Un cañón reforzado es una pieza de artillería con un cañón especialmente reforzado. Un tubo interior de metal se estira dentro de su límite elástico bajo la presión de los gases de pólvora confinados para transmitir la tensión a los cilindros exteriores que están bajo tensión. [1] Se ensamblan cilindros metálicos concéntricos o bobinas de alambre para minimizar el peso necesario para resistir la presión de los gases de pólvora que empujan un proyectil fuera del cañón. La construcción reforzada era la norma para los cañones montados a bordo de los acorazados del siglo XX y los cañones ferroviarios contemporáneos , la artillería costera y los cañones de asedio durante la Segunda Guerra Mundial .
El primer cañón construido fue diseñado por el oficial de artillería francés Alfred Thiéry en 1834 y probado no más tarde de 1840. También alrededor de 1840, Daniel Treadwell fabricó otro , y otro más fue producido por Mersey Iron Works en Liverpool según el diseño de John Ericsson . El arquitecto de Sheffield, John Frith, recibió una patente para su fabricación en 1843. Sin embargo, todos estos cañones (ya fueran de hierro fundido , hierro forjado o una combinación de ambos) no eran tecnológicamente prácticos antes de la década de 1850. [2]
En la década de 1850, William Armstrong produjo en serie sus rifles de retrocarga estriados con la misma tecnología, y los rifles de avancarga estriados Parrott , muy simples y armados, desempeñaron un papel importante en la Guerra Civil de los Estados Unidos una década después. Los rifles Blakely también participaron en esa guerra, pero en otro bando. A partir de la década de 1860, los rifles Krupp armados se convirtieron en un éxito comercial en Europa continental.
La velocidad y el alcance de la artillería varían directamente con la presión de la pólvora o de los gases de la pólvora sin humo que empujan el proyectil fuera del cañón del arma. Un arma se deformará (o explotará) si las presiones de la recámara fuerzan el cañón más allá del límite elástico del metal del que está hecho. [1] El espesor de los cañones de hierro fundido homogéneo alcanzaba un límite útil aproximadamente en la mitad del calibre. Un espesor adicional proporcionaba poco beneficio práctico, ya que las presiones más altas generaban grietas en el ánima antes de que la parte exterior del cilindro pudiera responder, y esas grietas se extenderían hacia afuera durante los disparos posteriores. [3]
En la década de 1870, la tecnología ya había sido ampliamente adoptada. El tratado de Claverino de 1876 sobre la "Resistencia de los cilindros huecos" se publicó en el Giornale d'Artiglieria . [4] El concepto era dar a las partes exteriores del arma una tensión inicial, que disminuyera gradualmente hacia el interior, mientras que las partes interiores adquirían un estado normal de compresión mediante los cilindros exteriores y los devanados de alambre. [5] El rendimiento máximo teórico se lograría si el cilindro interior que forma el ánima estriada se comprimiera hasta su límite elástico mediante los elementos circundantes mientras estaba en reposo antes de disparar, y se expandiera hasta su límite elástico mediante la presión interna del gas durante el disparo. [6]
El cilindro más interno que forma la recámara y el ánima estriada se llama tubo o, con ciertas técnicas de construcción, revestimiento . Un cilindro de segunda capa llamado camisa se extiende hacia atrás más allá de la recámara para alojar el bloque de cierre . La camisa generalmente se extiende hacia adelante a través de las áreas de mayor presión, a través de la corredera de retroceso, y puede extenderse hasta la boca del cañón. La parte delantera del cañón puede estrecharse hacia la boca del cañón porque se requiere menos fuerza para presiones reducidas a medida que el proyectil se acerca a ella. Esta parte cónica del cañón se llama persecución . Las armas muy grandes a veces usan cilindros externos más cortos llamados aros cuando las limitaciones de fabricación hacen que las camisas de longitud completa sean poco prácticas. Los aros delante de la corredera se llaman aros de