Способ совершения механической работы по перезаряжанию огнестрельного оружия за счет запасенной потенциальной энергии
Изобретение относится к огнестрельному оружию. Способ перезаряжания за счет запасенной потенциальной энергии заключается в том, что в конструкции оружия предусматривают один или несколько аккумуляторов механической энергии, аккумуляторы заряжают при выстреле от энергии пороховых газов, механизмы перезарядки приводят в движение только от аккумуляторов. При этом потенциальную энергию в аккумуляторе запасают посредством газового двигателя, связанного газоотводным отверстием с каналом ствола и имеющего газовый поршень, который пороховыми газами перемещают в направлении дульного среза ствола до полной зарядки аккумулятора, перемещая при этом связанный с газовым поршнем шток, затем осуществляют сцепление штока с механизмом перезаряжания, а затем за счет расходования запасенной в аккумуляторе потенциальной энергии перемещают газовый поршень со штоком, сцепленным с механизмом перезаряжания либо на всем ходе механизма перезаряжания, либо на части его хода, в обратном направлении и, перемещая таким образом механизм перезаряжания, производят перезаряжание оружия. Применение способа позволяет решить проблему, возникающую при конструировании оружия - снижение массы затвора и других частей оружия. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники
Областью техники, для применения в которой предназначен способ совершения механической работы по перезаряжанию за счет запасенной потенциальной энергии, является огнестрельное оружие с автоматическим и полуавтоматическим перезаряжанием - как стрелковые, так и артиллерийские системы.
Назначением способа совершения механической работы по перезаряжанию огнестрельного оружия за счет запасенной потенциальной энергии является обеспечение частей, деталей и механизмов перезаряжания оружия необходимым и достаточным количеством энергии для совершения механической работы по перезаряжанию вне зависимости от массы и скорости перемещения затвора или подвижной системы, включающей затвор.
Под "перезаряжанием" здесь и далее в настоящем описании понимаются все те действия, которые необходимо совершить после единичного выстрела для подачи очередного боеприпаса в такое конструктивно предусмотренное положение, когда для произведения следующего выстрела необходимо и достаточно совершить только инициацию порохового заряда боеприпаса. Перечень этих действий определяется конструкцией конкретного образца оружия.
Действия, необходимые для подготовки к инициации порохового заряда боеприпаса и самой его инициации, такие как взведение ударно-спускового механизма и его автоспуск при стрельбе очередями, а также действия, необходимые для срабатывания немеханических спусковых устройств, в настоящем описании не рассматриваются в качестве действий по перезаряжанию оружия.
Уровень техники
Известные аналоги
Аналогами по назначению заявляемого способа являются следующие способы:
Аналог 1 - отдача свободного затвора
Признаки аналога
Существенные признаки аналога описываются следующим образом [Справочник "Стрелковое оружие", стр.23, ISBN 985-438-366-0. 4-е издание, испр. и доп., ООО "Попурри", 1999 г., г.Минск, республика Беларусь]:
"Схема 1 - отдача свободного затвора
Затвор в крайнем переднем положении удерживается пружиной. При выстреле энергия отдачи беспрепятственно отбрасывает его назад. Обладая значительно большей массой, чем пуля, затвор движется гораздо медленнее ее. Поэтому еще задолго до того, как гильза выйдет из патронника, пуля успеет покинуть ствол и давление в стволе очень резко снизится. В исходное положение затвор возвращается под действием возвратной пружины..."
Назначение аналога и его недостатки
Данный аналог совпадает по назначению, т.е. предназначен для обеспечения частей, деталей и механизмов перезаряжания оружия необходимым и достаточным количеством энергии для совершения механической работы. Но количество энергии, запасаемой для перезаряжания, очевидно зависит от массы и скорости перемещения затвора или подвижной системы, включающей затвор, поскольку энергия запасается в кинетическом виде.
При этом для предотвращения слишком раннего извлечения гильзы из патронника, недопущения чрезмерно высокого темпа стрельбы, превышения пределов прочности конструкционных материалов при движении подвижной системы и ее соударении с другими частями оружия и т.д. приходится устанавливать верхний предел скорости подвижной системы в начальный момент что в сочетании с необходимостью запасти энергию в количестве, достаточном для совершения работы по перезаряжанию, однозначно приводит к возникновению нижнего предела массы затвора:
mmin=2Wmin/Vmax 2,
где mmin - нижний предел массы затвора;
Wmin - количество энергии, которое необходимо запасти для совершения механической работы по перезаряжанию оружия;
Vmax - предельно допустимая скорость движущихся частей в начальный момент.
