close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

37.Конструкции и компоновочные особенности газовых двигателей автоматического оружия

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана
А.Н. Лебединец
КОНСТРУКЦИИ И КОМПОНОВОЧНЫЕ
ОСОБЕННОСТИ ГАЗОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
АВТОМАТИЧЕСКОГО ОРУЖИЯ
Рекомендовано редсоветом МГТУ им. Н.Э. Баумана
в качестве учебного пособия по курсу
«Расчет и проектирование автоматических машин»
Москва
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2006
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 623.442.4/621.433
ББК 31.365
Л33
Рецензенты: А.С. Неугодов, В.Г. Черный
Л33
Лебединец А.Н.
Конструкции и компоновочные особенности газовых двигателей автоматического оружия: Учеб. пособие. – М.: Издво МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. – 40 с.: ил.
ISBN 5-7038-2843-0
Пособие посвящено принципиальным вопросам конструктивного
оформления газодинамических узлов автоматического оружия. Подробно
рассмотрено большое количество конструкций газовых двигателей серийных образцов автоматического оружия. Даны рекомендации по применению тех или иных решений при проектировании.
Для самостоятельного изучения студентами курса «Расчет и проектирование автоматических машин», читаемого на кафедре СМ-6 «Ракетные и
импульсные системы» факультета «Специальное машиностроение».
Ил. 36. Библиогр. 14 назв.
УДК 623.442.4/621.433
ББК 31.365
ISBN 5-7038-2843-0
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Введение
Автоматическим оружием принято называть разновидность
ствольного оружия, в котором перезаряжание для производства
каждого последующего выстрела производится за счет энергии
предыдущего выстрела, без участия человека. При этом само оружие может быть как стрелковым, так и артиллерийским.
В системах с более-менее простой автоматикой (пистолет «Парабеллум», пистолет-пулемет ППШ) для перезаряжания оружия
используется энергия отдачи.
В стрелковом оружии такое устройство автоматики находит
применение лишь частично. Причиной этого является, с одной
стороны, громоздкость подвижного ствола с направляющими (пулеметы «Максим», МГ-34, автомат Федорова), с другой – низкая
надежность стрелкового оружия в условиях запыления и отсутствия смазки (ППШ).
У артиллерийских автоматов энергоемкость механизма автоматики гораздо выше, чем у стрелкового оружия, операции цикла
перезаряжания разделены функционально и компоновочно (пушки
НР-23, НР-30 МK-103, М-110, АМ-23). Разные этапы цикла автоматики обеспечиваются энергией от разных источников: ствола,
затвора, газового буфера (АМ-23), газового усилителя отдачи
(М-110), газового накатника (НР-30). Поэтому в автоматическом
оружии широко используется энергия пороховых газов, отводимых в различные газодинамические устройства. Например, в автоматической пушке АМ-23 таких устройств два: газовый двигатель
автоматики и газовый буфер. В револьверной пушке Р-23 есть три
газовых двигателя (двухтактный двигатель для привода барабана и
однотактные двигатели для досылания патрона и извлечения
гильзы). На примере пушки Р-23 видна также компоновочная гибкость и энергоемкость газовых двигателей автоматики.
Устройство и особенности компоновки газовых двигателей и
обсуждаются в данной работе. Приведенные в ней рисунки выполнены в пропорции и могут быть использованы при проектировании.
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ
СИСТЕМ С ОТВОДОМ ГАЗОВ
Системы с отводом пороховых газов образуют наиболее
обширную группу автоматического оружия (калибров от 5,45 до
30 мм). Газовый привод используется во всех видах автоматического оружия: от пистолетов (например, в израильском Desert Eagle фирмы IMI) до многоствольных высокотемповых автоматов (в
американской пушке GAU-4 калибра 20 мм, отечественных изделиях 9-А-621, 9-А-623 калибра 30 мм).
Столь широкое распространение газовые двигатели получили
вследствие, прежде всего, их высокого конструктивного совершенства: малой массы, низкой трудоемкости изготовления узла
двигателя, простоты конструкции собственно двигателя и элементов передачи мощности. Стабильно работают газовые двигатели и
при перегреве узла газоотвода.
Газовые двигатели автоматического оружия обладают еще и
важным свойством саморегуляции. Например, в условиях работы
при запылении подвижных частей или образовании нагара в направляющих поршня, при оржавлении становится затрудненным
движение подвижных частей. С точки зрения газодинамических
процессов цилиндра двигателя это означает замедленный (на несколько десятитысячных долей секунды) отход поршня и замедленное приращение объема цилиндра. В этих условиях повышаются максимальное давление на поршень и импульс, передаваемый
подвижным частям. Расчеты показывают, что в затрудненных условиях или в случае наличия массивных подвижных частей увеличивается термодинамический КПД двигателя. Подобное явление
имеет место и при выстреле из ствольного оружия. Стоит сравнить
термические КПД миномета с относительно тяжелым поршнем (с
малой относительной массой заряда) и пушки высокой баллистики
с относительно легким поршнем (с большой относительной массой
заряда).
В легких условиях работы (чистые смазанные детали), наоборот, объем цилиндра увеличивается быстрее, а максимальное давление, КПД и импульс двигателя оказываются ниже. В совокупно4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сти с затрудненным (или, наоборот, облегченным) движением затворной рамы данное обстоятельство обеспечивает относительную
стабильность импульса, передаваемого подвижным частям в различных условиях работы.
Конструктивное совершенство газовых двигателей современного оружия иллюстрируют следующие цифры.
У самозарядной винтовки СВД газовая камера имеет массу
42,9 г, а массы деталей привода (поршень, толкатель, пружина
толкателя, патрубок) равны 18,7, 50, 2,4 и 39,3 г соответственно
(суммарная масса – 110,7 г) (рис. 1). При этом масса подвижных
частей (затворная рама с затвором в сборе) составляет 393,7 г, масса патрона – 22…24 г, ствола – 1059,5 г, импульс двигателя –
3,2…4,5 Н ⋅ с.
Рис. 1. Газовый двигатель автоматики самозарядной винтовки СВД
калибра 7,62 мм
В автомате АКМ образца 1959 г. калибра 7,62 мм газовая камера имеет массу 68,2 г, остальные части газового привода (газовая
трубка без ствольной накладки и шток) – 113 г и 84 г соответственно. Масса подвижных частей (затворная рама с затвором) составляет 515 г, патрона – 16,2 г, ствола – 539 г; импульс двигателя
– 4…5 Н ⋅ с (рис. 2).
Газовые цилиндры из-за их малых габаритов можно разместить
в различных точках ствольной группы. Примерами компоновочной гибкости газовых двигателей в автоматике оружия могут служить конструкции газового двигателя американской автоматической винтовки M-16 калибра 5,56 мм (рис. 3), газовых двигателей
советской авиационной пушки Р-23, а также газового усилителя
отката советской автоматической пушки М-110, получившей в послевоенные годы широкое распространение на кораблях ВМФ
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СССР (рис. 4). У автоматической винтовки М-16 пороховые газы
расширяются в полости между затвором и затворной рамой. У
пушки М-110 усилитель отдачи скомпонован в кольцевой полости
между кожухом и стволом. При его отсутствии полость оставалась
бы незанятой.
