Научно-производственная фирма "ИМКАС"

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.

Современное автоматическое оружие в большинстве случаев должно обладать высоким темпом стрельбы. Эффективность поражения цели в первую очередь зависит от темпа стрельбы, калибра снаряда, начальной скорости снаряда, точности наведения и т. п. Конструктору при анализе и выборе этих характеристик приходится искать их оптимальное сочетание. Максимально возможный темп стрельбы, выражаемый числом выстрелов в минуту:

где tmin – минимально возможное время цикла автоматики а секунду. Время цикла автоматики:

 – время горения капсюльного состава; 

– время форсирования;

 – время движения снаряда по каналу ствола; 

 – время срабатывания ударно-спускового механизма; 

 – время срабатывания механизма перезаряжания.

Идеальное минимально возможное время цикла автоматики будет при  tn=0.

В современных системах расчетная величина этого времени tn=0,003...0,004с что соответствует идеальной скорострельности  выстрелов в минуту.

Для возможности ведения автоматической стрельбы должен работать какой-либо механизм перезаряжания, время срабатывания которого лимитируется максимально допустимой скоростью движения звена, работающего в наиболее трудных условиях. Таким образом, время срабатывания механизма перезаряжания

где Xn – общее перемещение выбранного звена при перезаряжании;
Vдоп – максимально допустимая скорость движения звена; 
 
– коэффициент, зависящий от конструкция механизма и от характера изменения передаточного числа связи рассматриваемого механизма.

Тогда минимальное время цикла автоматики:

Для современных одноствольных автоматических пушек расчетное значение tmin=0,01...0,008с . Конструктор в качестве основного резерва для увеличения темпа стрельбы может использовать время tn. В таблице 1.31 примерно перечислены операции, из которых складывается время tn для одноствольных систем наиболее распространенных схем.

Таблица 1.31

операции

Наименование операции

Относительное время операции в общем времени цикла

θ= ttц

θср, %

1

2

3

4

5

Досылание патрона в патронник

Экстракция гильзы

Подача патрона к приемнику

Открывание затвора

Закрывание затвора

0,18-0,58

0,11-0,57

0,07-0,3

0,012-0,04

0,05-0,02

38

34

18

2,4

3,4

 

Эта таблица показывает, что при обычных схемах с поступательным движением откатывающихся частей наибольшее время в цикле автоматики отводится трем операциям: досыланию патрона в патронник, экстракции гильзы и подаче патрона к приемному окну. Конструктор для повышения темпа стрельбы при обычных схемах автоматики может использовать несколько путей:

  1. Увеличение темпа стрельбы можно получить за счет сокращения хода подвижных частей, за счет уменьшения холостых ходов, времени на экстракцию и т. п. Резервы здесь весьма невелики. Уменьшение пути отката за счет применения более короткого патрона с большим уширением приводит к увеличению габаритов и массы оружия. Можно уменьшить ход подвижных частей автоматики взаимно противоположным движением ствола и подвижных частей или изменением направления движения затвора.
  2. Увеличение темпа стрельбы возможно при увеличении скорости движения подвижных частей. Однако ее величина ограничена допустимой скоростью соударения деталей. Среднюю скорость можно увеличить соответствующим подбором возвратных и буферных пружин или применением газовых ускорителей. Увеличить скорость движения подвижных частей можно также при помощи ускорителей отката и наката.
  3. Для увеличения темпа стрельбы можно пойти по пути уменьшения массы откатывающихся частей, однако этот путь чаще всего лимитируется прочностью деталей и надежностью работы механизма.
  4. Чтобы увеличить скорость движения при безударной работе, были попытки использовать кривошипно-шатунные схемы для механизма автоматики. Можно предложить некоторые другие пути, но к настоящему времени возможности увеличить темп стрельбы для обычных одноствольных схем почти исчерпаны. Для уменьшения времени при создании конструкций автоматического оружия необходимо искать принципиально новые пути. Анализ работы автоматики показывает, что резко уменьшить время tможно при совмещении операций, связанных с перезаряжанием оружия и производством очередного выстрела. Если операции подачи, досылания, экстракции и т. п. выполнять не последовательно, а параллельно, то время, которое затрачивается на ИХ выполнение, можно резко сократить. Такое автоматическое оружие, построенное на принципе совмещения операций, было создано и в настоящее время получило распространение в авиационных и зенитных системах. К системам, работающим на принципе совмещения операций, ОТНОСИТСЯ многоствольные и многокамерные системы. Прежде чем перейти к анализу различных схем автоматики, рассмотрим классификацию автоматического оружия по схемам перезаряжания. Известно, что для перезаряжания оружия необходимо открыть канал ствола, удалить стреляную гильзу, подать и дослать в патронник очередной патрон, закрыть канал ствола и произвести очередной выстрел.

