ТПАналіз: завдання про рушницю
Розміщено на сайті 02.07.2008.
частина 1
Едуард кург (Росія)
У статті зроблена спроба відтворення винахідницьких ситуацій, які складалися в XV-XIX століттях, формулювання та вирішення стояли перед зброярами того часу завдань. Це стало можливим завдяки ТПАналізу, що є, свого роду, методологічної машиною часу, яка переносить нас у минуле і дає нам можливість самим спробувати свої сили у вирішенні цих завдань.
Для довідки:
Рушниця - вогнепальна ручна стрілецька зброя з довгим стволом. У даній статті розглядаються 4 різновиди рушниці (аркебуза, мушкет, фузея і гвинтівка), що стали свого часу «етапними» в історії розвитку рушниці.
Питання про аркебуза
Предтечею аркебузи була ручниц (XIV століття), яка представляла з себе ствол довжиною 0,5 м з чавуну або бронзи, в який насипали порох і жменю дрібних каменів, і ложу у вигляді дерев'яної або металевої державки.
Порох підпалювали за допомогою гніту (губки), на який висікали іскри, б'ючи по кремнію залізним бруском (кресалом). Скорострільність ручніци була невелика.
Надалі ручниц вдосконалили. Початковий отвір зробили збоку, забезпечивши його полицею (жолобком), куди насипалось трохи пороху. Стовбур подовжили. По всій довжині ствол прикріпили до дерев'яної ложі з прикладом. Замість каменів стали використовувати кулясті свинцеві кулі. Така вдосконалена ручниц виявилася дуже важкою, тому до неї надавали довгий залізний упор з рогулькою (виделкою) на одному кінці і вістрям на іншому.
Щоб зробити постріл, треба було встромити в землю залізний упор, засипати в дульну частина заряд пороху, шомполом забити в канал ствола круглу свинцеву кулю, поставити передню частину стовбура в рогульку упору, підсипати трохи пороху на полицю, прицілитися і підпалити гнітом, що горить порох на полиці . В Європі таке рушницю стали називати аркебузой (в Росії - пищаллю).
ТП-формулювання завдання про аркебуза
Словесна формулювання завдання
Скорострільність ведення вогню з аркебузи в кінці XV століття визначалася тим, наскільки швидко стрілки могли заряджати аркебузи кулястими свинцевими кулями. Заряджання аркебузи в той час виробляли за допомогою шомпола з боку дула. Щоб полегшити проходження кулі її відливали меншого діаметру, ніж канал ствола. Але при цьому доводилося вставляти пижі як між пороховим зарядом і кулею, так і поверх кулі. А це збільшувало кількість операцій при заряджанні і, отже, збільшувало час заряджання. Щоб виключити використання пижів намагалися відливати кулі однакового з каналом ствола діаметра. Але при цьому від аркебузирів потрібно докладати значних зусиль для проштовхування таких куль. Зате куля, яка зайшла в стовбур з натягом, по-перше, дозволяла не вставляти пиж між пороховим зарядом і кулею, а по-друге, не викочується зі стовбура при його нахилі і дозволяла не вставляти пиж поверх кулі.
Таким чином, для усунення операцій, пов'язаних із закладенням пижів при заряджанні аркебузи, а значить і для підвищення її скорострільності, потрібно зменшити (аж до зникнення) зазор між кулею і стволом. Але зменшення зазору призводило до зростання зусилля, необхідного для проштовхування кулі.
Диаграммная формулювання завдання
Прохідний шлях вирішення завдання про аркебуза
Як зменшити необхідність вставки пижів (аж до ібавленія від пижів) і забезпечити прийнятне зусилля заряджання при досиланні кулястої кулі шомполом в стовбур аркебузи?
напрямки вирішення
НР1. Компромісні рішення.
Компромісні рішення - це рішення, в яких зазор ні великий або частково великий (який потрібно для зниження зусилля заряджання) і ні малий або частково малий (який потрібно для відмови від використання пижів).
До «куща» компромісних рішень відносяться не тільки рішення, засновані на пошуку компромісного зазору, але і рішення, які покращують їх як по параметру «Необхідність вставки пижів», так і по параметру «Зусилля заряджання».
