Комбинированный двигатель автоматики стрелкового оружия с отдачей ствола и блоком балансировки с одним приводным поршнем

Полезная модель относится к автоматическому стрелковому оружию и направлена на повышение его устойчивости при стрельбе очередями. Принципиальная схема комбинированного двигателя автоматики представлена на фиг.1. Двигатель автоматики состоит из ствола с газовой камерой и дульным тормозом 2, затвора 3, затворной рамы со штоком и поршнем 4, балансира с рейкой 5, возвратной пружины затворной рамы с затвором 6, возвратной пружины балансира 7, пружины ствола 8, шестерней-звездочек 9. Все элементы двигателя автоматики располагаются в неподвижном коробе оружия 1. Ствол закрывается затвором, запирающим поворотом вокруг своей оси по типу автомата АК74.

Указанный технический результат обеспечивается рациональной для повышения устойчивости оружия импульсной диаграммой (плавное возрастание импульса отдачи за время работы двигателя и отсутствие передачи импульса отдачи в оставшемся цикле отката и наката затворной рамы с балансиром), что достигается использованием отдачи ствола и блока балансировки с одним приводным поршнем.

При отдаче ствола до начала истечения пороховых газов из ствола в газовую камеру импульс отдачи определяется реакцией сжимающейся пружины ствола, чем обеспечивается плавность передачи импульса отдачи.

После отвода пороховых газов из ствола в газовую камеру сила давления пороховых газов на переднюю стенку газовой камеры приводит к потере стволом скорости отката, как и реакция от работы дульного тормоза. В результате ствол приходит в крайнее заднее положение с минимальной скоростью и передает оставшееся количество движения на ствольную коробку. Применение блока балансировки исключает передачу импульса отдачи на стрелка в оставшемся цикле отката, а затем наката затворной рамы с балансиром.

- Область техники:

Техническое решение относится к автоматическому стрелковому оружию и направлено на повышение устойчивости оружия при стрельбе очередями.

- Раскрытие полезной модели

Теоретические предпосылки

Результаты исследований по формированию импульса отдачи ручного автоматического оружия с разными схемами работы автоматики, выполненные для исходных данных автомата АК74 (фиг.1), и результаты расчетов свободного отката оружия (таблица) позволяют сделать выводы относительно наиболее рационального для повышения его устойчивости характера передачи импульса отдачи на стрелка.

Из анализа результатов следует, что наибольшим преимуществом из рассмотренных обладает схема работы автоматики с отдачей полусвободного затвора. Импульс отдачи в оружии данного типа плавно нарастает за весь цикл работы автоматики при меньшей интенсивности по сравнению с другими двигателями в основном периоде выстрела, чем обеспечивается передача на стрелка импульса отдачи, благоприятно влияющая на устойчивость оружия при стрельбе. Однако, системы с данным двигателем обладают значительным недостатком - меньшей надежностью работы автоматики в сравнении с системами с отводом пороховых газов, что ограничивает их применение.

Аналогичный характер изменения импульса отдачи имеют системы с отдачей ствола.

В оружии с отводом пороховых газов благоприятное влияние на устойчивость оказывает импульс от давления пороховых газов на переднюю стенку газовой камеры, равный количеству движения подвижных частей, позволяющий значительно уменьшить передаваемый импульс отдачи к концу работы двигателя автоматики.

Некоторым преимуществом обладают системы со сбалансированной автоматикой, созданные как альтернативное решение систем с классической компоновкой, направленное на повышение устойчивости оружия при стрельбе очередями исключением ударов при работе автоматики. Как видно из результатов расчета свободного отката преимущество этих систем над классическими системами с отводом пороховых газов минимально, что обусловлено передачей полного импульса выстрела за малый промежуток времени.

Традиционная схема оружия с применением сбалансированной автоматики представлена на фиг.2.

Автоматика такой схемы имеет два приводных поршня, жестко связанных с затворной рамой 1 и балансиром 2. Для синхронизации движения затворной рамы и балансира между ними существует кинематическая связь через звездочки 5.

При условии равенства масс затворной рамы с затвором и балансира в данной схеме возможно полное исключение ударов подвижных частей в крайних положениях и компенсация сил реакции от сжимающихся возвратных пружин затворной рамы с затвором 3 и балансира 4. Характер передачи импульса отдачи данных систем при идеальной балансировке полностью копирует характер отдачи неавтоматического стрелкового оружия.

