MP 38 – причины отказов (Ошибка при конструировании?)

Только во время второй мировой войны пистолеты-пулеметы МР 38 и 38/40 стали поступать в германскую армию в количестве достойном упоминания. В полевых условиях проявился весьма существенный недостаток оружия, иногда решающий вопрос жизни и смерти: после первого выстрела магазин часто прекращал подачу. Ошибка при конструировании? Завод Mauser подверг его исследованию.

В литературе встречаются различные упоминания об МР 38 и 38/40. В книге авторов Экардта и Моравитца (Eckardt/Morawitz) «Ручное оружие» («Die Handwaffen»), в частности, написано: «МР 38/40 работал безупречно, повод для нареканий в период русской кампании давал только магазин, так как он был чувствителен к загрязнению. Несмотря на многочисленные попытки, добиться абсолютно безупречной работы механизма подачи патронов было невозможно». В следующей главе, посвященной штурмовой винтовке МР 44, читаем: «Надежностью, улучшенной по сравнению с МР 40, штурмовая винтовка обязана, в том числе, своему магазину с двухрядной подачей патронов. В магазине МР 40 патроны, расположенные в два ряда, в приемнике перестраиваются в один ряд, что приводит к затруднению снаряжения из-за значительного усилия подающей пружины, возрастающего по мере наполнения длинного магазина. В сочетании с чувствительным магазином это давало повод для нареканий из войск. Несмотря на многочисленные попытки, не удавалось добиться абсолютно надежно работающей подачи патронов». Итак, магазин был самым слабым местом оружия.

Магазин и процесс подачи МР 38

Внешний вид подсумка с магазинами для МР 40

Перед второй мировой войной в Германии имелись пистолет-пулемет МР 28 II, разработанный Хуго Шмайссером и МР 35 I, концепцию которого разработал Теодор Бергманн (в действительности МР 35 I разработан Эмилем Бергманном, сыном Т. Бергманна - прим. перев.). Это были простые по конструкции образцы с массивным свободным затвором. Верхние патроны их двухрядных магазинов не перестраивались в приемнике в конце подачи, а каждый занимал свое место вверху правого или левого ряда для последующего досылания. Для обеспечения надежного досылания этого патрона из магазина в патронник необходимо определенное взаимное расположение загибов приемника магазина и устья патронника при требуемом расстоянии между ними. Это приводит к некоторому увеличению общей длины оружия.

Проблема трения покоя

Под трением покоя понимают силу трения, возникающую в начале движения из состояния покоя при наличии трения. Это понятие объединяет воедино сложный комплекс проблем науки о трении (трибологии). Такое трение зависит от состояния обеих поверхностей, силы (момента) действующей на них, и угла, под которым эта сила приложена к поверхностям.

Коэффициент трения (M = отношению силы трения к силе давления на поверхность) показывает, насколько нормальная сила может быть уменьшена за счет трения покоя. В качестве наглядного примера может служить трамвай. Его вес прижимает ребро колеса к рельсу. При отправлении колесо вращается, при этом возникает сила, действующая параллельно поверхности контакта. Она составляет с силой тяжести равнодействующую силу, которая направлена под определенным углом. Несмотря на вес, коэффициент трения металла о металл составляет малую величину 0,15, что приводит к прокручиванию колес при малой параллельной силе (силе трения). Поэтому, чтобы повысить коэффициент трения до 0,45, необходимо подсыпать песок между колесом трамвая и рельсом. Только после этого он вообще сможет стронуться с места. В магазине МР 38/40 все с точностью до наоборот: в него должно попасть как можно меньше песка, чтобы коэффициент трения покоя при заданном угле между патронами находился в пределах критического значения.

Новый МР 38, как и МР 38/40, тоже имел двухрядный магазин вместимостью 32 патрона, но с перестроением верхних патронов в приемнике для размещения досылаемого патрона в плоскости симметрии магазина. Данный магазин в верхней своей части имел суживающуюся горловину с уклоном стенок около 15°. Магазин изготовлен из листового металла. Бывают магазины, имеющие продольные ребра жесткости на корпусе, которые заканчиваются приблизительно в 30 мм от дна магазина, или без таковых. На боковых сторонах корпуса расположены по два ребра, которые имеют угол сужения от 1° до 2°. Они прикрыты штампованной из листа обоймой, закрепленной в верхней части магазина, при помощи которой магазин базируется в приемном окне оружия. В этом месте верхние восемь или девять патронов на расстоянии 70 мм выстраиваются в очень узкий зигзаг, при котором соседние патроны соприкасаются по одному. Таким образом, ребра корпуса не оказывают влияния на надежность работы. Эту конструкцию и взаимодействие патронов можно изучить, только если разрезать магазин в районе его приемника. Ширина полости корпуса магазина составляет 18 мм. Подаватель шириной 17 мм изготовлен из листового металла. Его боковые поверхности имеют такую форму, чтобы под действием пружины он мог перемещаться по ребрам до самого верха горловины. С передней и задней стороны подаватель имеет высоту около 50 мм. Для контроля заполнения магазин снабжен отверстием диаметром 4 мм, расположенным в 70 мм от нижней кромки корпуса, через которое может проникать грязь.

