Автоматика оружия. Системы, использующие энергию отдачи ствола

Максим Попенкер.
впервые опубликовано на All4Shooters.com

Использование энергии отдачи подвижного относительно оружия ствола является одним из старейших и самых успешных принципов построения автоматики стрелкового оружия. За век с лишним с момента появления первых таких систем в мире был выпущен широчайший спектр оружия с подвижным стволом – от компактных пистолетов до пулеметов и автоматических пушек. Правда, нужно отметить, что в этом спектре имеются значительные пробелы. В частности, лишь весьма незначительное число моделей ручного длинноствольного оружия с такой автоматикой (гладкоствольных ружей и особенно винтовок) добились сколько-нибудь заметного успеха. Почему так произошло, мы кратко разберем ниже.

Отдача есть фундаментальное свойство любого метательного оружия, проистекающее из третьего закона Ньютона, гласящего, что всякое механическое действие вызывает равное ему по модулю, но противоположно направленное противодействие. В нашем случае это означает, что метание пули или иного снаряда силой расширяющихся газов приводит к тому, что метающее оружие получает импульс движения, равный суммарному импульсу снаряда (пули) и покинувших ствол пороховых газов, но направленный в обратную сторону. Именно этот импульс и формирует отдачу – движение оружие в сторону, обратную направлению выстрела. В случае оружия с неподвижным стволом и жестким запиранием ствола весь этот импульс от ствола передается на корпус оружия и через него – на руки или плечо стрелка или на установку.

Первым кто сумел на практике использовать ранее впустую терявшуюся энергию отдачи оружия для осуществления его автоматической перезарядки стал американский изобретатель Хайрем Максим, в то время живший в Европе. В 1883 году он подал патентную заявку, описывающую переделку магазинного карабина Винчестер со скобой Генри и подствольным магазином. Добавив к карабину подпружиненный затыльник приклада, Максим соединил этот затыльник системой тяг и рычагов с укороченным рычагом перезарядки, расположенным перед спусковой скобой, так что при каждом выстреле движение всего карабина назад относительно упертого в плечо стрелка затыльника вызывало автоматическую перезарядку оружия. Вскоре за этим сугубо опытным самозарядным карабином последовал и первый полностью автоматический пулемет его же конструкции, в котором ствол со своим хвостовиком и связанным с ними коленчатой парой рычагов затвором получили возможность двигаться под действием отдачи внутри короба оружия, растягивая возвратную пружину. За этим первым пулеметом последовали другие, и уже к началу ХХ века пулеметы Максима надолго стали одними из самых популярных и успешных образцов оружия в своем классе.

схема из патента на первый самозарядный карабин системы Максима с использованием отдачи всего оружия относительно затыльника приклада, 1883 год

Вскоре за Максимом последовали и другие изобретатели. В 1893 году Хуго Борхард создал первый более или менее коммерчески успешный самозарядный пистолет с подвижным стволом. Уже на следующий год патент на свой вариант самозарядного пистолета С96, использующего энергию отдачи подвижного ствола, получила компания Маузер, в 1896 году к этой славной когорте со своими первыми «пистолетными» патентами присоединился и Джон Браунинг. К началу ХХ века различные варианты систем автоматики, использующие отдачу подвижного ствола, прочно заняли место среди наиболее удачных конструкций самозарядного и автоматического оружия.

схема из патента на самозарядный пистолет Борхарда 1893 года

схема из патента на самозарядный карабин Браунинга с подвижным стволом (с длинным ходом), 1900 год

Нужно заметить, что основной конкурент систем автоматики с подвижным стволом – система с использованием давления отводимых из ствола газов при неподвижном стволе, появилась практически одновременно с описываемыми здесь системами. Однако в течение достаточно длительного времени газоотводные системы имели заметно меньшую популярность, и вот почему.

Самые ранние системы автоматического оружия создавались в период перехода от дымного пороха к бездымному; внутрибаллистические свойства новых бездымных порохов были еще очень слабо изучены, да и сами пороха могли иметь весьма разные характеристики по развитию давлений в стволе при выстреле. В то же время системы с подвижным стволом зависели лишь от суммарного импульса отдачи при выстреле, а потому были гораздо менее чувствительны к вариациям порохового заряда и снаряда, при условии, что общий импульс, полученный стволом в момент выстрела, находился в определенных конструктором пределах, зачастую довольно широких. Основным недостатком систем с подвижным стволом стал, как это обычно бывает, источник ее основных достоинств – то есть сам подвижный ствол. Для того чтобы обеспечить требуемую надежность оружия в условиях вызванного нагревом расширения ствола, а также скапливающегося нагара или проникающей извне пыли и грязи, ствол по необходимости должен был иметь некоторые зазоры в месте сопряжения с неподвижными элементами оружия. Это неизбежно приводило к потере в кучности и точности стрельбы по сравнению с системами с неподвижным стволом. Кроме того, подвижный ствол нуждался в поддержке как минимум в двух точках – у казенной части и в дульной части ствола, или, в крайнем случае, неподалеку от его середины. Большинство систем с подвижным стволом по этой причине имело кожух, охватывающий ствол по всей его длине (или хотя бы до передней точки опоры), что неизбежно повышало массу и стоимость оружия.