Рис. 2. Газовый двигатель автомата АКМ
Рис. 3. Газовый двигатель автоматики автоматической винтовки
М-16 калибра 5,56 мм:
а – общая компоновка оружия в момент прохождения пулей газоотводного
отверстия; б – положение частей механизма в момент набора рамой
максимальной скорости
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 4. Газовый усилитель отдачи автоматической пушки М-110
Надежность автоматики, построенной на использовании отвода
пороховых газов, значительно выше, чем у любой другой [1], из-за
четкой дозировки подвода энергии к основному звену, мало зависящей от внешних условий, размеров и качества изготовления отдельных деталей и саморегулирования двигателя. В оружии с отводом пороховых газов легче реализуется постановка подвижных
частей на направляющие рельсового типа в ствольной коробке, что
положительно сказывается на надежности работы автоматики в
условиях запыления и загрязнения механизма [2, 3].
Газовым двигателям автоматики вообще свойственны надежность работы в условиях загрязнения, высоких и низких температур, различных углов возвышения, перегрузок (в авиации), а также
компоновочная гибкость узлов. Массы изделий с газовым двигателем незначительно превосходят массы их неавтоматических аналогов (например, самозарядная винтовка СВТ имела массу меньше, чем винтовка образца 1891/1930 г).
Оружие с отводом пороховых газов имеет и некоторые недостатки.
1. Как правило, совсем не используется отдача. Данное обстоятельство не позволяет применять схему с отводом пороховых газов в оружии калибра более 30 мм.
2. Наличие дополнительного узла, подверженного действию пороховых газов, приводит к повышенному загрязнению механизма.
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. КЛАССИФИКАЦИИ ГАЗОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
АВТОМАТИКИ
По наличию конструктивно оформленного поршня двигатели
делятся на поршневые, беспоршневые, роторопоршневые и лопастные. По тактам рабочего цикла – на однотактные и двухтактные.
По направлению движения поршня различают двигатели:
– с продольным движением поршня назад;
– с поперечным движением поршня;
– с движением поршня вперед;
– с вращательным движением поршня.
По способу привода затворной рамы выделяют:
– двигатели с длинным ходом толкателя (типа АКМ, ПК, ДП)
(под толкателем здесь понимается шток поршня, жестко связанный с затворной рамой);
– двигатели с коротким ходом толкателя (типа СВД, СКС).
При составлении классификации использовались источники
[4–7], наставления и руководства службы различных образцов.
Классической разновидностью газового двигателя можно считать поршневой однотактный двигатель с движением поршня назад и длинным ходом толкателя (толкатель жестко соединен и с
поршнем, и с затворной рамой), наподобие двигателя автомата
АКМ (см. рис. 2).
3. ЭНЕРГЕТИКА ГАЗОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
У существующих систем газоотводных двигателей массовая
доля пороховых газов, отведенных в двигатель, составляет порядка
1…3 %, что крайне незначительно ухудшает баллистические характеристики оружия и может быть скомпенсировано удлинением
ствола на 3–4 калибра.
С точки зрения энергетики газовые двигатели характеризуются
вырабатываемым импульсом, термическим КПД, максимальным
давлением и средним индикаторным давлением.
Газовые двигатели автоматического оружия классической компоновки имеют циклический характер работы. Перед выстрелом
поршень, связанный с основным звеном автоматики, имеет нулевую скорость. Подвижные части стоят в крайнем переднем поло8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
жении. Свободный объем цилиндра (так называемая газовая подушка), как правило, мал (см. рис. 2). Величина кольцевого зазора
между цилиндром и поршнем небольшая (в стрелковом оружии
порядка 0,1…0,2 мм на диаметр).
В таких условиях газовые двигатели имеют высокий термический КПД: 30 % и выше. Максимальное давление в цилиндре в 2–3
раза ниже, чем среднебаллистическое давление в стволе в момент
начала отвода газов. Импульс газовых двигателей в большой степени характеризует и развиваемую энергию, и развиваемую мощность – порядок массы подвижных частей оружия составляет единицы килограммов. Например, мощность двигателя автоматов
Калашникова составляет порядка 6…7 кВт, мощность двигателя
пушки 2А42 – порядка 60…70 кВт.
Наименьшим КПД обладают двигатели многоствольного оружия с непрерывным движением поршня. Прирост запоршневого
объема в них происходит значительно быстрее, чем в двигателях
систем с циклической автоматикой, где поршень перед выстрелом
останавливается в переднем положении. Давление в них падает
быстрее, оказывая меньшее воздействие на поршень.
Эффективным способом противодействия этому явлению является конструктивно обеспеченное опережение воспламенения заряда и отвода пороховых газов по сравнению с моментом прихода
поршня в крайнее переднее положение (наподобие опережения
зажигания в бензиновых двигателях). Данное решение использовано в отечественных системах АО-18, 9-А-620.
Существует возможность внешнего регулирования мощности
двигателя стрельбы за счет регулирования времени опережения.
Данное обстоятельство приводит к невозможности работы двигателя на малых темпах (до 2–3 тыс. выстрелов в минуту) из-за недостаточной инерции блока и вынуждает применять стартер. Несмотря на низкий КПД, двигатели многоствольных пушек
вырабатывают самые большие мощности (9-А-621 и 9-А-768 –
около 120 кВт).
По поводу предельно возможных значений мощностей, вырабатываемых газовым двигателем, следует отметить, что массоэнергетическая пропорция автоматического оружия не требует от
газовых двигателей экстремально высоких удельных и фактических мощностей. Энергия, потребляемая механизмом перезаряжания, оказывается в сотни раз меньше дульной энергии снаряда.
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. ГАЗОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ОБЫЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Как отмечалось выше, под типичной конструкцией газового
двигателя понимают конструкцию поршневого однотактного двигателя с движением поршня назад и длинным ходом толкателя.
Таков, например, двигатель автомата АКМ (см. рис. 2).
Рассмотрим возможности варьирования компоновки газовых
двигателей в рамках этой классической конструкции.
Прежде всего, следует оговорить принципы размещения газовой камеры относительно ствола.
Первым серийным образцом оружия с отводом газов следует
считать, по-видимому, пулемет Кольт–Браунинг образца 1895 г.
(рис. 5) [6]: его поршень совершал вращательное движение в вертикальной плоскости. Затем появился пулемет Гочкиса образца
1900 г., имевший уже газовый двигатель традиционной конструкции. Газовый цилиндр был расположен под стволом.