Перечисленные действия можно производить различным образом, и по принципу перезаряжания автоматическое оружие можно разделить на следующие группы: 1) одноствольное оружие; 2) многоствольное оружие; 3) одноствольное оружие с несколькими патронниками.

 

 

Каждую из этих групп можно подразделить на соответствующие классы в зависимости от принципа использования энергии пороховых газов.

Переходя к рассмотрению особенностей различных групп, рассмотрим вначале одноствольное оружие. Каждый образец такого автоматического оружия имеет один ствол с патронником. Механизм перезаряжания в зависимости от конструкции можно разделить на три вида: с продольно-скользящими затворами, с качающимися затворами и поперечно-движущимися затворами. Несмотря на различный характер движения затвора в таких системах, основное звено, как правило, имеет возвратно-поступательное движение. Это возвратно-поступательное движение основного звена автоматики используется для извлечения гильзы и досылания патрона, а также для приведения в движение запирающего механизма, патроноподающего механизма и т. п.

В качестве основного звена могут быть использованы ствол, шток, затвор и т.п. Ход всех подвижных частей автоматики или некоторых деталей должен быть больше длины патрона, поэтому для обеспечения высокой скорострельности приходится подвижные части перемещать с высокой скоростью, что приводит к возникновению значительных ударных импульсов и инерционных нагрузок. Конструктивное оформление механизма перезаряжания зависит от выбранного типа автоматики. Тип автоматики, выбранный конструктором при проектировании, в значительной степени определяет конструктивное оформ-ление образца и его компоновку.

 

Рис. 1.59. Циклограмма системы с коротким ходом ствола:
– хс – ход ствола;
– хз – ход затвора

Остановимся на кратком рассмотрении основных принципов использования энергии пороховых газов применительно к одноствольному оружию с продольно-скользящим движением основного звена, так как этот тип оружия в настоящее время является наиболее распространенным. Принципы, которые положены в основу рассматриваемой классификации, могут быть использованы для одноствольного оружия с качающимися и поперечно-движущимися затворами, а также для многоствольного и многокамерного оружия.

Расчету автоматики должен обязательно предшествовать анализ конструкции, при котором определяется последовательность срабатывания звеньев, характер их включения в работу (плавный иди ударный), определяются действующие силы и т. п.

При анализе работы автоматики различных типов большую помощь оказывают циклограммы работы автоматики. Цикловая диаграмма (циклограмма) показывает последовательность работы механизмов и деталей автоматики в зависимости от перемещения основного звена.

На цикловой диаграмме можно проследить последовательность работы механизмов, особенно при независимой их работе. На рис. 1.58 приведена циклограмма системы с отводом пороховых газов (пулемет СГ-43), а на рис. 1.59 – циклограмма для системы с коротким ходом ствола (пулемет «Браунинг» M1919A). Циклограмма не только упрощает анализ работы системы, но и существенно облегчает расчет автоматики.

Рис. 1.60. Полная циклограмма системы с отводом пороховых газов

В результате расчета можно построить для основного звена зависимости V=V(x), V=V(t), а также график x=x(t), называемый полной циклограммой автоматики, которая упрощает анализ работы системы и позволяет выявить резервы для уменьшения времени t. На рис. 1.60 приведена полная циклограмма для системы с отводом пороховых газов, соответствующая циклограмме, изображенной на рис. 1.58. На рис. 1.60 точками с соответствующими номерами показаны перемещения штока, соответствующие положению на циклограмме. На рис. 1.61 показана полная циклограмма для системы с коротким ходом ствола, соответствующая циклограмме, изображенной на рис. 1.59, и отмечены характерные точки.

Анализ цикловых диаграмм позволяет сравнивать различные образцы схемы между собой, правильно определить последовательность срабатывания механизмов и устройств автоматики. Эти диаграммы позволяют выявить резервы схемы и возможность совмещения операций при работе автоматики, а при динамическом и силовом анализе системы облегчают составление программы необходимого расчета.