Рассмотренные особенности изменения отдачи оружия в цикле откат-накат определяют целесообразное построение импульсной диаграммы для улучшения его устойчивости: работа автоматики должна обеспечивать плавное изменение импульса отдачи на начальном участке (от начала до конца выстрела), аналогичное системам с отдачей полусвободного затвора или ствола, с последующим исключением передачи импульса отдачи на стрелка на остальных участках работы автоматики.

Необходимый характер изменения импульса отдачи позволяет получить схема с комбинированным двигателем автоматики с отдачей ствола с применением блока балансировки с одним приводным поршнем.

Принципиальная схема данного вида автоматики стрелкового оружия представлена на фиг.3. Двигатель автоматики состоит из ствола с газовой камерой и дульным тормозом 2, затвора 3, затворной рамы со штоком и поршнем 4, балансира с рейкой 5, возвратной пружины затворной рамы с затвором 6, возвратной пружины балансира 7, пружины ствола 8, шестерней-звездочек 9. Все элементы двигателя автоматики располагаются в неподвижном коробе оружия 1.

Описание работы двигателя автоматики

Положение перед началом работы двигателя представлено на фиг.4. Ствол перед выстрелом находится на расстоянии x от короба оружия, затвор и затворная рама - на расстоянии x ₁ от короба оружия (длина отката), на таком же расстоянии x₁ относительно короба - балансир с рейкой. Ствол закрыт затвором, запирающимся поворотом вокруг своей оси по типу автомата АК74.

После производства выстрела подвижные части (ствол, затвор, затворная рама, балансир) откатываются назад под действием силы давления пороховых газов на дно канала ствола (сила P_кн), сжимая пружины 6, 7, 8. До момента прохождения пулей газоотводного отверстия сила P_кн является движущей, и подвижные части за это время набирают скорость V₁, перемещаясь на расстояние x относительно начального положения (фиг.5).

После прохождения пулей газоотводного отверстия пороховые газы, отведенные из ствола в газовую камеру, воздействуют на поршень затворной рамы и приводят к ее интенсивному откату совместно с балансиром (кинематическая связь между затворной рамой и балансиром осуществляется через шестерни-звездочки). При этом сила давления пороховых газов на переднюю стенку газовой камеры (сила F _к) приводит к торможению ствола и жестко соединенного с ним затвора. К этому моменту ствол с затвором проходят расстояние x₂ относительно начального положения, и их скорость падает до значения V₂, а затвор с балансиром перемещаются на расстояние x₃, которое складывается из пройденного пути вместе со стволом x₂ и относительно его x_зр (фиг.6).

В период последействия к действующим силовым факторам добавляется реакция от работы дульного тормоза (сила F_т ), которая также приводит к гашению скорости отката ствола. В периоде последействия происходит отпирание затвора, который откатывается совместно с затворной рамой и балансиром (фиг.7).

Затем происходит откат затворной рамы вместе с затвором и балансиром до их крайних задних положений. Длина отката ствола меньше длины отката затворной рамы, и к моменту прихода затворной рамы и балансира в крайнее заднее положение ствол под действием своей пружины успевает вернуться в свое крайнее переднее положение (фиг.8).

Далее осуществляется цикл наката затворной рамы вместе с затвором и балансиром под действием их возвратных пружин, при этом ствол уже находится в первоначальном положении.

Расчет теоретической импульсной диаграммы оружия при применении данного двигателя автоматики

Для расчета импульсной диаграммы оружия зададимся массовыми характеристиками элементов двигателя автоматики:

- масса ствола с газовой камерой и дульным тормозом: М_С=0,8 кг,

- масса затворной рамы: М_зр=0,2 кг,

- масса затвора: М_З=0,1 кг,

- масса балансира: М_Б=0,3 кг.

Расчет выполнен для боеприпаса 5,45×39. Длина ствола L_ств=415 мм.

Параметры бокового газового двигателя приняты соответствующими автомату АК74 [1].

