Автоматическая стрелково-артиллерийская система "Симметрия"
AUTOMATIC SMALL-FIRE SYSTEM “SYMMETRY”

Изобретение относится к автоматическому оружию, преимущественно к скорострельным малокалиберным (легким) пушкам.
Подавляющие большинство такого оружия - нарезное.
Автоматическая пушка содержит передний ствол с затвором, механизм подачи унитарных патронов на линию досылки, механизм досылки в канал ствола, механизм открывания и закрывания затвора, механизм производства выстрела, механизм поглощения энергии отдачи (в данном случае можно не рассматривать), механизм извлечения (экстракции) и удаления стреляной гильзы (см. например, 1. Авиационное вооружение / Под ред. Д.И. Гладкова. - М.: Воениздат, 1987).
Обеспечение стабильного полета снаряда требует придания ему большой угловой скорости, что приводит к значительной нагрузке на ведущие устройства снаряда и, как следствие, к малой живучести ствола, исчисляемой несколькими сотнями выстрелов.
При стрельбе из оружия с винтовой нарезкой учитывают явление деривации - отклонения пули или снаряда от вертикальной плоскости, проходящей через ось канала ствола (иначе говоря, от плоскости стрельбы) [2. Потапов А.А. Искусство снайпера. - Изд-во Фаир-Пресс, 2005 г., ISBN 5-8183-0360-8, 5-8183-0872-3. - Раздел 9. Теория нарезного ствола. URL: http://speclife.ru/teoriya-nareznogo-stvola/; 3. Иван Хакба, Кесоу Джинджалия. Заветы снайпера. Ч.1. URL: https://linur2.livejournal.com/1016395.html.].
Известны системы с неповоротным относительно продольной оси стволом и прямыми нарезами его канала, однако пуля или снаряд при этом не закручиваются (это делается из др. соображений: для увеличение точности стрельбы за счет устранения «шатания» пули или снаряда, а также для повышения компрессии [4. Полигональная нарезка ствола, бланк ствола, прямые и винтовые нарезы. - URL: http://www.shooting-ua.com/arm-books/arm_book_30.htm]. Естественно, явление деривации при стрельбе в этом случае отсутствует.
Известны также пистолеты фирмы Сэведж армз Ко (США), включающие в себя ствольную коробку, в которой находится нарезной ствол, затвор, ударно-спусковой механизм и механизм подачи боеприпасов (патронов); при этом ствол на своей наружной поверхности имеет два выступа, один из которых скользит внутри наклонного паза неподвижной коробки и/или рамки, а другой - внутри поперечного паза в затворе, так что вслед за затвором отдача увлекает за собой и ствол, который одновременно пытается провернуться вокруг своей продольной оси за счет реактивного момента взаимодействия пули с нарезами канала ствола, упомянутым вторым выступом прижимаясь к краю продольного и слегка искривленного выреза на кожухе затвора, затормаживая таким образом отход подвижных частей; с выходом особого запирающего выступа из поперечного паза затвора последний освобождается и, продолжая двигаться, по инерции, назад, экстрагирует стреляную гильзу, а также сжимая пружину; а достигнув крайнего заднего положения, возвращается в исходное переднее положение, досылая в патронник ствола очередной патрон [2. Жук А.Б. Револьверы и пистолеты. - М.: 1992. - С. 261; 3. Жук А.Б. Револьверы и пистолеты. - М.: Воениздат, 1983. - С. 289-290].
Однако, при всей своей оригинальности и практическом значении, как видим, тенденция ствола к вращению от движущейся по нарезам пули не есть «проворот» в прямом понимании этого слова и используется для торможения откатных частей. Кроме того, это представляет интерес в приложении к пушечному оружию, а в части ручного стрелкового оружия - к пистолетам.
Известны также способ работы автоматики стрелково-пушечного оружия и устройство для его осуществления, где нарезной ствол установлен с возможностью вращения вокруг своей продольной оси и связан с откатными частями приводом, преобразующим вращение ствола, вызванное движением снаряда по нарезному каналу, в возвратно-поступательное движение откатных частей в целях перезаряжания [4. RU 2295101 С2, F41A 25/22 (2006.01), 27.10.2006].
С позиций заявляемого технического решения это представляет интерес только как пример (факт) устройства с вращающимся стволом и использованием реактивного крутящего момента в системе «снаряд - нарезной ствол».