В случаях, когда конструкционно необходимая по соображениям прочности масса подвижных частей оказывается меньше нижнего предела массы mmin, то происходит утяжеление затвора или подвижной системы, включающей затвор. Это усиливает "подброс" оружия как из-за соударения тяжелой подвижной части с корпусом оружия в конце отката, так и из-за перемещения центра тяжести оружия при движении тяжелой подвижной части. Подброс, в свою очередь, ухудшает эксплуатационные характеристики оружия: увеличивает время прицеливания для следующего выстрела при одиночной стрельбе и ухудшает кучность при стрельбе очередями.
Одним из способов уменьшения подброса и улучшения кучности является искусственное утяжеление неподвижных частей оружия. Так, техническое задание при проектировании пистолета-пулемета Bergmann MP.18.I (Германия, 1918 г.) предусматривало, что масса оружия должна быть приемлемой для стрелка, но не менее чем от 3,5 до 4 кг. [Журнал "Оружие", №8, 2001 г., спецвыпуск "Пехотное оружие третьего рейха", часть III, "Пистолеты-пулеметы", стр.7], т.к. введение режима стрельбы очередями в пистолетах Borchardt-Luger и Mauser С. 96 (массой около 1 кг) привело к рассеиванию, составлявшему в поперечнике примерно 1,5 м на дистанции 100 м. [Там же, стр.4].
Необходимо отметить, что для ослабления подброса оружия существуют методы, не связанные с завышением массы неподвижных частей оружия. Это, например, использование дульного тормоза-компенсатора или же движение затвора под углом к оси оружия, как в пистолете-пулемете Jati-Matic, Финляндия [Справочник "Стрелковое оружие", стр.206, ISBN 985-438-366-0, 4-е издание, испр. и доп., OOO "Попурри", 1999 г., г.Минск, республика Беларусь]. Такого рода методы ослабляют необходимость в искусственном завышении массы неподвижных частей оружия, однако снизить массу подвижной системы ниже предела, вытекающего из соображений ограничения скорости, принципиально невозможно.
В результате всего вышеизложенного происходит завышение массы оружия сверх достаточной по конструкционным соображениям.
Аналог 2 - отдача полусвободного затвора
Признаки аналога
Существенные признаки аналога описываются следующим образом [Справочник "Стрелковое оружие", стр.24, ISBN 985-438-366-0, 4-е издание, испр. и доп., OOO "Попурри", 1999 г., г.Минск, республика Беларусь]:
"Схема 2 - отдача полусвободного затвора
Системы с полусвободными затворами занимают промежуточное место между системами с затворами свободными и сцепленными. Жесткого запирания ствола здесь нет, а замедление открывания затвора во время выстрела достигается с помощью приспособлений, усиливающих трение или вызывающих ускоренный отход других деталей..."
Назначение аналога и его недостатки
Данный аналог также предназначен для обеспечения частей, деталей и механизмов перезаряжания оружия необходимым и достаточным количеством энергии для совершения механической работы.
Недостатки у данного аналога в целом те же, что и у аналога 1.
Аналог 3 - отдача всего оружия
Признаки аналога
Существенные признаки аналога описываются следующим образом [Справочник "Стрелковое оружие", стр.26, ISBN 985-438-366-0, 4-е издание, испр. и доп., OOO "Попурри", 1999 г., г.Минск, республика Беларусь]:
"Схема 4 - отдача всего оружия
Затвор и ствол в момент выстрела прочно сцеплены между собой. Движение всего оружия назад под действием силы отдачи ограничивается удержанием оружия стрелком, но инерционная деталь механизма, продолжая движение назад, отпирает затвор, во время движения которого происходит перезаряжание..."
Назначение аналога и его недостатки
Данный аналог также предназначен для обеспечения частей, деталей и механизмов перезаряжания оружия необходимым и достаточным количеством энергии для совершения механической работы.
Недостатки у данного аналога в целом те же, что и у аналога 1.
Аналог 4 - отдача ствола с коротким ходом
Признаки аналога
Существенные признаки аналога описываются следующим образом [Справочник "Стрелковое оружие", стр.26. ISBN 985-438-366-0, 4-е издание, испр. и доп., OOO "Попурри", 1999 г., г.Минск, республика Беларусь]:
"Схема 5 - отдача ствола с коротким ходом
Ствол и затвор жестко сцеплены между собой с помощью запирающего устройства. При выстреле они под сильным воздействием отдачи отходят назад. После начала отхода подвижных частей запирающее устройство, взаимодействуя с неподвижным корпусом, выключается и освобождает затвор. Ствол после короткого отхода останавливается, а затвор продолжает движение, необходимое для перезаряжания оружия..."
Назначение аналога и его недостатки
Данный аналог также предназначен для обеспечения частей, деталей и механизмов перезаряжания оружия необходимым и достаточным количеством энергии для совершения механической работы.
Недостатки у данного аналога в целом те же, что и у аналога 1.
Аналог 5 - отведение газов через отверстие в стенке ствола
Признаки аналога
Существенные признаки аналога описываются следующим образом [Справочник "Стрелковое оружие", стр.27, ISBN 985-438-366-0, 4-е издание, испр. и доп., OOO "Попурри", 1999 г., г.Минск, республика Беларусь]:
"Класс Б - использование энергии газов, отводимых из канала ствола.