До момента прохождения пулей газоотводного отверстия в данном двигателе автоматики сила отдачи определяется реакцией от сжатия пружины ствола. Из расчета основной задачи внутренней баллистики импульс давления пороховых газов на дно канала ствола к моменту прохождения пулей газоотводного отверстия

I_Г=(q+₁·)·V_Г=(3,42+0,42·1,4) 804,14·10 ^-3=3,22 Н·с,

где q - масса снаряда;

₁ - первый коэффициент Пиобера;

- масса заряда;

V_Г - скорость снаряда к моменту прохождения пулей газоотводного отверстия.

Скорость подвижных частей (ствол, затворная рама с затвором, балансир) к данному моменту времени без учета силы сопротивления пружины равняется

,

Импульс от давления пороховых газов на переднюю стенку газовой камеры, равный по значению и противоположный по направлению импульсу, действующему на поршень затворной рамы, для бокового газового двигателя автомата АК74 оценочно составляет I_К=3 Н·с.

После вылета пули из канала ствола начинает работу дульный тормоз, импульсно-конструктивная характеристика которого в автомате АК74 составляет _m=0,42 [1], тогда

I_в =(q+_m··)·V_д=(3,42+0,42·1,51·1,4) ·900·10 ^-3=3,9 Н·с.

Конец работы двигателя автоматики приблизительно совпадает с концом периода последействия. Таким образом, импульс отдачи при сжатии пружины ствола к этому моменту времени

I_Ст=I_в-I _к=3,9-3,0=0,9 Н·с.

при скорости ствола к концу работы двигателя автоматики

.

Таким образом, к концу периода последействия под действием импульсов от силы давления на переднюю стенку газовой камеры и реакции от работы дульного тормоза ствол начинает движение в обратную сторону, т.е. начинается накат ствола.

Ствол успевает вернуться в крайнее переднее положение до полного отката затворной рамы и балансира, что сопровождается ударом, в результате которого восстанавливается импульс, переданный на стрелка за цикл отката ствола

I_СтКПП =I_ст=0>9 Н·с.

При условии, что масса балансира равна массе затворной раме с затвором импульса отдачи при движении затворной рамы и балансира на стрелка передано не будет.

Примерный характер передачи импульса отдачи на стрелка при данной схеме работы двигателя автоматики представлен на фиг.9.

Из фиг.9 видно, что на стрелка к концу отката ствола передается импульс 0,9 Н·с, при импульсе выстрела в 3,9 Н·с.В классических схемах с неподвижной ствольной коробкой на стрелка к концу отката всегда передается полный импульс боеприпаса. Таким образом, применение данной схемы позволяет уменьшить импульс отдачи приблизительно в 4 раза по сравнению с классическими схемами автоматики оружия. При этом импульс отдачи плавно возрастает за все время выстрела.

Анализ формирования импульса отдачи позволяет ожидать повышение устойчивости оружия с описанным двигателем автоматики и увеличение боевой эффективности оружия.

- Краткое описание чертежей:

Фиг.1 - сопоставление импульсных диаграмм оружия с различными типами работы автоматики.

Фиг.2 - принципиальная схема оружия со сбалансированной автоматикой с двумя приводными поршнями.

Фиг.3 - принципиальная схема комбинированного двигателя автоматики.

Фиг.4 - положение элементов двигателя автоматики перед началом выстрела.

Фиг.5 - положение элементов двигателя автоматики перед началом перетекания пороховых газов в газовую камеру.

Фиг.6 - положение элементов двигателя автоматики после начала перетекания пороховых газов в газовую камеру.

Фиг.7 - положение элементов двигателя автоматики после вылета пули из канала ствола.

Фиг.8 - положение элементов двигателя автоматики в конце отката затворной рамы и балансира.

Фиг.9 - примерный характер передачи импульса отдачи на стрелка при работе комбинированного двигателя автоматики.

- Библиографический список:

1. Галаган Л.А., Чирков Д.В. Компенсаторы опрокидывающих моментов автомата АК74. Интеллектуальные системы в производстве 1, 2012 г.

Комбинированный двигатель автоматики стрелкового оружия с отдачей ствола и отводом пороховых газов с применением блока балансировки, включающий в себя ствол с газовой камерой и дульным тормозом, затвор, затворную раму со штоком и поршнем, балансир с рейкой, возвратную пружину затворной рамы с затвором, возвратную пружину балансира с рейкой, пружину ствола, шестерни-звездочки, характеризующийся наличием подвижного ствола в сочетании с двигателем автоматики с отводом пороховых газов из канала ствола с блоком балансировки.