Научно-производственная фирма "ИМКАС"

Глушители звука выстрела для автоматического оружия

Введение

Проблеме обеспечения бесшумной стрельбы из огнестрельного оружия более ста лет: первые конструкции глушителей предложены в конце XIX – начале ХХ века.

В период Первой мировой войны глушители не нашли применения, по-скольку тактика боя не предусматривала ситуаций, требующих бесшумной стрельбы. Были попытки снижения уровня звука выстрела орудий, однако они закончились неудачей.

В период между двумя мировыми войнами глушители не были широко распространены, несмотря на известность классических конструктивных схем и разработку новых прогрессивных конструкций.

Условия ведения боевых и разведывательно-диверсионных операций во Второй мировой войне привели к постановке на вооружение армий и спецподразделений глушителей для всех видов ручного огнестрельного оружия – пистолетов (Германия), пистолетов-пулеметов (Великобритания), снайперских винтовок (Советский Союз). Стрелковое оружие, снабженное устройствами снижения уровня звука выстрела, во Второй мировой войне применялось широко и эффективно.

Подробнее...

1.1. Автомат – распространенный вид стрелкового оружия

Военная напряженность в мире не ослабевает. Европейская печать со ссылкой на Стокгольмский международный институт по исследованию проблем мира (СИПРИ) обнародовала такие данные: в 2005 году затраты на вооружение в мире были 1 трлн. 118 млрд. долл. Это составляет 2,5 % всего мирового производства или 173 доллара на каждого жителя планеты. «Мирные дивиденды» конца «холодной войны» давно растрачены. «Военные расходы в настоящее время опять поднялись на такой же высокий уровень, как во времена самой острой гонки вооружений» [1]. «Бюджет министерства обороны США на 2007 финансовый год (начался 1 октября 2006 года) достиг 532,8 млрд. долл. (в том числе на НИОКР – 73,6 млрд. долл.)» [2]. В связи с отсутствием стабильности в мире (глобальная напряженность, перманентные локальные конфликты, угро-за международного терроризма и пр.) продолжается разработка новейших видов вооружений, в том числе – стрелкового оружия.

Подробнее...

1.2. Исторические сведения о создании и использовании автоматов

Автоматическое оружие в армиях стран мира появилось в конце XIX – начале ХХ в.в. Сначала это были пулеметы, затем – автоматические винтовки, пистолеты-пулеметы и автоматы.

«Первый в мире автомат был создан в 1916 году русским конструктором В.Г.Федоровым. Он представлял собой автоматический карабин под японский 6,5 мм винтовочный патрон» [6].

Действие автоматики этого оружия основано на принципе использования отдачи ствола при его коротком ходе [16]. Автоматы Федорова [17, 21, 22] находились на вооружении РККА до 1928 г. Изготавливались – до 1925 года, в последний раз использовались в Финской кампании 1940 г. [18].

Очередной этап эволюционного развития стрелкового оружия начался в период и после окончания первой мировой войны. В это время были разработаны и доведены до совершенства конструктивные схемы механизмов автоматики, уменьшены габариты и масса оружия, улучшена точность и кучность стрельбы, повышена надежность и живучесть, получена высокая огневая мощность и плотность стрельбы, повышено убойное действие оружия и боеприпасов [6].

Подробнее...

1.3. Современные направления совершенствования конструкций автоматов

Формирование благоприятной военно-политической обстановки для государства возможно лишь в том случае, если оно располагает полномасштабными вооруженными силами, строительство и облик которых в максимальной степени отвечают решаемым национальным задачам и соответствуют складывающейся (прогнозируемой) обстановке [42]. Вооруженные силы сохраняют при этом роль необходимого инструмента, направленного на минимизацию рисков, связанных с возможной «неубедительностью» невоенных факторов.

В последнее время в военных, политических и научных кругах США сложилось единое мнение о том, что вооруженные силы ведущих стран мира вступают в эпоху так называемой «новой революции в военном деле». Считается, что в результате «новой революции в военном деле» на первый план выйдут ударные беспилотные летательные аппараты (БЛА), самолеты-носители БЛА, корабли-арсеналы, дистанционно управляемые пусковые установки ракет большой дальности, механизированная пехота, оснащенная перспективными средствами индивидуальной экипировки [43].

Подробнее...

1.4. Механизмы автоматики стрелкового оружия

Классификации механизмов автоматики

На странице ?234 приведена наиболее известная классификация механизмов автоматического оружия, разработанная известным оружейником В.Г. Федоровым.