Рис. 5. Схема работы газового двигателя автоматики пулемета
Кольт–Браунинг образца 1895 г.:
а – подвижные части в крайнем переднем положении; б – подвижные части
в крайнем заднем положении
В ранних автоматических винтовках и пулеметах (пулеметы
Льюиса, Виккерс–Бертье, ZB-26, ДП-27, винтовка Браунинга, ручной пулемет Браунинга образца 1918 г., винтовка RSC-17, винтовка
Гаранда образца 1936 г. [5, 6]) газовая камера размещалась исключительно под стволом. Это было связано с опасениями, что газовый
двигатель может помешать прицеливанию и ведению огня.
Во-первых, цилиндр двигателя, нагреваясь, становится дополнительным источником восходящих тепловых потоков, затрудняющих прицеливание и наблюдение за целью.
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Во-вторых, выхлоп газов из камеры через зазоры и после отхода поршня может мешать стрелку. Например, при длительной
стрельбе из автомата АКМ на лице и руках стрелка остается копоть от пороховых газов. Газы проходят из газовой камеры мимо
поршня под крышкой коробки и через отверстие в крышке.
В-третьих, механизмы привода при работе автоматики могут
мешать стрелку наблюдать за целью.
На основании вышеизложенных причин в пулеметах современных конструкций, ведущих интенсивный огонь (ПК, М-60,
FN MAG), газовый двигатель располагают под стволом. При этом
обеспечивается расположение приемника сверху и облегчается
процесс заряжания оружия лентой.
Небольшим недостатком нижнего расположения двигателя является трудность в присоединении магазина. Недаром в довоенном
оружии (ДП, ZB-26, пулемет «Шательро», MG-311 für kampfwagen
[8], FG-42) магазин располагался сверху или сбоку.
Расположение газового двигателя над стволом ввел в конструкторскую практику русский оружейник С.Г. Симонов. Конструкция,
в которой газоотводный двигатель расположен над стволом, представлена в опытной винтовке Симонова образца 1931 г. и далее в
АВС-36. Там же впервые был использован короткий ход толкателя.
Симонов справедливо решил, что при малой интенсивности стрельбы самозарядной винтовки нагрев газовой камеры будет слабым и
тепловые потоки не затруднят прицеливание. Защита стрелка от выхлопа обеспечивалась большим расстоянием до газового двигателя.
Газовая камера на АВС-36 отнесена ближе к дульному срезу длинного винтовочного ствола (рис. 6). При этом толкатель совершает
короткий ход (порядка 15 мм) только для передачи усилия с поршня
на затворную раму. Кроме того, поршень охватывал газовую камеру
и направлял выхлоп вперед. При уменьшении мощности патрона
конструкция газового двигателя значительно упрощается, уменьшается его масса. Примером может служить карабин СКС [2].
Расположение газового двигателя над стволом стало обычным
в послевоенных автоматах начиная с немецкого StG-44 [6, 8].
Расположение газового двигателя сбоку от ствола в стрелковом
оружии не нашло широкого применения. Такое решение приводит
к значительному увеличению рассеивания в боковом направлении.
Известны две системы с газоотводом сбоку: опытная винтовка
Симонова образца 1926 г. и чешская ZH -29 [5]. В автоматических
пушках, стреляющих со станков (пушка 2А42 на БМП-2), способ
расположения двигателя (сбоку или сверху) особого значения не
имеет.
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 6. Газовый двигатель автоматической винтовки АВС-36:
а – толкатель в крайнем переднем положении: 1 – ствол; 2 – толкатель;
3 – пружина толкателя; 4 – поршень; 5 – газовая камера с цилиндром;
6 – регулятор; б – толкатель в крайнем заднем положении
Еще одним вариантом компоновки газовой камеры относительно ствола является опытный отечественный пулемет АО-22
конструкции В.П. Грязева образца 1961 г. В нем кольцевой поршень расположен вокруг ствола соосно ему; газовая камера образована внутренней стенкой цилиндра и наружной стенкой ствола.
Серьезной конструкторской задачей является обоснование способа передачи усилия с поршня на затворную раму.
В большинстве случаев при отсутствии каких-либо особых обстоятельств целесообразно применять схему с длинным ходом
толкателя [2, 6], когда поршень жестко связан с затворной рамой
(как во всех современных пулеметах и многих автоматах). Тяжелая
затворная рама обеспечивает большую надежность механизма перезаряжания при загрязнениях и при необходимости привода многих механизмов, например в пулеметах с ленточной подачей
РП-46, ПК, СГМ (рис. 7–9 соответственно). Длинная жесткая рама
парирует с меньшими потерями динамический перекос, что также
положительно сказывается на надежности. Например, в пулемете
РП-46 (см. рис. 7) удовлетворительную надежность демонстрирует
даже весьма несовершенный механизм перезаряжания. Длина затворной рамы с поршнем РП-46 составляет около полуметра.
При этом удары тяжелой затворной рамы несколько ухудшают
кучность. У пулеметов это ухудшение невелико, у автоматов –
больше.
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 7. Газовый двигатель автоматики пулемета РП-46 калибра 7,62 мм
Рис. 8. Газовый двигатель автоматики пулемета ПК калибра 7,62 мм
Схему с коротким ходом толкателя целесообразно применять в
случаях, когда можно пожертвовать надежностью и темпом и требуется снизить интенсивность ударов. Более-менее оправданным
такое решение выглядит для винтовок типа СВД (см. рис. 2) и
ПТРС, пушки ВЯ (рис. 10).
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 9. Газовый двигатель автоматики станкового пулемета
СГМ калибра 7,62 мм
Рис. 10. Газовый двигатель автоматики автоматической пушки ВЯ
образца 1941 г. калибра 23 мм
Необходимость применения беспоршневых газовых двигателей
могжет быть продиктована жесткими ограниченими по массе, габаритам или сложностью механизма перезаряжания, требующей
подвода энергии в разные его точки (пушка Р-23) [9]. В винтовке
М16 применение беспоршневого газового двигателя представляется малообоснованным.
При необходимости длительного плавного воздействия на подвижные части возможна передача усилия от толкателя на затвор
рамы через упругий элемент. Такое решение имеет место в пулемете Бирдмор–Феркауэр [10].
В двигателях с низкой энергетикой (например, при низкой баллистике или при больших утечках газов через зазоры) иногда требуется исключить истечение газов из цилиндра обратно в ствол.
В оружии классической компоновочной схемы действенным
способом предотвращения утечки пороховых газов из цилиндра
двигателя является механизм отсечки газов, реализованный в
1950-х гг. в американском универсальном пулемете М-60 и советском опытном образце ТКБ-521 конструкции Г.И. Никитина. В
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
боевом оружии эта схема не прижилась (из-за отказов при заполнении цилиндра водой), но неожиданно механизм отсечки газов
нашел применение в отечественном гладкоствольном карабине
«Сайга-410» (рис. 11). Нестабильность баллистики охотничьих
патронов является причиной нестабильности работы газового двигателя и как следствие – ненадежности механизма перезаряжания.
Применение отсечки газов и газовой подушки большого объема
делает работу двигателя более стабильной даже при нестабильной
баллистике.
