Поршневое устройство автоматики перезарядки для стрелкового оружия типа AR-15

Полезная модель относится к области оружейного дела и касается конструктивного исполнения механизма работы автоматики перезаряжания оружия, относящегося к типу AR-15.
Для перезарядки оружия в системах AR-15 используется схема отвода пороховых газов из ствола непосредственно в полость затворной рамы (так называемая Direct Impingement, далее - DI), что значительно отличает это оружие от других систем. С одной стороны, подобное решение уменьшает количество движущихся частей, одновременно позволяя снизить их массу, что крайне благоприятно сказывается на точности стрельбы и сохранении его наведения на цель. С другой же, это увеличивает загрязнение винтовки, так как пороховые газы попадают в затворную раму, неся с собой нагар и высокую температуру. Именно в этом заключена необходимость использования для стрельбы из AR-15 патронов с качественным порохом.
Аналогом заявленного технического решения является газовый блок для отвода пороховых газов через газоотводную трубку на затворную раму (http://www.leapers.com/index.php?act=prod_detail&midx=2137&allids=2131_2132_2137&itemno=MNT-ARMGB01#). Недостатком такого технического решения является низкая надежность при использовании порохов российского производства, отличающихся стандартом производства от европейских и американских. Из-за отвода пороховых газов непосредственно на затворную раму, происходит оседание сажи на внутренних узлах и деталях оружия, что в свою очередь приводит к задержкам и отказам при работе автоматики оружия. Одним из основных недостатков указанного технического решения является невозможность регулировки избыточного давления пороховых газов, воздействующих на затворную раму, что приводит к ухудшению точностных характеристик оружия и повышенного износа внутренних узлов и механизмов оружия.
Сегодня также существует вариация системы отвода пороховых газов через газоотводную трубку на затворную раму, где вместо прямого газоотвода применяется поршень (так называемый Gas Piston) - как промежуточный элемент передачи энергии пороховых газов к затворной раме. К примеру, так устроены немецкие винтовки семейства Heckler&Koch НК416 (MR223) или американские Bushmaster ACR. Также достаточно просто можно трансформировать винтовку AR-15 с оригинальным DI-газоотводом в «поршневую» - нужно лишь приобрести conversion kit (переделочный комплект) от американской фирмы AdamsArms или аналогичный. С одной стороны, применение схемы с поршнем снижает загрязнение, с другой - усложняет конструкцию, а вследствие увеличения общей массы подвижных частей снижает точность стрельбы и увеличивает подброс ствола (ст. "Выбор AR-15: вопросы и ответы. Часть I", автор Тарас Олейник, "МИР УВЛЕЧЕНИЙ: ОХОТА&ОРУЖИЕ", №1, 2015 г, выложенная на сайте "ОРУЖИЕ И БОЕПРИПАСЫ" в сети Интернет по адресу: http://weaponland.ru/publ/vybor_ar_15_voprosy_i_otvety_chast_i/9-1-0-1942).
Газовая DI-система AR-15 отличается расположением газового порта и длиной газовой трубки в зависимости от длины ствола оружия. Существуют четыре разновидности: от самой короткой «пистолетной» и более распространенной «карабинной» до «промежуточной» и «винтовочной». Чем больше длина газовой системы оружия, тем ниже давление в ней - и тем проще добиться надежной работы автоматики для патронов разных типов.
К этому виду относится поршневое устройство автоматики перезарядки для стрелкового оружия типа AR-15, представляющее газовый блок с поршневой системой отвода пороховых газов из канала ствола оружия (см. сайт "Adams Arms", поршневая группа "Piston Kit - Standard Picatinny Block", адрес: https://www.adamsarms.net/piston-kit-standard-block, обнаружено).
В этом источнике описано поршневое устройство автоматики перезарядки для стрелкового оружия типа AR-15, содержащее газовый блок, закрепляемый на стволе над поперечным сквозным отверстием в стволе корпус газового блока, в котором размещен с возможностью осевого перемещения поршень, управляющая полость которого у одного его конца сообщена с полостью указанного отверстия, а другой конец используется для связи с соответствующей частью затворной рамы (см. ст. "Самозарядные винтовки Аr-15 для гражданского использования", автор Максим Попенкер, 2012 г., выложена на сайте "Modern Firearms" в сети Интернет в режиме свободного доступа по адресу: https://modernfirearms.net/ru/sivilian-rifled/ssha-grazhdanskoe-nareznoe/vintovki-tipa-ar-15/ (скан статьи прилагается). Это известное решение принято в качестве прототипа.
