ЛАФЕТИРОВАННОЕ АВТОМАТИЧЕСКОЕ ОРУЖИЕ
GUN CARRIAGE AUTOMATIC WEAPON

Изобретение относится к области автоматического огнестрельного оружия, а именно к особым схемам работы автоматики, и может быть использовано в индивидуальном стрелковом оружии класса «лафетированный автомат» или в малокалиберной автоматической артиллерии.
Известна особая схема работы автоматики, описанная в патенте RU 2008 139 537 А, "Динамическое огнестрельное оружие", МПК F41A 99/00 (2006.01), опубл. 2010.04.20, являющаяся наиболее близким аналогом по технической сущности к заявленному объекту, т.к. при работе описанного образца вооружения часть энергии отдачи от выстрела расходуется на гашение кинетической энергии наката откатных частей. Описанная система содержит лафет и откатные части - ствол с затвором, перемещающиеся в продольном направлении относительно лафета. Перед началом стрельбы ствол с затвором удерживаются в положении максимального отката фиксатором. При производстве выстрела ствол с затвором освобождаются от фиксации и под действием противооткатного устройства накатываются. При подходе ствола к переднему положению выступ затвора воздействует на короткое плечо ударного механизма - ударника, шарнирно закрепленного на лафете и способного качаться в вертикальной плоскости. Длинное плечо ударного механизма наносит удар по расположенному на затворе бойку и инициирует выстрел. Под действием силы отдачи ствол меняет направление движения относительно лафета и начинает откатываться. В процессе отката производится отпирание затвора, экстракция стреляной гильзы и ее отражение отбойником, шарнирно закрепленным на лафете и способным качаться в вертикальной плоскости. Продолжая откат, ствол с открытым затвором надвигается на снаряд, находящийся в держателе снаряда. При приходе ствола в положение максимального отката происходит досылание снаряда в патронник, запирание затвора и фиксация ствола в этом положении, если огонь ведется одиночными выстрелами. Описанная система способна производить автоматическое перезаряжание в случае осечки. В случае осечки ствол продолжает движение наката за переднее положение, затвор отпирается и производится экстракция снаряда. Далее под действием имитатора отката ствол меняет направление движения и откатывается в положение максимального отката, после чего стрельба может быть продолжена.
Недостатком данной системы является наличие удара откатных частей о лафет в крайнем заднем положении. В момент удара часть отдачи передается на лафет в виде импульса, способного сбить оружие с линии прицеливания, вследствие чего ограничиваются устойчивость оружия при стрельбе и кучность автоматического огня. Кроме того, наличие системы автоматической перезарядки при осечке приводит к увеличению хода ствола и, соответственно, осевых габаритов оружия и тем самым затрудняет реализацию описанной схемы работы автоматики в индивидуальном стрелковом оружии.
Известны конструкции автоматов Никонова (АН-94) и Стечкина (ТКБ-0146), выполненных как «лафетированная» схема. Автоматика этих образцов реализована по принципу смещения импульса отдачи. Конструкция образцов содержит лафет и соединенный с лафетом пружиной стреляющий агрегат, объединяющий в себе ствол со ствольной коробкой и затворной группой и способный перемещаться относительно лафета в продольном направлении. При стрельбе фиксированными очередями по два выстрела, первый выстрел производится при неподвижном и находящимся в крайнем переднем положении стреляющем агрегате. После выстрела стреляющий агрегат под действием отдачи откатывается назад, и во время движения под действием энергии отводимых из канала ствола пороховых газов производится перезаряжание стреляющего агрегата и второй выстрел. После второго выстрела происходит удар стреляющего агрегата о лафет в крайнем заднем положении и передача энергии отдачи стрелку в виде импульса. При стрельбе нефиксированными очередями в нормальном темпе выстрел производится при полной остановке стреляющего агрегата в крайнем переднем положении после наката от предыдущего выстрела. После выстрела стреляющий агрегат откатывается назад и производится перезаряжание. Затем стреляющий агрегат под действием силы пружины, соединяющей его с лафетом, останавливается, не дойдя до крайнего заднего положения, и начинает накатываться вперед. В процессе стрельбы нефиксированными очередями отдача передается на лафет в виде усилия пружины, однако при ударе стреляющего агрегата о лафет в крайнем переднем положении на лафет передается направленный вперед импульс.