В различных системах автоматики в качестве источника энергии для работы используется чаще всего энергия пороховых газов или иногда энергия, получаемая от постороннего источника (механизированное оружие). Механизированное оружие выделим в отдельную группу и перейдем к рассмотрению классификации систем по принципу использования энергии пороховых газов.

Одноствольные системы по принципу использования для работы энергии пороховых газов можно разделить на 4 класса.

  1. Системы автоматического оружия с использованием отдачи, возникающей под действием силы давления пороховых газов на дно канала ствола.
  2. Системы автоматического оружия с использованием отвода части пороховых газов из канала ствола через какое-либо специальное устройство для питания газового двигателя автоматики.
  3. Системы автоматического оружия с использованием силы врезания пуля, перемещающейся под действием силы давления пороховых газов, в нарезы.
  4. Системы смешанного типа.

Рассмотрим наиболее зарекомендовавшие себя группы и не будем подробно останавливаться на системах, которые в настоящее время являются менее перспективными.

К первому классу автоматического оружия относятся системы, использующие для работы автоматики отдачу затвора, ствола или всего оружия.

В системах с отдачей затвора ствол неподвижен, а затвор не сцепляется прочно во время выстрела со стволом или ствольной коробкой. Смещение зеркала затвора в таких системах тормозится инерцией массы затвора, и поэтому такое запирание канала ствола можно назвать инерционным. Если затвор и ствол во время выстрела не имеют никакой связи, то такую автоматику называют системой со свободным затвором.

Иногда в системах со свободным затвором для уменьшения скорости и энергии отдачи инерционного затвора делают ударный механизм, срабатывающий раньше прихода затвора в переднее положение. Анализ работы систем с отдачей затвора приводит к выводу, что этот принцип может быть использован при относительно короткой гильзе. При применении длинных гильз возможны поперечные обрывы гильз, приводящие к трудноустранимым задержкам. Патрон с короткой гильзой имеет небольшой заряд и поэтому начальная скорость снаряда невысокая. Отсюда следует, что простое конструктивное оформление систем с отдачей затвора можно использовать в системах с маломощной баллистикой: пистолетах, пистолетах-пулеметах. Было спроектировано несколько пушек со свободным затвором.

Рис. 1.62. Схема системы с длинным ходом ствола:
хс – перемещение ствола; хз – перемещение затвора

Последняя из них – 30-мм автоматическая авиационная пушка МК108-АЗ, спроектированная во время второй мировой войны. В настоящее время в связи с необходимостью иметь высокие начальные скорости, проектировать автоматические пушки с отдачей затвора нецелесообразно. Сейчас для вооружения стрелковых подразделений и вертолетов используются автоматические гранатометы (например Филко - Форд ХМ129). Так как гранатометы имеют небольшую начальную скорость, их целесообразно проектировать со свободным затвором.

Для уменьшения массы затвора иногда применяют устройства, замедляющие откат затвора. Для этого ставят механизмы сцепления с самооткрыванием затвора при выстреле. Автоматику подобного типа называют системой с полусвободным затвором. Конструктивное оформление полусвободных затворов может быть самым различным. Для замедления отката затвора используются различные кулачковые, рычажные и рычажно-кулачковые механизмы.

Особенностью систем с инерционным запиранием является то, что ограничение смещения зеркала затвора в них осуществляется за счет инерции затвора, и экстракция гильзы происходит непрерывно. Существуют некоторые системы с так называемым полупринудительным отпиранием. В таких системах движение затвора и экстракция гильзы начинается после действия максимального давления пороховых газов.

Системы, работающие на принципе отдачи ствола, имеют подвижный ствол. Затвор перед выстрелом при помощи запирающего механизма сцеплен со стволом или ствольной коробкой. Под действием силы давления пороховых газов на дно гильзы ствол и сцепленный с ним затвор откатываются назад. В том случае, если сцепленные ствол и затвор движутся назад на всю длину хода подвижных частей, автоматика называется системой с длинным ходом ствола. Схема работы автоматики и циклограмма для системы с длинным ходом ствола показана на рис. 1.62. Циклограмма сразу показывает основной недостаток этого типа автоматики – большое время отката и холостое время простоя затвора при накате ствола. Это приводит к крайне малому темпу стрельбы. Кроме того, перемещение больших масс при стрельбе приводит к снижению кучности. В связи с этими недостатками системы с длинным ходом ствола в настоящее время не применяются.