В винтовке с газовым поршнем, когда газ попадает в блок, он используется для отвода поршня назад, к насадке затворной рамы. При этом в насадке отсутствует отверстие. Вместо него насадка представляет собой цельный блок, на который давит шток поршня. Затем весь газ выпускается наружу, так что внутренние детали механизма остаются очень чистыми и не нагреваются. Теоретически, таким образом, снижается их износ. Это устройство полностью устраняет выбросы горячих насыщенных окислами углерода газов в ствольную коробку и устраняет их воздействие на затвор.
Недостатком такого технического решения является невозможность регулировки избыточного давления пороховых газов на поршень, воздействующий на затворную раму, что приводит с ухудшению точностных характеристик оружия, повышенного износа внутренних узлов и механизмов оружия. Вопрос регулировки или приведения давления пороховых газов, действующих на поршень, к виду или типу патрона приобретает существенный характер из-за возможности переналадки оружия типа AR-15 под различный патрон (с учетом смены ствола, если гнездо патронника не соответствует применяемому типу патрона). Помимо большого выбора патронов, винтовки типа AR-15 имеют самый широкий диапазон длин стволов (обычно от 16 до 24 дюймов - от 40 до 60 см) и их профилей («облегченный», «средний», «тяжелый матчевый» и т.п.).
Ранние варианты гражданских винтовок, созданных по типу Аr-15, мало отличались от базовой армейской системы, и обычно имели тот же калибр.223/5.56 мм. В восьмидесятые годы в линейке калибров появились малокалиберный патрон .22LR (5.6 мм кольцевого воспламенения), для использования которого в патронник и магазин обычной винтовки ставятся специальные адаптеры, а также пистолетные патроны калибров 9 мм и 45АСР, для использования которых выпускались отдельные верхние модули ствольной коробки (upper receiver) и адаптеры для магазинов. В дальнейшем в линейку калибров, доступных в оружии «типа Аr-15» добавились такие патроны как советский 7.62×39 и его современный западный аналог .300 ААС Blackout/300 Whisper, улучшенные промежуточные патроны 6.8 Remington SPC и 6.5 Grendel, и еще целый ряд более или менее распространенных калибров. Кроме того, уже в конце 1990-х и начале 21 века в эту линейку калибров добавилось несколько специально разработанных крупнокалиберных патронов (калибром более 11 мм), таких как.450 Bushmaster,.458 SOCOM, .499 LWR или .50 Beowulf. Эти патроны предназначены для повышения останавливающего и убойного действия винтовки на малых и средних дальностях, и в соответствующем снаряжении пригодных для охоты на среднюю и некоторую крупную дичь. Патроны такого типа обычно имеют пули массой 20-25 грамм и иногда даже больше, при дульной энергии свыше 3000 Дж (см. ст. "Самозарядные винтовки Аr-15 для гражданского использования", автор Максим Попенкер, 2012 г., выложена на сайте "Modern Firearms" в сети Интернет в режиме свободного доступа по адресу: https://modernfirearms.net/ru/sivilian-rifled/ssha-grazhdanskoe-nareznoe/vintovki-tipa-ar-15).
Техническим результатом полезной модели является возможность регулировки избыточного давления, возникающего при отводе пороховых газов из канала ствола для приведения в соответствие величины этого давления с давлением, необходимым для перезарядки под тип применяемого патрона.
Указанный технический результат достигается тем, что в поршневом устройстве автоматики перезарядки для стрелкового оружия типа AR-15, содержащем закрепляемый на стволе над поперечным сквозным отверстием в стволе корпус газового блока, в котором размещен с возможностью осевого перемещения поршень, управляющая полость которого у одного его конца сообщена с полостью указанного отверстия, а другой конец связан с соответствующей частью затворной рамы, газовый блок выполнен в виде золотникового трехпозиционного элемента с выведенной наружу частью, используемой для переключения поворотом золотникового элемента с одной позиции газового распределения на другую, и с частью на другом конце, выполненной с посадочным гнездом для установки конца поршня и образования перед поршнем управляющей полости, при этом золотниковый элемент выполнен в первой позиции с возможностью перекрытия поперечного сквозного отверстия в стволе, во второй позиции - с возможностью сообщения полости указанного отверстия с управляющей полостью поршня, а в третьей позиции - с возможностью сообщения управляющей полости поршня с полостью указанного отверстия через канал, в котором размещен элемент регулировки проходного сечения этого канала.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 изображено продольного сечения цевья по линии поршевого механизма;
фиг.  2 - расположение элемента изменения проходного сечения канала в газовом блоке;
фиг.  3 - сечение по газовому блоку;
фиг.  4 - положение элемента фиксации.