Рис. 11. Газовый двигатель автоматики гладкоствольного карабина
«Сайга-410»
Обычно поршень газового двигателя автоматики жестко закрепляют на штоке, что целесообразно с точки зрения трудоемкости и
простоты устройства. Однако при длительном (около недели) хранении оружия после стрельбы без чистки и смазки возможно затвердевание нагара, образование коррозии, что, в свою очередь,
может вызвать затруднения при отводе подвижной системы назад
вручную для заряжания. В газовых двигателях обычной схемы
(один цилиндр, один поршень) данную проблему решают путем
назначения гарантированного зазора между цилиндром и поршнем
или путем развязки штока толкателя с затворной рамой, как у карабина СКС, винтовок СВД, СВТ, FN-FAL, AR-18. Даже при прихвате поршня нагаром оружие в таком случае заряжают вручную.
Поршень с толкателем при этом может оставаться неподвижным.
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При производстве первого выстрела в двигателе развивается кратковременное усилие в несколько сотен килограммов, под действием которого поршень страгивается, нагар и ржавчина размельчаются и выдуваются пороховыми газами через зазоры.
С точки зрения надежности работы автоматики в условиях запыления целесообразнее обеспечивать максимальную длину опорной базы затворной рамы. Таким образом, описанная выше развязка штока и затворной рамы менее предпочтительна, чем жесткая
связь штока с затворной рамой.
Использование в оружии газовых двигателей с несколькими
поршнями может вызвать затруднения при ручном заряжании,
особенно в случае отсутствия надлежащего ухода. Например, в
системах со сбалансированной автоматикой типа АО-38, СА-006,
АЕК-971, АК-107, АЛ-9 (рис. 12) используется двигатель с двумя
оппозитными поршнями, расходящимися под действием пороховых газов в разные стороны.
Рис. 12. Газовый двигатель автомата со сбалансированной
автоматикой (АК-107)
Сдвинуть с места два приржавевших поршня вручную может
оказаться затруднительно даже при принятии специальных мер
(назначение гарантированных зазоров, применение грязеуловительных карманов, обеспечение малых площадей контакта по боковой поверхности). Развязка затворной рамы со штоком в схеме
со сбалансированной автоматикой проблематична. Длинная затворная рама в такой схеме требуется для синхронизации движения балансира (как правило, посредством зубчато-реечной передачи) В этом случае допустима развязка затворной рамы и балансира
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
от соответствующих поршней (очень коротких). Впервые такая
схема была предложена в середине 1970-х гг. в ЦНИИТОЧМАШ,
но в сбалансированных автоматах (тип СА-006 или АК-107) распространения не получила.
Массовое применение эта схема нашла в гладкоствольных
охотничьих самозарядных карабинах «Сайга-410» (см. рис. 11) и
«Сайга-20». При этом также преследовалась цель обеспечения надежного заряжания в случае плохого ухода за оружием.
Рис. 13. Газовый двигатель автоматики пулемета ДП калибра 7,62 мм
Одной из схем компоновки газовых двигателей является такая,
в которой поршень охватывает цилиндр (рис. 6, 13, 14). Она была
применена в пулеметах ДП, ДШК и НСВ, винтовках АВС-36
и СВТ. При низкой точности изготовления деталей (отечественные
системы 1920–30-х гг.) для компенсации погрешностей сборки
оружия использовали увеличенный зазор между цилиндром и
поршнем (пулеметы ДП и ДШК). Газ, прорывавшийся в зазор между цилиндром и поршнем, все равно оказывал воздействие
на поршень.
Рис. 14. Газовый двигатель автоматики крупнокалиберного пулемета
НСВ-12,7
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 15. Газовый двигатель автоматики ручного пулемета РПК74
калибра 5,45 мм
Кроме того, выхлоп из камеры разворачивался вперед и не мешал
стрелку (СВТ). В дальнейшем с повышением точности изготовления и сборки оружия от такой схемы отказались. В ходе модернизации пулемета РПД образца 1944 г. конструкция с охватывающим
поршнем, принятая первоначально, уступила место традиционной
конструкции. То же произошло и при модернизации пулемета ДП,
ДПМ в пулемет РП-46. При модернизации автоматов АКМ и
АК-74 в пулеметы газовый двигатель подвергся минимальным изменением (рис. 15).
5. КОНСТРУКЦИИ ГАЗОВЫХ РЕГУЛЯТОРОВ
В ряде конструкций автоматического оружия, в основном в автоматических винтовках и пулеметах, применяют регуляторы газа.
Первоначально двух-, трехпозиционный регулятор применяли для
обеспечения работы автоматики в затрудненных условиях (например, пулемета ДП).
В настоящее время приняты два способа регулирования импульса газовых двигателей: во-первых, изменение площади га18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
зоотводного отверстия, во-вторых, изменение площади выхлопных окон. В
подавляющем большинстве газовых
регуляторов реализован первый способ
(см. рис. 7, 9, 11, 13), в регуляторах
винтовки СВД и пулемета ПК – второй
(см. рис. 1, 4 соответствено). Особых
преимуществ такая схема не дает.
Встречались и совсем уж экзотические
конструкции, работающие, однако,
вполне удовлетворительно (рис. 16).
В предвоенные и военные годы
газовые регуляторы использовали для Рис. 16. Газовый регулятор
пулемета образца 1939 г.
обеспечения работы автоматики с
(СССР):
необходимыми скоростями при сборке
1 – ствол; 2 – регулярятор; 3 –
и отладке, применяли многопозиционгазовая камера; 4 – защелка
ные регуляторы.
регулятора; 5 – отверстие
Оружие проектируют и расдля вставки патрона при
переключении; 6 – газовые
считывают исходя из представления о
каналы регулятора
том, что оно будет работать в нормальных условиях. При загрязнении
оружия проектные скорости автоматики падают из-за увеличения
коэффициентов трения, что может привести к задержкам. Рассчитывать механизм перезаряжания заранее, исходя из условий загрязнения, нецелесообразно: тогда в нормальных условиях такая
автоматика будет работать на повышенных скоростях. В большинстве случаев оружие работает все-таки в нормальных условиях, без загрязнений. Форсированные скорости подвижных частей
делают удары более интенсивными и, как следствие, ведут к раннему износу частей оружия, ухудшению кучности боя при стрельбе очередями.
В послевоенные годы (1950–70-е гг.) культура производства
автоматического оружия в нашей стране повысилась, при этом
значительно ужесточились требования по надежности, живучести
и кучности. Обнаружилось, что у большинства образцов после выработки 5–10 % ресурса возрастает надежность работы механизма
автоматики, а скорости подвижных частей увеличиваются. Для
автоматического оружия появились понятия обкатки и приработки. Трехпозиционные газовые регуляторы в пулеметах типа СГМ,
РП-46, ПК, НСВ стали применяться по следующей схеме.