Примітка 1. Компромісні рішення - це не тільки рішення з проміжним кількісним (іноді званим оптимальним) за величиною змінним параметром, а й рішення, в яких лише частково присутні граничні значення змінного параметра.
Примітка 2. Тут і далі наводиться тільки по одній концепції рішення (КР) на кожен напрямок вирішення (НР). Це викликано прагненням «розвантажити» статтю від надлишку інформації, щоб відтінити одну з цілей статті - показати порядок побудови Маршрутної карти ТП (технічних протиріч).
Перші рушниці з прямими нарезами з'явилися в XVI столітті. Обробленням прямих нарізів в каналі ствола полегшувалась загонками кулі в канал, так як площа зіткнення кулі і стовбура зменшувалася. Такі рушниці давали набагато кращі результати стрільби, ніж гладкоствольну стрілецьку зброю того часу з кулями меншого, ніж діаметр каналу ствола, діаметра.
Примітка 3. Саме формулювання НР в задачний формі (як нове завдання) несе в собі неабияку частку рішення. Таке формулювання НР є не тільки навігатором в поле рішень, але і частиною майбутніх рішень, що лежать в заданих таким формулюванням рамках.
НР2. Граничні рішення для великого зазору.
Граничні рішення для великого зазору - це рішення, в яких зазор великий (який потрібно для зниження зусилля заряджання). Ці рішення покращують параметр «Необхідність вставки пижів», тобто або зменшують потребу в пижах (знижують кількість пижів), або видозмінюють пижі або замінюють їх на що-небудь інше, або призводять до відмови від пижів, зберігаючи при цьому великий зазор між кулею і стволом.
У XVI столітті замість того, щоб вставляти пижі (прокладки) стали обертати кулі в шматочки просаленной вовняний або полотняною матерії (пластир). При цьому канал ствола не тільки очищався від сажі, а й одночасно змазувався, що, в свою чергу, знижувало тертя як при заряджанні, так і при пострілі.
НР3. Граничні рішення для малого зазору.
Граничні рішення для малого зазору - це рішення, в яких зазор малий (який потрібно для відмови від вставки пижів). У цих рішеннях поліпшується параметр «Зусилля заряджання», тобто знижується зусилля, потрібне від стрілка при заряджанні, зберігаючи при цьому малий зазор (його відсутність) між кулею і стволом.
Для полегшення забивання куль, щільно пригнаних до стовбура, вже в XVI столітті стали використовувати молоток (як правило, дерев'яний), який значно полегшував процедуру загону кулі в стовбур.
Надалі на шомполі з'явився диск (потовщення), який не дозволяв шомполу входити занадто глибоко в канал ствола (забивати кулю щільно до порохового заряду), щоб не створювалася можливість передчасного вибуху пороху.
НР4. Ідеальні рішення.
Ідеальні рішення - це рішення, в яких зазор великий (який потрібно для зниження зусилля заряджання) і малий (який потрібно для відмови від вставки пижів).
Примітка 4. Ідеальні рішення - це рішення, в яких змінний параметр завжди і всюди є саме таким, яким це потрібно для кожного з конфліктуючих параметрів. Тут немає ніякого компромісу.
«Полушарной» куля досилають прямо на порох, без пижів. Її діаметр дорівнював її довжині. Розширена нижня частина кулі ( «спідниця») легко вдавлювалися всередину при забиванні кулі в канал ствола і не вимагала більш-менш значних зусиль з боку стрільця. Зате вона щільно (без зазорів) прилягала до стінок стовбура і не давала пулі передчасно викотитися зі стовбура при нахилах рушниці. При пострілі «спідниця» розширювалася під впливом порохових газів і вдавлювалися в стінки стовбура, тим самим не дозволяючи прориватися пороховим газам уздовж бічних поверхонь кулі і спотворювати траєкторію її польоту.
Примітка 5. Як правило, формулювання НР дають достатній імпульс для виходу на відповідні їм рішення. Що стосується труднощів рекомендується скористатися (послідовно або в залежності від власних уподобань) різними елементарними і комплексними інструментами синтезу рішення (принципами, прийомами, правилами, стандартами, покажчиками ефектів, лініями розвитку, законами і т.д.) і не забувати про завжди ефективне в плані пошуку рішень занурення в розуміння фізики (хімії, математики, біології, ...) розглядаються в задачі процесів.