Согласно заявленной полезной модели рассматривается конструкция поршневого устройства автоматики перезарядки для стрелкового оружия типа AR-15.
Поршневое устройство автоматики перезарядки для стрелкового оружия типа AR-15 содержит закрепляемый на стволе 1 над поперечным сквозным отверстием в стволе корпус 2 газового блока, в котором размещен с возможностью осевого перемещения поршень 3, управляющая полость 4 которого у одного его конца сообщена с полостью указанного отверстия, а другой конец используется для связи с соответствующей частью 5 затворной рамы (фиг. 1).
При отводе пороховых газов из канала ствола 1 оружия, пороховые газы создают давление в корпусе 2 газового блока, при этом газы проникают в управляющую полость и воздействуют на поршень 3, который перемещается вдоль линии ствола и в свою очередь воздействует на часть 5 затворной рамы, закрепленную на затворной раме винтами 6 и штифтом 7. Возврат поршня 3 в исходное положение при падении избыточного давления в управляющей полости происходит из-за воздействия на поршень пружины 8, зафиксированной при помощи втулки 9 (один конец пружины, одетой на поршень, упирается в поршень, а другой - во втулку перемещение которой в сторону части 5 затворной рамы ограничено упором втулки в ствольную гайку или другую часть затворной коробки. В ствольную коробку так же устанавливается стальная втулка 10, которая работает как направляющая для поршня при его движении.
Особенностью исполнения заявленной полезной модели является то, что газовый блок выполнен в виде трехпозиционного распределителя газового потока, поступающего из ствола оружия при выстреле и используемого для перезарядки оружия..
Как показано на фиг. 1 и 3 газовый блок выполнен в виде размещенного в корпусе 2 золотникового трехпозиционного элемента 11 с выведенной наружу частью 12 (головкой), используемой для переключения поворотом золотникового элемента с одной позиции газового распределения на другую.
Часть трехпозиционного элемента 11, расположенная на другом конце, выполнена с посадочным гнездом для установки конца поршня и образования перед поршнем управляющей полости 4. При этом не важно, как образовано это гнездо под поршень. Например, на фиг. 1 показано, что золотниковый элемент выполнен с удлинением, а поршень охватывает это удлинение, при этом управляющая полость образована между торцевой стенкой удлинения и донной частью поршня. Как вариант, в удлинении золотникового элемента или в самом золотниковом элементе может быть выполнено со стороны торца глухое отверстие, в которое вставляется концевая часть поршня. Управляющая полость в этом случае образована внутри золотникового элемента.
За счет поворота (при воздействии на головку - наружную часть 12) золотниковый элемент может находиться в трех позициях. В первой позиции осуществляется перекрытие поперечного сквозного отверстия в стволе, во второй позиции - сообщение полости отверстия в стволе с управляющей полостью поршня, а в третьей позиции - сообщение управляющей полости поршня с полостью отверстия в стволе через канал, в котором размещен элемент изменения проходного сечения этого канала.
В данном конкретном решении, представленном на фиг. 1 и 3, газовый блок выполнен в виде компактного узла, закрепляемого на стволе 2 посредством хомутовых зажимов с помощью болтов 13. Выведенная наружу часть 12 золотникового элемента выполнена в виде круглой ручки (с рифлением на наружной поверхности). В каждом из трех выбранных положений золотниковый элемент 11 фиксируется замком, состоящим из втулки или штыря 14, поджатого пружиной 15 и зафиксированного от выпадения стопорной шайбой 16 (см. выноску на фиг. 1). По сути, этот фиксатор представляет собой пружинный фиксатор с шариком или без шарика, срабатывающий от давления или усилия, превышающего усилие пружины в нем. Таким образом, для перевода золотникового элемента из одной позиции в другую пользователь прилагает к ручке усилие поворота, которое превышает усилие поджатая пружины 15. Фиксатор выходит из упорной лунки и происходит поворот золотникового элемента в новую позицию.
