ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ВИНТОВКА
PNEUMATIC RIFLE

Изобретение относится к пневматическому оружию пружинно-поршневого типа и может быть применено в спортивных и охотничьих пневматических винтовках.
Известна пневматическая винтовка пружинно-поршневого типа GAMO, Испания, содержащая ствол с выполненным в нем нарезным каналом, ресивер с размещенной в нем боевой пружиной, рабочим поршнем и камерой сжатия, корпус с выполненным в нем перепускным каналом, связывающим камеру сжатия ресивера с каналом ствола. Разгон пули в стволе осуществляется от давления сжатого воздуха, которое создается в камере сжатия ресивера рабочим поршнем от энергии боевой пружиной. Взведение боевой пружины для создания давления в камере сжатия обеспечивается с помощью «переламывающегося ствола» (1).
Известна конструкция пневматической винтовки пружинно-поршневого типа, патент RU 2103631 С1, содержащая ствол с выполненным в нем нарезным каналом, ресивер с размещенной в нем боевой пружиной, рабочим поршнем и камерой сжатия, корпус с выполненным в нем перепускным каналом, связывающим камеру сжатия ресивера с каналом ствола. Разгон пули в стволе осуществляется от давления сжатого воздуха, которое создается в камере сжатия ресивера рабочим поршнем от энергии боевой пружины. Взведение боевой пружины для создания давления в камере сжатия обеспечивается с помощью «переламывающегося ствола» (2) - прототип.
Причины, препятствующие получению технического результата, который обеспечивается изобретением
Наиболее эффективное использование энергии боевой пружины при переходе ее в энергию сжатого воздуха может быть достигнуто при условии, когда кинетическая энергия рабочего поршня, полученная от энергии боевой пружины, переходит в энергию сжатого воздуха с давлением (Рмакс), объемом (Vсж), и только после этого сжатый воздух начинает действовать на пулю. Максимальное давление сжатого воздуха (Рмакс) с объемом Vсж, которое может быть достигнуто в камере сжатия от усилия боевой пружины, выражается формулами (1, 2, 3):
Pмакс=Fпр/Sp (1)
Рмакс=Ра·Vа/Vсж (2)
Vсж=Ра·Vа/Рмакс>Vст (3),
где Fпр - усилие боевой пружины;
Sp - площадь сечения камеры сжатия ресивера;
Ра - атмосферное давление;
Va - объем камеры сжатия при атмосферном давлении;
Vсж - объем камеры сжатия при максимальном давлении Рмакс;
Vст - объем внутренней полости ствола.
В прототипе начало разгона пули начинается при достижении в камере сжатия не максимального давления (Рмакс), а давления, обеспечивающего преодоление начального сопротивления пуле, при ее формировании под нарезной канал ствола в начале разгона. После начала движения пули и до ее вылета из ствола давление в камере сжатия продолжает расти при одновременном увеличении объема камеры сжатия за счет прироста объема канала ствола, пройденного пулей, что исключает достижение в камере сжатия максимального давления (Рмакс) и снижает мощность выстрела, при этом часть энергии боевой пружины, перешедшая в кинетическую энергию рабочего поршня, не используется на сжатие воздуха и разгон пули, а расходуется на «ударную» остановку рабочего поршня о торцевую поверхность ресивера, при этом величина неиспользованной энергии боевой пружины выражается мощностью удара рабочего поршня о торцевую поверхность ресивера. В связи с тем что величина начального сопротивления пули при ее формировании под нарезной канал ствола не является постоянной величиной и зависит от качества изготовления пуль, различна и скорость при вылете пуль из ствола, что приводит к снижению кучности стрельбы.
Задача изобретения - повысить эффективность использования энергии боевой пружины, увеличить мощность выстрела, снизить величину удара рабочего поршня о торцевую поверхность ресивера, повысить кучность стрельбы.
Для достижения указанной задачи в пневматической винтовке, содержащей ствол с выполненным в нем нарезным каналом, ресивер с камерой сжатия, боевой пружиной и рабочим поршнем, корпус с выполненным в нем перепускным каналом, связанным с тыльной частью канала ствола и камерой сжатия, в корпусе установлен пневмозатвор, выполненный в виде двух поршней различных сечений, взаимодействующих с пружиной мощности, которая установлена с возможностью регулирования усилия ее сжатия, при этом поршень меньшего сечения пневмозатвора связан с камерой сжатия и перепускным каналом, а поршень большего сечения пневмозатвора связан с перепускным каналом и заборной средой. Для поступления заборного воздуха во внутреннюю полость камеры сжатия при взводе боевой пружины ресивер снабжен обратным клапаном с рабочим направлением в камеру сжатия. В зависимости от конструктивных особенностей и назначения винтовки поршень меньшего сечения пневмозатвора может быть выполнен в виде клапана, а в цилиндрической стенке ресивера могут быть выполнены отверстия, выполняющие роль обратного клапана.