persecución . [7] La camisa o el aro de persecución delantero puede ensancharse hacia afuera en forma de campana en la boca del cañón para mayor resistencia para reducir la división porque el metal en ese punto no está apoyado en el extremo delantero. [8] Se han utilizado hasta cuatro o cinco capas, o cursos de aros, de cilindros tensados sucesivamente. [9] Las capas se designan alfabéticamente como el tubo "A" encerrado por la camisa "B" y los aros de persecución, encerrado por la hilera de aros "C", encerrado por la hilera de aros "D", etc. Los aros individuales dentro de una hilera se numeran desde la recámara hacia adelante como la camisa B1, el aro de persecución B2 y luego el aro de la camisa C1, el aro C2, etc. [10] Las juntas sucesivas de las hileras de aros suelen estar escalonadas y las hileras de aros individuales utilizan juntas de solape en lugar de juntas a tope para minimizar la debilidad de las ubicaciones de las juntas. El diámetro del cilindro se puede variar incluyendo hombros mecanizados para evitar el movimiento longitudinal hacia adelante de un cilindro interior dentro de un cilindro exterior durante el disparo. Las ubicaciones de los hombros están escalonadas de manera similar para minimizar la debilidad. [11]
Una vez que el tubo, la camisa y los aros se han mecanizado a las dimensiones adecuadas, la camisa se calienta cuidadosamente a aproximadamente 400 grados Celsius (800 grados Fahrenheit) en un horno de aire vertical para que la expansión térmica permita que el tubo frío baje a su lugar. Cuando la camisa está en posición, se enfría para formar un ajuste por contracción tensado sobre el tubo. Luego, el siguiente aro (B2 o C1) se calienta de manera similar para que el tubo A ensamblado y la camisa B1 se puedan bajar a su posición para un ajuste por contracción sucesivo. La unidad ensamblada se puede mecanizar antes de colocar un nuevo aro. El proceso continúa a medida que los tubos restantes se calientan secuencialmente y se enfrían sobre la unidad ensamblada hasta que se hayan ensamblado todos los elementos. [12] Cuando se utiliza un bobinado de alambre tensado en lugar de una hilera de aros, el alambre generalmente está cubierto por un cilindro tensado externo también llamado camisa .
Los gases de la pólvora quemada derriten parte del ánima cada vez que se dispara un arma. Este metal fundido se oxida o se expulsa por la boca del cañón hasta que el cañón se erosiona hasta el punto en que la dispersión de los proyectiles se vuelve inaceptable. Después de disparar varios cientos de proyectiles, se puede reacondicionar un arma perforando el interior e insertando una nueva camisa como cilindro interior. Los cilindros exteriores se calientan como una unidad a aproximadamente 200 grados Celsius (400 grados Fahrenheit) para permitir la inserción de una nueva camisa y la camisa se perfora y estria después de la instalación. Se puede perforar una nueva camisa para un diámetro de proyectil diferente al utilizado en el arma original. Las camisas pueden ser cilíndricas o cónicas. Las camisas cónicas se estrechan hacia la boca del cañón para facilitar su extracción desde el extremo de la recámara y limitar el deslizamiento hacia adelante durante el disparo. Las camisas cónicas se pueden quitar enfriándolas con agua después de recalentar el cañón, pero las camisas cilíndricas se deben perforar. [13]
Con la obsolescencia de los cañones de gran tamaño tras la Segunda Guerra Mundial, los avances metalúrgicos fomentaron el uso de la construcción monobloque (de una sola pieza) para los cañones de posguerra de calibre medio. En un procedimiento llamado autofrettage , un tubo monobloque perforado se llena con fluido hidráulico a presiones más altas que las que experimentará el cañón terminado durante el disparo. Al liberar la presión hidráulica, el diámetro interno del tubo monobloque se habrá incrementado aproximadamente en un 6%. La parte exterior del monobloque terminado rebota aproximadamente a su diámetro original y ejerce fuerzas de compresión sobre la parte interior similares a los cilindros separados de un cañón armado. [14]