Sir Barnes Wallis był genialnym inżynierem, który zaprojektował specjalną bombę podczas II wojny światowej. Chodziło o to, że odbije się ono od wody i zniszczy niemieckie zapory wzdłuż doliny Ruhry, powodując ogromne powodzie oraz szkody w zaopatrzeniu w wodę i energię elektryczną.
Częściowo dzięki filmowi The Dam Busters z 1955 r. Historia akcji Chastise, która odbyła się 16 i 17 maja 1943 r., Stała się znaną historią wojenną. Ale faktyczne obliczenia Wallisa zostały utracone (być może słusznie w wyniku powodzi w latach sześćdziesiątych). Co więc wiemy o złożonej nauce za odbijającymi się bombami?
Wiemy, że Niemcy uważali swoje tamy za potencjalny cel dla swoich wrogów i umieścili sieci torped przed budowlami, aby ich chronić. Wallis zdał sobie sprawę, że zasypanie zapory dużą ilością małych bomb nie zadziała. Byłaby to różnica między rzuceniem garścią piasku w okno, a następnie zrobieniem tego samego z kamieniem.
Wallis doszedł do wniosku, że aby wyrządzić poważne szkody, pojedyncza czterotonowa bomba musiała zostać zdetonowana tuż przy ścianie tamy na głębokości około 30 stóp poniżej wody. W tamtych czasach celność bombardowania na dużych wysokościach nie była wystarczająco dobra, aby doprowadzić taki huk bombowy do celu. Pomysł odbicia go przez wodę w kierunku tamy jak kamień zgarniający został zainspirowany.
We wczesnych eksperymentach stało się jasne kilka rzeczy. Po pierwsze, bomba musiała się obracać - z obrotem wstecznym. Podobnie jak w przypadku delikatnego dropspinowego uderzenia w tenisa, który powoduje, że piłka unosi się tuż nad siatką.
Wallis doszedł do wniosku, że bomba z obrotem wstecznym będzie lewitowana przez efekt Magnusa, który przeciwdziała grawitacji w dół i zapewnia, że delikatnie uderzy w powierzchnię wody. Gdyby bomba uderzyła w wodę zbyt mocno, wybuchłaby przedwcześnie, powodując uszkodzenie samolotu powyżej, ale nie powodując uszkodzenia tamy.
Spin oznaczał zatem, że bomby mogły być dostarczane z rozsądnej wysokości. Lot na wysokości 60 stóp był już niebezpiecznie niski, ale bez rotacji wstecznej bombowce Lancaster musiałyby lecieć jeszcze niżej i szybciej.
W pierwszych eksperymentach Wallisa pracował z kulkami i piłkami golfowymi i było oczywiste, że jego bomba będzie kulista. Ponieważ jednak łatwiej było produkować cylindryczne bomby, sferyczna drewniana obudowa została przymocowana do cylindrów, aby były okrągłe.
Jednak po powiększeniu do pełnego rozmiaru obudowa kulistych bomb rozpadłaby się przy uderzeniu w wodę. Nie trzeba było długo czekać, aby sferyczna obudowa była niepotrzebna i że nagi cylinder odbijałby się równie skutecznie.
Doktor Spin
Jednak w przeciwieństwie do kuli cylindry odbijają się tylko wtedy, gdy odbijają się prosto. Jest to drugi dobry powód do obracania bomby, ponieważ spin utrzymuje oś cylindra poziomo, tak aby uderzyła prosto w wodę. Podobnie jak w przypadku wirującej planety Ziemia, żyroskopowy efekt wirującego cylindra stabilizuje oś obrotu.
Wallis znalazł jeszcze jedną kluczową zaletę backspin. Bomba nie mogła po prostu uderzyć w ścianę tamy z prędkością 240 km / h, ponieważ wybuchłaby przedwcześnie i nie spowodowałaby znaczących uszkodzeń. Upewnił się więc, że bomba wylądowała tuż przy tamie - ale ponieważ wciąż się obracała, zakręciła się delikatnie w kierunku ściany tamy. Gdy osiągnęła wymaganą głębokość, znajdowała się dokładnie nad tamą, gdzie spowodowałaby maksymalne uszkodzenia.
Wreszcie Wallis musiał wiedzieć, ile materiałów wybuchowych użyć. Przeprowadził testy na małą skalę na modelach, a następnie opracował sposób zwiększenia ilości materiału wybuchowego, aby poradzić sobie z tamą o wysokości 120 stóp i idealnie załadowałby swoje bomby 40 tonami materiału wybuchowego. W tym przypadku (tyle samolot może udźwignąć) mógł zużyć tylko cztery tony, więc oprócz ciemności, niskiej wysokości i ostrzału wroga kluczowa była precyzja.
(W naszym własnym eksperymencie z odbijającą się bombą w 2011 r. Odkryliśmy, że 50 gramów materiału wybuchowego całkowicie zburzyłoby 4-stopową tamę, więc nasza 30-stopowa wersja potrzebowałaby 160 kilogramów. Użyliśmy 180 kilogramów, żeby się upewnić… i została całkowicie zniszczona. )
Po próbach na wodzie w Dorset i Kentu faktyczny nalot miał miejsce we wczesnych godzinach 17 maja 1943 r., Kiedy 19 bombowców Lancaster wyleciało z RAF Scampton w Lincolnshire. Po trzygodzinnym locie pierwszy samolot wylądował na tamie Möhne, lecąc z prędkością 240 mil na godzinę i na niebezpiecznie niskiej wysokości 60 stóp.
Bomba została wypuszczona około pół mili przed tamą, odbiła się pięć lub sześć razy i zatonąła tuż przy ścianie. Na wymaganej głębokości 30 stóp ciśnienie wody wywołało wybuch tuż przy ścianie tamy. W sumie pięć samolotów musiało zrzucić bomby, zanim pierwsza tama została naruszona.
Atak był niebezpieczny, wiele osób zginęło, a jego wpływ na przebieg wojny jest nadal przedmiotem dyskusji. Jedną rzeczą, na którą możemy się z pewnością zgodzić 75 lat później, jest to, że Wallis słusznie jest pamiętany jako genialny inżynier.
Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w The Conversation.
Hugh Hunt, czytelnik w dziedzinie inżynierii dynamiki i wibracji, University of Cambridge
