Принципы действия автоматического стрелкового оружия

В автоматическом оружии все операции, связанные с перезаряжанием: досылание патрона в патронник, закрывание канала ствола, отпирание затвора после выстрела, извлечение стреляной гильзы и ее удаление - осуществляются за счет энергии пороховых газов. Поэтому устройство двигателя автоматики во многом определяет устройство автоматического оружия в целом, поскольку двигатель преобразует исходный вид энергии в механическую энергию исполнительных механизмов.

Для автоматического оружия большое значение имеет расположение источника энергии по отношению к оружию. По этому признаку можно различить два типа автоматического оружия: с внешним и автономным источником энергии.

Оружие с внешним источником энергии может с успехом применяться в сочетании с носителями, обладающими достаточными запасами энергии. Примером могут служить 20-мм американские авиационные пушки "Вулкан" М 61. Внешний источник энергии может быть электрическим, механическим или другим; в определенных случаях оружие с внешним источником энергии имеет определенные преимущества перед оружием с газовыми приводами. И тем не менее автоматическое оружие с внешним источником энергии не получило широкого распространения из-за основного его недостатка: отсутствия автономности и, как следствие, универсальности. Поэтому двигатели, работающие от внешних источников энергии, широко используются в основном в авиационном автоматическом оружии в качестве вспомогательных, служащих только для перезаряжания оружия в случае отказа (например, осечки) или для скорейшего выхода на режим.

В качестве автономного источника энергии в современном автоматическом стрелковом оружии чаще всего используется часть энергии пороховых газов, образующихся в стволе, а дополнительных двигателей - пружины, как взводимые за счет той же энергии пороховых газов, так и предварительно взведенные (пружины магазинов).

И тем не менее облик современного автоматического оружия в большинстве случаев определяется типом, в первую очередь, газового двигателя автоматики. В зависимости от принципа действия существуют двигатели, использующие энергию отдачи, то есть силу отдачи пороховых газов, с отводом пороховых газов из канала ствола и использующие реакцию движения пули на ствол. Возможны и различные комбинации этих принципов действия.

В свою очередь, двигатели, использующие силу отдачи, делятся на двигатели, использующие отдачу затвора, ствола и всего оружия.

Двигатели, использующие отдачу затвора, могут быть со свободным и полусвободным затвором, с задержкой свободного затвора и с выкатом затвора.

Двигатели, использующие отдачу ствола, могут быть с длинным и коротким ходом ствола.

Специальные газовые двигатели с отводом пороховых газов через газоотводное отверстие в стенке ствола, в зависимости от места отбора пороховых газов могут быть камерными, боковыми и дульными.

Газовые двигатели могут различаться также по принципу действия на поршневые и реактивные.

И здесь целесообразно рассмотреть основные системы автоматики.

Системы автоматического оружия с инерционным запиранием, они же системы с отдачей свободного и полусвободного затвора, наиболее просты по устройству. Это обусловлено тем, что данные системы являются единственными, в которых отсутствует жесткое сцепление ствола и затвора при выстреле.

В образцах автоматического оружия с использованием отдачи свободного затвора затвор во время выстрела остается не сцепленным со стволом или ствольной (затворной) коробкой, а лишь прижимается к ним усилием возвратной пружины. В момент выстрела под действием пороховых газов на дно гильзы затвор движется назад, сжимая возвратную пружину. Причем движение затвора начинается одновременно с движением пули. После вылета пули затвор продолжает двигаться назад за счет кинетической энергии и извлекает гильзу из канала ствола. Из крайнего заднего положения затвор силой возвратной пружины посылается вперед и досылает из магазина в патронник очередной патрон.

На работу автоматики этого типа существенно влияет величина массы затвора и сила трения гильзы о патронник, которая возникает в результате того, что давлением пороховых газов гильза прижимается к стенкам патронника. Поскольку движение гильзы из патронника начинается непосредственно в момент воспламенения заряда и тормозится только массой затвора (отсюда термин "инерционное запирание"), данные системы обладают большой массой подвижных частей и рассчитаны на использование коротких пистолетных гильз цилиндрической формы со сравнительно малой массой порохового заряда. Применение длинной или конической гильзы может привести к разрыву последней из-за того, что задняя часть гильзы движется вместе с затвором, а передняя оказывается в состоянии натяга с патронником вследствие высокого давления пороховых газов в канале ствола. Многочисленные попытки избавиться от этого недостатка, например использование смазываемых патронников, специальных продольных канавок в них (так называемые канавки Ревели), воспламенение заряда при некотором недоходе подвижных частей до крайнего переднего положения (выкат затвора), широкого распространения не получили. Поэтому системы с инерционным запиранием используются в основном в пистолетах и пистолетах-пулеметах, т.е. в таких системах, где используются пистолетные патроны с короткой цилиндрической гильзой: отечественные пистолеты Макарова (ПМ) и Стечкина (АПС), пистолеты-пулеметы Дегтярева (ППД), Шпагина (ППШ) и Судаева (ППС), американские М3А1 и "Ингрем" М 10, израильский ”Узи”, итальянский "Беретта" М 12 и т.д. Существенным положительным качеством этого типа автоматики является простота устройства подобного оружия.

