Автоматическая винтовка с инерционно-ударным газовым поршнем
AUTOMATIC RIFLE WITH INERTIA-IMPACT GAS PISTON

Область техники, к которой относится изобретение
«Автоматическая винтовка с инерционно-ударным газовым поршнем» относится к области ручного огнестрельного автоматического стрелкового оружия.
Уровень техники
Известна легкая переносная автоматическая винтовка для стрельбы патронами малого калибра, которое принято называть: в России «автомат», например АК-47, а в США «штурмовая винтовка», например M16.
В автоматической винтовке затворная рама подвижной системы перемещается вдоль ствола по направляющим полозьям ствольной коробки. Затворная рама служит для подачи патрона из магазина в патронник (камору ствола), запирания канала ствола затвором, приведения в действие ударно-спускового механизма для выстрела патрона и последующего извлечения стрелянной гильзы из патронника. Для работы затвора достаточно механически отвести затворную раму в положение отката (крайне-левое). В обратном направлении затворную раму перемещает возвратно-боевая пружина. При этом перемещении затвор выталкивает патрон из магазина и досылает его в патронник, а затворная рама останавливается в боевом положении (крайне-правом).
В автоматической винтовке в момент выстрела, когда пуля выходит из канала ствола, пороховые газы высокого давления через отверстие в стенке ствола устремляются в газовую камеру и приводят в движение газовый поршень. Газовый поршень через толкатель обеспечивает автоматический отвод затворной рамы. Затворная рама во время отвода, сжимает возвратно-боевую пружину, взводит ударно-спусковой механизм и открывает канал ствола. При этом стрелянная гильза извлекается из патронника и выбрасывается наружу.
Согласно п.п. 53 ГОСТ 28653-90 "Оружие стрелковое. Термины и определения" «Газовая камера - деталь стрелкового оружия, в полости которой часть энергии пороховых газов, отводимых из канала ствола, преобразуется в кинетическую энергию».
Расстояние от газового камеры до затворной рамы сравнимо с длиной ствола. Поэтому усилие от газового поршня к затворной раме, как правило, передается через толкатель, например, длинный стержень.
Во время отвода затворная рама с толкателем и газовым поршнем сначала стоят на месте. Когда сила давления пороховых газов, которая относительно плавно нарастает, превысит силу трения покоя затворной рамы с газовым поршнем и стрелянной гильзы в патроннике, то газовый поршень вместе с толкателем выталкивается из патрубка газовой камеры и продолжает свое движение вдоль газовой трубки. В газовой трубке имеются отверстия для выпуска отработанных пороховых газов.
После удаления пороховых газов из газовой трубки, затворная рама с толкателем и газовым поршнем останавливается в положении отката. Сжатая возвратно-боевая пружина распрямляется и возвращает затворная рама с толкателем и газовым поршнем в боевое положение. В боевом положении следующий выстрел производится при нажатии курка ударно-спускового механизма.
Ствольная коробка служит базой для всех вышеперечисленных деталей, а также других узлов, например, приклада, крышки ствольной коробки, полозьев для пазов затворной рамы, упора возвратно-боевой пружины, основания прицела, накладок.
Как правило, жесткая возвратно-боевая пружина стянута в полу-сжатое состояние в «механизме возврата», которое облегчает сборку винтовки и при разборке не позволяет пружине «выстрелить в глаз». Для улучшения понимания принципа работы винтовки детали «механизма возврата» во всех прилагаемых фигурах не показываются.
По соотношению величины хода газового поршня в газовой трубке относительно величины хода затворной рамы в ствольной коробке конструкции автоматических винтовок можно разделить на:
- с длинным ходом газового поршня, например, автомат Калашникова;
- со средним ходом газового поршня, например, снайперская винтовка Дегтярева;
- с коротким ходом газового поршня, например, самозарядный карабин Симонова;
- с газовым поршнем без толкателя, например, штурмовая винтовка Стоунера (М16);
На фиг. 1 приведен принцип работы автомата Калашникова. Конструкция относится к винтовкам с длинным ходом газового поршня. В ствольной коробке (1) размещается ударно-спусковой механизм с курком (2) и основание прицельной планки (3), в котором закреплен ствол (4). Ближе к дульному срезу (5) ствола установлена газовая камера (6) с патрубком (7) и газоотводным отверстием (8). Затворная рама с толкателем и газовым поршнем (9), перемещается по полозьям ствольной коробки (1). При этом от давления пороховых газов (10) газовый поршень смещается вдоль газовой трубки (11). Возвратно-боевая пружина (12) сжимается между затворной рамой с толкателем и газовым поршнем (9) и упором (13) ствольной коробки (1). Возвратно-боевая пружина (12) вставлена в несквозное отверстие в ЗР (15).