Наиболее близким к заявленному изобретению по назначению и совокупности конструктивных признаков (прототипом) является автоматическая стрелково-пушечная система (автоматическая пушка «Владимир»), содержащая нарезной ствол с затвором, выполненный поворотным относительно своей продольной оси посредством привода, по меньшей мере, их вращения, в составе двигателя и зубчатого редуктора, а также механизмы подачи боеприпасов захватом на линию досылки, собственно досылки в патронник, открывания и закрывания затвора, производства выстрела и экстракции стреляной гильзы [5. RU 2342618 С2, F41A 5/06 (2006.01), 27.12.2008].
В ней предусмотрен нарезы в канале ствола выполнены с шагом, отличным от нулевого (т.е. винтовыми), а привод вращения ствола с затвором - в виде двигателя с одноступенчатым цилиндрическим зубчатым редуктором (по описанию) / мультипликатором (по иллюстрации) типа «гитара» (этот термин, применяют, например, в транспортном машиностроении: «плоский» редуктор между параллельными валами двигателя и коробки перемены передач, а также в металлорежущих станках: см. Большой энциклопедический словарь «Политехнический». - М.: Научное изд-во «БРЭ», 1998. - С. 126), с возможностью вращения в ту же сторону, в какую снаряд закручивается в канале благодаря нарезам ствола (т.е. привод не допускает реверсирования вращения ствола).
Затвор выполнен продольно-движущимся, магазин с боекомплектом - ленточного типа, а устройство производства выстрела и привод механизма подачи боеприпасов (унитарных) не описаны (указано лишь поз. 10 на патронную ленту).
Кроме того, в ней предусмотрен дополнительный привод синхронного со стволом вращения захвата с возможностью предварительной индивидуальной закрутки, до скорости вращения ствола с затвором, боеприпасов перед досылкой в патронник. Причем этот дополнительный привод должен иметь, для выравнивания скоростей вращения ствола и патрона, передаточное отношение меньше передаточного отношения редуктора привода вращения ствола с затвором (с общим приводным валом, параллельным оси канала ствола).
Однако, декларированное в описании прототипа, как технический результат, повышение живучести ствола носит ограниченный характер, оставляя резервы его дальнейшего развития. Причина заключается по-прежнему в одностороннем износе нарезов канала. Весь ресурс работоспособности ствола определяется предельным износом только одной, «боевой» или «ведущей» кромки каждого нареза, а вторая кромка остается менее изношенной по причине одностороннего действия окружной силы инерции снаряда, увеличивающей трение в паре «снаряд-кромка нареза». Таким образом, асимметрия износа нарезов ствола является причиной «недоиспользования» ствола, его преждевременной «смерти» с переходом на жизненный этап «утилизация». Аналогичная проблема имеет место и в отношении привода вращения ствола, во всяком случае явно (для инженеров-механиков) в отношении зубчатого зацепления редукторной части: вращение в одну и ту же сторону на протяжении всего эксплуатационного периода жизни, обусловливает односторонний, асимметричный характер износа зубьев.
Технической проблемой (задачей), на решение которой направлено заявленное изобретение, является комплекс следующих недостатков системы-прототипа, определяющий ее несовершенство в части технико-эксплуатационных характеристик:
- асимметрия износа нарезного канала ствола, обусловленная однонаправленностью принудительного вращения ствола от привода, что не позволяет достичь большего ресурса ствола, существенно повысив его живучесть (согласно принятой в отрасли терминологии);
- асимметрия износа редуктора (мультипликатора) в зубчатом зацеплении его колес по аналогичным основаниям, что, а в общем случае, не позволяет достичь большего ресурса работы привода вращения ствола с затвором;
- асимметрия износа дополнительного привода (редуктора/мультипликатора), аналогично основному;
- недостаточно высокий уровень унификации;
- винтовая нарезка ствола технологически сложна (во всяком случае, сложнее прямой нарезки), а система усложнена (обременена) устройством регулировки скорости в зависимости от типа боеприпаса;
- с др. стороны, относительно небольшое разнообразие выбора оружейных систем в условиях конкурентного оборота оружия.
Решение поставленной комплексной технической проблемы (задачи) достигается тем, что в автоматической стрелково-пушечной системе, содержащей нарезной ствол с затвором, выполненный поворотным относительно своей продольной оси посредством привода, по меньшей мере, их вращения, в составе двигателя и зубчатого редуктора, также механизмы подачи боеприпасов захватом на линию досылки, собственно досылки в патронник, открывания и закрывания затвора, производства выстрела и экстракции стреляной гильзы, согласно заявляемому изобретению, нарезы в канале ствола выполнены прямыми, а привод вращения ствола с затвором - реверсивным.