Ели при откате ствол идет назад не на всю длину хода подвижных частей, а проходит небольшой путь до некоторого спада давления внутри канала ствола, автоматику называют системой с коротким ходом ствола. Характер взаимного движения ствола и затвора может быть различным и зависит от конструкции системы.

Для анализа работы автоматики можно использовать также сетевые графики работы механизма. На рис. 1.63 дан сетевой график системы с отводом пороховых газов, циклограмма которой приведена на рис. 1.60. События, отмеченные номерами, соответствуют моментам включения или выключения звеньев и совпадают с номерами рис. 1.58 и 1.60.

Работы, показанные сплошными стрелками, соответствуют перемещениям звеньев, пунктирные стрелки – условные работы, имеющие нулевую продолжительность. На рис. 1.64 приведен сетевой график работы системы с коротким ходом ствола, циклограмма которой изображена на рис. 1.61.

Толстыми стрелками на рис. 1.63 и 1.64 показаны перемещения звеньев, определяющие выбранную целесообразную последовательность включения механизмов (критический путь).

Рис. 1.63. Сетевой график для системы с отводом пороховых газов

Рис. 1.64. Сетевой график для системы с коротким ходом ствола

Критический путь определяет Тц, и в его сокращении (или уменьшении времени, соответствующего отрезкам критического пути) находятся резервы увеличения скорострельности. При расчете определяют времена движения по участкам ti,j . Тогда время цикла

Минимальное время цикла, если есть возможность выбора или изменения последовательности,

где Гi – множество состояний механизма, предшествующих j .

Рис. 1.65. Схема системы с коротким ходом ствола с задержкой ствола

На рис. 1.62, 1.65, 1.66, 1.67 для механизмов автоматики наряду с циклограммами изображены укрупненные схемы сетевых графиков. Циклограмма и конструкция на рис. 1.65 соответствует случаю, когда ствол, придя в заднее положение, останавливается и ждет прихода затвора. После прихода затвора в крайнее переднее положение ствол и затвор вместе накатываются в крайнее переднее положение. В качестве примера таких схем можно привести станковый пулемет Дрейзе обр. 1908/1915 гг.,

20-мм автоматическую зенитную пушку обр. 1930 г., станковый пулемет Браунинга и др. В других системах с коротким ходом ствол и затвор движутся независимо друг от друга (см. рис. 1.66). По такой схеме работают станковые пулеметы Максима, Виккерса, MG-34, MG-42 и др.

Имеются системы с коротким ходом ствола, у которых затвор в заднем положении для обеспечения возможности подачи патрона ожидает прихода ствола в крайнее переднее положение, и после этого начинается накат затвора. По такой схеме спроектированы 23-мм авиационная пушка НР-23, 37-мм авиационная пушка Н-37Д и др. Имеются системы с постоянной кинематической связью между стволом и затвором. Например, автоматическая винтовка Галле.

Рис. 1.66. Схема системы с коротким ходом ствола с независимым движением ствола и затвора

Принцип использования отката ствола при коротком его ходе находит самое широкое применение в современном автоматическом оружии. Оружие получается достаточно надежным, и обеспечивается приемлемая в ряде случаев скорострельность. Самым большим преимуществом систем с коротким ходом ствола является сравнительно малое усилие отдачи на лафет или установку. Поэтому, несмотря на то, что существуют принципы, позволяющие получать более высокий темп стрельбы, схемы с отдачей ствола при коротком ходе широко применяются при проектировании автоматического оружия. В большинстве систем с коротким ходом ствола имеются ускорительные механизмы того или иного типа. Назначение ускорительного механизма заключается в перераспределении энергии между стволом и затвором после их расцепления. Можно сказать, что при этом производится ускорение движения затвора. Существуют ускорительные механизмы различного типа: пружинные, рычажные, рычажно-кулачковые, копирные и т.п.

Рис. 1.67. Схема системы с коротким ходом ствола с задержкой затвора

В настоящее время распространены рычажно-кулачковые и копирные ускорители.

Разновидностью систем с коротким ходом ствола без ускорителей являются схемы со снижающимся стволом (пистолет ТТ) и с вращающимся стволом (пистолет Рота). Такие схемы находят крайне редкое применение. Для автоматических зенитных пушек d>37мм широко применяется схема с коротким ходом ствола и поперечно-движущимся затвором.