Недостатком описанных лафетированных автоматов является то, что по производимому эффекту режим стрельбы сдвоенными очередями больше соответствует стрельбе одиночными выстрелами с повышенной вероятностью поражения цели, чем автоматическому огню. В процессе стрельбы нефиксированными очередями в нормальном темпе массивный стреляющий агрегат приходит в крайнее переднее положение с ударом о лафет, что сбивает оружие с линии прицеливания перед очередным выстрелом. Вследствие этого устойчивость оружия и кучность при стрельбе нефиксированными очередями в нормальном темпе не могут быть существенно повышены по сравнению с таковыми у классических автоматов с неподвижным стволом. В ряде боевых ситуаций требуется использование режима стрельбы нефиксированными очередями, в котором описанные образцы не имеют существенных преимуществ по сравнению классическими автоматами с неподвижным стволом, но при этом имеют сложную конструкцию и сложны в эксплуатации. В рассмотренных образцах не используются возможности прямого использования энергии отдачи откатывающегося ствола для работы автоматики перезаряжания.
Технической задачей является повышение устойчивости при стрельбе и кучности автоматического огня нефиксированными очередями индивидуального стрелкового оружия класса «лафетированный автомат» путем обеспечения безимпульсного и безпульсационного характера передачи стрелку отдачи от выстрела.
Технический результат достигается тем, что стреляющий агрегат и рама оружия (лафет) соединены пружиной через двухступенчатый блок с переменным радиусом одной из ступеней таким образом, что между стреляющим агрегатом и лафетом действует постоянная сила. В ходе работы системы стреляющий агрегат не претерпевает ударов о лафет в крайних положениях. Отсутствие удара стреляющего агрегата в переднем положении обеспечивается тем, что стреляющий агрегат в крайнем переднем положении меняет направление движения под действием силы давления пороховых газов на дно ствола, то есть в момент инициирования выстрела имеет скорость. Следовательно, цикл работы автоматики начинается с задержки стреляющего агрегата в крайнем заднем положении. При работе такой схемы часть энергии отдачи от выстрела расходуется на гашение кинетической энергии, сообщенной стреляющему агрегату возвратной пружиной при накате после предыдущего выстрела. После выстрела стреляющий агрегат откатывается назад и тормозится возвратной пружиной до полной остановки. Длина отката стреляющего агрегата зависит от условий стрельбы, следовательно, крайнее заднее положение стреляющего агрегата является плавающим, а система может ставиться на затворную задержку лишь в некотором усредненном по температуре заряда крайнем заднем положении для номинальных условий. Номинальные условия соответствуют температуре заряда 15°С, горизонтальному положению оружия и одинаковой навеске пороха в патронах. Для обеспечения устойчивой работы системы в условиях, отличных от номинальных, между длиной отката стреляющего агрегата и точкой инициирования следующего выстрела наложена обратная связь. Для этого в состав системы включен механизм управления ходом стреляющего агрегата, представляющий собой две зубчатых рейки и двухступенчатое зубчатое колесо. Соотношение радиусов ступеней колеса равно 1:2. Рейка, находящаяся в зацеплении со ступенью большего радиуса, движется вместе со стреляющим агрегатом и при достижении им крайнего заднего положения останавливается. Рейка, находящаяся в зацеплении со ступенью меньшего радиуса, своим выступом при встрече со стреляющим агрегатом инициирует выстрел. Отклонение длины отката стреляющего агрегата от номинального значения при изменении условий стрельбы провоцирует изменение положения рейки с коротким ходом в момент выстрела, а соответственно и смещение точки, в которой происходит выстрел.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид конструкции; на фиг. 2 показан цикл работы системы; на фиг. 3 и фиг. 4 представлены зависимости по времени обобщенной скорости и координат откатных частей при номинальных условиях стрельбы; на фиг. 5 и фиг. 6 представлены графики изменения координаты крайнего заднего положения стреляющего агрегата в процессе стрельбы, описывающие поведение системы при работе в условиях, отличных от номинальных.