Решение технической проблемы достигается также за счет дополнительных конструктивных признаков (при сформулированной выше основной совокупности признаков):
- привод вращения ствола с затвором может быть выполнен электромеханическим, с реверсивным, за счет переключения полярности электропитания, электродвигателем и цилиндрическим одноступенчатым зубчатым редуктором типа «гитара» (Это оптимизирует конструкцию как по силовой установке, ибо электродвигатель обеспечивает относительно высокие показатели по стабильности оборотов, величине крутящего момента, компактности, доступности и простоте эксплуатации; так и по редукторной части, ибо зубчатые цилиндрические колеса весьма распространены, технологически отлажены, надежны и просты в эксплуатации);
- при предыдущей совокупности признаков, привод вращения ствола с затвором может быть выполнен с возможностью работы в режимах вращения в одну и другую сторону равной или примерно равной продолжительности, по меньшей мере, в течение установленного срока службы (Это в максимальной степени позволяет увеличить срок службы, обеспечивая максимальную «симметрию износа»);
- в системе может быть предусмотрен дополнительный привод синхронного со стволом вращения захвата с возможностью предварительной индивидуальной закрутки, до скорости вращения ствола с затвором, боеприпасов перед досылкой в патронник (Этот, казалось бы, известный из прототипа и сохраненный конструктивный признак в данном случае дает несколько больший положительный эффект уже в силу появления возможности унифицировать редукторные части приводов, ибо достигается равенство потребных их передаточных отношений);
- система может относиться к мобильной пушке калибра 30 мм с унитарными боеприпасами (Это оптимизирует устройство по габаритно-массовым и энергетическим показателям, определяя «золотую середину в спектре калибров оружия).
Среди известных устройств и способов не обнаружены такие, совокупность существенных признаков которых совпадала бы с заявленной. В то же время, именно за счет последней достигается новый технический результат в соответствии с обозначенной проблемой (поставленной задачей).
На чертежах изображен один из возможных примеров конструктивной реализации заявляемой автоматической стрелково-артиллерийской системы - 30-мм автоматической пушки:
на фиг. 1 показана система, общий вид (с максимально возможным сохранением изображения прототипа),
на фиг. 2 - упрощенная схема, иллюстрирующая устройство и работу, где d - калибр оружия и боеприпасов к нему; ω - угловая скорость вращения ствола вокруг своей продольной оси от электромеханического привода;
На чертежах основные упоминаемые в описании заявляемой системы составные ее части обозначены номерами позиций:
1 - ствол; 2а и 2б - затвор и казенник (патронник); 3а, 3б - подшипники установки ствола; 4 - продольная ось ствола; 5 - двигатель; 6 - приводной вал; 7, 8 - ведущее и ведомое зубчатые колеса редуктора привода вращения вала; 9 - выдвижная штанга захвата; 10 - цанга захвата; 11 - унитарный боеприпас; 12 - линия досылки боеприпаса; 13 - дополнительный привод закрутки захвата (боеприпасов); 14 - нарезы в стволе; 15 - нарезной канал ствола.
Автоматическая стрелково-артиллерийская система «Симметрия» (как частный случай, пример автоматической 30-мм пушки), содержит: ствол 1 с затвором 2а (показан в закрытом состоянии при казеннике/патроннике 2б), установленный на подшипниках 3а и 3б поворотно относительно своей продольной оси 4. Предусмотрен привод упомянутого вращения ствола 1 с затвором 2а. Он включает в себя двигатель 5, преимущественно электрический, вал которого соединен с приводным валом 6, параллельным оси 4 ствола 1, и зубчатый редуктор, преимущественно одноступенчатый цилиндрический типа «гитара», с ведущим 7 и ведомым 8 зубчатыми колесами, при этом колеса 7 и 8 жестко закреплены на приводном валу 6 и стволе 1 соответственно. При этом они могут быть выполнены, разумеется, заодно целое с «несущими» зубчатые венцы (7 и 8) деталями - стволом 1 и приводным валом 6 соответственно. В зависимости от конкретных условий, передаточное отношение редуктора 7-8 может быть как меньше единицы (на фиг. 1), так и больше единицы, причем в данной заявке использован приоритетный общепринятый термин «редуктор»).
Предусмотрены механизмы подачи захватом (выдвижной штангой 9 с цангой 10) боеприпасов 11 (по одному) на линию 12 досылки, собственно досылки в казенние (патронник) 2б, открывания и закрывания затвора 2а, производства выстрела и экстракции стреляной гильзы (эти приводы не показаны).
Может быть предусмотрен дополнительный привод 13 синхронного со стволом 1 вращения захвата 9-10 с возможностью предварительной индивидуальной закрутки, до скорости ω вращения ствола 1 с затвором 2а, боеприпасов 11 перед досылкой в казенник (патронник) 2б. В этом дополнительном приводе использован общий приводной вал 6, а передаточное отношение дополнительного привода 13 равно передаточному отношению редуктора 7-8.