Системы с использованием для работы автоматики отдачи всего оружия, за очень редким исключением, применения не находят. В качестве примера можно привести систему Маузера.

Ко второму классу автоматического оружия относятся системы с отводом пороховых газов. Отвод части пороховых газов из канала ствола может быть осуществлен различным образом:

  1. через специальное отверстие в канале ствола; 
  2. через надульное устройство; 
  3. через дно гильзы.

В настоящее время самое широкое распространение получили системы с отводом пороховых газов через специальное отверстие в канале ствола. Отвод пороховых газов через надульные устройства применяется очень редко, а отвод пороховых газов через дно гильзы, имеющей специальный капсюль, практически не применяется. При отводе пороховых газов через дно гильзы требуется специальный патрон. Кроме того, прорыв пороховых газов в ствольную коробку вызывает сильную коррозию всех деталей автоматики (система Рота).

При отводе пороховых газов через надульное устройство конструкция получается сложной, а импульс недостаточным. Встречаются системы с неподвижным стволом, с неподвижным надульником и поступательно-перемещающимся поршнем. Например, самозарядные винтовки G-4l (W) и G-41 (М). Система Банга имеет надульник, перемещающийся по неподвижному стволу. Система Дыбовского имеет ствол, перемещающийся вперед при выстреле вместе с надульником. Все эти схемы имеют ряд существенных недостатков и практически не применяются.

Рис. 1.68. Схема системы с отводом пороховых газов

Для систем с отводом пороховых газов через специальное отверстие в канале ствола предлагались различные типы газовых камер при разном направлении движении штока (вперед, назад, качающийся шток). В подавляющем большинстве современных систем автоматического оружия с отводом пороховых газов применяются газовые камеры закрытого типа, и используется движение штока назад. Схема для системы с отводом пороховых газов через специальное отверстие в канале ствола приведена на рис. 1.68. В подобных системах ствол неподвижен и затвор в переднем положении сцепляется со стволом или ствольной коробкой. При выстреле часть пороховых газов через специальное отверстие в канале ствола отводится в газовую камеру. Под действием силы давления отведенных пороховых газов на поршень шток и связанные с ним подвижные части отходят назад. При этом в начале движения затвор открывается. Накат подвижных частей происходит под действием разжимающейся возвратной пружины или отведенных газов. Шток может быть жестко связан с подвижными частями автоматики (длинный ход штока) или сообщать скорость подвижным частям автоматики посредством удара (короткий ход штока). Применение короткого хода штока несколько упрощает конструкцию, так как позволяет применить более короткие направляющие, но приводит к энергетическим потерям.

Схемы автоматики, использующие отвод пороховых газов через специальное отверстие в канале ствола и получившие в настоящее время очень широкое распространение, так как обладают целым рядом положительных качеств, позволяют получить очень высокий темп стрельбы. Однако большое усилие отдачи, передаваемое на установку в те моменты, когда затвор закрыт, а также значительные ударные импульсы, возникающие при работе, делают невозможным постановку на лафет без специального амортизатора автоматических пушек калибром 20-30 мм с отводом пороховых газов и неподвижным стволом. Эти же обстоятельства привели к тому, что принцип отвода пороховых газов не используется в настоящее время в автоматических пушках калибром 37 мм и выше.

Все реально созданные конструкции авиационных и зенитных пушек калибром 37 мм и выше имеют автоматику, основанную на использовании отката ствола. В то же время большинство современных скорострельных пушек калибра 20-30 мм имеют автоматику, основанную на принципе отвода пороховых газов через специальное отверстие в стволе.

Рассмотренные выше системы с отводом пороховых газов при неподвижном стволе имеют шток, который отведенными пороховыми газами отбрасывается назад. Имеются системы с качающимся поршнем, например, станковый пулемет Кольта, и с поршнем, движущимся при выстреле вперед. Например, станковый пулемет Сент-Этьен.

Рис. 1.69. Схема системы с отводом газов через специальное отверстие и подвижным стволом
при постоянной кинематической связи между стволом и затвором

Одним из существенных недостатков систем с отводом пороховых газов является то, что подвижные части резко отбрасываются назад. Для уменьшения этого недостатка предлагались различные схемы. В частности, в системе Фаркауэра-Хилла между поршнем и штоком введена дополнительная пружина, смягчающая воздействие отведенных пороховых газов на подвижные части. Известны схемы с отводом пороховых газов и подвижным вперед стволом. На рис. 1.69 показана схема с газовой камерой закрытого типа и кинематической связью между стволом и затвором (система Авдышева).