Конструкция содержит лафет (3, фиг. 1) и стреляющий агрегат - ствол (1) со ствольной коробкой (2), имеющие возможность двигаться в продольном направлении относительно лафета (3), и затворную раму (4) с затвором (5), способную двигаться вдоль ствольной коробки до удара в крайнем заднем положении. Затвор имеет возможность двигаться вдоль затворной рамы, причем на некоторой длине ход затвора свободный, на остальной длине ход ограничен блоком тарельчатых пружин (6). Применение тарельчатых пружин обусловлено их большой потенциальной энергией при малых осевых деформациях. Стреляющий агрегат и лафет (3) соединены возвратной пружиной (7) через двухступенчатый блок (8) (на фиг. 1 блок изображен условно) с переменным радиусом одной из ступеней таким образом, что между лафетом и стреляющим агрегатом действует постоянная сила. Для наката ствола со ствольной коробкой и затворной рамы в целях уменьшения осевых габаритов системы и упрощения конструкции используется одна и та же пружина (7). Зацеп (9) тросика возвратной пружины (7) в зависимости от положения затворной рамы (4) относительно ствольной коробки (2) может воздействовать на упор стреляющего агрегата или на упор затворной рамы. При этом зацеп (9) тросика пружины воздействует на затворную раму (4) только на ограниченном расстоянии от ее крайнего заднего положения относительно ствольной коробки. Возможно соединение напрямую тросика возвратной пружины и затворной рамы, но достигаемые в этом случае значения хода затворной рамы слишком малы и на практике не реализуются. Также в состав схемы входит механизм управления ходом стреляющего агрегата, состоящий из закрепленного на лафете двухступенчатого зубчатого блока (10), длинноходной (11) и короткоходной (12) зубчатых реек.
Описываемая система работает следующим образом. В начальный момент времени (Фиг. 2-1) затворная рама (4, фиг. 1) находится в крайнем заднем положении относительно стреляющего агрегата, сам стреляющий агрегат вместе с длинноходной рейкой (11) находится в крайнем заднем положении относительно лафета (3). Затвор (5) находится в крайнем переднем положении относительно затворной рамы (4). При этом длинноходная рейка зафиксирована относительно лафета. Затворная рама, стреляющий агрегат и длинноходная рейка удерживаются сцепленными между собой посредством установленных на ствольной коробке внутреннего и внешнего шептал (на фиг. 1 не показаны). При спуске шептал стреляющий агрегат и затворная рама (4) освобождаются. Под действием возвратной пружины (7) затворная рама (4) начинает движение (Фиг. 2-2). Стреляющий агрегат при этом остается на месте. В процессе движения затворной (4) рамы упор стреляющего агрегата перехватывает зацеп (9) тросика пружины и стреляющий агрегат начинает движение под действием возвратной пружины (7), а затворная рама (4) продолжает движение по инерции (Фиг. 2-3). При ударе затвора (5) о пенек ствола в патронник досылается патрон. Затворная рама (4), продолжая движение, воздействует винтовой частью пазов на выступы затвора (5), поворачивает его и производит запирание (Фиг. 2-4). В момент запирания затворная рама (4) фиксируется относительно затвора подпружиненным зацепом (на фиг. 1 не показан). При этом между стреляющим агрегатом и затворной рамой (4) остается некоторый запас хода. Далее сцепленные затворная рама (4) и стреляющий агрегат движутся под действием возвратной пружины (7). При подходе стреляющего агрегата к крайнему переднему положению рейки (11, 12) освобождаются от фиксации, а затвор (5) и затворная рама (4) расцепляются, после чего выступ затворной рамы ударяет по короткоходной рейке (12). От удара приводится в действие расположенный в затворной раме ударный механизм и инициируется выстрел, а короткоходная рейка (12) и связанная с ней двухступенчатым блоком длинноходная рейка (11) начинают накатываться (Фиг. 2-5). Стреляющий агрегат под действием силы отдачи меняет направление своего движения относительно лафета (3) и начинает откатываться, а затворная рама (4) продолжает двигаться в прежнем направлении до удара затвора (5) об ограничивающий относительное движение затворной рамы и затвора блок тарельчатых пружин (6) (Фиг. 2-6). При этом выступы затвора скользят по прямой части пазов затворной рамы. После удара о блок пружин (6) затворная рама (4) меняет направление движения относительно казенной части ствола. В процессе отката стреляющего агрегата происходит соударение движущейся длинноходной рейки (11) со стреляющим агрегатом и их сцепление посредством внешнего шептала (Фиг. 2-7). Затворная рама (4), скользя по выступам затвора (5) сначала прямой частью пазов, а затем винтовой, поворачивает его. При повороте затвора производится отпирание. Продолжая движение, затворная рама (4) захватывает затвор (5) и далее движется сцепленной с затвором (Фиг. 2-8), в результате чего происходит экстракция и отражение стреляной гильзы. В процессе движения затворной рамы ее упор перехватывает зацеп (9) тросика пружины. Далее происходит удар затворной рамы (4) о ствольную коробку (2) и их сцепление посредством внутреннего шептала, в результате чего затворная рама (4) фиксируется в крайнем заднем положении относительно стреляющего агрегата (Фиг. 2-9). По мере движения стреляющего агрегата его скорость относительно лафета (3) гасится силой возвратной пружины (7), и он вместе с длинноходной рейкой (11) достигает крайнего заднего положения (Фиг. 2-10). При смене стреляющим агрегатом направления движения длинноходная рейка (11) фиксируется, а затворная рама (4) освобождается и цикл начинается заново. При необходимости прекращения стрельбы стреляющий агрегат фиксируется внешним шепталом и остается в крайнем положении сцепленным с длинноходной рейкой (11), расцепление стреляющего агрегата и затворной рамы не происходит.
