (и энергии снаряда) с дальнейшим увеличением длины орудия (для удобства её измеряют в калибрах - т.е. не в абсолютной величине, а относительной: относительно диаметра ствола в случае ГСП) даёт всё меньший и меньший выигрыш.
Растут удельные потери на трение - часть где снаряд летит уже очень быстро растёт, а в ней снаряду передаётся всё меньше и меньше энергии.

Именно поэтому американцы не стали переходить на 50 и более калиберный ствол для "Абрамса". Перешли на такой немцы (и прочие любители экологии), так как они использую вольфрамовые снаряды с меньшим бронепробитием чем у урановых.

Кроме того все современные ГСП стабилизированы, а потому для того чтобы не делать приводы вертикальной наводки орудия танка размером с сам танк, центр масс орудия (со стволом, затвором, противооткатными устройствами, маской орудия если она качается вместе и всем-всем прочим) должен проходит через ось качания - т.е. через оси цапф орудия. И всякая лишняя масса на конце ствола (трубы) орудия (туда же кожухи, дульные тормоза) усложняет эту задачу уравновешивания орудия.

Теперь коснёмся диаметра орудия. С ростом диаметра растёт как жёсткость трубы, так и требования к точности её изготовления. Резко растёт масса. Почему? Дело в сопромате. Опять же опуская всё сложное возьмём самое сильное упрощение.

Диаметр стенки цилиндра зависит от внутреннего давления в цилиндре прямо пропорционально этому давлению и диаметру цилиндра. Разумеется это так в случае если толщина стенки много меньше диаметра, а в случае ГСП это не совсем итак, но пренебречь всё же в этом рассуждении этим придётся (как и в расчёте массы орудия, считая толщину стенки пренебрежимой в сравнении с диаметром).

Если вы увеличиваете калибр орудия (внутренний диаметр ствола) скажем со 125 до 152 мм, толщина стенки вырастет на 22%, а масса орудия на 48%, так как она с учетом этой формулы растёт от диаметра квадратично.

При этом площадь на которую давят пороховые газы, а значит и работа (а значит и энергия снаряда) вырастет так же на 48% - пропорционально квадрату диаметра.

Но что если не изменяя диаметра увеличить только давление на те же 48%? Толщина стенки вырастет опять же на 48% (при использовании того же материала), а вот масса орудия... на 48%. Только за счёт роста толщины стенки.

Казалось бы достигли того же самого той же ценой.

Однако на практике толщина стенки вполне соизмерима с диаметром ствола, поэтому путь с ростом давления приводит к меньшему росту массы орудия (если материал выдерживает!).

С ростом калибра растут и потери на трение о стенки ствола при тех же скоростях (износ стенок ствола 2А83 и её долго доводимая до требуемой живучесть были открыто признанной проблемой).
Однако с ростом давления (если не увеличивать калибр) растёт и теплоотдача в ствол (закон Гей-Люссака связывает давление и температуру газов) и, что очень важно механические нагрузки от снаряда на стенки орудия. Что требует хромировать всю длину канала ствола, например (или почему у 125 мм 2А26/46 хромирована только первая треть ствола а у Rh120/M256 - хромирован по всей длине).

Однако с ростом калибра растёт и относительная доля в массе снаряда массы ведущих устройств - который от подкалиберной части после выстрела отделятся. т.е. энергия передаётся сердечнику БОПС-а всё хуже и хуже.

Так же есть и экономические соображения. Более дешёвое решение позволяет меньше экономить на учебных стрельбах и потому повышать эффективность танка самым лучшим способом: через рост квалификации экипажа. Не учитывать и это тоже нельзя.

Так же БОПС - не единственный тип снарядов. Рост калибра интересен для увеличения эффективность танковых управляемых ракет, запускаемых через ствол орудия, повышения эффективности осколочно-фугасных снарядов (хотя с введение программируемого подрыва хватит и 125-130 мм) и в теории для применения тактических ядерных снарядов для чего нужен калибр около 152 мм.

Кроме того, масса орудия зависит и от противооткатных устройств. Чем выше "отдача" - сила сопротивления отката, тем они тяжелее. Газы, вырывающиеся из ствола тоже имеют и массу и скорость, поэтому чем эффективнее была использована их энергия в стволе тем лучше, в противном случае они увеличат отдачу и создадут огненный шар на выходе из ствола (повторюсь: это причина почему всякое укороченное огнестрельное оружие рассчитанное на патрон для длиннот ствола стреляет очень шумно и ярко).

Итого для понимания эффективности орудия надо знать его калибр, длину ствола и кривую давления в нём (как правило указывают максимальное давление в зарядной каморе). Ещё есть кучность, но её оценить с дивана куда как труднее.
Часто же дульную энергию так и указывают - в МегаДжоулях. В некоем приближении помогает оценить орудие и объём его зарядной каморы: так становится ясно кол-во пороха в заряде (однако пороха бывают очень разными: у той же 55-ти калиберной 120 мм немецкой пушки объём каморы 10 литров, а у несколько более скромной 2А46М - 12,27 л.).

Зачастую танковые орудия разрабатывается "дуплексом" - т.е. с одной зарядной каморой и геометрией (сгораемой) гильзы, но с разным диаметром ствола и снарядами помещаемыми в эту гильзу.

Немного о другом: есть пути и облегчения орудия, но все они резко повышают его стоимость. Примерно все актуальные применены в американском орудии 120 MM XM360 GUN (про неё много на английском), предлагавшемся в известном проекте перспективной техники FCS. Там и дульный тормоз с высокой эффективностью, и композитный ствол - стальной, обмотанный композитом армированным углеволокном и поликлиновый(!) затвор в облегченной люльке орудия. Что дало? "Эти меры позволили резко снизить вес системы вооружения XM360 всего до 1865 кг. Для сравнения: 120-мм гладкоствольная пушка Rheinmetall, также с длиной 44 калибра, весит 3780 килограммов." (Сравнение отчасти лукавое, так как в массу немецкой пушки входит часть маски орудия).

Часть этих решений применены ныне на других серийных орудия. Поликлиновый затвор аналогичной геометрии, например, на японском "Тип-10". И на новом немецком орудии - там два клина.

Поэтому прямое сравнение "перспективности" орудий только по их калибру - занятие крайне глупое.

Пример:
Немецкое 130 мм орудие уже готовое к производству

Снаряды для него (серийность неясна):

(Масштабированные от Rh120/M256)

Французское 140 мм


Снаряды для него


(Подумали о компактности выстрелов, но у них на то было время: пушка ещё не серийная, отрабатывается и в серию пойдёт после 2030 против угроз 2040-х)
На фоне "старых" 120 мм


Что мощнее, как вы думаете? Где больше давление, энергия снаряда, масса орудия?

2А82 и 2А83 пока выношу за скобки.
UPD
Про 2А82
https://weapon.temadnya.com/2496646714477250620/125-mm-pushka-2a82/
Даже с ТТХ.