Зведена схема рішень задачі про аркебуза
Завдання про мушкети
У XV столітті аркебуза придбала курок і спусковий гачок у вигляді витягнутої латинської букви S. На кінці курка була щілина, куди затискався тліючий гніт.
Такий аркебузой стало користуватися зручніше, так як після прицілювання залишалося тільки натиснути на спусковий гачок, щоб курок з ґнотом опустився на полицю і запалив порох.
На початку XVI століття в Іспанії був винайдений і успішно застосований дуловий унітарний патрон з паперу. В паперовий циліндр вклеювалася куля і насипався порох. Поява нового типу заряду призвело до появи нового типу зброї - мушкетів. Мушкет був ту ж аркебузу, тільки подвоєних габаритів. Стовбур калібром до 25 мм і довжиною 70 калібрів викидав кулю вагою близько 50 грам з початковою швидкістю понад 500 м / сек. Поява мушкетів стало можливим тільки з появою гранульованого пороху, без якого такий довгий ствол неможливо було зарядити, і з поліпшенням технологій металообробки, без яких настільки довгий ствол неможливо було б виготовити.
У зв'язку зі значним збільшенням дульной енергії мушкет придбав абсолютно нові тактичні властивості. Дальність залпової стрільби досягала вже більше 200 метрів, причому на цьому відстані мушкет пробивав обладунки. Куля з мушкета зупиняла лицарську кінь, як ніби та налітала на стіну.
У 1525 року результат бою між іспанцями і французами у італійського міста Павія вирішили 3 тисячі іспанських мушкетерів, озброєних мушкетами, свинцеві кулі яких легко пробивали сталеву броню закутий в лати лицарської кавалерії французів. Ця битва показало могутність ручної вогнепальної зброї та поклала кінець епосі важкої лицарської кавалерії. Всі армії стали посилено озброюватися мушкетами.
В кінці XV століття в Італії був винайдений, а на початку XVI століття німцями вдосконалений колесцовий замок, який представляв собою сталеве пустотіле коліщатко з гострими зубчиками на зовнішній поверхні.
У порожнистої частини коліщатка містилася пружина від годинникового механізму, завод перед пострілом годинним ключем. До поверхні коліщатка при пострілі притискали курок, на кінці якого був закріплений шматок кременю. При натиску на спусковий гачок засувка звільняла коліщатко. Воно під дією розкручування пружини починало швидко обертатися і від тертя кременю по металу висікали сніп іскор. Іскри потрапляли на полицю з порохом, підпалювали його, і відбувався постріл.
З появою колесцових замків поводження з рушницею стало більш зручним, так як на зарядженому рушницю не треба було мати тліючий гніт, а це означало, що погода вже не так суттєво впливала на надійність займання. Крім того, рушниця знайшло постійну готовність до пострілу, а не тільки лише на той час, поки тлів гніт.
ТП-формулювання завдання 1 про мушкети
Словесна формулювання завдання
Одними з важливих чинників ведення вогню з мушкета в XVI столітті вважалися забійна сила кулі і дальність її польоту. Для того, щоб підвищити дальність стрільби (і попутно полегшити мушкет) зменшували діаметри кулі і каналу ствола. Зменшені в діаметрі кулі летіли далі, так як мали менший опір з боку повітря. Але при цьому їх забійна сила (здатність завдавати противнику травми аж до смертельних) зменшилася.
Таким чином, для підвищення забійної сили кулястої свинцевою кулі потрібно збільшити її діаметр, а разом з цим і діаметр каналу ствола мушкета. Але це збільшення діаметра кулі призводило до збільшення опору її польоту і, як наслідок, до зменшення дальності стрільби.
Диаграммная формулювання завдання
Прохідний шлях вирішення завдання 1 про мушкети
Як зменшити опір польоту кулі і збільшити її забійну силу при стрільбі з мушкета?
напрямки вирішення
НР1. Компромісні рішення.
Компромісні рішення - це рішення, в яких діаметр кулі ні великий або частково великий (який потрібно для підвищення її забійної сили) і ні малий або частково малий (який потрібно для зниження опору її польоту).
До «куща» компромісних рішень відносяться не тільки рішення, засновані на пошуку компромісного діаметра кулі, але і рішення, які покращують їх як по параметру «Убойная сила кулі», так і по параметру «Опір польоту».