Согласно этой классификации единственным источником автоматизма является давление пороховых газов, причем это давление может быть использовано для получения автоматизма в трех различных вариациях:

  • Давление пороховых газов через дно гильзы на затвор – использование получающейся отдачи;
  • Давление пороховых газов, частично отводимых на специальные детали механизма оружия: поршень, надульник, добавочный ударник – использавание частично отводимого давления пороховых газов;
  • Давление пороховых газов на пулю, выбрасывающее ее из канала ствола, использование силы врезания пули в нарезы.

Подробнее...

1.5. Бесшумные стрелковые комплексы на базе автоматов

Самые первые эффективные «приборы бесшумной и беспламенной стрельбы» были разработаны в виде надульных многокамерных глушителей расширительного типа и представляли собой надульные насадки на стандартное оружие. Позже был разработан глушитель, составляющий единое целое с конструкцией оружия – интегрированный [68].

В настоящее время термин «бесшумное» (Silenced) заменяется термином «с подавленным звуком» (Noise Suppressed) [69].

Конструкции стрелковых комплексов (автомат + глушитель) постоянно совершенствуются, отслеживая изменения в применяемых боеприпасах, технологии, материаловедении, используя новейшие достижения аэрогазотермодинамики и техники эксперимента.

Подробнее...

2. Устройство и проектирование насадков глушителя звука

Выбор конструкции глушителя определяется тремя основными показателями:

  • геометрическими (объем и масса);
  • аэродинамическими (потеря давления);
  • акустическими (величина шумозаглушения).

Уровень громкости звука, порождаемого пороховыми газами, прорывающимися через зазор между пулей и стенками ствола, достигает 125 дБ, а газами, вылетающими вслед за пулей и обгоняющими ее – 115-135 дБ [69, 143]

Подробнее...

2.1. Глушители двигателей внутреннего сгорания (ДВС)

В период создания первых глушителей звука выстрела были уже отработаны варианты автомобильных глушителей, где также уменьшался звук выхлопа газов высокой температуры и давления. В автомобильных глушителях снижали температуру и давление газов последовательно в нескольких камерах, расположенных радиально или последовательно относительно продольной оси выхлопной трубы. С некоторыми изменениями, учитывающими физические характеристики пороховых газов дульного выхлопа, эти принципы нашли применение в глушителях для огнестрельного оружия.

В настоящее время результаты работ по изучению физических явлений при выхлопе двигателя внутреннего сгорания и определению конструктивных схем глушителя звука выхлопа все так же представляют значительный интерес для разработчиков глушителей звука выстрела огнестрельного оружия.

Подробнее...

2.2. Глушители звука выстрела

Существует несколько способов подавления звука при выстреле. Это – применение композитных материалов при изготовлении узлов и механизмов оружия, что значительно уменьшает звук при их взаимодействии, ограничение скорости истечения пороховых газов из канала ствола, температуры и давления дульной волны, применение боеприпасов с дозвуковой скоростью пули, блокирование пороховых газов внутри гильзы патрона (механическая отсечка звука и пламени) [103, 104].

Для эффективного гашения звука и пламени выстрела применяются глушители (ПСУЗВ). Оружие, применяемое с глушителем, должно удовлетворять противоречащим друг другу требованиям – иметь необходимую дальность эффективной стрельбы и достаточное поражающее действие пули при относительно невысокой ее начальной скорости [70].

В настоящее время распространены глушители двух основных типов – надульный глушитель расширительного типа и составляющий неотъемлемую часть конструкции оружия – интегрированный с ним. При использовании несъемного (интегрированного) глушителя ствол оружия модифицируется для управления скоростью пули, особенно при использовании сверхзвуковых боеприпасов.

Подробнее...

2.3. Современные конструкции глушителей звука выстрела

Разрабатывая новые конструкции глушителей, фирмы-разработчики активно их патентуют. Ведущие в разработке и патентовании конструкций глушителей – США, Россия, ряд конструкций запатентованы в Европейском патентном ведомстве, в Украине.

Глушитель по патенту США №4.291.610 от 29.09.1981г. представляет собой полый корпус с перегородками, которые разделяют внутреннюю часть этого глушителя на ряд камер.

Вторая от дульного среза камера глушителя имеет конструкцию, которая разбивает пороховые газы на множество потоков, а затем обеспечивает их смешение, столкновение друг с другом.

В третьей камере, считая от среза ствола оружия, установлено несколько конических перегородок таким образом, что они делят эту камеру на меньшие подкамеры. Каждая из этих конических перегородок своим основанием направлена к выходному концу глушителя. Патент защищает семь вариантов конструкции глушителя. Конструктивные схемы этих вариантов представлены на рис. 2.58 [182].