К третьему классу одноствольных систем относятся системы с использованием силы врезания пули в нарезы. Этот принцип не получил распространения и не применяется в современных системах в связи с тем, что работа автоматики находится в сильной зависимости от размеров пули или снаряда, размеров ствола, его разгара и износа и т. п.

Механизмы запирания

Механизм запирания – совокупность деталей, служащих для закрывания патронника, удержания там гильзы и ограничения смещения зеркала затвора относительно казенного среза ствола во время выстрела. Следовательно, к деталям механизма запирания надо относить те детали, которые деформируются под действием силы давления пороховых газов на дно гильзы (ствол, затвор, ствольная коробка и т. п.). В системах с инерционным запиранием, в которых ограничение смещения зеркала затвора происходит за счет инерции массы затвора, к таким деталям следует относить детали, получающие смещение относительно казенного среза ствола при выстреле. Если рассматривать механизмы запирания в зависимости от характера ограничения смещения зеркала затвора, их можно разделять на три вида:

  1. Механизмы запирания с упругим смещением зеркала затвора при выстреле (в системах с принудительным отпиранием);
  2. Инерционные механизмы запирания (в системах с самоотпиранием);
  3. Механизмы запирания с полупринудительным отпиранием.

Наиболее распространены механизмы запирания первого вида. У них для предотвращения недопустимого смещения зеркала затвора относительно казенного среза ствола затвор во время выстрела соединяется со ствольной муфтой, казенником или ствольной коробкой при помощи запирающего механизма. Механизмы запирания с упругим смещением зеркала затвора (без самоотпирания) в зависимости от конструкции, характера и направления движения затвора можно разделить на скользящие, клиповые и качающиеся. Скользящие затворы в автоматическом оружии получили самое большое распространение.

Меньшее распространение в автоматическом оружии получили поперечно-движущиеся (клиновые) затворы. Они применяются в автоматических зенитных пушках.

Крайне редко применяются качающиеся затворы. В системах с инерционным запиранием осуществляется самоотпирание свободного или полусвободного затвора. При полупринудительном отпирании, получившем малое распространение, расцепление ствола и затвора происходит под действием силы давления пороховых газов, но затвор несколько задерживается в начальный момент. По сложности конструкции они не уступают системам с принудительным отпиранием и в то же время обладают существенными недостатками систем с инерционным запиранием. Поэтому системы с полупринудительным отпиранием получили крайне редкое применение.

Поперечный обрыв гильзы при выстреле или экстракции, а также срез фланца гильзы выбрасывателем приводят к возникновению трудноустранимых задержек. Поэтому характеристика и конструкция оружия должны быть выбраны таким образам, чтобы не могло возникнуть подобных задержек или поломок.

Рассмотрим функционирование гильзы при выстреле в системах автоматического оружия, имеющих механизмы запирания без самоотпирания затвора, т. е. механизмы запирания с упругим смещением зеркала затвора при выстреле. Будем считать, что гильза перед выстрелом всегда находится в переднем положении и упирается закраиной в пенек ствола или скатом в скат патронника. Из-за технологических условий гильза перед выстрелом располагается в патроннике с зазором Δr . Существуют также зазоры в цепи деталей механизма запирания. Упрощенно сведем их к "переднему" Δ1 и "заднему" Δ2 зазорам. Во время выстрела зазор Δr выбирается, одновременно давление пороховых газов на дно гильзы смещает гильзу назад. До момента прижатия гильзы к стенкам патронника она успеет сдвинуться назад без значительной осевой деформации на величину "свободного" выхода Δlc . Характер распределения зазоров, форма выбрасывателя и способ сцепления его с гильзой оказывают существенное влияние на величину "свободного" выхода гильзы.

С момента прижатия гильзы к стенкам патронника (при расчетном давлении в зависимости от размеров и материала гильзы), выталкивание гильзы на величину оставшегося зазора  будет сопровождаться продольными деформациями гильзы, обусловленными наличием сил трения между стенками патронника и прижатой к патроннику гильзой.