Если затвор во время выстрела сцепляется со стволом и их расцепление происходит под действием давления пороховых газов на дно гильзы, то такой затвор называют полусвободным. На этом принципе основана, например, автоматика американских пистолетов-пулеметов «Томпсон» М 1928 и «Рейзинг» М 50. В автоматическом стрелковом оружии с использованием в работе системы автоматики с полусвободным затвором затвор также начинает отходить назад вместе с гильзой с началом развития давления пороховых газов в стволе, однако отход затвора тормозится механизмом запирания вследствие действия на элементы механизма больших сил трения и из-за ускоренного перемещения отдельных деталей, связанных с затвором. Торможение затвора в период его самоотпирания значительно уменьшает кинетическую энергию затвора, позволяя применять более мощные патроны и не увеличивая при этом сильно массу затвора. Работа автоматики систем с полусвободным затвором после самоотпирания затвора принципиально не отличается от работы автоматики со свободным затвором. Однако существенным недостатком этого типа автоматики является зависимость ее работы от сил трения и, следовательно, от состояния рабочих поверхностей механизма запирания, что приводит к ненадежности действия механизмов. Разновидности автоматики с полусвободным затвором отличаются, главным образом, конструкцией механизмов запирания и способами торможения затвора.

В настоящее время полусвободный затвор получил достаточно широкое распространение в автоматическом стрелковом оружии. В частности, наиболее удачной конструкцией полусвободного затвора считается запирающий механизм с роликовым ускорителем в западногерманской штурмовой винтовке G.3. Давление пороховых газов, воздействуя через дно гильзы на затвор, сообщает запирающему механизму движение назад. Под воздействием скосов на ствольной коробке ролики вклиниваются между затвором и его рамой, заставляя последнюю двигаться с ускорением по отношению к затвору. Эта конструкция отличается большой простотой. Кроме того, малый вес затвора и достаточно тяжелая рама позволяют уменьшить скорости движения деталей автоматики, снизить ударные нагрузки при открывании и закрывании затвора. Но в то же время необходимо отметить, что использование полусвободного затвора при довольно мощном винтовочном патроне 7,62х51 НАТО потребовало изготовления канавок Ревелли в дульной части патронника.

Помимо простоты устройства и неподвижного ствола оружие со свободным и полусвободным затворами обладает хорошей кучностью стрельбы, которая при одиночном огне приближается к кучности неавтоматического оружия.

Еще одним из эффективных способов снижения энергии отката в оружии со свободным затвором при общем уменьшении самой массы затвора является применение систем с выкатом затвора (т.е. с предварительным разбитием капсюля). В этой системе процесс выстрела начинается еще до того момента, как затвор придет в крайнее переднее положение. При этом основная часть импульса отдачи тратится на остановку подвижных частей и только оставшаяся - на их откат. При равенстве скоростей наката и отката в крайнем переднем положении энергия отката уменьшается в четыре раза по сравнению с неподвижным к началу выстрела затвором той же массы. Принципиально системы с выкатом могут быть реализованы в любой схеме оружия, где для автоматизации используется энергия отдачи. Однако реальных конструкций подобного оружия не существует, поскольку конструкторам до настоящего времени так и не удалось достичь стабильности их работы из-за разброса времени воспламенения заряда в патронах.

Системы с использованием для привода автоматики энергии отдачи подвижного ствола применяются гораздо шире систем с отдачей затвора. Это обусловлено прочным сцеплением ствола и затвора (запиранием) в течение выстрела, высокой надежностью и сравнительно низким уровнем воздействия на установку или на стрелка, так как откатные части большой массы (ствол с затвором) забирают при откате значительную часть энергии отдачи. Вместе с тем они относительно сложны по устройству и чувствительны к внешним условиям стрельбы, например запылению или загустению смазки. Темп стрельбы систем с отдачей ствола, как правило, существенно зависит от значения коэффициента трения и может колебаться в широких пределах. Системы с использованием энергии отдачи ствола подразделяются на системы с коротким и длинным его ходом.