В результате вышесказанного в мире было выпущено весьма немного винтовок с подвижным стволом. Самым успешным (по числу выпущенных) армейским образцом стала, вероятно, американская винтовка системы Джонсона модели 1941 года(Johnson M1941), выпущенная в количестве нескольких десятков тысяч штук. Самой массовой коммерческой моделью винтовки с подвижным стволом стала американская охотничья винтовка Remington model 8 и ее развитие модель 81. В период с 1906 по 1950 годы было выпущено порядка 140 тысяч единиц этой винтовки конструкции легендарного Джона Браунинга. Для сравнения, газоотводные самозарядные винтовки и карабины только в годы Второй Мировой войны были выпущены по обе стороны конфликта общим тиражом более 10 миллионов единиц. Выпуск пулеметов с подвижным стволом (системы Максима, Браунинга, немецкие MG-34, MG-42 и другие) за тот же период также составил миллионы штук. Правда, здесь было и одно исключение – самозарядный дробовик системы все того же Браунинга, известный как Browning Auto-5, выпускался в Бельгии почти 100 лет, с 1902 по 1999 годы, с общим выпуском свыше 2 миллионов единиц. Дополнительно в США было произведено свыше 800 тысяч единиц лицензированного варианта этой системы – ружей Remington model 11. Все остальные ружья с подвижным стволом, когда-либо созданные в мире, и отдаленно не смогли повторить этот успех.

В период после Второй Мировой войны в связи с развитием как знаний о внутренней баллистике и динамике оружия, так и созданию более совершенных порохов разработка новых систем пулеметов с подвижным стволом стала постепенно сходить на нет, уступая место более простым и удобным в эксплуатации системам с газоотводной автоматикой. Правда, целый ряд конструкций, созданных до Второй Мировой войны или во время нее, до сих пор остаются в строю. В первую очередь это германский пулемет MG-3 и американский крупнокалиберный пулемет Browning M2HB.

Зато пистолеты с подвижным стволом до сих пор выпускаются во всем мире в трудно исчислимых количествах, которые проще всего описать как «миллионы штук в год». Объясняется это простотой использования данной схемы при объединении функций двигателя автоматики и запирающего узла в стволе оружия. Влияние подвижного ствола на кучность стрельбы на типично «пистолетных» дистанциях весьма незначительно, так что системы с подвижным стволом будут оставаться наиболее пригодными для использования в мощных служебных и боевых пистолетах еще в течение значительного времени.

Говоря о технических аспектах систем с подвижным стволом и его жестким запиранием в момент выстрела нужно упомянуть, что все такие системы, как правило, делятся на два класса – «с длинным ходом ствола» и «с коротких ходом ствола».

В системах с коротким ходом ствола длина его отката под действием отдачи до момента расцепления с затвором, как правило, существенно меньше длины патрона. Обычно для ручного стрелкового оружия эта длина колеблется от 0.5 см до 3 см, после чего происходит расцепление ствола и затвора, ствол останавливается, а затвор под действием накопленной инерции продолжает движение назад, в откате извлекая и выбрасывая стреляную гильзу. Затем в накате затвор досылает в ствол новый патрон и в конце своего пути снова сцепляется со стволом для следующего выстрела. В большинстве длинноствольных систем (например, пулеметов) масса затвора, как правило, заметно меньше массы ствола, так что большая часть накопленного при их совместном начальном откате импульса «теряется» без пользы, когда ствол после расцепления с затвором останавливается в ствольной коробке. Для того чтобы с пользой использовать этот «теряемый» импульс, во многих системах введен так называемый ускоритель затвора. Это механическое устройство в виде рычага или пары роликов взаимодействует с затвором и неподвижными элементами конструкции оружия так, чтобы передать часть импульса от ствола к затвору путем разгона затвора относительно ствола с попутным торможением ствола. В пистолетах, где масса ствола и затвора обычно сравнимы или даже где затвор тяжелее ствола такая схема не имеет практического применения. Чуть ли не единственный серийный пистолет, имевший в своей конструкции рычажный ускоритель затвора, был создан в середине 1930х годов в Финляндии (Lahti m35) и имел сравнительно короткий и потому легкий затвор. Классическими примерами систем с коротким ходом ствола являются пистолеты Colt M1911, Glock, Beretta 92 и многие, многие другие.

типовая схема работы автоматики с использованием энергии отдачи ствола при его коротком ходе

Системы с длинным ходом ствола отличаются тем, что в них ствол, сцепленный с затвором, вместе проходят полный путь отката внутри ствольной коробки, при этом длина этого пути по необходимости больше полной длины патрона. В конце отката затвор перехватывается в заднем положении специальным шепталом, а ствол под действием своей возвратной пружины начинает движение вперед. При этом вначале происходит отпирание затвора, затем ствол, двигаясь вперед, «покидает» остающуюся на зеркале неподвижного затвора стреляную гильзу. После того как гильза оказалась полностью вне патронника, она выбрасывается из оружия. При приходе ствола в крайнее переднее положение он автоматически выключает удерживающее затвор шептало, и затвор под действием своей пружины устремляется вперед, досылая в ствол новый патрон и в конце наката снова сцепляясь со стволом. В силу большой массы и большого пути движения подвижной системы конструкции с длинным ходом ствола, как правило, имеют невысокий темп стрельбы, а также несколько более сложную конструкцию. Потому они встречаются гораздо реже, чем системы с коротким ходом ствола. Помимо упомянутых выше ружей Browning Auto-5 примером системы с длинным ходом ствола служит французское ружье-пулемет Шоша CSRG M1915.

типовая схема работы автоматики с использованием энергии отдачи ствола при его длинном ходе

Как мы смогли увидеть из этого весьма краткого обзора, системы с подвижным стволом имеют целый ряд безусловных достоинств, определивших их успех как на ранних этапах создания автоматического оружия, так и в настоящее время (правда, в основном только для самозарядных пистолетов). Недостатки же этих систем привели к тому, что в настоящее время в длинноствольном оружии доминирующей схемой стала газоотводная автоматика.