Подробнее...

3. Физические основы звука выстрела

Выстрел из огнестрельного оружия сопровождается такими физическими явлениями, как звук (шум), пламя и дым.

В ряде случаев применения автоматов ликвидация этих явлений обязательна, так как они демаскируют стрелка. Кроме того, шум высокого уровня при выстреле неблагоприятно воздействует на организм стреляющего, затрудняет голосовую связь на поле боя. Основными источниками звука выстрела являются:

  • все движущиеся и соприкасающиеся при этом части и детали механизма оружия;
  • хлопок от выталкиваемого с большой скоростью пулей воздуха, находящегося в стволе по всей длине;
  • пороховые газы, прорывающиеся между стенкой канала ствола и пулей и опережающие ее;
  • пороховые газы, покидающие после вылета пули канал ствола;
  • ударная волна, создаваемая пулей в полете, в случае ее сверхзвуковой скорости [103, 104].

Рассмотрим основные характеристики шума и его влияние на организм человека [105-112].

Подробнее...

3.1. Течение газа в стволе при выстреле (в пиродинамический период)

В существующих образцах огнестрельного оружия снаряд или пуля приобретают скорость под действием пороховых газов, образующихся вследствие взрывчатого разложения порохового заряда.

В огнестрельном оружии имеются три основных элемента: ствол, заряд, пуля.

Огнестрельное оружие представляет собой термодинамическую машину, в которой энергия порохового заряда почти мгновенно трансформируется сначала в тепловую, а затем в кинетическую энергию движения всей системы: снаряд-заряд-ствол. Выделяемая порохом энергия превращается, главным образом, в кинетическую энергию движения снаряда или пули.

Подробнее...

3.3. Генерирование шума сверхзвуковыми струями газа

Одним из основных источников звука выстрела, как уже отмечено, является шум сверхзвуковых струй воздуха, выталкиваемого пулей из канала ствола и газов, как прорывающихся между пулей и каналом ствола, так и следующих за ней.

Возможность расчета сложного турбулентного струйного течения и акустического поля, создаваемого таким течением, имеет большое значение при разработке шумоглушащих устройств и в частности ПСУЗВ.

Теория аэродинамического шума берет начало от двух классических работ Лайтхилла (Lighthill, M.J. «On Sound Generated Aerodynamically, I. “General Theory” Proceedings of the Royal Society», Vol. A211, 1952, pp. 564-587. Lighthill, M.J. «On Sound Generated Aerodynamically, II. Turbulence as a Source of Sound Proceedings of the Royal Society», Vol. A222, 1954, pp. 1-32.)».

В дальнейшем явление генерации шума сверхзвуковыми струями было широко исследовано, уточнена его физическая природа и получен ряд фундаментальных результатов, позволяющих определить звуковые характеристики струи в зависимости от основных параметров, определяющих истечение [113-142].

Подробнее...

3.4. Течение газов в дульных насадках

Несмотря на разное назначение и принцип действия различных дульных насадков, в число которых входит и глушитель, принцип их действия одинаков. Насадок, если он установлен на срезе ствола, действует на него только в период последействия. После вылета снаряда из ствола на ствол с надульным устройством действует активная осевая сила PУ , равная алгебраической сумме:

где P – сила отдачи ствола без насадка;

 – текущая реакция потока на входе в дульный насадок;
α – конструктивно-импульсная характеристика насадка;
t – время; pдн – давление на дно канала; S – площадь сечения канала ствола;
– давление пороховых газов на дно канала ствола в момент вылета снаряда;
p – баллистическое давление в стволе;
φ – коэффициент фиктивности массы снаряда;
q – масса снаряда; ω – масса заряда;
 – расход пороховых газов из ствола при вылете снаряда;
– коэффициент действия инерции пороховых газов;
VД – скорость пороховых газов на срезе ствола в момент вылета снаряда;
– коэффициент интенсивности падения давления в канале ствола после вылета снаряда;
pД – дульное давление (в момент вылета снаряда);
S – площадь сечения канала.

Подробнее...

4.1. Расчет глушителя звука выстрела

Для определения термогазодинамических характеристик глушителей расширительного типа разработан ряд математических моделей и методик расчета. Недостатком большинства из них является их интегральный характер, который не позволяет при проектировании глушителя учитывать особенности нестационарного течения струи пороховых газов в глушителе (влияние снаряда на процесс заполнения полости глушителя пороховыми газами, режима установления процесса истечения струи пороховых газов через дульный срез в полузамкнутые объемы камер глушителя и др.) на газодинамические параметры потока в его выходном отверстии. Это приводит к получению неполной информации о процессе нагружения внутренних элементов глушителя и динамического воздействия глушителя на оружие при выстреле.