Системы с коротким ходом ствола (с ходом меньше хода затвора) характеризуются тем, что откат ствола используется только для передачи энергии отката через ускоритель тяжелому ведущему звену автоматики, каким обычно является рама продольно-скользящего затвора. Эта система получила весьма широкое распространение в автоматическом оружии - от пистолетов до артиллерийских орудий среднего калибра. Среди образцов автоматического стрелкового оружия, относящихся к этим системам, можно выделить наиболее известные: пистолеты - советский Токарева (ТТ); немецкие – «Вальтер» Р.38 и «Маузер» К.96; американский «Кольт» М1911А1; станковый пулемет "Максим"; немецкие единые пулеметы МG.34 и МG.42; американский автоматический гранатомет МК 19; крупнокалиберный пулемет Владимирова КПВ и др.

В системах с коротким ходом ствола в момент выстрела под давлением пороховых газов на дно гильзы затвор и ствол отходят назад. Продолжительность их совместного хода должна быть не меньше времени движения пули по стволу. После вылета пули давление пороховых газов падает, ствол наталкивается на ограничительный упор и останавливается. Затвор, продолжая двигаться назад, расцепляется со стволом и извлекает из патронника стреляную гильзу. Из крайнего заднего положения ствол идет вперед - либо один под действием своей пружины, либо вместе с затвором.

В большинстве систем с коротким ходом ствола для энергичного отбрасывания затвора от ствола в заднее положение используются специальные детали или механизмы - ускорители (ускоряющие движение затвора). Дело в том, что обычно ствол имеет большую массу и поэтому от пороховых газов, образующихся при выстреле, получает значительную кинетическую энергию. У затвора же сравнительно малая масса и небольшой запас энергии. Ствол совершает короткий путь и затрачивает свою энергию в основном на удар в заднем положении. Затвор движется на большем пути, и ему надо иметь больший запас энергии, чтобы извлечь гильзу, сжать возвратную пружину, дослать новый патрон в патронник и произвести закрывание ствола.

Рычаг-ускоритель в момент расцепления затвора со стволом толкает затвор, ускоряя его движение назад. Таким образом ускоритель перераспределяет кинетическую энергию подвижных частей - отбирает часть энергии у ствола и сообщает ее затвору, при этом скорость движения затвора увеличивается, а скорость движения ствола замедляется.

В то же время в некоторых системах автоматического оружия при относительно легком стволе автоматика может не иметь ускорительного механизма (например советский пистолет ТТ). Автоматика, основанная на принципе использования отдачи ствола при его коротком ходе, не имеет ускорительного механизма также и в том случае, если затвору обеспечена постоянная кинематическая связь со стволом. В этом случае ствол и затвор одновременно приходят в крайнее переднее и крайнее заднее положения. Необходимо упомянуть еще и о том, что за счет энергии движения затвора, как правило, и выполняется большая часть операций перезаряжания. В ряде случаев для этих целей, главным образом для перемещения ленты с патронами и подачи очередного патрона в приемник, также используется энергия отдачи ствола.

Автоматика, действие которой основано на использовании энергии отдачи ствола при его коротком ходе, широко применяется в современном автоматическом оружии, так как обеспечивает хорошую надежность действия при достаточно высокой скорострельности и небольшое действие отдачи на станок, установку или плечо стрелка без применения специальных амортизаторов. Особенно широко используется этот принцип действия автоматики для станковых пулеметов, крупнокалиберных пулеметов и автоматических пушек.

Что касается системы с отдачей ствола при длинном его ходе (больше хода затвора), то она имеет ограниченное применение из-за низкого темпа стрельбы. Эта система характеризуется тем, что роль ведущего звена автоматики выполняет сам ствол. Все операции по заряжанию оружия производятся в определенной последовательности и разделены по времени. Кроме того, откат и накат тяжелого ствола происходят, как правило, с малыми скоростями. Автоматическое оружие с такой автоматикой обычно имеет низкий темп стрельбы и обладает большим рассеиванием при стрельбе, поскольку движение массивных частей и удары их в переднем и заднем положениях вызывают значительные колебания оружия. В боевом оружии известен только один образец - французский ручной пулемет Шоша М 1915 с очень низким темпом стрельбы - 240 выстр/мин. Перемещение длинного и тяжелого ствола обусловило необходимость надежного направления его в громоздких и тяжелых направляющих, что увеличило массу оружия. Поэтому указанные недостатки практически исключили применение классической схемы с длинным ходом ствола в современном боевом оружии.