Золотниковый элемент позволяет устанавливать один из трех режимов работы автоматики: без отвода пороховых газов из канала ствола, с отводом пороховых газов из канала ствола без регулировки избыточного давления через канал 17, с отводом пороховых газов из отверстия ствола с регулировкой избыточного давления по каналу 18.
В канале 18 регулировка осуществляется поворотом винта 19, при повороте которого изменяется площадь сечения в отверстии канала 18. Фиксация винта 19 от отвинчивания при воздействии вибрационных нагрузок при работе оружия осуществляется штифтом 20.
Такое исполнение газового блока позволяет использовать практически весь арсенал патронов. Например, при использовании пистолетных патронов калибра 9 мм Luger, оружие типа AR-15 может использоваться для одиночных выстрелов без применения газоотводящего механизма для перезарядки (ст. "Объединение. AR-15 калибра 9 mm Luger от Hera Arms", выложенная на сайте "КАЛАШНИКОВ", сентябрь 2019 г., автор Штефан Менге (Stefan Menge) Перевод Николая Ежова). Для этого случая пользователь переводит золотниковый элемент в положение, при котором выход сквозного отверстия ствола перекрывается, что исключает отвода пороховых газов из канала ствола. Выход всех газов наружу происходит через дульный срез ствола.
При использовании широкого диапазона стандартных патронов пользователь переводит золотниковый элемент в положение, при котором выход сквозного отверстия ствола сообщен с управляющей полостью по каналу 17 (то есть без регулировки проходного сечения) Часть пороховых газов выходит из сквозного отверстия ствола и попадает в управляющую полость, оказывает давление на торец поршня и перемещает его, преодолевая усилие пружины. Происходит перемещение части затворной рамы. Остальная часть пороховых газов уходит наружу через дульный срез ствола. При падении давления в управляющей полости, усилие сжатой пружины на поршне начинает превышать давление на торце поршня, и поршень возвращается в исходное положение, при этом на обратном пути часть затворной рамы направляет патрон в патронник и происходит перезарядка. Этот режим используется под стандартные типы патронов: советский аналог 7.62×39, западный аналог.300 ААС Blackout/.300 Whisper, улучшенные промежуточные патроны 6.8 Remington SPC и 6.5 Grendel.
Третье положение золотникового элемента - это отвод пороховых газов из отверстия ствола с регулировкой избыточного давления по каналу 18. Дело в том, что для перезарядки оружия типа AR-15 достаточно сформировать в управляющей полости давление, которое может не намного превышать усилие пружины 8. Перезарядка происходит по причине перемещения поршня, а для его перемещения достаточно, чтобы чтобы на торце поршня и на пружине была положительная разница давлений. Величина этой разницы обеспечивает не перезарядку, а скорость перезарядки и то до некоторого предела. Под пределом понимается такое высокое давление, которое не может быть погашено естественными отводом газов из управляющей полости через сквозное отверстие в стволе (при высоком давлении это отверстие начинает работать как дроссель - сопротивление истечению газов). Но возможности оружия типа AR-15 позволяют для целей поражения использовать крупнокалиберные патроны такие как.450 Bushmaster, .458 SOCOM, .499 LWR или .50 Beowulf. Применение патронов такого калибра требует изменения проходного сечения канала 18 с целью, используя функцию сквозного отверстия в стволе как дроссельного сопротивление, обеспечить попадание в управляющую полость поршня именно такого количества газов под давлением, которого достаточно для преодоления усилия пружины 8. Остальные газы выводятся наружу через дульный срез ствола.
Если для крупнокалиберного типа патронов не использовать регулировку, то при выстреле в управляющей полости образуется чрезмерно большое газовое давление с длительным периодом затухания (выхода наружу). Это приводит к замедлению процесса перезарядки оружия (увеличиваются временные паузы между выстрелами).
Эксплуатация опытного образца подтвердила влияние совокупности существенных признаков на достигаемый технический результат: возможность использования трех режимов, в одном из которых возможна регулировка избыточного давления при отводе пороховых газов из канала ствола, и в свою очередь регулировки усилия воздействия поршня на механизм перезарядки оружия, тем самым увеличивая ресурс подвижных деталей и узлов.
Полезная модель является новой, поскольку вся совокупность признаков не известна из предшествующего уровня техники, приведенной в соответствующем разделе описания, а также промышленно применимой в используемой области техники.