На первый взгляд, перестроение патронов в один ряд имеет преимущество перед двухрядным их расположением, потому что в этом случае магазин может располагаться непосредственно позади патронника. Это несколько снижает общую длину конструкции. Но при принятии решения о такой конструкции никто не смог представить, что благодаря именно этому изменению магазин МР 38, по сравнению со старым магазином Шмайссера, стал менее надежным из-за повышенного трения гильз о стенки корпуса.

Задержки при стрельбе в боевых условиях

В первые годы второй мировой войны задержки в стрельбе из МР 38/40 явно имели второстепенное значение. Наступательные операции (Blitzkrieg) были короче, по сравнению с периодами передышки (Sitzkrieg - «сидение» против Франции, или, как ее называли сами французы, «drole de querre» «странная война») и проходили при относительно благоприятных погодных условиях. Войска имели возможность почистить свое оружие.

Это изменилось во время начавшейся в 1941 году русской кампании. Преодолевались большие расстояния, перерывы между боями стали реже. Дороги были пыльными или грязными. В этой кампании постоянно проявлялись катастрофические задержки в стрельбе по вине магазина. Фактически это выглядело так - зачастую оружие производило только один выстрел, то есть, стрелял только верхний патрон, который уже располагался под загибами магазина на линии досылания. Дело доходило до того, что на восточном фронте немецкие солдаты предпочитали использовать трофейное оружие, которое функционировало заметно лучше, чем МР 38/40.

В связи с этим, всем фирмам Германии, занимавшимся изготовлением стрелкового оружия, было поручено определить причины задержек и выработать решение проблемы.

Вскоре выяснилось, что магазин МР 38/40 попал в России в такие экстремальные условия работы, которые до этого были неизвестны. Оружие неделями лежало на машинах, и при их движении пыль и песок попадали внутрь магазина. Оружейное масло испарялось и загустевало. Остатки смазки смешивались с пылью, образуя на поверхностях деталей подобие наждака. В отличие от гладкой поверхности металла этот «наждак» создавал очень высокий коэффициент трения (значительно выше 0,3 по сравнению с 0,15 в нормальных условиях) между стенками магазина и патронами.

В результате особенно пострадали добросовестные солдаты, которые смазывали свой магазин согласно наставлению. Эту чувствительность к загрязнению должны были бы выявить еще при испытаниях, проводимых Управлением вооружений сухопутных войск. Но они проводились далеко не в экстремальных условиях. Оружие испытывали как швейные машинки: с ветошью в одной руке и масленкой в другой.

Исследования фирмы Mauser

В 1942 г. отдел исследований оружия заводов Mauser в Оберндорфе-на-Некаре был привлечен к поиску источника дефектов. Сначала попытались усилить пружину подавателя за счет ее удлинения, за что пришлось расплачиваться снижением вместимости магазина на два патрона.

Внутренний документ завода Mauser, адресованный отделом 35 «Отдел исследований оружия» (подписан господином Ниманном) отделу 31 «Патентный отдел» (адресован господину Янке) датирован 15 сентября 1942 г. К этому моменту времени фирма Маузер уже работала над заданием «Управления», то есть Управления вооружений сухопутных войск, по улучшению подачи патронов в МР 38/40.

Доктор-инженер Карл Майер

Доктор-инженер Карл Майер работал в качестве математика и физика в отделе Vu подразделения испытаний оружия фирмы Mauser. Он был одним из немногих математиков, имевших интенсивное и непосредственное отношение к практике и измерениям. Майер умел не только выводить формулы и анализировать, но и, прежде всего, описывать реальные процессы в удобной математической форме, а результаты своих теоретических исследований представлять в пригодном для практического использования виде. Так, в частности, он проводил исследования конструкции оружия с отдачей затвора G06Н, в которой торможение затвора осуществлялось роликами. Он спроектировал профиль управляющего кулачка для барабана авиационного пулемета/пушки МG/МК 213С, обладавшего высоким темпом стрельбы 1400 выстр./мин, а также рассчитал и сконструировал 30-мм сопло для огнемета с дальностью выброса струи 140 м. Доктор-инженер Карл Майер также разработал различные конструкции регистрирующей и записывающей аппаратуры, которая позволила регистрировать процессы в оружии, например, записывать перемещение подвижных частей под действием давления газов в зависимости от времени.