Особенность данной конструкции на фиг. 1 - затворная рама, длинный толкатель относительно большого диаметра и газовый поршень изготовлены как моноблочный неразборный узел.
Известно, что при стрельбе очередью снижается точность и кучность поражения цели из-за подброса ствола вверх после каждого выстрела. Подброс происходит из-за того, что ствол располагается выше приклада винтовки.
Из физики известно:
- по закону Паскаля - давление, производимое на жидкость или газ передается в любую точку без изменений во всех направлениях. Например, сила давления газа на дно бочки равна силе давления на противоположное дно;
- импульс силы - мера воздействия силы на тело за данный интервал времени. Это векторная величина на коротком временном интервале равная произведению силы на время ее действия. Например, во время удара, чем меньше время воздействия, тем больше величина физической силы при равном импульсе силы;
- существует два вида трения: трение покоя и трение скольжения. Причем сила трения покоя существенно превышает силу трения скольжения. Например, чтобы переместить груз на поверхности необходимо сначала приложить большое усилие, а после того, как груз сдвинется с места, для дальнейшего перемещения требуется меньшее усилие.
Из опыта работы ремонтных бригад известно, что для разделения двух заклинивших деталей, между которыми возникла труднопреодолимая сила трения покоя, применяется метод «кувалды», это когда по одной из деталей ударяют молотком. При этом ударная волна, проходя по границе между деталями, расклинивает их.
Известно, что заклинивание стрелянной гильзы в патроннике относится к катастрофическому отказу оружия. Если винтовка неожиданно перестает стрелять, то это делает солдата практически безоружным. Поэтому в боевых условиях во время атаки у бойца появляется чувство страха за свою жизнь и развивается диссоциация. Например, в армии Индии специально для расклинивания оружия под огнем противника в штаты подразделений введены специалисты по оружию. В частности, заклинившую в патроннике стрелянную гильзу выбивают шомполом и молотком через канал ствола со стороны дульного среза или ударом деревянной киянки по рукоятке затворной рамы.
Как правило, заклинивание происходит в крайних положениях затворной рамы, когда она останавливается и возникает сила трения покоя. Если силы газового поршня или возвратно-боевой пружины еще хватает на преодоление трения скольжения, то для преодоления трения покоя может оказаться недостаточной. Сила трения покоя существенно увеличивается, например, при попадании песка в зазор между полозьями ствольной коробки и пазами затворной рамы.
Наиболее близким аналогом является конструкция автоматической винтовки с длинным ходом газового поршня, например автомат Калашникова.
К техническим проблемам всех конструкций автоматических винтовок относится:
- вероятности заклинивания оружия;
- существенная избыточность силы толкания затворной рамы газовым поршнем, что необходимо для гарантированного преодоления сил трения покоя деталей подвижной системы из боевого положения затворной рамы;
- избыточная жесткость возвратно-боевой пружины, которая необходима для гарантированного преодоления сил трения покоя затворной рамы из положения отката;
- повышенный расход пороховых газов в газовой камере, что уменьшает начальную скорость пули и дальность стрельбы;
- значительная отдача оружия, что увеличивает время прицела до следующего выстрела;
- увод ствола вверх при стрельбе очередями, что ухудшает точность стрельбы и кучность боя.
Раскрытие сущности изобретения
Автоматическая винтовка с инерционно-ударным газовым поршнем (винтовка) представляет собой конструкцию оружия, у которого длина хода газового поршня в газовой трубке превышает величину отката затворной рамы.
Предлагаемое техническое решение улучшает вышеперечисленные технические проблемы за счет поочередного с двух сторон ударного воздействия по ЗР.
На фиг. 2 показан механизм «Автоматической винтовки с инерционно-ударным газовым поршнем» во время вылета пули.
На ствольной коробке (1) с курком (2) ударно-спускового механизма и основанием прицельной планки (3) закреплен ствол (4), из которого вылетает пуля (14). Ближе к дульному срезу (5) ствола закреплена газовая камера (6) с патрубком (7) и газоотводным отверстием (8). Затворная рама (ЗР) (17), перемещается по полозьям, которые находятся внутри ствольной коробки (1).
Инерционно-ударный газовый поршень (ГП) состоит из:
- головки-цилиндра ГП (31), в виде удлиненного цилиндра;
- толкателя ГП (32), в виде стержня;
- шара ГП (33),
где головка-цилиндр ГП и шар ГП соосно закреплены на торцах толкателя ГП, например, сваркой.
