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組み立て式砲とは、砲身が特別に強化された砲のことです。金属製の内筒は、閉じ込められた火薬ガスの圧力によって弾性限界内で伸び、張力のかかった外側の円筒に応力を伝達します。 [ 1 ] 同心円状の金属円筒またはワイヤーの巻き線が組み立てられ、火薬ガスの圧力に抵抗して砲弾を砲身から押し出すために必要な重量を最小限に抑えます。組み立て式構造は、20世紀のドレッドノート級戦艦に搭載された砲や、第二次世界大戦までの同時代の鉄道砲、沿岸砲、攻城砲の標準でした。
最初の組み立て式砲は、1834 年にフランスの砲兵将校アルフレッド・ティエリーによって設計され、遅くとも 1840 年までに試験されました。また、1840 年頃には、ダニエル・トレッドウェルによって別の砲が作られ、さらに別の砲は、ジョン・エリクソンの設計に基づいてリバプールのマージー鉄工所によって製造されました。シェフィールドの建築家ジョン・フリスは、1843 年にその製造に関する特許を取得しました。しかし、これらの砲はすべて (鋳鉄、錬鉄、またはそれらの組み合わせで作られたかどうかにかかわらず)、1850 年代以前には技術的に実用的ではありませんでした。[ 2 ]
1850年代、ウィリアム・アームストロングは同じ技術を用いて後装式ライフル銃を量産し、組み立て式で非常にシンプルなパロット式前装式ライフル銃は、 10年後の南北戦争で重要な役割を果たした。ブレイクリー・ライフルも同戦争に参加したが、敵側で使用された。1860年代以降、クルップ社製の組み立て式大砲はヨーロッパ大陸で商業的に成功を収めた。
砲弾の速度と射程は、砲身から砲弾を押し出す火薬または無煙火薬ガスの圧力に正比例します。砲は、薬室圧力が砲身を構成する金属の弾性限界を超えて負荷をかけると変形（または爆発）します。 [ 1 ]均質鋳鉄製の砲身の厚さは、口径の約半分で実用的な限界に達しました。それ以上の厚さは、高圧によってシリンダーの外側が反応する前に砲身内部に亀裂が生じ、その亀裂がその後の発射中に外側に広がるため、実際的な利点はほとんどありませんでした。[ 3 ]
1870年代までにこの技術は広く採用された。クラベリーノの1876年の論文「中空円筒の抵抗」はGiornale d'Artiglieriaに掲載された。[ 4 ] このコンセプトは、銃の外側の部分に初期張力を与え、内側に向かって徐々に張力を減少させ、内側の部分は外側の円筒とワイヤーの巻き付けによって通常の圧縮状態に保つというものだった。[ 5 ] 理論上の最大性能は、発射前の静止状態でライフル銃身を形成する内側の円筒が周囲の要素によって弾性限界まで圧縮され、発射中に内部ガス圧によって弾性限界まで膨張した場合に達成される。[ 6 ]
チャンバーとライフリングされたボアを形成する最も内側の円筒はチューブ、または特定の構造技術ではライナーと呼ばれます。ジャケットと呼ばれる2層目の円筒はチャンバーを越えて後方に伸び、ブリーチブロックを収容します。ジャケットは通常、最も圧力の高い領域、リコイル スライドを通って前方に伸び、銃口まで伸びる場合があります。銃身の前部は、弾丸が近づくにつれて圧力が低下するため、必要な強度が少なくて済むため、銃口に向かってテーパー状になっている場合があります。このテーパー状になった銃身の部分はチェイスと呼ばれます。非常に大きな銃では、製造上の制約により全長ジャケットが実用的でない場合、フープと呼ばれる短い外側の円筒を使用することがあります。スライドより前方のフープはチェイス フープと呼ばれます。[ 7 ] ジャケットまたは前方のチェイス フープは、その部分の金属が前端で支えられていないため、割れを軽減するために強度を高める目的で、銃口でベル状に外側に広がっている場合があります。[ 8 ] 連続的に張力がかけられたシリンダーの層、つまりフープコースが最大で4つまたは5つ使用されています。[ 9 ] 層はアルファベット順に、「A」チューブが「B」ジャケットとチェイスフープで囲まれ、「C」フープコースで囲まれ、「D」フープコースで囲まれ、などと指定されます。コース内の個々のフープは、尾栓から前方に向かって、B1ジャケット、B2チェイスフープ、C1ジャケットフープ、C2フープなどと番号が付けられます。[ 10 ] 連続するフープコースの接合部は通常千鳥配置で、個々のフープコースでは接合部の弱点を最小限に抑えるために、突き合わせ接合よりも重ね接合が優先されます。シリンダーの直径は、発射中に外側シリンダー内の内側シリンダーが前方に長手方向に移動するのを防ぐために、機械加工された肩部を含めることによって変更できます。肩部の位置も同様に千鳥配置で弱点を最小限に抑えます。[ 11 ]
チューブ、ジャケット、フープが適切な寸法に機械加工された後、ジャケットは垂直空気炉で約 400 度 ℃ (800 度 ℉) まで慎重に加熱され、熱膨張により冷たいチューブを所定の位置に降ろすことができます。ジャケットが所定の位置にあると、冷却されてチューブに張力のかかった焼き嵌めが形成されます。次に、次のフープ (B2 または C1) も同様に加熱され、組み立てられた A チューブと B1 ジャケットが所定の位置に降ろされて、連続して焼き嵌めされます。組み立てられたユニットは、新しいフープを取り付ける前に機械加工される場合があります。残りのチューブが順次加熱され、組み立てられたユニットに冷却されてすべての要素が組み立てられるまで、このプロセスが続きます。[ 12 ]フープコースの代わりに張力のかかったワイヤ巻きが使用される 場合、ワイヤは通常、ジャケットとも呼ばれる外側の張力のかかったシリンダーで覆われます。
火薬の燃焼ガスは、銃が発射されるたびに銃身の一部を溶かします。この溶けた金属は酸化するか、銃口から吹き出され、最終的に銃身が侵食されて砲弾の散布が許容できないほどになります。数百発の砲弾を発射した後、銃は内部をくり抜いて新しいライナーを内側シリンダーとして挿入することで再生できます。外側シリンダーはユニットとして約200℃（400°F）まで加熱され、新しいライナーを挿入できるようにします。ライナーは取り付け後にくり抜かれ、ライフリングが施されます。新しいライナーは、元の銃で使用されていたものとは異なる弾丸径に合わせてくり抜かれる場合があります。ライナーは円筒形または円錐形のいずれかです。円錐形ライナーは、発射時の前方へのずれを制限しつつ、尾栓端から容易に取り外せるように銃口に向かってテーパー状になっています。円錐形ライナーは、銃身を再加熱した後、ライナーを水冷することで取り外すことができますが、円筒形ライナーはくり抜かなければなりません。[ 13 ]
第二次世界大戦後、超大型砲が時代遅れになったため、冶金技術の進歩により、戦後の中口径砲にはモノブロック（一体型）構造が採用されるようになった。オートフレッタージュと呼ばれる工程では、穴を開けたモノブロック管に、完成した砲が発射時に受ける圧力よりも高い圧力で油圧作動油を充填する。油圧を解放すると、モノブロック管の内径は約6%増加する。完成したモノブロックの外側部分は元の直径にほぼ戻り、組み立て式砲の個別のシリンダーと同様に、内側部分に圧縮力を及ぼす。[ 14 ]