Трение покоя: углы между патронами для
магазина Шмайссера (слева) определены
правильно. Справа схема доктора Майера
для МР 38/40, не учитывающая
взаимодействие с направляющими ребрами

Задержки в стрельбе проявлялись «согласно сообщению Управления и в соответствии с собственными исследованиями (...) при незначительном загрязнении и даже при запылении». К тому времени фирма Mauser располагала климатическими камерами в достаточном количестве. В них можно было имитировать арктические условия или пустынный климат с песчаными бурями.

Как показывают эскизы, приведенные в данном документе, внутренняя конструкция горловины магазина с ребрами фирме Mauser была, по-видимому, неизвестна. Они исходили из того, что патрон направляется стенкой магазина. Проблема перестроения патронов из двух рядов в один, по результатам исследований, должна была решиться новым механизмом подачи. В качестве идеального решения предлагалось следующее. «Каждый патрон по своей продольной образующей контактирует с четырьмя соседними патронами и со стенкой магазина». Поскольку происходит неравномерное ускорение подавателем обоих рядов патронов, еще не поступивших на линию досылания, то это способствует заклиниванию. В качестве решения рассматривалось разделение подавателя. «Снижения остроты проблемы можно достичь» применив две пружины отдельно для каждого ряда патронов или снабдив подаватель компенсирующим рычагом. Исследования в этом направлении проводил отдел 3520 (г-н Ламкерски). Документ содержит примечание, написанное от руки: «Согласно исследованиям доктора Майера (Dr. Maier) результаты отрицательные. Не докладывать. Янке. 11.2.43.».

Результаты доктора Майера

Параллельно с этими, технически очень сложными и вряд ли осуществимыми в условиях военного производства идеями, доктор-инженер Карл Майер попробовал исследовать эту задержку с теоретической стороны. Майер отвечал за технические расчеты и поддерживал математическими расчетами разработки, которые до этого зачастую могли исследоваться только опытным путем. О результатах он сообщает в своих воспоминаниях.

Влияния нет: магазины для МР 38/40 с ребрами на корпусе
отличаются от магазинов с гладким корпусом только внешне.
В области досылания оба оснащены направляющими,
поэтому расположение патронов одинаковое.

«Итак, я исследовал передачу усилия от пружины магазина к патронам и через них на внутреннюю стенку магазина. В прямой части магазина силовое взаимодействие такое же, как и в магазине Шмайссера и проблем при этом не возникает. Ширина магазина была задана такой, что линия, проведенная через центры левого и правого соседних патронов, составляет с горизонталью угол от 25 до 30°. Вследствие чего правые и левые патроны образуют между собой сомкнутый без зазоров ряд, и пружина магазина может поднимать их без значительного трения о стенки магазина.

В магазине Шмайссера: после досылания патрона (n) и выстрела, правый патрон (n-1) подается на линию досылания справа усилием, передающимся вертикально от правого нижнего патрона (n-3), а не от усилия, передающегося наклонно от левого патрона (n-2). Проблем при досылании не возникает потому, что направление перемещения патрона и направление движущей силы совпадают.

В магазине МР 38/40: как только правый патрон (n) оказывается в горловине магазина, он теряет контакт со своим бывшим соседним патроном (n-2) и направляется в левый ряд только верхним патроном (n-1). Направление действия этой силы, проведенное через центры патронов, составляет около 30° от горизонтали, или всего 15° от нормали к наклонной стенке горловины магазина. Таким образом, в этом случае направление действия силы и необходимое направление перемещения патрона могут различаться на 75°. Вообще перемещение патрона вдоль наклонной поверхности горловины возможно только при углах трения менее 15°, что соответствует коэффициенту трения 0,26. В условиях нормальной смазки коэффициент трения равен 0,15. Итак, патрон подается. При загрязненной до состояния наждака поверхности коэффициент трения составляет 0,30 и более. В данном случае, направление действия движущей силы для патрона (n-1) расположено близко к углу самозаклинивания, это означает, что патрон (n) перемещаться не может, и в этой ситуации мы имеем дело с задержкой.

Чтобы проиллюстрировать данную зависимость, я распорядился изготовить на заводе плоскую модель. Стенки магазина представляли собой привинченные направляющие, патроны заменялись круглыми шайбами (наподобие монет), а сила действия пружины моделировалась винтовым приводом с рукояткой. При взаимодействии с направляющими, обладающими большим трением, оказалось невозможным осуществлять дальнейшее перемещение патрона, поданного в горловину магазина. Таким образом, самозаклинивание было доказано. Никакого движения нельзя было добиться, даже увеличивая усилие на рукоятке».

Поиск решения: на фирме Mauser
в сентябре 1942 г. предполагали,
что решить проблему сможет
разделение подавателя на две части
или расположение его на оси.
Доктор Майер возражал.