Возвратно-боевая пружина (12) сжата между шаром ГП (33) и упором (13) ствольной коробки.
При выстреле ГП смещается в сторону ЗР под воздействием высокого давления пороховых газов (10), которые поступают по газоотводному отверстию (8) в патрубок (7) газовой камеры (6) и затем в газовую трубку (11). Пороховые газы, поступают кратковременно, пока пуля (14) пролетает часть канала ствола (4) между газоотводным отверстием (8) газовой камеры (6) и дульным срезом (5) ствола.
Особенность предлагаемой конструкции - инерционно-ударный газовый поршень (ГП) имеет продольный свободный ход относительно ЗР (17), что позволяет ему предварительно ускоряться, запасая кинетическую энергию, а затем наносить удар по неподвижной ЗР. За счет кратковременности удара сила воздействия ГП на ЗР существенно превышает силу от пороховых газов, благодаря чему облегчается экстракция стрелянной гильзы или сдвиг ЗР из положения отката.
На фиг. 3 показан механизм работы «Автоматической винтовки с инерционно-ударным газовым поршнем» во время ускорения ГП пороховыми газами. В начальный момент сила давления пороховых газов (10) преобразуется в кинетическую энергию ускоряемого ГП и в энергию сжатия возвратно-боевой пружины (12). Шар ГП (33) смещается в несквозном отверстии в ЗР (15), но ЗР (17) остается на месте в боевом положении, поэтому стрелянная гильза продолжает находиться в патроннике ствола.
В патрубке (7) газовой камеры (6) по закону Паскаля пороховые газы одинаково давят как на головку-цилиндр ГП (31), так и на дно патрубка газовой камеры. При этом ГП, откатываясь, запасает кинетическую энергию, но не передает усилие ЗР (17). Возникающая некомпенсированная сила давления пороховых газов на дно патрубка газовой камеры (34) параллельна стволу (4) и направлена выше ствола, что противодействует уводу ствола вверх и одновременно уменьшает отдачу винтовки.
После разгона в газовой трубке (11) головка-цилиндра ГП ударяется в ЗР (17). Возникающий импульс силы через ЗР (17) выбрасывателем экстрадирует стрелянную гильзу из патронника. Причем за счет кратковременности удара возникающая сила, которая обратно-пропорциональна времени удара, существенно превышает силу давления на ГП пороховых газов.
На фиг. 4 показан механизм работы «Автоматической винтовки с инерционно-ударным газовым поршнем» при возврате из положения отката в боевое положение. Сила сжатой возвратно-боевой пружины (35) сначала разгоняет ГП в направлении газовой камеры при неподвижной ЗР (17), а затем шар ГП (33) ударяет в ЗР (17). Сила удара ГП преодолевает силу трения покоя ЗР (17) и, далее, возвратно-боевая пружина (12) через шар ГП (33) переводит ЗР (17) в боевое положение с досылкой патрона из магазина в патронник ствола.
Преодоление силы трения покоя становится наиболее актуальным при попадании на детали подвижной системы винтовки различных видов загрязнений, например песка.
Для обеспечения полной разборки и быстрой сборки винтовки, в ЗР дополнительно встроен узел извлечения ГП.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 Принцип работы автомата Калашникова, где 1 - ствольная коробка, 2 - курок, 3 - основание прицельной планки, 4 - ствол, 5 - дульный срез, 6 - газовая камера, 7 - патрубок, 8 - газоотводное отверстие, 9 - затворная рама с толкателем и газовым поршнем, 10 - пороховые газы, 11 - газовая трубка, 12 - возвратно-боевая пружина, 13 - упор, 14 - пуля, 15 - несквозное отверстие в ЗР (затворной раме).
Фиг. 2 Механизм «Автоматической винтовки с инерционно-ударным газовым поршнем» во время вылета пули, где 1 - ствольная коробка, 2 - курок, 3 - основание прицельной планки, 4 - ствол, 5 - дульный срез, 6 - газовая камера, 7 - патрубок, 8 -газоотводное отверстие, 10 - пороховые газы, 11 - газовая трубка, 12 - возвратно-боевая пружина, 13 - упор, 14 - пуля, 17 - ЗР (затворная рама), 31 - головка-цилиндр ГП, 32 - толкатель ГП, 33 - шар ГП.