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В производстве оружие отлаживали, испытывали и сдавали военпредам на повышенном газе (например, на втором). При этом испытание на кучность можно выполнять на малом газе.В войска
оружие поступает с регулятором в положении «газ 2». После настрела порядка 1000 выстрелов детали прирабатываются друг к другу, срезаются заусенцы, скругляются кромки, сглаживаются шероховатости. Снижаются силы сопротивления движению деталей (это
не обязательно силы сухого трения, а, например, затруднения, вызываемые волнистостью и винтообразностью направляющих штампованной ствольной коробки). Скорости подвижных частей возрастают, удары становятся более интенсивными, кучность боя
ухудшается, появляется вероятность снижения ресурса оружия за
счет ударов. Из-за этого обычно рекомендуется после 1000 выстрелов устанавливать регулятор в положение меньшего газа. Третье
регулировочное отверстие в газовом регуляторе, значительно увеличенное по сравнению с первыми двумя («газ 3»), применяется в
условиях сильных загрязнений, например, после недельной эксплуатации оружия в полевых условиях без чистки и смазки.
В соответствии c техническими условиями на изготовление и
прием модернизированного пулемета Калашникова ПКМ (ТУМО
№ А8112-72) скорость прихода подвижных частей в крайнее заднее
положение, замеренная по пяти выстрелам, должна быть не меньше:
на «газе 1» – 2,0 м/с, на «газе 2» – 3,0 м/с, на «газе 3» – 4,5 м/с.
Для пулемета ПКТМ (в соответствии с техническими условиями
6П7К.00.000) утвердились следующие требования: на «газе 1» скорости не измеряют (испытание факультативное), но требуется обеспечение работы автоматики; на «газе 2» скорость прихода затворной рамы в крайнее заднее положение – не менее 3,3 м/с, на «газе 3»
– не менее 4,5 м/с. Автоматика у обоих пулеметов одинаковая.
Газовый регулятор не всегда выполняется в виде дросселя на
пути потока газов. На пулеметах ПК и ПКМ (см. рис. 17, 18), на
винтовке СВД (см. рис. 1) регулятор в разных положениях открывает разные по размеру выхлопные окна.
В автоматических пушках сложных конструкций многопозиционный газовый регулятор может обрабатываться механически
(просверливаться) при отладке автоматики для получения необходимых скоростей, т. е. при отладке газового двигателя площадь
проходных отверстий в газовом двигателе можно подгонять для
каждого автомата индивидуально.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 17. Газовые камеры пулеметов ПК и ПКТ [3]:
а – газовая камера пулемета ПК; б – газовая камера пулемета ПКТ; 1 – штифты;
2 – патрубок; 3 – выхлопное отверстие; 4 – кольцевая проточка; 5 – лунки для
фиксаторов регулятора; 6 – поперечное отверстие; 7 – газоотводное отверстие
камеры; 8 – фиксатор регулятора
Рис. 18. Газовые регуляторы пулеметов ПК (выхлопного типа) и
ПКТ (дроссельного типа) [3]:
а – регулятор пулемета ПК; б – регулятор пулемета ПКТ; 1 – отверстие для выпуска газов; 2 – выступы; 3 – фиксатор; 4 – пазы для захода закраины гильзы при
переключении; 5 – регулятор; 6 – гайка регулятора; 7 – прорезь для отвертки; 8 –
булавка; 9 – отверстия в кольцевой проточке для булавки; 10 – резьба для гайки;
11 – кольцевые проточки; 12 – головка; 13 – вырезы для фиксатора; 14 – канавки
для отвода пороховых газов; 15 – прорезь для булавки
На сегодняшний день вполне удовлетворительными являются
конструкции газовых регуляторов пулеметов ПК и ПКТ (см.
рис. 17, 18). Регулятор бельгийского пулемета FN MAG неоправданно усложнен по сравнению с регулятором ПК (рис. 19).
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 19. Газовый двигатель пулемета FN MAG (1957 г.) с регулятором
(регулировка осуществляется за счет изменения площади выхлопного окна):
1 – газовая камера; 2 – газовый патрубок; 3 – регулятор; 4 – винт регулятора;
5 – маховичок; 6 – стопорная пружина; 7 – поршень затворной рамы
6. ГАЗОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОРУЖИЯ
С НЕПРЕРЫВНЫМ ВРАЩЕНИЕМ ОСНОВНОГО ЗВЕНА
Как отмечалось выше, газовые двигатели оружия с непрерывным движением механизма перезаряжания обладают наиболее
низким КПД. Это связано с постоянным увеличением объема цилиндра (поршень не останавливается перед выстрелом) и усиленным оттоком газов из цилиндра.
Кроме того, в системах с непостоянным передаточным числом
между поршнем и основным звеном (например, во всех отечественных многоствольных пушках) может сложиться ситуация, когда ускорение поршня под действием автоматики (блока стволов)
больше, чем под воздействием пороховых газов. В этом случае
воздействия на поршень со стороны пороховых газов не происхоxп , то pц S = 0 ). Это явление необходимо учидит (если pц S < mп тывать в расчетной модели.
Двухтактные двигатели, подобные примененным в системах
9-А-621 и АО-18 (см. рис. 5), поочередно заполняются пороховыми газами из разных стволов. При заполнении двигателя из стреляющего ствола газ бесцельно расходуется, перетекая в каналы
остальных стволов. Но даже в этих конструкциях масса расходуемых газов не превышает 2 % от массы заряда каждого выстрела.
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В мощных двигателях пушек 9-А-621 и АО-18 (мощность порядка 120 кВт при 1000 об./мин блока стволов) для выравнивания
усилий в передней и задней камерах двигателя поршень передней
камеры делают несколько меньшего диаметра, чем задней. В первом случае газовый тракт имеет два поворота по 90º, сохраняя общую тенденцию движения пороховых газов вперед; во втором случае газовый тракт разворачивается на 180º назад. Из-за этого
оказываются неодинаковыми коэффициенты расхода и наполнения
цилиндров. Эту разницу компенсирует разница диаметров поршней.
Применение одинаковых поршней может привести к чередованию быстрых и медленных циклов. В быстром цикле опасно раннее отпирание, а в медленном происходит потеря темпа.
Использование обратных клапанов для исключения обратного
перетекания газа в ствол не приводит к сколько-нибудь значительному повышению энергетики газового двигателя. Двигатель работает в течение малого периода времени: от начала перетекания газов до конца периода последействия. Для большинства систем
автоматического оружия это несколько тысячных долей секунды.
За это время газы успевают заполнить цилиндр, расшириться и
истечь из цилиндра через зазоры, выхлопное и газоотводное отверстия, а клапан, как бы ни была мала его масса, не успевает сместиться для того, чтобы запереть пороховые газы в цилиндре.