На фиг.1 изображена схема пневматической винтовки при взведенном положении боевой пружины.
На фиг.2 изображена схема пневматической винтовки в момент достижения в зоне сжатия максимально расчетного давления.
На фиг.3 изображен вариант исполнения пневмозатвора.
На фиг.4 изображены сравнительные графики давления сжатого воздуха в камере сжатия ресивера: А - изобретения, Б - прототипа.
На фиг.5 графически изображены сравнительные графики сил, действующих на пулю при разгоне ее в стволе: А - изобретения, Б - прототипа.
1
2
2
1
2
1
1
2
1
Пневматическая винтовка, фиг.1, фиг.2, содержит корпус - 1 связанный с ресивером - 2 и стволом - 3. В ресивере размещены боевая пружина - 4 с усилием Fпр, рабочий поршень - 5 с рабочим ходом - L, снабженный уплотнительной манжетой - 6, камера сжатия - 7 объемом Va при атмосферном давлении Ра. Ресивер снабжен обратным клапаном (не показан), связывающим камеру сжатия - 7 с заборной средой, с рабочим направлением во внутреннюю полость камеры сжатия. В цилиндрической стенке ресивера выполнено отверстие - 8, связывающее камеру сжатия ресивера с заборной средой при взводе боевой пружины, выполняющее роль обратного клапана (фиг.1). В мощных винтовках для спортивной охоты винтовка может быть снабжена одновременно обратным клапаном и отверстием - 8. В корпусе - 1 установлен пневмозатвор, выполненный в виде двух связанных между собой поршней - 9 и 10 с различными сечениями - S и S и пружины мощности - 11 с регулируемым усилием сжатия Fм, при этом поршни пневмозатвора - 9 и 10 снабжены уплотнительными кольцами - 12 и 13, а площадь сечения S поршня - 10 превышает площадь сечения S поршня - 9 в два раза (S=2S). Пружина мощности - 11 выполнена калиброванной на сжатие, при этом усилие сжатия регулируется гайкой - 14. Пневмозатвор размещен в канале - 15 корпуса, обратном пневмозатвору, и связан поршнем - 9 сечением S с камерой сжатия ресивера, а поршнем - 10 сечением S через канал - 16, выполненный в гайке - 14, с заборной средой. В зависимости от назначения и мощности винтовки поршень меньшего сечения пневмозатвора - 9 может быть выполнен в виде клапана, запирающего канал - 15 сечением S (фиг.3). Ствол длиной Lст установлен с возможностью поворота вокруг оси О и связан с рабочим поршнем - 5 и боевой пружиной - 4 кулисным механизмом (не показан). В канале ствола с площадью сечения Sст выполнена винтовая нарезка (не показана). Тыльная часть канала ствола связана через перепускные каналы - 17 и 15 с камерой сжатия - 7. Пуля - 18 устанавливается в тыльной части ствола.