Фиг. 3 Механизм работы «Автоматической винтовки с инерционно-ударным газовым поршнем» во время ускорения ГП пороховыми газами, где 1 - ствольная коробка, 2 - курок, 3 - основание прицельной планки, 4 - ствол, 5 - дульный срез, 6 - газовая камера, 7 - патрубок, 8 - газоотводное отверстие, 10 - пороховые газы, 11 - газовая трубка, 12 - возвратно-боевая пружина, 13 - упор, 14 - пуля, 17 - ЗР (затворная рама), 31 - головка-цилиндр ГП, 32 - толкатель ГП, 33 - шар ГП, 34 - сила давления пороховых газов на дно патрубка газовой камеры, 36 - параллельное стволу отверстие.
Фиг. 4 Механизм работы «Автоматической винтовки с инерционно-ударным газовым поршнем» при возврате в боевое положение из положения отката, где 1 - ствольная коробка, 2 - курок, 3 - основание прицельной планки, 4 - ствол, 5 - дульный срез, 6 - газовая камера, 7 - патрубок, 8 - газоотводное отверстие, 10 - пороховые газы, 11 - газовая трубка, 12 - возвратно-боевая пружина, 13 - упор, 14 - пуля, 17 - ЗР (затворная рама), 31 - головка-цилиндр ГП, 32 - толкатель ГП, 33 - шар ГП, 35 - сила сжатой возвратно-боевой пружины, 36 - параллельное стволу отверстие.
Фиг. 5 Принцип работы узла извлечения ГП, где 1 - ствольная коробка, 12 - возвратно-боевая пружина, 15 - несквозное отверстие в ЗР, 17 - ЗР (затворная рама), 31 - головка-цилиндр ГП, 32 - толкатель ГП, 33 - шар ГП, 36 - параллельное стволу отверстие, 37 - прорезь, 39 - дно несквозного отверстия в ЗР.
Осуществление изобретения
От типовой конструкции автомата Калашникова предлагаемое техническое решение отличается тем, что затворная рама с толкателем и газовым поршнем (9 фиг. 1) заменена на ЗР (17 фиг. 2), у которой нет газового поршня с толкателем и в которой соосно с возвратно-боевой пружиной (12) просверлено параллельное стволу отверстие (36) для толкателя ГП (32 фиг. 2).
Осуществимо, сначала выточить из одной заготовки шар ГП (33) с толкателем ГП (32), а затем пропустить толкатель ГП (32) через параллельное стволу отверстие (36) и закрепить его в головке-цилиндре ГП (31), например, сваркой. После сварки становится невозможным извлечение ГП из ЗР (17), например, для ремонта, замены или разборки во время чистки винтовки. Поэтому в теле ЗР дополнительно сформирован узел извлечения ГП.
На фиг. 5 показан принцип работы узла извлечения ГП. Вдоль всей ЗР (17) фрезеруется прорезь (37), шириной более диаметра толкателя ГП (32) и на глубину до осевой линии параллельного стволу отверстия (36).
При изготовлении винтовки узел извлечения ГП собирается в следующем порядке:
- ГП относительно ЗР (17) ставиться в перпендикулярное положение;
- шар ГП (33) вставляется в несквозное отверстие в ЗР (15);
- толкатель ГП (32) перемещается в прорези (37) вдоль ГП до упора шара ГП (33) в дно несквозного отверстия в ЗР (39);
- ГП поворачивается на 90 градусов в сторону газовой камеры в продольное положение относительно движения ЗР (17) в ствольной коробке (1).
При выстреле возвратно-боевая пружина (12) остается постоянно прижатой к шару ГП (33).
Диаметр шара ГП (33) меньше диаметра несквозного отверстия в ЗР (15).
Диаметр несквозного отверстия в ЗР (15) превышает габаритный диаметр возвратно-боевой пружины (12). Дно несквозного отверстия в ЗР (39) имеет полусферическую форму.
Параллельное стволу отверстие (36) просверлено сквозным со стороны газовой камеры (6) до дна несквозного отверстия в ЗР (39). Параллельное стволу отверстие (36) соосно несквозному отверстию в ЗР (15).
При разборке винтовки узел извлечения ГП раскладывается в следующем порядке:
- возвратно-боевая пружина удаляется из несквозного отверстия в ЗР (15);
- ГП извлекается из ствольной коробки (1);
- толкатель ГП (32) через прорезь (37) поворачивается вместе с шаром ГП (33) вверх на 90 градусов;
- толкатель ГП (32) перемещается вдоль прорези (37);
- шар ГП (33) вынимается из несквозного отверстия в ЗР (15).
Остальные действия по разборке и сборке винтовки аналогичны последовательностям при обслуживании автомата Калашникова.