Xe tăng chủ lực thế hệ mới nhất thế giới đều dùng pháo nòng trơn?

Thực ra đó không phải là một vòng tròn luẩn quẩn mà là một vòng xoáy trôn ốc. Cũng là nòng trơn nhưng ở hai giai đoạn nó khác nhau rất nhiều.

Nghiên cứu lịch sử phát triển súng, pháo cho thấy thoạt kỳ thủy, các loại súng pháo đều có nòng trơn. Sau đó người ta phát triển lên chế tạo các loại nòng có rãnh xoắn (khương tuyến).

Thời gian gần đây, một số loại pháo - nhất là pháo lắp trên xe tăng lại quay trở lại với thiết kế nòng trơn. Tại sao lại có sự thay đổi như vậy?

Tại sao người ta phải chế tạo nòng có rãnh?

Như mọi người đều biết, mọi loại súng pháo thực chất là một loại động cơ một kỳ, có chức năng biến hóa năng thành động năng để đẩy đầu đạn đi một khoảng cách nhất định về hướng mục tiêu nhằm phá hủy, tiêu diệt mục tiêu.

Do hạn chế về trình độ công nghệ nên khi mới ra đời các nòng súng pháo đều là nòng trơn, còn các đầu đạn thì đều có dạng hình cầu.

Tuy nhiên, cùng với sự tiến bộ của khoa học vật lý cộng với qua thực tế sử dụng, người ta nhận thấy những đầu đạn có dạng thuôn, mũi nhọn sẽ bay xa hơn, nhanh hơn các đầu đạn hình cầu do giảm được lực cản không khí. Đồng thời với tăng tốc độ, tầm bay là khả năng xuyên phá mục tiêu của đầu đạn cũng tốt hơn.

Xe tăng T-90MS.

Lý thuyết thì như vậy song khi đi vào thực tế chế tạo và sử dụng thì lại nảy sinh vấn đề: một số đầu đạn không đâm mũi nhọn vào mục tiêu mà lại đập mình (nằm ngang) thậm chí cả đuôi vào mục tiêu.

Tình trạng này làm giảm độ chính xác khi bắn và cũng làm giảm hiệu lực xuyên phá mục tiêu của đầu đạn. Qua nghiên cứu, người ta đã tìm ra nguyên nhân của hiện tượng này: đó chính là lực cản không khí!

Số là, để thắng được trọng trường trái đất và bay qua một khoảng cách nhất định đến mục tiêu người ta phải tạo ra một góc ngắm luôn luôn dương so với đường thẳng nối súng pháo- mục tiêu. Khoảng cách bắn càng xa thì góc này càng phải lớn.

Điều đó làm cho đầu đạn khi ra khỏi nòng súng pháo thường ở trạng thái chếch lên so với phương nằm ngang. Vì vậy, lực cản không khí tác động vào nửa trên và nửa dưới của đầu đạn là không bằng nhau.

Vì đầu đạn chếch lên nên diện tích bề mặt tiếp xúc với không khí ở nửa dưới của đầu đạn lớn hơn so với nửa trên nên cũng sinh ra lực cản lớn hơn. Đến một giới hạn nào đó lực cản này sẽ "dựng" đầu đạn lên và thậm chí sẽ xoay ngược nó lại.

Vấn đề đặt ra đối với các nhà chế tạo vũ khí là phải làm thế nào ổn định được hướng bay của đầu đạn, phải làm sao đó để mũi đầu đạn luôn luôn hướng về phía trước.

Bài toán này đã được giải khi người ta phát hiện ra hiệu ứng con quay: một vật nặng khi tự quay quanh mình nó sẽ có hai đặc tính là "định trục" và "tiến động". Định trục nghĩa là nó có xu hướng giữ nguyên trục quay trong không gian.

Còn tiến động nghĩa là khi tác động vào nó một lực thì nó lại chuyển động theo phương vuông góc với lực tác động. Khi tốc độ quay càng cao thì các đặc tính này càng thể hiện rõ hơn.

Từ hiệu ứng này người ta quyết định sẽ làm cho đầu đạn tự quay xung quanh mình nó với tốc độ cao bằng các rãnh xoắn trong nòng súng pháo. Và thế là các loại súng pháo nòng có rãnh (khương tuyến) đã được chế tạo.

Tất nhiên, ý định này cũng chỉ được thực hiện khi có những tiến bộ nhất định trong công nghệ. Ngày nay, phương pháp phổ biến nhất để tạo ra các rãnh xoắn trong nòng pháo súng là phương pháp điện phân.

Cụ thể, người ta phủ một lớp chất điện phân theo hình các rãnh xoắn trong lòng nòng súng, sau đó ngâm chúng trong dung dịch điện phân. Dung dịch điện phân sẽ ăn mòn phần nòng súng pháo có bôi chất điện phân tạo thành các rãnh xoắn trong nòng súng pháo.

Sự ra đời của súng pháo nòng rãnh thật sự là một cuộc cách mạng trong ngành chế tạo vũ khí. Nó đã nâng cao khá nhiều độ chính xác khí bắn, đồng thời cũng làm tăng đáng kể hiệu lực xuyên phá, tiêu diệt mục tiêu.