Кузнецовым В.В. была разработана приближенная методика расчета нестационарного течения пороховых газов в глушителе двухкамерного типа [231].

Подробнее...

4.2 Модифицированная методика

Приближенная математическая модель В.В.Кузнецова расчета течения в полости глушителя [239] в случае одиночного выстрела и при стрельбе очередями учитывает в одномерном приближении влияние волновых эффектов на газодинамические параметры рабочего тела и кинематические характеристики снаряда. Недостатком этой модели является то, что она не учитывает поперечную неравномерность потока в центральной камере расширения и в снарядном канале, что сказывается на точности определения влияния волновой структуры газового потока на уровень звука выстрела.

Подробнее...

4.3. Учет наполнителя камер глушителя

Математическое моделирование процесса течения газа в системе гидравлически связанных камер с наполнителем необходимо при расчете многокамерного глушителя с заполнением камер хладагентом, аккумулирующим тепло.

Моделирование процесса производится с использованием уравнений сохранения в интегральной форме [244].

Уравнение, выражающее закон сохранения массы:

 (16)

где V – выделенный объем в газе;
S – поверхность, ограничивающая этот объем;
wn – проекция вектора скорости газа на направление внешней нормали к элементу поверхности dS.

Подробнее...

5. Экспериментальные исследования глушителя звука выстрела

Ввиду большого разнообразия факторов, влияющих на процессы в глушителе, пока не удается достаточно точно и полно теоретически исследовать их характеристики. Поэтому всегда возникает необходимость в специальных экспериментальных исследованиях, позволяющих проверить выводы теории и накопить опытный материал для обоснованного решения ряда практических вопросов проектирования глушителя.

Можно выделить следующие основные виды экспериментов:

Подробнее...

5.1. Особенности проектирования глушителя

Несмотря на благородные усилия человечества направить свое развитие в спокойное русло морали и права, война (и все ее проявления, включая проблемы силовых ведомств и внутренних дел), по-видимому, будет еще долго оставаться решающим фактором в жизни народов, определяя политику государства, стратегические и оперативно-тактические взгляды.

Необходимость разработки новых образцов вооружения не является чем-то незыблемым. Целесообразность такой разработки изменяется в зависимости от требований национальной политики, стратегических и оперативно-тактических взглядов, разведывательных данных и уровня развития техники.

Подробнее...

5.2. Исследовательские испытания глушителя

После проектных разработок изготавливаются экспериментальные образцы глушителя и начинается этап исследований его характеристик. Выше было показано, что разработанная газодинамическая модель глушителя позволяет удовлетворительно предсказывать уровни ослабления звука выстрела. Однако принятая газодинамическая модель, по-видимому, отражает общую энергетику процесса заполнения камер. При расчете определяются значения параметров газа в камерах после вылета снаряда из глушителя. При этом полагается, что средний уровень амплитуд давления в звуковой волне, а также их пиковые значения, пропорциональны давлению в снарядном канале глушителя (или баллистическое давление в стволе без глушителя) при вылете снаряда, а коэффициент пропорциональности во всех случаях одинаков. Эксперимент не подтвердил указанные посылки, о чем свидетельствуют результаты испытаний автоматов АКС-74У и АКС-74М без глушителей. Так, осредненный по 5-и испытаниям уровень звукового давления для АКС-74У без глушителя равен 122,1 дБ, а для АКС-74 М без глушителя (по 4 испытаниям) – 120,9 дБ. Их разница составляет 1,2 дБ. Расчетное же значение этой разницы превышает 6 дБ, что свидетельствует о неполном учете в методиках всех факторов процесса преобразования энергии потока пороховых газов в звуковые колебания. Анализ основных зависимостей и сравнение результатов расчетов и экспериментов позволил сделать следующие выводы и рекомендации по проектированию глушителей:

Подробнее...

Использованные источники информации

1. Расходы на вооружение в мире // «Зарубежное военное обозрение».–2006.–№ 8.–С.62.
2. Бюджет Пентагона на 2007 финансовый год // «Зарубежное военное обозрение».–2006.–№ 11.–С.62.
3. Мураховский В.И., Федосеев С.Л. Оружие пехоты. –М.: Арсенал-Пресс, –1997. –400 с.

Подробнее...