Наличие реечного механизма в некоторой степени нарушает безимпульсный характер отдачи, поскольку при ударе реек о стреляющий агрегат часть импульса удара в виде ударных реакций, направленных вперед, передается через опору двухступенчатого блока на раму оружия. Но, поскольку масса реек мала, удары реечного механизма о стреляющий агрегат не способны оказать существенного влияния на кучность стрельбы.
Поскольку оба крайних положения стреляющего агрегата являются плавающими, для питания из неподвижно расположенного на раме оружия магазина используется промежуточный подаватель, расположенный на затворной раме. При накате стреляющего агрегата подаватель захватывает патрон из магазина. Причем подаватель может захватить патрон как в процессе наката затворной рамы, так и после запирания за счет движения стреляющего агрегата. При откате стреляющего агрегата и ударе затворной рамы о ствольную коробку патрон подается на линию досылания подпружиненным рычагом подавателя. Рычаг подавателя может быть расположен как на затворной раме, так и на ствольной коробке. Рычаг подавателя приводится в движение воздействием на его перо при соударении ствольной коробки и затворной рамы.
Из-за наличия промежуточного подавателя подача патронов из магазина в патронник имеет особенности. Перед заряжанием стреляющий агрегат находится в крайнем переднем положении - при минимальном удлинении пружины (7, фиг. 1), затворная рама (4) находится в крайнем переднем положении относительно стреляющего агрегата. Для заряжания необходимо отвести рукоятку перезаряжания до упора затворной рамы в заднюю стенку ствольной коробки. При этом патрон в промежуточном подавателе отсутствует, вследствие чего ограничитель не дает затворной раме зафиксироваться в крайнем положении. Необходимо продолжать отводить рукоятку перезаряжания до фиксации стреляющего агрегата в номинальном крайнем положении. Далее необходимо отпустить рукоятку перезаряжания. При этом стреляющий агрегат остается зафиксирован, а затворная рама накатывается в переднее положение, перемещая первый патрон из магазина в промежуточный подаватель. Затем необходимо снова отвести рукоятку перезаряжания до упора назад. При этом затворная рама зафиксируется в крайнем заднем положении, а патрон из промежуточного подавателя будет подан на линию досылания рычажным подавателем.
Разряжание оружия производится при отсоединенном магазине также в два приема - сначала затворная рама досылает патрон в патронник, притом, что стреляющий агрегат остается в крайнем положении. Затем рукоятка перезаряжания отводится назад до упора. При этом затворная рама выбрасывает патрон (патрон необходимо поймать рукой, удерживающей рукоятку перезаряжания) и фиксируется в крайнем заднем положении. Далее при нажатии на спусковой крючок затворная рама и стреляющий агрегат накатываются в крайнее переднее положение.