Однако к достоинствам данной схемы относится возможность позднего начала выбрасывания гильзы - после окончания периода последействия, когда давление в канале ствола приблизилось к атмосферному. Экстракция гильзы происходит с минимальными усилиями. Это преимущество обеспечило широкое распространение схемы с длинным ходом ствола в гладкоствольном автоматическом охотничьем оружии, в котором широко используются непрочные бумажные (картонные) гильзы.

Системы с отводом пороховых газов через боковое отверстие в канале ствола являются наиболее распространенными среди всех схем автоматического оружия, как стрелкового, так и артиллерийского. Принцип действия таких систем характеризуется запиранием канала ствола на весь внутрибаллистический период, высокой надежностью, менее жесткими требованиями к точности изготовления основных узлов и деталей по сравнению с системами, использующими отдачу ствола, низкой чувствительностью к условиям стрельбы. В таком оружии имеется специальная газовая камера, расположенная обычно в передней части ствола, куда через газоотводное отверстие в канале ствола поступают пороховые газы после прохождения этого отверстия пулей. Вместе с тем отвод пороховых газов характеризуется высоким уровнем воздействия (отдачей) на установку (для пушек) или на стрелка (для индивидуального стрелкового оружия).

В современном автоматическом оружии преимущественное распространение получили именно двигатели с отводом газов через боковое отверстие в стволе. Боковые газовые двигатели обладают энергетическим ресурсом, достаточным для получения широкого диапазона скоростей ведущего звена автоматики, обеспечивают надежную ее работу и позволяют осуществлять самые разнообразные конструктивные варианты оружия в целом. Специфической особенностью боковых газовых двигателей является широкая возможность регулирования интенсивности воздействия газов на поршень при различных условиях стрельбы (нормальные условия, запыление, дождь, изменение температуры патронов и оружия и т. д.). Применение газовых регуляторов повысило надежность действия автоматического оружия.

В автоматическом оружии с использованием энергии пороховых газов, отводимых через боковое отверстие в стенке канала ствола, подвижный поршень, с которым соединен шток затворной рамы или стебля затвора, перед выстрелом находится в газовой камере. Со стороны патронника ствол прочно запирается затвором. До момента прохождения пулей газоотводного отверстия детали оружия остаются относительно неподвижными. Во время выстрела, после того как пуля пройдет газоотводное отверстие, часть пороховых газов устремляется в газовую камеру, давит на поршень и заставляет его отходить назад. Движение поршня передается затворной раме. Пока пуля находится в стволе, затвор не отпирается, это обеспечивается свободным ходом затворной рамы. После вылета пули под действием пороховых газов затворная рама отпирает затвор и движется в крайнее заднее положение. При этом извлекается гильза и сжимается возвратная пружина. Сначала рама движется под действием пороховых газов, а затем по инерции. При возвращении под действием возвратной пружины затворной рамы в крайнее переднее положение происходит досылание патрона в патронник, закрывание канала ствола и запирание затвора.

В настоящее время известны две схемы систем с отводом пороховых газов из канала ствола:

- с длинным ходом поршня; с постоянной связью поршня и затворной рамы, в которых поршень жестко соединяется с затворной рамой (автоматы АК/АКМ/АК-74);

- с коротким ходом поршня; с непостоянной связью поршня и затворной рамы, в которых поршень не скреплен с затворной рамой (самозарядный карабин СКС; снайперская винтовка СВД).

Наиболее распространенной является первая схема, по которой сконструированы практически все пулеметы и большая часть автоматов и штурмовых винтовок. Там же, где имеется потребность заряжать оружие из обоймы, используется вторая схема. Поршень в этом случае совершает небольшое движение, сообщая через толкатель необходимую кинетическую энергию затворной раме и возвращаясь в исходное положение под действием пружины толкателя. Затворная рама в подобных системах является частью затвора и называется стеблем затвора.

В системах оружия, действие автоматики которых основано на принципе отвода пороховых газов, обычно стволы закрепляются неподвижно, однако известны системы автоматического стрелкового оружия, в которых для работы автоматики используется отвод пороховых газов при подвижном стволе. По такой схеме работает автоматика чехословацких пулеметов ZВ-53 и ZВ-60. При работе автоматики пулемета ZВ-53 ствол, отойдя назад, не задерживается в заднем положении и возвращается независимо от движения затвора. При работе автоматики пулемета ZВ-60 ствол задерживается в заднем положении специальной защелкой и перемещается вперед совместно с затвором после досылания патрона в патронник и прихода затвора к стволу.