Кроме того, механизм обратного клапана требует тщательного
ухода, чистки и регулировки, что для стрелковых систем является
существенным недостатком. Малая масса клапана приводит к его
перегреву пороховыми газами, что в свою очередь чревато размягчением металла, появлением промывов и раковин после небольшого числа выстрелов. Живучесть данного узла прогнозируется
как неудовлетворительно низкая (на порядок ниже, чем живучесть
соответствующего по массе и габаритам ствола). Применение
специальных жаропрочных материалов наподобие сплава
Х18К60В14Н11 (ЭП-131) по ТУ 14-1-1637-76 эффекта не дает:
слишком тяжелы условия работы иглы клапана. По исчерпании
живучести запирание газов клапаном становится невозможным. В
практике проектирования повышения энергетики двигателя целесообразно достигать некоторым увеличением проходного сечения
газоотводного отверстия посредством увеличения диаметра или
придания ему овальной формы. Возможен вариант применения
массивного золотника, отсекающего пороховые газы.
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Применение поршневых колец с целью уменьшения расхода
через зазоры между цилиндром и поршнем также не является целесообразным. Площадь истечения газов через зазоры, даже при
отсутствии поршневых колец, значительно меньше, чем площадь
газоотводного отверстия, через которое и происходит отток из цилиндра в ствол. Поршневые кольца нашли применение в газовом
двигателе многоствольных многокамерных пушек 9-А-621,
9-А-620, 9-А-768 (рис. 20), АО-18 (рис. 21). Судя по конструкции,
в двигателях этих систем поршневые кольца применены скорее
для уменьшения загазованности запоршневого пространства, чем
для повышения энергетики. Камеры двигателей в этих системах
сообщаются сразу с тремя стволами. В момент работы камеры истечение газов происходит в два «отдыхающих» ствола.
Рис. 20. Цилиндр газового двигателя пушек 9-А-620 и 9-А-768:
а – разрез; б – внешний вид; в – аксонометрическая проекция в каркасном
исполнении
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 21. Газовый двигатель автоматики многоствольной пушки АО-18
С конструкторской точки зрения более оправдано применение
поршневых колец в системах типа ЯкБЮ и ГШГ (рис. 22–25). В четырехствольном крупнокалиберном пулемете ЯкБЮ газовый двигатель скомпонован по наружной поверхности блока стволов, имеющей диаметр порядка 75 мм (см рис. 22, 23).
Рис. 22. Блок стволов и газовый двигатель автоматики четырехствольного
пулемета ЯкБЮ-12,7 калибра 12,7 мм (изделие 9-А-624К):
1 – ствол; 2 – перегородка; 3 – двусторонний поршень; 4 – движок с роликами
и винтовыми пазами
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 23. Движок с роликами и винтовыми пазами газового двигателя
пулемета ЯкБЮ
Рис. 24. Газовый двигатель автоматики четырехствольного
пулемета ГШГ (изделие 9-А-622):
1 – крышка; 2 – поршень; 3 – поршневое кольцо цилиндра диаметром 78 мм;
4 – поршневое кольцо ствола диаметром 22 мм (4 шт.); 5 – цилиндр; 6 – ствол;
7 – игла регулятора; 8 – запорные гайки (2 шт.) на втором и четвертом стволах
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 25. Поршень газового двигателя четырехствольного
пулемета 9-А-622
При этом поршни двигателя смонтированы на движке, сидящем роликами в винтовых пазах блока стволов. В этих условиях
для развязки размерных цепей и благополучной сборки узла требуется обеспечить гарантированные зазоры в направляющих
движка (что нецелесообразно) либо в сочленении поршней с блоком стволов (что более предпочтительно). В этих условиях применение пружинных поршневых колец для компенсации зазора и
предотвращения прорыва газов является верным конструктивным
решением (хотя в ЯкБЮ без колец удалось обойтись).
В системе 9-А-622 (см. рис. 24, 25) поршень разделяет камеры
газоотводного двигателя, которые расположены в промежутках
между стволами. Четыре ствола пулемета проходят сквозь поршень. В этих условиях необходимо обеспечить обтюрацию по пяти линиям контакта: по четырем отверстиям под стволы и наружному диаметру поршня. Очевидно, что обеспечить надлежащую
точность в сочленении шести деталей (четыре ствола, поршень,
наружная стенка камеры) не представляется возможным. В этих
условиях необходимо изготавливать поршень с гарантированными
зазорами, а зазоры компенсировать применением пружинных
поршневых колец. Данная мера позволяет значительно снизить
утечки через зазоры и повысить КПД двигателя.
Поршневые кольца обычно изготавливают из жаропрочного
сплава ЭП-131 по ТУ 14-1-1637–76, упрочненного методом осадки
до σ 0,2 ≥ 1225 МПа (HRC 40–45), с шероховатостью по параметру
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ra 0,63, с сохранением острых кромок по той поверхности, которая
скользит по сопряженной детали. Кромки, входящие в поршневую
канавку, притупляются до R 0,5. Ширина колец – 2…5 мм, толщина
кольца – 5…7 % от уплотняемого диаметра.
Альтернативной возможностью конструктивного обеспечения
газового привода пушек с непрерывным вращением основного
звена (чаще всего блока стволов) является применение лопастных
машин на горячем газе или роторопоршневых газовых двигателей
наподобие двигателя Ванкеля. На рис. 26 представлена конструкция лопастного газового двигателя многоствольной пушки, предложенная в патенте [11]. Данная конструкция имеет то преимущество, что не требует наличия механизма передачи мощности от
поршня на основное звено – блок стволов запрессован в ротор.
Недостатком является плохая обтюрация камер.
Рис. 26. Газовый двигатель автоматики многоствольной пушки:
1 – ротор; 2 –статор; 3 – ствол; 4 – лопасть; 5 – копирный паз управления лопастью
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Газовые двигатели автоматики с непрерывным вращением основного звена во многом аналогичны двигателям внутреннего сгорания и характеризуются прежде всего развиваемой мощностью.
Мощность газовых двигателей зависит от скорости вращения выходного звена. Поэтому кроме максимальной мощности в практике проектирования используется внешняя характеристика двигателя – зависимость мощности от темпа стрельбы. На рис. 27
показана внешняя характеристика газового двигателя тридцатимиллиметровой автоматической пушки без опережения зажигания.
Рис. 27. Внешняя характеристика газового двигателя
автоматической пушки калибра 30 мм:
1 – мощность, вырабатываемая двигателем; 2 – мощность, потребляемая механизмами орудия
Отсутствие опережения зажигания приводит к тому, что почти
на всех темпах стрельбы кривая мощности двигателя лежит выше
кривой расходуемой мощности; мощность привода автоматики
пушки примерно равна мощности дизеля автомобиля «Урал-4320».
На рис. 28 показана схема многоствольной пушки с роторопоршневым двигателем, в которой пороховые газы через газопровод попадают в полость между ротором и статором. Момент с ротора передается на полумуфту 8 и далее на вал 9. Вал 9 приводит
блок стволов.
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 28. Схема многоствольной пушки с роторопоршневым двигателем:
1 – ствол; 2 – газовая камера; 3 – золотник; 4 – газопровод; 5 – штуцер; 6 – статор;
7 – ротор; 8 – полумуфта; 9 – вал; 10 – кожух; е – эксцентриситет
Пушки с роторопоршневым двигателем серийно не выпускают.