Довгаста куля при однаковій з круглою кулею масою мала менший діаметр, а значить і більш вигідну в плані аеродинаміки форму. При цьому така куля мала більшою пробивну здатність. З появою в XVI столітті довгастої кулі ожівальной (арочної) форми виявилося можливим, не зменшуючи маси кулі (не знижуючи її забійну силу), зменшити калібр. Зменшення калібру дозволило зробити рушниці більш легкими.
НР2. Граничні рішення для великого діаметру кулі.
Граничні рішення для великого діаметру кулі - це рішення, в яких куля має великий діаметр (який потрібно для підвищення забійної сили кулі). Ці рішення покращують параметр «Опір польоту», тобто покращують аеродинаміку польоту кулі.
Конічна куля при однаковому з кульової кулею діаметрі мала більш вигідну в плані аеродинаміки форму, яка істотно зменшувала втрати швидкості в повітрі, траєкторія її польоту робилася настильністю, росли прицільна дальність і дистанція прямого пострілу. Такі кулі з'явилися в XVII столітті. Надалі їх стали робити з донним поглибленням (для зміщення центру ваги вперед) і з невеликим опорним циліндричним ділянкою, на якому розташовувалися декілька виступів, що зменшують тертя кулі об стовбур.
НР3. Граничні рішення для малого діаметру кулі.
Граничні рішення для малого діаметру кулі - це рішення, в яких куля має малий діаметр (який потрібно для зниження повітряного опору її польоту). У цих рішеннях поліпшується параметр «Убойная сила кулі», тобто підвищується енергетика польоту кулі, що залежить від маси і швидкості кулі, і нищівну силу кулі.
Довгі кулі, у яких відношення довжини до діаметру досягало 5 (у довгастих куль воно дорівнювало 1,5) стали широко використовуватися в XIX столітті. Завдяки довгим кулям вдалося підвищити прицільну дальність стрільби. Ці кулі мали досить велику масу і велику швидкість польоту, що, в кінцевому рахунку, підвищувало їх забійну силу.
НР4. Ідеальні рішення.
Ідеальні рішення - це рішення, в яких діаметр кулі великий (який потрібно для підвищення забійної сили кулі) і малий (який потрібно для зниження повітряного опору її польоту).
В кінці XIX століття довгасті і довгі оболонкові кулі малого калібру стали домінуючими. Але при всіх їх чудових балістичних характеристиках вони мали слабке зупиняє дію, пробиваючи противника навиліт і залишаючи акуратні вхідний і вихідний отвори. Для його збільшення спочатку стали робити хрестоподібні надрізи на вершині оболонки кулі або просто відпилювали ніс у кулі, а потім стали вставляти в носове конічне поглиблення кульку. Потрапивши в тіло, куля деформувалася, розкривалася і, віддаючи всю свою кінетичну енергію, гальмувалася. Така куля наносила важкі поранення. З цієї причини на першій Гаазької мирної конференції в 1899 році розкриваються і деформуються в людському тілі кулі були заборонені для військового застосування.
Зведена схема рішень задачі 1 про мушкети
ТП-формулювання завдання 2 про мушкети
Словесна формулювання завдання
Збільшення дальності стрільби при збереженні забійної сили кулі було одним з визначальних чинників розвитку мушкета XVI століття. З гладкоствольних мушкетів того часу стріляли як кулястими, так і продовгуватими кулями. Довгасті кулі при однаковому з кулястими кулями діаметрі мали велику масу, а значить і велику забійну силу. Крім того, вони мали більш обтічну форму і відчували менший опір з боку повітря. Але стійкість їх польоту (тобто здатність кулі зберігати орієнтацію вздовж траєкторії польоту) залишала бажати кращого, що призводило до їх перекидання в процесі польоту і зниження їх бойових якостей.
Таким чином, для зниження опору польоту кулі з боку повітря (для збільшення дальності стрільби) потрібно перейти з кулястих куль великого діаметру на довгасті кулі малого діаметра (при збереженні їх маси і забійної сили). Але такі довгасті кулі мали неприпустимо маленьку стійкість в польоті, особливо в другій половині траєкторії польоту, що призводило до їх перекидання, гальмування і, як наслідок, до зменшення забійної сили.