В ряде случаев часть пороховых газов еще до прижатия гильзы к стенкам патронника может попасть в зазор и на какой-то длине, особенно в передней части, гильза не будет защемлена. Примем для дальнейшего анализа модель, в которой при прижатии гильзы к стенкам патронника происходит ее защемление силами трения. Неполнота защемления может быть учтена при выборе величины коэффициента трения между стенками гильзы и патронника.

Важное значение для изготовления гильзы и ее работы имеет соотношение продольных и поперечных размеров.

Цилиндрические гильзы применяются в автоматическом оружии сравнительно редко. При сравнительно большой длине гильзы они делаются конусными, причем конусность осуществляется в основном за счет оката гильзы. Наружная поверхность основной части гильзы делается с небольшим конусом (обычно порядка 1-2°) для облегчения экстракции гильзы. Для рассмотрения ряда вопросов конусную гильзу удобнее заменять эквивалентной цилиндрической. Гильзы, применяемые в настоящее время, имеют переменную толщину стенки. Это несколько снижает осевые напряжения у дна гильзы и упрощает технологию ее изготовления.

Движение затвора в системах с инерционным запиранием начинается с момента выжимания пули из дульца гильзы. До момента выбора гильзой радиального зазора Δr смещение гильзы и затвора назад не сопровождается осевым растяжением гильзы. После прижатия гильзы к стенкам патронника движение затвора сопровождается продольной деформацией гильзы. Прочность гильзы при этом зависит от состояния гильзы и патронника (коэффициента трения f) и величины массы затвора. Для обеспечения продольной прочности гильзы необходимо, чтобы смещение зеркала затвора до момента безопасного для извлечения гильзы не превзошло предельно допустимого удлинения гильзы.

Наглядным примером механизмов запирания могут служить механизмы запирания автоматических пистолетов.

Из всего разнообразия систем запирания выделим следующие: запирание поворотом или перекосом затвора, вращающейся втулкой, боевыми личинками, особым рычагом или клином, системой рычагов. В пистолетах, имеющих относительно легкий и короткий ствол, дополнительная степень свободы может придаваться не затвору, а стволу. Запирание и отпирание осуществляется поворотом или перекосом ствола.

Рис. 1.70. Механизм запирания "Маузер" К-96
1 – затвор; 2 – запирающие выемки; 3 – возвратная пружина затвора; 4 – ударник;
5 – пружина ударника; 6 – выбрасыватель; 7 – запирающая личинка;
8 – снижающий выступ личинки; 9 – боевая пружина курка

При повороте затвора его боевые выступы заходят в соответствующие пазы ствольной коробки, что и удерживает затвор у ствола. Поворот затвора производится скосом затворной рамы, пазом короба и т.д. Этот способ позволяет получить небольшую длину узла запирания. Запирание поворотом затвора реализовано, например, в пистолете «Дезерт Игл».

При перекосе затвора он несколько смещается в направлении, перпендикулярном оси канала ствола, и встает своей опорной поверхностью на опорную поверхность ствольной коробки. Такую схему запирания имел «Бергман-Байард» обр. 1910 г.

Затвор может сцепляться со стволом особой личинкой (защелкой), качающейся на оси в вертикальной плоскости. Ось защелки, как правило, закреплена на казенной части ствола. В контакте с рамой, личинка боевыми выступами сцепляет затвор со стволом. Такой способ запирания использован в пистолетах «Маузер» К-96 (рис. 1.70), «Вальтер» П-38, «Глизенти», «Соссо-ФНА», «Намбу», «Беретта 92». При этом, если в конструкции «Маузера» личинка взаимодействует с рамой пистолета непосредственно, то в «Вальтере» – через промежуточную деталь (отпирающий стержень).

Принципиально близко этой схеме запирание поперечно перемещающимся клином, сцепляющим затвор и ствольную коробку («Лахти»Л-35). Запирание клином надежно и при соответствующей компоновке позволяет получить малую длину узла, однако требует дополнительной детали.

Затвор может подпираться системой из двух шарнирно сочлененных рычагов. При откате подвижных частей рычаги (шатун и мотыль) выводятся из мертвой точки с помощью копира, а их складывание вызывает ускоренный отход затвора от ствола. Такая система появилась уже в пистолете Борхарда обр. 1893 г., причем она явно была скопирована с соответствующего механизма пулемета Максима. Вывод из мертвой точки осуществлялся сложным движением заднего конца мотыля. В дальнейшем Люгер сделал подвижной среднюю точку, что позволило значительно упростить и уменьшить в размерах всю конструкцию. Так сложился пистолет Борхарда-Люгера «Парабеллум» (рис. 1.71). Аналогичная схема воплощена и в «Эрма» КПП-68. Система обладает высокой надежностью и обеспечивает плавное течение процессов запирания и отпирания, хотя и довольно громоздка.