1
1
1
1
2
2
1
1
1
2
Пневматическая винтовка работает следующим образом. Поворотом ствола вокруг оси О рабочий поршень - 5 взводится и фиксируется в боевом положении (фиг.1), при этом в камере сжатия - 7 создается разряжение и заборный воздух с давлением Ра через обратный клапан и отверстие - 8 поступает во внутреннюю полость камеры сжатия ресивера с объемом Va. Пуля - 18 вкладывается в тыльную часть, и ствол возвращается в исходное положение (фиг.1). При нажатии на спусковой курок (не показан) рабочий поршень - 5, разгоняясь под действием боевой пружины - 4, сжимает воздух в камере сжатия ресивера от первоначального давления Ра с объемом Va до расчетного давления Рр с объемом Vp (фиг.2, фиг.4). При достижении в камере сжатия расчетного давления Рр на поршень - 9 пневмозатвора сечением S действует сила, равная произведению расчетного давления Рр на площадь сечения S пневмозатвора, которая равна усилию сжатия Fм пружины мощности Fp = Рр·S = Fм. Рабочий поршень, продолжая движение, от энергии боевой пружины увеличивает давление в зоне сжатия до значения Рмакс = (Рр+Р*) (фиг.4, график «А»), где Р* - переменная величина прироста давления в камере сжатия от Рр до Рмакс. При превышении в камере сжатия расчетного давления Рр пружина мощности - 15 сжимается и поршень пневмозатвора - 9, перемещаясь, открывает перепускной канал - 15 сечением S, сжатый воздух, действуя на поршень - 10 пневмозатвора с сечением S, увеличивает скорость открывания канала - 15 на полное сечение и удерживает пневмозатвор в открытом положении (фиг.2) до снижения давления в зоне сжатия до Рр/2 с учетом принятого S=2S. В момент открытия перепускного канала на пулю сечением Sст начинает действовать сила Fp с увеличением до Рмакс (фиг.5) за счет прироста давления Р*, равная Рмакс=(Рр+Р*)·Sст (фиг.5, график «А»), формирующая пулю под нарезной канал ствола и разгоняющая ее в стволе. После вылета пули из ствола, при снижении давления в перепускном канале до значения Рр/2 пневмозатвор под действием пружины мощности возвращается в исходное положение и поршнем - 9 сечением S запирает перепускной канал - 15 (фиг.1). Величина разницы сечений поршней пневмозатвора S и S подбирается от конструктивных особенностей и назначения винтовки. Сравнительные графики давлений, действующих на пулю по длине ствола, приведены на фиг.4 (изобретения - график А, прототипа - график Б). Величина расчетного давления Рр превышает давление Рф (начало формирования пули под нарезной канал ствола) и рассчитывается с учетом того, что после достижения максимальной скорости разгона от растущего противодействия величины прироста давления в камере сжатия рабочий поршень приобретает отрицательное ускорение (скорость снижается с одновременным ростом давления воздуха в камере сжатия). При достижении в камере сжатия расчетного давления Рр остаточной кинетической энергии рабочего поршня и энергии боевой пружины должно быть достаточно для увеличения и поддержания давления в зоне сжатия с Рр до Рмакс=(Рр+Р*), фиг.4, график «А», до момента выхода пули из ствола и безударной остановки рабочего поршня о торцевую поверхность ресивера за счет максимального перехода энергии боевой пружины и кинетической энергии рабочего поршня в энергию сжатого воздуха. При этом Рмакс превышает Рп - прототипа (максимальное давление, действующее на пулю при выходе ее из ствола, - фиг.4). Величина расчетного давления Рр уточняется регулировкой усилия пружины мощности посредством гайки - 14. Мощность выстрела пропорциональна работе затраченной сжатым воздухом на разгон пули по всей длине ствола. Сравнительные графики сил, действующих на пулю, и графики работы при разгоне пули в стволе изображены на фиг. 5 (график А - изобретения, график Б - прототипа). График А - Fp - расчетная сила, действующая на пулю при ее формировании под нарезной канал ствола в начале ее движения.; Fмакс - максимальная сила, действующая на пулю при разгоне и выходе ее в стволе. График Б - Fф - сила, действующая на пулю при ее формировании под нарезной канал ствола в начале ее движения. Fп - максимальная сила, действующая на пулю при разгоне и выходе ее в стволе. При этом сила Fp превышает силу Fф, а сила Fмакс превышает силу Fп. Работа сжатого воздуха при разгоне пули в стволе (заявленного изобретения) выражена площадью многоугольника oabcd, площадь которого превышает работу сжатого воздуха, при разгоне пули в стволе (прототипа) выражена площадью многоугольника okmd (фиг.5). Увеличение давления до расчетного Рр в начальном движении пули обеспечивает максимальный переход энергии боевой пружины в энергию сжатого воздуха, направленную на разгон пули в стволе, и теоретически позволяет исключить удар рабочего поршня о торцевую поверхность ресивера. Величина расчетного давления Рр превышает давление, необходимое для начала движения и формирования пули Рф, и является теоретически постоянной величиной, что обеспечивает снижение влияния различного сопротивления пуль Fф при их формировании под сечение канала ствола, что улучшает кучность стрельбы.
Применение изобретения позволит повысить эффективность использования энергии боевой пружины, увеличить мощность выстрела, снизить величину удара рабочего поршня о торцевую поверхность ресивера, улучшить кучность стрельбы.
Источники информации
1. Шунков В.Н. Газовое оружие и пневматическое оружие. - Мн.: ООО «Попурри», 2004 г.
2. Патент RU 2103631 С1 от 27.01.1998 г. Соловьев В.М.