Кривошипно-шатунный механизм используется в тепловых машинах, начиная с XVIII столетия. Огнестрельное оружие – это тоже тепловая машина, двигатель внутреннего сгорания. И, возможно, поэтому среди первых удачных конструкций автоматического оружия есть образцы, в которых использован кривошипно-шатунный механизм.
У кривошипно-шатунного механизма есть два полезных свойства:
-
в положении, которое называют «верхней мертвой точкой» (когда ось вращения кривошипа и оба шарнира шатуна находятся на одной прямой), усилие, приложенное к поршню, не может привести механизм в движение. То есть, механизм заперт;
-
скорость поршня минимальна в крайних положениях.
Первым образцом оружия с кривошипно-шатунным механизмом стал пулемет системы Хайрама Максима. Конструкция Максима прошла достаточно длительную эволюцию; первый образец Максима появился ещё во времена патронов с дымным порохом, в 1884 году. С «максимом», хорошо нам известным по фильмам про гражданскую, Великую Отечественную войну, его роднит только принцип работы автоматики (короткий ход ствола) и сама схема запирания. Конструктив существенно отличается. Механизм того, первого «максима» действительно напоминал двигатель внутреннего сгорания (Рис. 1). Интересно, что этот «максим» был снабжен регулятором темпа стрельбы, позволявшим получать темп стрельбы 1 (!) выстрел в минуту.
Рис. 1. Пулемет Максима обр. 1884 г., продольный разрез. Подвижная система в крайнем переднем положении. 3 – шатун, 4 – кривошип, 7 – затвор. Штриховой окружностью обозначена траектория движения шарнира, соединяющего кривошип с шатуном. 25 – рычаг регулятора темпа стрельбы.
Вариант механизма «максима», который условно можно назвать «каноническим» (Рис. 2, 3; в этом виде он использовался во всех вариантах пулемета – русском, немецком, британском и т. д.), имел кулачковый ускоритель, закрепленный на одной оси с кривошипом и увеличивавший скорость движения затвора пулемета (в русском пулемете Максима его называли «замком»).
Рис. 2. Пулемет Максима обр. 1910 г.; положение частей перед выстрелом. Ось шарнира «Г» находится выше оси канала ствола, которая проходит через ось мотыля (кривошипа) «Д»; замок (затвор) заперт.
Рис. 3. Пулемет Максима; откат подвижной системы. Кулачковая кривая рукоятки «ЕЖ», набегая на ролик «З», обеспечивает вращение мотыля, отпирание и откат замка.
Следующим образцом, который был построен на кривошипно-шатунном принципе запирания, был один из наиболее известных и узнаваемых в мире пистолетов – пистолет Борхардта-Люгера, более известный как «Парабеллум».
Как и в случае с «максимом», между первым образцом – пистолетом Борхардта 1893 года и «Парабеллумом» внешне разница огромная (Рис. 4). Георг Люгер, стрелок-спортсмен, из весьма неуклюжей конструкции Хуго Борхардта сделал пистолет с превосходной эргономикой. Он грамотнее в смысле механики сделал кинематическую пару, выводящую кривошипно-шатунный затвор из «мертвой точки» (Рис. 5).
Рис. 4. Пистолет Борхардта обр. 1893 г.; неполная разборка. По своим массо-габаритным характеристикам (общая длина 352 мм, масса – 1,31 кг) его относили к «пистолету-карабину»; он комплектовался отъемным прикладом.
Рис. 5. Схема запирания пистолета Борхардта обр. 1893 г. (1 образец, слева) и пистолета Борхардта-Люгера (2 образец, справа). Во 2-м образце превращение поступательного движения ствольной группы с затвором во вращательное движение кривошипа с шатуном осуществляется более благоприятно в смысле кинематики и передачи усилий.
Эргономику рукоятки Люгер обеспечил за счет большого угла наклона: угол между осью канала ствола и передней поверхностью рукоятки составляет 124 градуса (Рис. 6). Но это обусловило и проблемы с подачей патронов. У немецких военных была даже шутка: P08 (Pistole 08, пистолет обр. 1908 года; официальное обозначение пистолета в армии Германии) – как пожилая дама, капризная, нуждается в ласке и уходе. Сравнение с дамой было довольно метким: «пистолет» в немецком языке – слово женского рода.
Рис. 6. Пистолет Борхардта-Люгера («Парабеллум») в разрезе.
Пистолет Борхардта-Люгера обр. 1904 года проходил тестирование в русской армии, когда обсуждался вопрос о целесообразности замены револьвера системы Нагана на автоматический пистолет. Замену только что принятого на вооружение револьвера (перевооружение затянулось на 10 лет) сочли нецелесообразной, но офицерам разрешили приобретение за свой счет пистолетов Браунинга и Борхардта-Люгера.
Кривошипно-шатунный механизм использовался также и в других образцах: в пулемете Фуррера (Рис. 7); в варианте полусвободного запирания – в пулемете Шварцлозе.
Рис. 7. Механизм ручного пулемета Фуррера. Кривошипно-шатунный механизм запирания приводится в действие вращением рычага «Е» на неподвижной оси «З».
В 1970-е годы кривошипно-шатунный механизм запирания обрел новую жизнь в спортивном оружии.
В 1976 году Международная федерация биатлона приняла решение о переходе на малокалиберное оружие (до этого использовали винтовки под патроны центрального боя калибра 6,5 – 7,62 мм). Значительно меньший импульс отдачи малокалиберного патрона позволил увеличить темп стрельбы на огневом рубеже, что, в свою очередь, стимулировало появление винтовок с быстрой перезарядкой: рост популярности биатлона привел к росту конкуренции, и бороться стали уже за доли секунды, которые теряются на перезарядке.
Первый малокалиберный «биатлон» с быстрой перезарядкой конструкторов «Ижмаша» – БИ-7 был разработан по схеме с перекосом затвора; выпускался с 1977 по 1980 гг. А в 1983 г. в серийное производство была запущена винтовка БИ-7-2 с кривошипно-шатунным запиранием, разработанным Г. Н. Никоновым (Рис. 8, 9). Эта конструкция продолжила свою жизнь в последующих модификациях: БИ-7-3, БИ-7-4, БИ-7-7.
Рис. 8. Схема механизма запирания винтовки БИ-7-2. 3 – затвор, 5 – шатун, 7 – запирающий рычаг (кривошип), 8 – рукоятка перезаряжания.
Рис. 9. Узел запирания винтовки БИ-7-2. Положение частей соответствует концу отпирания.