Нарезы 14 в канале 15 ствола 1 калибра d (преимущественно d=30 мм), выполнены прямыми, а привод 5-8 вращения ствола 1 с затвором 2 - реверсивным, обеспечивающим угловую скорость либо +ω, либо -ω, (см. фиг. 1, 2), например переключением полярности электропитания, из расчета работы одинаковой суммарной продолжительности на каждом указанном режиме в пределах общего установленного срока службы. В этом абзаце - главные (отличительные) конструктивные признаки заявляемой системы)!
Заявляемая система (устройство) на примере 30-мм пушки работает (действует) следующим образом (опишем только принцип действия, особенности работы, связанные с новизной устройства).
Перед началом стрельбы включают двигатель 5 и через редуктор (здесь - в мультипликаторном режиме) 7-8 производят закрутку ствола 1 до скорости ω, например со знаком «+».
При наличии устройства предварительной закрутки боеприпасов 11 задействуют и его. Предварительно закрученный до скорости с прямыми нарезами 14 боеприпас 11 безударно поступает в казенник (патронник) 2б ствола 1.
Производят выстрел!
Вращение ствола 1, канал 15 которого имеет прямые нарезы 14, приводит к закрутке движущегося по каналу 15 снаряда до угловой скорости +ω.
При этом, из-за инерционной окружной силы инерции снаряда, «боевая» («ведущая») грань/кромка (каждого нареза 14 изнашивается, естественно, в большей степени, чем другая грань/кромка. Если не менять полярность питания электродвигателя 5 или не применять иные способы изменения вращения вала 1 на противоположное, т.е. -ω (минус ω) или наоборот, как это имеет место в прототипе, то несимметричный «однобокий» износ нарезов 14 приведет ствол 1 в негодность уже через несколько сотен выстрелов. Изменение же (реверс) с +ω на минус ω из расчета равной суммарной наработки по  срока службы приведут к последовательно-одностороннему, а значит двустороннему симметричному износу каналов 14 и, следовательно, существенному (примерно вдвое) продлению общей живучести ствола 1.
Смена направления деривации при реверсировании направления вращения ствола 1 на противоположное (увод влево вместо правого увода) буде симметричной и должна корректироваться в приборах прицеливания.
При реверсировании исчезнет и несимметричный, «однобокий» износ зубьев колес 7 и 8, будет обеспечена симметрия износа, а значит и повышение живучести редуктора 7-8. Сказанное в этом абзаце будет относиться и к дополнительному приводу 13.
Таким образом, использование изобретения позволяет получить следующий технический результат (улучшение технико-эксплуатационных характеристик), с использованием известного принципа (способа) придания снаряду угловой скорости путем вращения нарезного ствола:
- устранить асимметрию износа нарезного канала ствола, обусловленную однонаправленностью принудительного вращения ствола от привода (в прототипе), примерно удвоив (во всяком случае, увеличив за счет последовательно-равномерного, т.е. «симметричного» конечного износа нарезов ствола) ресурс ствола, существенно повысив его живучесть (согласно принятой в отрасли терминологии);
- устранить асимметрию износа редуктора (мультипликатора) в зубчатом зацеплении его колес по аналогичным основаниям, а в общем случае - повысить ресурс работы привода вращения ствола с затвором;
- устранить асимметрию износа дополнительного привода (аналогично основному);
- повысить уровень унификации за счет выравнивания потребных значений передаточных чисел приводов вращения ствола и захвата боеприпаса в механизме подачи боеприпасов в патронник ствола;
- упростить систему, заменив спиральную нарезку канала ствола более технологичной прямой и исключив устройство регулировки скорости в зависимости от типа боеприпаса;
- расширить спектр оружейных систем, а следовательно - возможности выбора оптимального вариантов конкретной ситуации в условиях конкурентного оборота оружия.
Заявляемая система, естественно, не предназначена для полной замены собою всех существующих ныне систем, но рекомендуется для разумно-ограниченного производства и использования как стационарная и мобильная система наземного, морского и воздушного базирования, в порядке расширения номенклатуры малокалиберной артиллерии в частности и огнестрельного оружия в целом.
При этом предлагаемое и не противоречащее патентному праву название изобретения («Симметрия») не только отражает (акцентирует) суть предложения под углом зрения достигаемого технического результата, но и вполне «вписывается» в отечественные и зарубежные традиции создания техники оборонного предназначения, значительно облегчая идентификацию объекта в спектре его аналогов.
Изобретение создано в свободное от основной работы время и без использования информации, составляющей государственную или коммерческую тайну.