Доктор Майер продолжает: «Господин Ниманн (начальник отдела Vu испытаний оружия) впоследствии информировал Управление вооружений сухопутных войск о наших результатах. В Оберндорф прибыли несколько представителей, которым при помощи плоской модели мы продемонстрировали нашу интерпретацию причин задержек. После этого все попытки оружейных фирм решить проблему задержек за счет усиления пружины были прекращены. К сожалению, мы не смогли предложить конструктивный выход из этого тупика. Наши исследования ограничились только отрицательными выводами. Тем не менее, Управление вооружений сухопутных войск выразило свою признательность оружейному исследовательскому подразделению за наш анализ причин задержек. К сожалению, конструктор, введя изменения в устройство магазина (всего лишь перестроение патронов на центральную линию досылания), попал в дурацкую ситуацию, которая вдобавок поздно проявилась. При этом возможность незначительного уменьшения длины оружия при применении центрального досылания была в большей степени желательной, чем абсолютно необходимой. То есть эта позиция оказалась абсолютно ненужным стремлением к совершенству. Ответственные лица Управления вооружений сухопутных войск упустили необходимость проведения теоретических исследований силового взаимодействия в измененном магазине. В то время, особенно для Управления вооружений сухопутных войск, было не до того и испытания оружия и магазина были проведены как для швейных машинок, с низкими коэффициентами трения. В таких условиях задержки проявиться еще не могли.

Союзники (имеются в виду СССР, США и Великобритания - прим. переводчика) были знакомы с повышенным коэффициентом трения в полевых условиях, и поэтому они избегали чувствительности к загрязнению в своем оружии. По-видимому, такие оружейные конструкторы как Шмайссер и Бергманн пробовали применить центральное досылание, но, опять же, чисто эмпирически отказались от него. Очень часто МР 38/40 со своим магазином становился причиной гибели немецких солдат. Их нужно было обеспечить лучшим оружием.

Прошло несколько лет войны, пока, благодаря нашим исследованиям, не были вскрыты причины задержек. Для этого потребовались совсем простые математические вспомогательные средства: немного плоскостной геометрии, простой тригонометрии, четкое понимание о коэффициентах трения и угле самозаклинивания и, к тому же, чутье для того, чтобы увидеть взаимосвязь всего этого».

Исследования на реальном образце

Теоретические изыскания доктора Майера повлияли на принятие решения Управлением вооружений сухопутных войск. Но очевидно, что они основаны на неверных предпосылках. Доктор Майер в своей плоской модели отчетливо упоминает стенки магазина, а не направляющие ребра. Он исходит из того, что усилие пружины передается патрону (n-1) через патрон (n-2) при угле трения о стенку магазина около 15°, и, таким образом, возникает угол самозаклинивания. Однако патроны направляются ребрами. Последние образуют с вертикально направленной силой подающей пружины угол от 1° до 2°. В этом случае коэффициент трения M=0,017 или M=0,035, то есть значительно меньше критического значения M=0,26. Основанные на ложных предпосылках, логичные сами по себе выводы доктора Майера не имеют непосредственного отношения к рассматриваемому магазину МР 38/40.

Штампованные детали: хотя подаватель уже, чем полость магазина,
но имеет большие поверхности, взаимодействующие со стенками
магазина. Здесь может скапливаться грязь,
что приведет в каком-нибудь положении к задержке.

В качестве причины задержек подачи должны рассматриваться два других фактора.

Суммарная площадь передней, задней и боковых поверхностей подавателя, составляет 17 см. Внешний размер подавателя примерно на один миллиметр меньше внутреннего размера магазина. В магазине, загрязненном уже длительное время, этот зазор может заполниться вязкой массой. При испытаниях B.D.38  использовался оригинальный магазин, который был настолько загрязнен внутри, что подаватель оставался неподвижным даже при нажатии на него пальцем. Здесь уже происходит прихватывание (зацепление) поверхностей. Между такими резинообразными «наждачными» поверхностями коэффициент трения покоя составляет, между прочим, от M=0,6 до M=0,9.

Другой фактор, очевидно не учтенный доктором Майером, - это состояние патронного производства во время войны. Принятие величины коэффициента трения покоя металла по металлу в пределах M=0,15-018 правомерно, если гильзы патронов изготовлены из лакированного материала. В противном случае коэффициент трения выше и может достигать значения M=0,6.

Обе величины весьма далеки от принятого доктором Майером критического значения M=0,26. Может быть, усиление пружины и устранение отверстия, служащего для контроля наполнения магазина 32 патронами, которое на самом деле служило воротами для попадания грязи внутрь магазина, все же смогли бы повысить его надежность.

Вальтер Шмид и Элмар Хайнц (Walter Schmid und Dr. Elmar Heinz)
Перевод Николая Ежова