В этой системе обеспечивается возможность выката ствола. В качестве конструктивных разновидностей можно указать на некоторые иностранные системы оружия, в которых шток под действием пороховых газов перемещается вперед: французский станковый пулемет «Сент-Этьен» М 1907 или качается относительно оси (американский станковый пулемет Кольт М 1895. Эти системы из-за ряда существенных недостатков работы автоматики в настоящее время не применяются, и их конструктивные особенности в новых образцах оружия практически не используются.

Автоматическое стрелковое оружие зачастую страдает неустойчивостью линии прицеливания при стрельбе и требует для уменьшения "подпрыгивания" оружия установки различных компенсаторов, выполнения жестких требований к центровке оружия, установки ограничителей темпа стрельбы и некоторых других мероприятий технического плана. Однако автоматика, действие которой основано на принципе отвода пороховых газов в газовую камеру, обеспечивает хорошую надежность действия и позволяет получать высокую скорострельностъ при достаточно простой конструкции всего оружия с возможностью регулировки интенсивности воздействия газов на подвижную систему. Положительные качества автоматики этого типа определили ее широкое использование как в отечественных, так и зарубежных образцах автоматического оружия.

Поэтому системы с отводом пороховых газов, особенно системы с газоотводным двигателем, использующие поршень, в настоящее время составляют, по самым скромным оценкам, 60-70 % всех образцов автоматического оружия состоящих на вооружении армий мира. Например, советские системы конструкции М.Т. Калашникова - АКМ, АК-74, РПК и ПК; американские винтовка М16 и единый пулемет М60; германская штурмовая винтовка G.36; итальянская "Беретта" BМ59; бельгийская штурмовая винтовка FN FAL; австрийская штурмовая винтовка AUG; английский ручной пулемет "Брен" L4А4 и бельгийский ручной пулемет "Миними", а также многие другие системы самого различного назначения.

Приведенные разновидности принципов работы автоматики стрелкового оружия далеко не исчерпывают всего разнообразия принципов, которые использовались при создании образцов автоматического оружия и представляют в настоящее время лишь исторический интерес.

Что касается других принципов использования энергии выстрела (отвод газов через надульные устройства или дно гильзы; системы, использующие силу врезания пули в нарезы; система с отдачей оружия в целом и другие), то они практически не получили широкого распространения и известны либо в качестве опытных или малосерийных образцов, либо из патентной информации.

В заключение необходимо отметить, что возможно применение сразу нескольких двигателей автоматики в одной системе. Речь идет о системах смешанного типа, т.е. использующих при работе автоматики два и более принципов отбора энергий выстрела, и об оружии с внешним приводом.

Выделение систем смешанного типа в особый класс автоматического оружия представляется нецелесообразным по той причине, что для производства операций - перезаряжания - используется, как правило, один из принципов привода автоматики, а второй предназначается для выполнения вспомогательных функций. Так, в уже упоминавшемся ранее чехословацком станковом пулемете ZВ-53, который обычно рассматривается в качестве классического примера систем смешанного типа, приводом автоматики является отвод пороховых газов, а отдача ствола используется только для снижения уровня воздействия на установку, обеспечивая плавную работу механизма перезаряжания. Отвод пороховых газов используется для работы газового накатника, возвращающего ствол в исходное положение и снижающего ударное воздействие ствола на короб автоматики.

Что касается систем с внешним приводом, то они не попадают под классическое определение автоматического оружия, так как энергия выстрела не используется в них для выполнения операций перезаряжания. Очень часто такое оружие называют механизированным. Тем не менее подобные системы вполне могут рассматриваться в классификации автоматического оружия в качестве особого класса. Основанием для этого, несмотря на существенные различия, могут служить следующие факторы: однообразные подходы в конструировании механизма перезаряжания - главной подсистемы автоматического оружия; идентичные способы боепитания; ведение огня штатными боеприпасами, одинаковыми и для образцов автоматического оружия; одно и то же назначение с точки зрения боевого применения; аналогичные критерии, определяющие эффективность стрельбы.

Классическим примером автоматического оружия с внешним приводом (электродвигателем или гидроприводом) может послужить американская 6-ствольная авиационная пушка "Вулкан" М 61.

Сергей Монетчиков
Фото из архива автора
Братишка 10-2006