Рис. 1.71. Механизм "Парабеллума"
1 – затвор; 2 и 3 – рычаги; 4 – серьга; 5 – возвратная пружина;
6 – коленчатый рычаг; 7 – рама; 8 – спусковой крючок;
9 – защелка магазина; 10 – магазин

«Парабеллум» же до сих пор пользуется большой популярностью.

Перекос (снижение) ствола для выведения его боевых выступов из пазов затвора осуществляется по-разному. Наиболее популярны системы Кольта-Браунинга – снижение ствола поворотной серьгой, шарнирно связанной с рамой («Кольт» М1911, ТТ, «Ругер» П-85, «Кольт Дельта Элит 80», «Гризли»), и впервые реализованная в «Браунинге Хай Пауэр» обр. 1935 г. – снижение за счет взаимодействия стержня рамы с фигурным пазом или скосом бородки ствола (ЧЗет-75, «Стар» Супер-Б, «Мустанг», «Джерихо 941», «ЗИГ-Зауэр» П-220, «Глок-17 и -19», «Кунан Армз»). Последняя система более надежна. В пистолетах «Веблей-Скотт» снижение ствола осуществляется наклонными пазами корпуса пистолета.

Для уменьшения габаритов и упрощения конструкции делается меньше боевых выступов. Иногда выступы вообще заменяют призматическим утолщением, которым ствол сцепляется с окном затвора-кожуха для выброса гильз («ЗИГ-Зауэр», «Глок-17», «Ругер» П-85). Асимметричность узла запирания, как показал опыт, не играет существенной роли.

Поворот ствола выполняется в два этапа: вначале винтовыми пазами неподвижной муфты или рамы, затем пазами затвора. Такая схема применена в пистолетах «Рот-Штейер» обр. 1907 г., «Штайер» обр. 1911 г., «Обрегон», «Кольт-2000», ТМП.

Все указанные системы запирания могут сочетаться с различными системами автоматики. Выбор той или иной системы также зависит от мощности патрона, предъявляемых к оружию требований, особенностей производства, взглядов самого конструктора.

Амортизаторы

На корпус автоматического оружия при стрельбе действует сила отдачи. Если корпус оружия жестко закрепить на установке, то при работе газоотводных систем с неподвижным стволом сила отдачи будет приложена непосредственно к установке. Наиболее существенной составляющей силы отдачи в этом случае является сила давления пороховых газов на дно канала ствола. У оружия калибра 20-мм и выше максимальное расчетное значение этой сила превышает 10 тс. При таких усилиях требуется установка, обладающая значительной массой, а это несовместимо с требованиями, предъявляемыми к артиллерийскому вооружению.

Для того чтобы уменьшить значение сил, действующих на все элементы лафета, и уменьшить его упругие деформации, в конструкции лафета часто вводятся специальные элементы, обеспечивающие продольное смещение оружия при выстреле. Эти элементы называются амортизаторами. Как правило, крупнокалиберное оружие, автоматика которого работает на принципе отвода пороховых газов, ставится на амортизаторах. Автоматическое оружие, автоматика которого работает на принципе использования энергии отдачи, должно ставится на буферные крепления с соблюдением определенных условий при выборе характеристик амортизаторов, так как работа автоматики весьма сильно зависит от характеристик упругой опоры, на которой стоит это оружие.

Различные устройства креплении оружия на установках могут быть разделены на группы, по двум признакам:

  1. по зависимости развиваемой ими силы сопротивления R(x, );
  2. по наличию в них специальных элементов, служащих для перевода части энергии отката в тепловую энергию.

Основными элементами крепления оружия на установке являются упругие связи.

В настоящее время в качестве упругих элементов практическое применение получили цилиндрические винтовые пружины обычно с витками прямоугольного сечения. Наибольшее распространение получили пружинные амортизаторы, изображенные на рис. 172 и рис. 1.73:

Рис. 1.72. Пружинный амортизатор двустороннего действия без демпфера
и его силовая характеристика

Рис. 1.73. Пружинный амортизатор двухстороннего действия с демпфером
и его силовая характеристика