7. ДРУГИЕ ТИПЫ ОРУЖЕЙНЫХ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ
УСТРОЙСТВ
По тем же законам, что и газовые двигатели автоматики, функционируют и газовые замедлители отката в системах со свободным затвором, построенных на так называемом принципе Барнитцке.
На рис. 29 даны чертеж пистолета «Штейер GB» и схема функционирования узла торможения свободного затвора пороховыми
газами. На этом же принципе основаны механизмы более позднего
южноафриканского автоматического пистолета «Вектор» и немецкого автомата «Фольксштурмгевер» VG-5 образца 1944 г. (рис. 30
и 31 соответственно).
Не вдаваясь в подробности о преимуществах и недостатках такой схемы, следует подчеркнуть, что газовые тормоза рассчитывают по той же математической модели, что и обычные газовые
двигатели автоматики. Отличием является то, что приведенная сила, действующая на основное звено, превышает по значению силу,
развиваемую в цилиндре двигателя. При этом основное звено вместе с поршнем движется в сторону сжатия газов в цилиндре, сокращая свободный объем цилиндра.
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 29. Продольный разрез автоматического пистолета «Штейер GB» (а)
и схема работы механизма торможения в его прототипе – пистолете фирмы «Густлов-верке» конструкции доктора Барнитцке в момент выстрела
(б) и в момент отката (в):
1 – ствол; 2 – затвор; 3 – втулка затвора; 4 – газоотводное отверстие в стенке
ствола; 5, 6 – уплотнительные кольца; 7 – тормозной цилиндр
Рис. 30. Газовый тормоз отката затвора южноафриканского
автоматического пистолета «Вектор»
Рис. 31. Газовый тормоз свободного затвора автомата
«Фольксштурмгевер» VG-5 образца 1944 г.
а – затвор в крайнем переднем положении; б – затвор в крайнем заднем положении
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Работоспособность такого рода систем (автомат VG-5) во многом зависит от качества изготовления контактирующих поверхностей, а также от конфигурации гильзы. Немецкий курцпатрон имел
относительно короткую, коническую гильзу и среднюю по интенсивности баллистику. С таким патроном удовлетворительная
работоспособность обеспечивалась бы и схемой со свободным затвором при массе последнего 1…1,2 кг. С точки зрения проектирования и расчета подобный газовый тормоз не отличается от
газового двигателя классической конструкции.
При использовании в механизме торможения схемы с отсечкой
газов можно построить довольно жесткий газовый буфер, подобный газовому накатнику системы НР-30 (рис. 32).
Рис. 32. Газовый накатник пушки НР-30 (СССР, 1956 г.)
Следует подчеркнуть, что принципы работы большинства газовых устройств, содержащих цилиндр, поршень, поршневые кольца
и получающих рабочее тело из канала ствола, те же, что и у газовых двигателей.
В процессе конструирования требуется следить за соответствием предлагаемых конструкций и используемых расчетных моделей. Принципиальные изменения в конструктивной схеме и расчетной модели могут привести к затруднениям в опытноконструкторской отработке оружия. Появление принципиально
новой схемы и ее применение может быть вызвано только серьезными эволюционными изменениями в оружейном деле, новыми
тактическими задачами и техническими требованиями. Тем не менее новые типы газовых двигателей появляются довольно часто.
Принципиальное изменение конструкции газового двигателя у
винтовки М-16 (см. рис. 3), во многом необоснованное (свою роль
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сыграла патентная чистота узла), привело к чувствительному понижению надежности. Пороховой газ отводится по патрубку из
газовой камеры и вдувается в затворный узел. Затворный узел выполнен с малыми конструктивными зазорами, так как в нем работают пороховые газы и утечка их нежелательна. Посадка затвора в
затворную раму является посадкой поршня в цилиндр. Нагар, приносимый пороховыми газами, накапливается в затворном узле и
затрудняет движение затворной рамы по коробке. Те же пороховые газы вдуваются на опорные поверхности узла запирания, выполненного с малым шагом винта. При сколько-нибудь значительном загрязнении или оржавлении это приводит к затруднениям
при отпирании и запирании, т. е. работа узла газоотвода возможна,
если детали изготовлены с высокой точностью и малыми конструктивными зазорами. Пороховые газы, попадая в малые зазоры,
способствуют снижению надежности работы. Отрицательную роль
играет и наличие длинного газоотводного тракта с тонкими стенками.
Советская автоматическая пушка Р-23 и ее аналог изделие
251-П, спроектированные в СССР примерно в те же годы, что и М16, оснащались тремя газовыми двигателями для выполнения различных операций цикла перезаряжания. Два из них – двигатель
привода барабана и двигатель выбрасывания стреляной гильзы –
имели оригинальную конструкцию (тоже обладавшую патентной
чистотой), принципиально отличавшуюся от применявшихся
ранее.
Двигатель привода барабана был двухтактным и имел поперечное горизонтальное движение поршня (рис. 33); он появился
как результат развития пневмогазового двигателя, в котором роль
возвратной пружины выполнял сжатый воздух пневмосистемы
самолета∗. Газовый двигатель досылания патрона в барабан этой
пушки выполнен по классической схеме (рис. 34).
Двигатель выбрасывания стреляной гильзы не имеет поршня,
его роль выполняет сама гильза (рис. 35). Такое же решение (правда, не столь конструктивно совершенное) имело место в автомати∗
Ход мысли инженера и последовательность принятия им решений при конструировании этого двигателя описаны в работе [9]. Эта книга – иллюстрация
процесса конструирования ствольного оружия – оказалась единственным печатным источником такого рода.
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ческой револьверной пушке НН-30 – более ранней разработке
ОКБ-16.
Рис. 33. Газовый двигатель привода барабана пушки Р-23
Рис. 34. Газовый двигатель досылания патрона пушки Р-23:
1 – корпус газовой камеры; 2 – поршень газового двигателя привода барабана;
3 – газоотводные каналы трех двигателей; 4 – обтюратор пороховых газов газового выбрасывателя стреляных гильз; 5 – поршень-досылатель патрона; 6 – досылаемый патрон; 7 – газовый канал выбрасывателя стреляных гильз
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 35. Газовый двигатель выбрасывания гильзы пушки Р-23:
1 – барабан; 2 – патронник, из которого была отражена гильза;
3 – газоотводный канал; 4 – ось барабана с газопроводом внутри;
5 – патрон в смежном патроннике
Наличие нескольких газовых двигателей оригинальной конструкции не внесло сколько-нибудь существенных ухудшений в
боевые свойства оружия. Наоборот, принципиальные изменения в
их конструкции позволили значительно улучшить комплекс конструкторских решений по оружию и комплекс его боевых свойств
в целом.
Двухтактный тип двигателя привода барабана позволил отказаться от возвратной пружины. Возвратно-поступательное движение поршня в обе стороны обеспечивается пороховыми газами.