Bộ đội xe tăng Việt Nam thực hành huấn luyện trên thao trường. Ảnh: Quân đội nhân dân.

Tại sao người ta lại phải quay lại với nòng trơn?

Mặc dù có những ưu điểm không thể phủ nhận và đã thống trị hàng thế kỷ song người ta cũng nhận thấy súng pháo nòng rãnh cũng tồn tại khá nhiều nhược điểm- nhất là khi ứng dụng nó trên các loại pháo bắn trực tiếp nói chung và pháo trên xe tăng nói riêng.

Một số nhược điểm của pháo nòng rãnh là:

Rất khó nâng cao sơ tốc đầu đạn. Sơ tốc đầu đạn là một chỉ số quan trọng chi phối khả năng xuyên phá những mục tiêu kiên cố như xe tăng, lô cốt bê tông cốt thép v.v... Song do đai đạn phải cắt vào rãnh xoắn nên ma sát giữa nòng và đầu đạn khá lớn.

Bên cạnh đó, năng lượng do thuốc phóng sinh ra ngoài việc đẩy đầu đạn về phía trước còn phải trích ra một phần tạo chuyển động quay cho đạn. Hai yếu tố này làm giảm đáng kể sơ tốc đầu đạn khi bắn.

Công nghệ chế tạo phức tạp, giá thành cao, trong khi đó tuổi thọ lại kém. Rõ ràng, so với chế tạo nòng trơn thì nòng xoắn thêm hẳn một công đoạn là tạo rãnh xoắn. mà công đoạn này đòi hỏi sự chính xác rất cao nên làm giá thành sản phẩm nâng lên.

Trong khi đó, để bịt kín khí thuốc, các đai trên đầu đạn phải cắt vào rãnh xoắn nên diện tích tiếp xúc nòng - đạn tăng lên làm tăng ma sát dẫn đến mài mòn nòng nhanh hơn- tức là tuổi thọ của nòng rãnh xoắn so với nòng trơn thấp hơn nhiều.

Khi người ta đã chế tạo được đạn xuyên lõm chống tăng và tên lửa chống tăng bắn qua nòng pháo thì chuyển động quay do rãnh xoắn tạo ra lại trở thành bất lợi vì sẽ làm giảm khả năng xuyên cũng như khó điều khiển hơn.

Để bắn được các loại đạn này người ta phải làm thêm các đai "vi quay" có thể quay tự do xung quanh đạn làm cho giá thành tăng lên.

Vì những lý do trên, người ta đã nghĩ đến việc quay lại sử dụng pháo nòng trơn. Vấn đề đặt ra lại là: nếu đầu đạn không xoay nữa thì làm thế nào để nó ổn định trên đường bay.

Thật may, lời giải bài toán này đã sẵn có trong tự nhiên và đã được con người ứng dụng từ hàng vạn năm trước. Đó là làm cánh đuôi cho đầu đạn.

Như chúng ta đã biết, những mũi tên khi bắn đi trong bất kỳ trường hợp nào cũng đều hướng đầu nhọn mũi tên về phía trước. Sở dĩ như vậy là bởi ở đuôi của nó có gắn mấy cánh lông chim.

Sức cản không khí đặt lên những cái lông chim này lớn hơn so với đầu mũi tên buộc nó lúc nào cũng phải ở phía sau. Đối với đầu đạn pháo cũng vậy, khi gắn thêm cho nó một cái cánh đuôi thì đảm bảo trong mọi trường hợp nó đều hướng mũi về phía trước.

Và khi đã có giải pháp ổn định đầu đạn rồi thì hà cớ gì mà người ta không sản xuất pháo nòng trơn.

Cả ba nhược điểm của pháo nòng rãnh như đã nêu trên đều đã được khắc phục khá triệt để trong pháo nòng trơn. Nhờ giảm được tối đa ma sát giữa nòng và đạn nên sơ tốc của pháo nòng trơn thường rất cao, đạt từ 1,2 đến 1,5 lần so với đạn pháo nòng rãnh cùng cỡ.

Về tuổi thọ của pháo nòng trơn cũng được kéo dài trung bình gấp 2 lần so với pháo nòng rãnh. Đặc biệt, việc bắn đạn lõm và tên lửa chống tăng qua nòng pháo hết sức thuận lợi.

Mặc dù cũng có chút nhược điểm là do ổn định bằng cánh đuôi, quỹ đạo đường đạn bị ảnh hưởng khá lớn khi có gió ngang. Tuy nhiên, nếu bắn trong tầm bắn hiệu quả của xe tăng thì sai lệch đó khá nhỏ và có thể chấp nhận được.

Đó chính là lý do để các xe tăng chủ lực thế hệ mới nhất trên thế giới đều dùng pháo nòng trơn. Còn đối với các loại pháo súng cỡ nhỏ, việc chế đạo cánh đuôi cho đầu đạn trở nên phức tạp hơn kéo theo giá thành cao, lại dễ gãy vỡ nên người ta vẫn dùng nòng có rãnh là chính.