-7
2
c
3
p
Изобретение с реализацией указанного назначения может быть осуществлено следующим образом. Например, система с длиной канала ствола 500 мм, в которой используется промежуточный патрон 7.62x39, имеющая при температуре окружающей среды 15°С скорострельность 600 выстрелов в минуту может иметь следующие параметры: масса ствола со ствольной коробкой - 1 кг; масса затворной рамы с затвором - 0.25 кг; усилие на тросике пружины - 65 Н; длина отката стреляющего агрегата - 46 мм; ход затворной рамы - 105 мм, из них 17 мм - ход затвора при повороте, 15 мм - запас хода для удара по блоку тарельчатых пружин. Длина свободного хода затворной рамы - 65 мм. Блок тарельчатых пружин (6) может состоять из 9 пружин 2-1-2-28x12x1.5x0.75 (суммарная деформация блока не более 6 мм). Масса короткоходной рейки - 5 г. Масса длинноходной рейки - 20 г. Момент инерции двухступенчатого зубчатого блока - 4 ⋅ 10 кг ⋅ м. Делительный радиус меньшей ступени блока - 5 мм. На фиг. 3 и фиг. 4 представлены зависимости по времени соответственно обобщенной скорости и координат откатных частей при номинальных условиях стрельбы. На рисунках: q - перемещение стреляющего агрегата относительно рамы оружия; q - перемещение затворной рамы относительно стреляющего агрегата; q - перемещение короткоходной рейки относительно рамы оружия.
Система с данными параметрами путем численного эксперимента была испытана на устойчивость работы в условиях стрельбы, отличных от номинальных. Исследовалось изменение координаты крайнего положения стреляющего агрегата в процессе стрельбы при открытии огня из номинального крайнего положения. Моделирование проводилось для двух предельных случаев: при температуре заряда -40°С, угле склонения 90° и максимальном усилии страгивания гильзы при экстракции 100 Н (фиг. 5); при температуре заряда +40°С, угле возвышения 90° и отсутствии сопротивления гильзы при экстракции (фиг. 6). В обоих случаях работа системы была устойчива и полностью стабилизировалась после второго выстрела.
Были определены ударные реакции в опорах двухступенчатого блока (10, фиг. 1). Значения ударных реакций составили: 0.00357Н ⋅ с при ударе реек о стреляющий агрегат после выстрела; 0.0323 Н ⋅ с при ударе реек о стреляющий агрегат перед выстрелом. Для сравнения импульс отдачи боеприпаса в данном случае равен 6.81 Н ⋅ с. То есть наибольшая ударная реакция в опоре блока в 210 раз меньше импульса боеприпаса, следовательно, удары реечного механизма о стреляющий агрегат не способны оказать существенного влияния на кучность стрельбы
Для возможности работы системы во всем диапазоне условий стрельбы необходим значительный запас хода тросика (для рассмотренного примера с учетом запаса ход тросика должен составлять 140 мм). Поэтому, в целях уменьшения габаритов двухступенчатого блока (8) и возможности размещения его в компоновке оружия, блок (8) предполагается выполнить спиральным - канавки для тросика должны представлять собой винтовую кривую с фиксированным шагом. При этом ось блока предполагается закреплять в опорах на раме ходовым резьбовым соединением с шагом, равным шагу винтовых кривых канавок блока. Такая конструкция блока обеспечит возможность совершения блоком более одного оборота и, соответственно, уменьшения размеров блока.
Таким образом, предложенная схема работы автоматики имеет преимущества по сравнению с существующими лафетированными схемами. Основное преимущество - безимпульсный и безпульсационный характер отдачи. Данная особенность повышает кучность и эффективную дальность автоматического огня, увеличивает вероятность поражения движущихся целей, позволяет вести эффективный огонь из неустойчивых положений. В образце, выполненном по данной схеме, могут быть применены боеприпасы с большим импульсом отдачи. Другое преимущество - наличие затворной задержки - уменьшает время перезарядки оружия и исключает риск самопроизвольных выстрелов из-за нагревания патронника при длинных очередях. Еще одно преимущество - отсутствие газового двигателя - повышает эксплуатационные качества оружия, так как наличие газоотводной системы предъявляет повышенные требования к эксплуатации. Энергия затворной рамы, необходимая для экстракции стреляной гильзы и досылания следующего патрона, накапливается в блоке тарельчатых пружин (6, фиг. 1) при ударе затворной рамы о стреляющий агрегат после выстрела. Благодаря безимпульсному характеру отдачи данная схема может эффективно применяться совместно с устройствами для ведения стрельбы из-за укрытия типа прицела Голодяева со световодом, так как стрельба из-за укрытия ведется из неустойчивых положений.