Работая в Научно-исследовательском машиностроительном институте (НИМИ) над средствами поражения брони, я много лет назад обратил внимание на чрезвычайно большое выделение энергии, главным образом в виде теплоты, происходящее при внедрении длинного металлического, не снаряженного взрывчаткой стержня - бронебойного снаряда - в стальную бронеплиту большой толщины. Неоднократно проводимые расчеты неизменно показывали, что энергия, выделявшаяся при внедрении снаряда в броню, существенно превосходит кинетическую энергию, которой обладал снаряд в момент удара.

Каждому, вероятно, понятны сомнения исследователя, который был воспитан в духе почтения к незыблемости устоев науки и вдруг столкнулся с постоянно повторявшимися фактами, противоречащими главному физическому закону - закону сохранения энергии. Однако по мере того, как прибавлялся все новый фактический материал, подтверждающий мою правоту, сомнения постепенно исчезали.

В институте сохранился фрагмент бронеплиты толщиной 400 мм со сквозной пробоиной, вырезанный после испытаний, проведенных еще в 1972 году. И на лицевой, и на тыльной стороне плиты отчетливо зафиксировались следы разогрева металла. На их границе, по оценке металловедов, температура была около 350^оС, а вблизи пробоины она приближалась к 1000^оС.

Поскольку известны были размеры зоны разогрева брони, легко вычислить и массу разогретого металла, и количество выделяемого тепла. Зная же массу снаряда (4,05 кг), его скорость (1390 м/с) и подсчитав кинетическую энергию, можно было убедиться в том, что одна только выделившаяся тепловая энергия, рассчитанная по минимуму, в данном случае превышает кинетическую энергию снаряда более чем в 4 раза.

Эти и другие аналогичные материалы послужили основанием для обсуждения обнаруженного энергетического парадокса на научно-техническом совете НИМИ в июне 1993 года. В решении совета указывалось, что для получения достоверных данных необходимо провести специальные экспериментальные работы.

Для экспериментов взяли имеющуюся в баллистической лаборатории института пушку калибром 23 мм. Были опасения, что на результатах может сказаться масштабный эффект: уменьшение калибра пушки в 5 с лишним раз, а массы снаряда почти в 60 раз неизбежно понизит тепловыделение. Однако недостаток средств вынудил пойти на риск, который полностью оправдался: хотя масштабный эффект действительно имел место, но не помешал установить достоверность явления.

Для стрельбы изготовили уменьшенные модели бронебойных снарядов - ударники с сохранением основных масштабных характеристик. По ряду технических причин начальная скорость ударника не превышала 1000-1240 м/с вместо 1400-1600 м/с. Это, несомненно, сказалось на количестве выделенного при ударе тепла. Ударники выстреливались в броню, установленную на расстоянии одного метра от дульного среза пушки.

Главной трудностью было получить достоверные данные о температуре брони при внедрении в нее ударника и о количестве выделившейся теплоты.

Попытки встроить в броню термопары не дали результата. От удара контакты рвались, а сами термопары практически мгновенно выходили из строя.

Пришлось отыскать новое техническое решение этой задачи и создать модель броневой плиты в виде цилиндрической детали. Количество тепла, выделившееся в ней, находили методом калориметрии. Для этого деталь после выстрела погружали в сосуд с водой, температуру которой измеряли с точностью до 0,1^оС. По условиям техники безопасности сделать это можно было только через 2 минуты, и деталь успевала слегка остыть. Но, несмотря на потери тепла, избыточный разогрев стабильно регистрировался, хотя и был слабее, чем при натурных испытаниях в случае снарядов большего калибра.

Результаты экспериментов показали следующее.

Кинетическая энергия ударников массой 61,5 г и 88,5 г практически равна: 4,34.10⁴ Дж.

Выделившееся тепло в пересчете на энергию составило: ударника массой 61,5 - 5,18.10⁴ Дж (средняя по четырем опытам); для ударника массой 88,5 г - 6,39.10⁴ Дж (средняя по семи опытам).

Превышение выделившейся тепловой энергии над кинетической энергией ударника массой 61,5 г составило 20%, ударника массой 88,5 г - 48%. Здесь наглядно видно влияние масштабного фактора - зависимости эффекта от массы ударника. Стабильность полученных результатов дает основание говорить об их достаточной достоверности.

Научно-технический совет института дал этой работе положительную оценку, а разность между затраченной и выделившейся энергией была названа энергетическим дисбалансом.

По мнению исследователей из Физического института им. П. Н. Лебедева (ФИАН), обнаруженный дисбаланс указывает на большую сложность процессов, сопровождающих внедрение снаряда в броню. Корректный их учет представляет собой сложную задачу, весьма важную как в теоретическом, так и в практическом отношении. И хотя говорить о нарушении закона сохранения энергии нет никаких оснований, необходимо выяснить, что же все-таки происходит в момент удара и откуда берется "лишняя" энергия.

Объем зоны разогрева, исходя из диаметра круга на лицевой стороне плиты 300-350 мм и на тыльной стороне 90 мм, составляет 13,4 дм³, а масса разогретого металла M_мет = =105 кг.

Минимальная температура на границе зоны t_min = 350^оС.

Минимальное количество тепла в зоне разогрева

Q = M_мет^.t_min ^.x,

где x = 0,103 ккал/кг^.град - коэффициент теплоемкости стали.

Q = 105^.350^о.0,103 = 3785 ккал.

Переведя тепловую энергию в джоули, получим:

Е_т = Q^.4,2^.10³ = 3785^.4,2^.10³= = 15,9^.10⁶ Дж.

Кинетическая энергия снаряда

Отношение

(Кпд более 400 %.)