Диаграммная формулювання завдання
Прохідний шлях вирішення завдання 2 про мушкети
Як підвищити стійкість польоту кулі і знизити повітряний опір її польоту при стрільбі з мушкета?
напрямки вирішення
НР1. Компромісні рішення.
Компромісні рішення - це рішення, в яких куля ні куляста або частково куляста (яка потрібна для підвищення її стійкості в польоті) і ні довгаста або частково довгаста (яка потрібна для зниження опору її польоту).
До «куща» компромісних рішень відносяться не тільки рішення, засновані на пошуку компромісної форми кулі, але і рішення, які покращують їх як по параметру «Стійкість кулі в польоті», так і по параметру «Опір польоту».
Кулі типу «диаболо» з'явилися лише в XX столітті для стрільби з гладкоствольних мисливських рушниць. Такі кулі мають малий аеродинамічний опір і не перекидаються в польоті завдяки тому, що центр ваги кулі зміщений вперед (для посилення цього ефекту під «спідницею» робиться глибока донна виїмка), а «спідниця» виконує роль стабілізатора ( «оперення») польоту.
НР2. Граничні рішення для кулястої кулі.
Граничні рішення для кулястої кулі - це рішення, в яких куля має кулясту форму (яка потрібна для підвищення стійкості кулі в польоті). Ці рішення покращують параметр «Опір польоту», тобто покращують аеродинаміку польоту кулі.
Чим менше калібр, тим менше поперечний переріз кулястої кулі, а значить і менше опір її польоту з боку повітря. Більш того, зменшення калібру сприяє зменшенню кута розсіювання кулі при вильоті зі стовбура, а значить збільшення купчастості стрільби. Зниженню калібру як в XVI столітті, так і в наступних століттях, сприяли періодичні успіхи в удосконаленні пороху (підвищення потужності порохового заряду), в металургії (зниження товщини стінок за рахунок підвищення якості металу) і в металообробці (сверловка довгих тонких каналів стовбурів рушниць).
НР3. Граничні рішення для довгастої кулі.
Граничні рішення для довгастої кулі - це рішення, в яких куля має довгасту форму (яка потрібна для зниження повітряного опору її польоту). У цих рішеннях поліпшується параметр «Стійкість кулі в польоті», тобто усувається перекидання кулі.
Перші рушниці з гвинтовими нарізами з'явилися в XVI столітті слідом за появою прямих (прямоідущіх) нарізів і довгастих куль. Закручування кулястої кулі була не настільки ефективна, як закрутка довгастої кулі. Адже поворот в польоті довгастої кулі приводив до її перекидання і, як наслідок, до зменшення дальності польоту і точності стрільби. Обертання ж довгастої кулі надає їй необхідну стійкість у польоті.
Спочатку, при заряджанні з дула, було багато гвинтових нарізів, так як вони крім закручування кулі полегшували процес її заштовхування в канал ствола.
НР4. Ідеальні рішення.
Ідеальні рішення - це рішення, в яких куля і куляста (яка потрібна для підвищення стійкості кулі в польоті) і довгаста (яка потрібна для зниження повітряного опору її польоту).
Зведена схема рішень задачі 2 про мушкети
література
1. кург Е.Е. ТПАналіз: основні положення. Сайт «Metodolog.Ru», 2008.
2. кург Е.Е. ТПАналіз: завдання про автобус. Сайт «Metodolog.Ru», 2008.
3. кург Е.Е. ТПАналіз: загальні зауваження. Сайт «Metodolog.Ru», 2008.
4. кург Е.Е. ТПАналіз: завдання про автобус - пояснення. Сайт «Metodolog.Ru», 2008.
5. кург Е.Е. ТПАналіз: завдання про автобус - пояснення - 2. Сайт «Metodolog.Ru», 2008.
6. кург Е.Е. ТПАналіз: завдання про літак. Сайт «Metodolog.Ru», 2008.
7. Фрідріх Енгельс. Історія гвинтівки. Німеччина, тисяча вісімсот шістьдесят одна.
8. Федоров В.Г. Еволюція стрілецької зброї. Частина 1. Москва, 1938.
9. Федоров В.Г. Історія гвинтівки. Москва, 1940.
10. Історія гвинтівки. Енциклопедія техніки «ТМ». Москва, 1993.
продовження
У тексті збережені авторська орфографія і пунктуація.