Это исключает возможность задержки поршня на нагаре или
ржавчине, а также обеспечивает высокий темп. Для большей надежности поршень имеет больший диаметр, чем у системаналогов. Усилие, развиваемое в обоих тактах, составляет несколько тонн.
Продумано и изменение направления подачи ленты. При смене
направления подачи требуется изменить и направление усилия газового двигателя. Оно изменяется путем разворота поршня в цилиндре на 180º.
Газовый двигатель отражения гильзы имеет длинный газоотводный канал (см. рис. 35). Канал имеет толстые стенки и выполнен методом глубокого сверления в ствольной коробке. Надеж35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ность работы обеспечивается тем, что кроме поршня (мягкой
стальной гильзы), он не приводит никаких механизмов, т. е. его
можно рассчитать и отработать с двух- и трехкратным запасом
импульса, гарантированно обеспечивающим работу в самых трудных условиях. Следует заметить, что гильза не имеет конуса и после выстрела сидит в патроннике с натягом, чем обусловлен относительный недостаток двигателя – большая (около 80 м/с)
скорость отражения гильзы (в пушке 9-А-4071К скорость отражения – порядка 100 м/с). Смена направления питания в пушке дополняется разворотом на 180º оси барабана 4 (см. рис. 35).
Авиационная автоматическая пушка ГШ-23 построена по двухствольной двухкаморной компоновочной схеме. Устройство перезаряжания состоит из двух затворных рам с поршнями. Для увеличения темпа стрельбы и надежности работы системы пороховые
газы отводятся из стреляющего ствола на оба поршня. При этом
поршень стреляющего ствола отбрасывается назад, а поршень перезаряжаемого ствола подгоняется вперед. Газовый двигатель собран
в двухцилиндровой газовой муфте (рис. 36), оснащенной сложной
пространственной системой газопроводов. Для обеспечения нормальной работы газовая муфта снабжена также системой выхлопных коллекторов. Несмотря на сложность конструкции, газовый
двигатель пушки ГШ-23 однотактный.
Рис. 36. Газовая камера двухствольной автоматической пушки ГШ-23
с газовым приводом на оба поршня:
а – общий вид; б – каркасное представление
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В современных условиях возможно появление новых требований к газовым двигателям. Например, для снайперских винтовок
существует тенденция полного отказа от автоматики, так как газовый двигатель вызывает дополнительные колебания ствола и
ухудшает рассеивание. Целесообразным в этом случае может быть
применение газового двигателя, закрепленного не на стволе, с
симметрично распределенной относительно оси ствола массой;
работа двигателя должна начинаться после вылета пули из канала
ствола. Подобными свойствами во многом обладает надульный
газовый двигатель германской винтовки G-41М.
Для пулеметов в последние годы было выдвинуто требование по
снижению демаскирующих факторов оружия. Применение в войсках ночных тепловизионных прицелов показало, что газы, истекающие через выхлопные окна газовых двигателей, демаскируют
стреляющего в той же степени, что и вспышки от выстрелов. Это
вполне объяснимо: выхлопные окна не имеют пламегасительных
элементов. В этой ситуации целесообразно применение газовых
двигателей без выхлопных окон, как в пулемете ПКТ.
В целом задача конструирования газовых двигателей сводится
не только к оформлению цилиндро-поршневой группы и газоотводного отверстия в стволе. Гораздо более сложной видится задача
вписывания двигателя в конструктивную концепцию образца в
целом не столько в плане пространственной компоновки, сколько
в плане обеспечения разнообразных боевых и эксплуатационных
свойств: темпа стрельбы, надежности работы, эргономичности,
характеристик рассеивания, трудоемкости, ремонтопригодности,
удобства эксплуатации.
Кроме названной выше литературы, помощь при решении задач конструирования могут оказать источники [12–15], а также
отраслевые руководящие материалы и конструкторская документация.
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Список литературы
1. Алферов В.В. Конструкция и расчет автоматического оружия. М.:
Машиностроение, 1977.
2. Михайлов Л.Е. Конструкции стрелкового автоматического оружия.
/ ЦНИИНТИ М., 1984.
3. Наставления по стрелковому делу. М.: Воениздат, 1986.
4. Благонравов А.А. Основания проектирования автоматического
оружия. М.: Оборонгиз, 1940.
5. Материальная часть стрелкового оружия: В 2 т. Т. 1 /Под ред.
А.А. Благонравова. М.: Оборонгиз, 1945.
6. Материальная часть стрелкового оружия: В 2 т. Т. 2 /Под ред.
А.А. Благонравова. М.: Оборонгиз, 1946.
7. Горов Э.А. Основания проектирования автоматического оружия /
Акад. им. Ф.Э. Дзержинского. М., 1954.
8. Smith W.H.B. Small arms of the world. Harrisburg (USA), 1962.
9. Рихтер А.А. Логика конструкторского мастерства / ЦНИИНТИ. М.,
1974.
10. Федоров В.Г. Эволюция стрелкового оружия: В 2 т. М.: Воениздат, 1938–1939.
11. Пат. на изобрет. № 2107244 РФ от 20.03.98. Газовый двигатель автоматики многостволького автоматического оружия с непрерывным вращением блока стволов / А.Н. Лебединец; F41F 1/10. Бюл. № 8; 1998.
12. Бакалов В.И., Слуцкий Е.А. Многоствольные автоматические
пушки и пулеметы стран армий НАТО / ЦНИИНТИ. М., 1984.
13. Черный В.Г., Сахнов Н.А., Скоробогатский В.Н. Автоматические
системы: Учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1993.
14. Кулагин В.И., Черезов В.И. Газодинамика автоматического оружия / ЦНИИНТИ. М., 1985.
15. Chinn G.M. Тhe machine gun. Vol. 4. New York, 1955.
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Оглавление
Введение ........................................................................................................ 3
1. Общие сведения. Достоинства и недостатки систем
с отводом газов.......................................................................................... 4
2. Классификация газовых двигателей автоматики ................................... 8
3. Энергетика газовых двигателей............................................................... 8
4. Газовые двигатели обычных схем ........................................................... 10
5. Конструкции газовых регуляторов.......................................................... 18
6. Газовые двигатели автоматического оружия с непрерывным
вращением основного звена ..................................................................... 22
7. Другие типы оружейных газодинамических устройств ........................ 30
Список литературы ....................................................................................... 38
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Учебное издание
Алексей Николаевич Лебединец
Конструкции и компоновочные особенности газовых двигателей
автоматического оружия
Редактор А.В. Сахарова
Корректор Л.И. Малютина
Компьютерная верстка О.В. Беляевой
Подписано в печать 20.05.2006. Формат 60×84/16. Бумага офсетная.
Печ. л. 2,5. Усл. печ. л. 2,33. Уч.-изд. л. 2,15. Изд. № 101. Тираж 100 экз.
Заказ
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана.
105005, Москва, 2-я Бауманская, 5.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа