Затвор — сердце оружия. Часть 2.
Запирание затвора перед выстрелом и его отпирание для извлечения стреляной гильзы обеспечивает механизм запирания затвора.
Возможны пять вариантов перемещения затвора (или запорных элементов, если они выполнены отдельно от затвора) для выполнения этого действия (Рис. 1):
· Два поступательных перемещения, относительно осей, перпендикулярных оси канала ствола;
· Три вращательных движения относительно каждой из трех осей.
Рис. 1. Варианты движения затвора/запирающих элементов в механизмах запирания.
За ось X будем принимать ось канала ствола; за ось Y – вертикальную ось, образующую вместе с осью X плоскость стрельбы, а за ось Z – ось, перпендикулярную плоскости стрельбы.
(Замечу, что в классических, так называемых «переломных» ружьях запирающий элемент перемещается вдоль оси X. Но открывание стволов осуществляется за счет вращательного движения относительно перпендикулярной оси Y).
Рационально спроектированный механизм должен обеспечивать минимальные потери энергии на срабатывание, которые возникают при ударном включении в работу, а также за счет трения.
Механизмы запирания, в которых запирающий элемент перемещается вдоль оси Y, принято называть механизмами клинового запирания.
К этому виду относится механизм запирания Браунинга по патенту 1900 года (Рис. 2). Первая советская гладкоствольная самозарядка МЦ 21-12 также использовала этот принцип запирания (Рис. 3). Но, в отличие от патента Браунинга, где перемещение клина осуществлялось рычагом, в МЦ использовано техническое решение итальянского ружья Breda Antares: перемещение клина наклонными поверхностями подвижной задней части затвора. Механизм запирания первой советской серийной автоматической винтовки Симонова АВС-36 выполнен по схожей схеме (Рис. 4).
Рис. 2. Патент Браунинга 1900 г. F – клин; G – рычаг, перемещающий клин.
Рис. 3. Ружье МЦ 21-12. 8 – клин.
Рис. 4. Винтовка Симонова АВС. 27 – клин.
Когда перемещение при отпирании/запирании осуществляет сам затвор, то такие затворы называют клиновыми. В настоящее время основная область их применения – артиллерийские орудия. Но в эпоху однозарядного казнозарядного оружия клиновые затворы нередко применялись и в стрелковом оружии. Ружье системы Field имело затвор такой системы, управлявшийся наружным рычагом на правой стенке ствольной коробки (Рис. 5, 6). Оценивая эту систему, В. В. Гринер писал: «Эта система очень проста и отличается прочностию; хотя положение рычага сбоку затвора и способ открывания затвора кажутся с непривычки странными, но к этому скоро привыкают, а выгоды – безопасность, прочность и ходкость настолько явны, что затвор “Field” нужно признать одним из лучших существующих для целевых и охотничьих одноствольных винтовок». Из современных моделей схожее техническое решение использовано в однозарядной винтовке американской фирмы «Ругер» – Ruger No 1 (Рис. 7).
Рис. 5. Винтовка Field, вид справа. Открывание затвора производится поворотом рычага по часовой стрелке.
Рис. 6. Схема механизма винтовки Field (продольный разрез). Вертикально расположенный кривошип при повороте по часовой стрелке перемещает клиновой затвор вниз. По принципу работы напоминает клиновые затворы в артиллерии.
Рис. 7. Схема механизма запирания винтовки Ruger No 1. Расположенный под спусковой скобой рычаг затвора при повороте против часовой стрелки вращает кривошип, который перемещает вниз клиновой затвор.
Механизмы с поступательным перемещением запирающих элементов вдоль оси Z встречаются значительно реже. Но среди них есть интересный – механизм пулемета MG-42 (Рис. 8). Он стал основой механизма полусвободного запирания винтовки G3 и пистолета-пулемета MP5, на сегодня, пожалуй, самого распространенного в мире пистолета-пулемета. (Рис. 9).
Рис. 8. Механизм запирания пулемета MG-42. а – затвор заперт, б – затвор открыт. 1 – казенник ствола; 2 – ствольная коробка; 3 – ролики (запирающие элементы); 4 – личинка затвора; 5 – ускоритель. Расцепление личинки затвора с казенником происходит за счет взаимодействия роликов с наклонными поверхностями ствольной коробки.
Рис. 9. Механизм полусвободного роликового запирания винтовки G3/пистолета-пулемета MP5. 1a – затвор заперт; 1b – конец отпирания. 1 – личинка затвора; 2 – остов затвора; 4 – ускоритель; 5 – ролики; 6 – ствольная коробка. В отличие от механизма MG-42, ролики опираются на наклонную поверхность, и движение личинки затвора относительно ствола начинается сразу.
Механизмы с вращательным движением запирающих элементов относительно вертикальной оси Y и горизонтальной Z были широко распространены в первой половине 20 столетия. «Долгожителем» оказался механизм запирания качающейся в вертикальной плоскости защёлкой, сменивший клиновое запирание «Антареса» и МЦ 21-12 – в ружье «Ремингтон 11-48», перешедший на остальные модели «Ремингтона», а также на наши ИЖ-81, МР-153/133, МР-155/135. (Рис. 10)
Рис. 10. Затвор ружья Remington 11-48. 62 – запирающий элемент, качающийся в вертикальной плоскости.
Второй «долгожитель» - механизм запирания пулеметов Дегтярева, двумя симметрично расположенными защелками, качающимися в горизонтальной плоскости. Его «прародителем» считают систему запирания винтовки Маузера (Рис. 11). Но, при схожести кинематики, Дегтярев удачно скомпоновал подвижную систему в единый легко отделяемый при разборке узел (затвор, затворная рама, боевые упоры – рис. 12). В случае подсадки боевых упоров в процессе эксплуатации их можно легко заменить.
Рис. 11. Схема запирания винтовки Маузера (1909 г.). а – затвор; б – боевые упоры; в – возвратная пружина, г – ползун (инерционное тело). При выстреле ползун «г» остается по инерции на месте и его пазы поворачивают боевые упоры. Затвор «а» отбрасывается назад остаточным давлением порохового газа.
Рис. 12. Схема механизма пулемета Дегтярева. На Рис. 3 – затвор заперт, боевые упоры «д – д» входят в опорные поверхности ствольной коробки. На Рис. 4 – подвижная система в заднем положении; в отличие от маузеровской конструкции боевые упоры перемещаются вместе с затворной рамой. На Рис. 5 и 6 показано взаимодействие боевых упоров с управляющими пазами затворной рамы. Рис. 7 – боевой упор.
Достаточно долго доминирующее положение в стрелковом оружии занимали механизмы запирания, основанные на принципе, который называли «перекосом затвора» (фактически, это запирание за счет вращения затвора относительно одной из перпендикулярных оси канала ствола осей).
Первым образцом с запиранием перекосом стал ручной пулемет «Виккерс-Бертье», состоявший на вооружении индийской армии во времена Британской империи (Рис. 13). Схема запирания перекосом затвора была широко распространена в 1930-е – 1940-е гг: её использовали в таких легендарных моделях как ZB-30/BREN, FN FAL, СВТ-40 и СКС (Рис. 14). StG 44 также использовал схему с перекосом затвора (Рис. 15). Вероятно, в последний раз «перекос» был использован в новых разработках в 1970-е гг: охотничий карабин «Изюбр» (выпускался по индивидуальным заказам во второй половине 1970-х – 1980-е гг) и малокалиберная винтовка с быстрой перезарядкой для «биатлона» БИ-7 – обе разработки конструкторов Ижмаша.
Рис. 13. Схема запирания перекосом затвора пулемета Виккерс-Бертье.
Рис. 14. Схема запирания карабина СКС.
Рис. 15. Подвижная система (затворная рама и затвор) винтовки StG 44.
Причиной популярности «перекоса» являлась, по-видимому, конструктивная и технологическая простота узла: функциональные поверхности, обеспечивающие отпирание/запирание, выполняются простой фрезеровкой. Выше жёсткость запирания по сравнению с запиранием Дегтярева.
Запирание поворотом затвора относительно продольной оси появилось практически с появлением казнозарядного оружия: такой принцип запирания имела уже винтовка Дрейзе (Рис. 16). С появлением бездымного пороха появилось симметричное запирание боевыми упорами, расположенными в головной части затвора – винтовка Лебеля обр. 1886 г. (Рис. 17) Запирание поворотом использовалось и в винтовке Мондрагона – первой самозарядной винтовке, которую попытались поставить на серийное производство (Рис. 18).
Рис. 16. Винтовка Дрейзе. Запирание поворотом затвора; боевым упором является основание рукоятки.
Рис. 17. Запирание поворотом затвора по системе Лебеля: на два симметрично расположенных боевых упора в головной части (карабин Лебеля-Бертье обр. 1892 г.)
Рис. 18. Винтовка Мондрагона. Боевые упоры затвора располагались в передней части (33) и в задней части (38). Боевых упоров было 7 (!): три – в головной части и четыре – в хвостовой части затвора.
Популярность принцип запирания поворотом затвора относительно продольной оси начал приобретать с появлением винтовки Гаранда М1 – самой массовой самозарядной винтовки времен Второй мировой войны. Дж. Гаранд переместил в головную часть затвора ведущий выступ механизма запирания, разместив его на правом боевом упоре затвора (Рис. 19). За счет этого снизились потери энергии на отпирание.
Рис. 19. Затвор винтовки М1 Гаранда. Ведущий выступ затвора 27 расположен на максимальном расстоянии от оси вращения.
Принцип Гаранда получил положительную оценку у испытателей Научно-исследовательского полигона стрелкового вооружения (Щуровского), и в усовершенствованном виде был использован в опытном карабине СККП (самозарядный карабин Калашникова – Петрова). Узел запирания карабина Калашникова – Петрова стал основой механики автомата Калашникова (Рис. 20, 21).
Рис. 20. Подвижная система карабина Калашникова-Петрова (опытный образец). Источник: Уланов А. Третья попытка. «Калашников. Оружие, боеприпасы, снаряжение», 2019, № 5.
Рис. 21. Затвор карабина Калашникова-Петрова, вид спереди.
Удачная компоновка – малая длина (а, значит, и высокая жёсткость) узла запирания, размещение ведущего выступа затвора на максимально возможном расстоянии от оси вращения плюс надежное прикрытие от загрязнения винтового паза затворной рамы, преобразующего возвратно-поступательное движение затворной рамы во вращательное движение затвора (Рис. 22). Это – один из главных факторов, обеспечивших конструкциям Калашникова высочайший уровень надежности.
Рис. 22. Надежно прикрытый от попадания грязи винтовой паз, взаимодействующий с ведущим выступом затвора – основа надежности систем Калашникова.
Итак, оценим наиболее распространенные механизмы запирания по следующим критериям:
1) Жёсткость узла запирания;
2) Потери энергии при ударах;
3) Потери на трение.
Клиновое запирание
· Жёсткость узла запирания – высокая, за счет малого расстояния между зеркалом затвора и опорной поверхностью клина
· Потери энергии при ударе в момент отпирания – небольшие, за счет того, что ведущее звено значительно тяжелее, чем клин
· Потери энергии на трение – могут быть существенными при накате из-за эффекта расклинивания
Запирание качающимися защелками (схема Дегтярева)
· Жёсткость узла запирания – невысокая, из-за большого расстояния между зеркалом затвора и опорными поверхностями боевых упоров;
· Потери энергии при ударе в момент отпирания – небольшие, за счет того, что ведущее звено значительно тяжелее, чем боевые упоры
· Потери энергии на трение – существенные при накате из-за эффекта расклинивания
Запирание перекосом затвора
· Жёсткость узла запирания – удовлетворительная, большое расстояние от зеркала затвора до боевого упора можно компенсировать большим поперечным сечением тела затвора;
· Потери энергии при ударе в момент отпирания – повышенные, из-за большой массы и момента инерции затвора;
· Потери энергии на трение – минимизируются за счет оптимизации геометрии запирающей поверхности затворной рамы.
Запирание поворотом затвора
· Жёсткость узла запирания – высокая, за счет размещения боевых упоров в головной части затвора;
· Потери энергии при ударе в момент отпирания – невысокие, вследствие малого момента инерции затвора относительно оси вращения;
· Потери энергии на трение – минимизируются за счет введения опорной площадки на затворной раме.
Михаил Драгунов, ижевский оружейник
Читайте первую часть статьи "Сердце оружия" по ссылке.