Схема 6 - отведение газов через отверстие в стенке ствола
Затвор... при выстреле жестко запирает ствол... После того как пуля, проходя по стволу, минует газоотводное отверстие,... следующие за ней пороховые газы попадают в газовую трубку... и воздействуют на газовый поршень затворной рамы, что приводит к отпиранию канала ствола. К моменту полного его отпирания пуля успевает покинуть ствол. Затворная рама вместе с затвором отходит в крайнее заднее положение, сжимая возвратную пружину... и взводя ударный механизм. При этом извлекается и выбрасывается стреляная гильза. После чего затворная рама под воздействием сжатой возвратной пружины возвращается в первоначальное положение. При этом очередной патрон досылается в патронник ствола. Дойдя до крайнего переднего положения, затворная рама, воздействуя на затвор, запирает ствол..."
Назначение аналога и его недостатки
Данный аналог также предназначен для обеспечения частей, деталей и механизмов перезаряжания оружия необходимым и достаточным количеством энергии для совершения механической работы.
Недостатки у данного аналога в целом те же, что и у аналога 1.
Аналог 6 - отведение газов через подвижной надульник
Признаки аналога
Существенные признаки аналога описываются следующим образом [Справочник "Стрелковое оружие", стр.28, ISBN 985-438-366-0, 4-е издание, испр. и доп., OOO "Попурри", 1999 г., г.Минск, республика Беларусь]:
"Схема 7 - отведение газов через подвижной надульник
Ствол оружия снабжен подвижным надульником, который под действием давления пороховых газов, выходящих из ствола за пулей, перемещается вперед, приводя в действие механизм отпирания и перемещения затвора, во время которого происходит перезаряжание..."
Назначение аналога и его недостатки
Данный аналог также предназначен для обеспечения частей, деталей и механизмов перезаряжания оружия необходимым и достаточным количеством энергии для совершения механической работы.
Недостатки у данного аналога в целом те же, что и у аналога 1.
Аналог 7 - использование энергии врезания пули в нарезы
Признаки аналога
Существенные признаки аналога описываются следующим образом [Справочник "Стрелковое оружие", стр.28, ISBN 985-438-366-0, 4-е издание, испр. и доп., OOO "Попурри", 1999 г., г.Минск, республика Беларусь]:
"Класс В - использование энергии врезания пули в нарезы
Схема 8 - система с подвижным вперед стволом под действием сил трения движущейся вдоль ствола пули
Отдача воздействует на неподвижный корпус и никак не используется. Перезаряжание осуществляется при движении ствола вперед под действием силы трения, возникающей при прохождении пули по каналу ствола, и назад под действием возвратной пружины..."
Назначение аналога и его недостатки
Данный аналог также предназначен для обеспечения частей, деталей и механизмов перезаряжания оружия необходимым и достаточным количеством энергии для совершения механической работы.
Недостатки у данного аналога в целом те же, что и у аналога 1.
Аналог 8 - использование энергии отдачи при длинном ходе ствола
Данный способ описывается в открытом источнике [Справочник "Стрелковое оружие", стр.25, ISBN 985-438-366-0, 4-е издание, испр. и доп., OOO "Попурри", 1999 г., г.Минск, республика Беларусь] следующим образом:
"Схема 3 - отдача ствола с длинным ходом
Затвор и ствол во время выстрела прочно сцеплены между собой, поэтому отдача толкает их назад на всю длину отката. После достижения подвижными частями крайнего заднего положения происходит расцепление затвора и ствола. После чего осуществляется последовательное возвращение их вперед. При движении ствола вперед происходит экстрагирование гильзы, а при движении затвора - досылание очередного патрона и включение запирающего устройства..."
Назначение аналога и его недостатки
Данный аналог также предназначен для обеспечения частей, деталей и механизмов перезаряжания оружия необходимым и достаточным количеством энергии для совершения механической работы. Он совпадает по существенным признакам с заявляемым способом. Однако в нем в качестве источника исходной энергии для перезаряжания используется только энергия отдачи при длинном ходе ствола, в то время как заявляемый способ обеспечивает использование иных источников исходной энергии.
Далее в оружии с длинным ходом ствола подвижная система обязательно включает в себя ствол, масса которого определяется прочностью, конструкционно необходимой при выстреле. Стало быть, и масса подвижной системы не может быть выдержана на уровне, конструкционно необходимом для обеспечения прочности при заряжании.
Также в оружии с длинным ходом ствола линейные перемещения тяжелой подвижной системы достаточно велики - не менее чем длина патрона. Следовательно, из соображений уменьшения раскачки оружия (особенно автоматического) при перезаряжании масса неподвижных частей не может выбираться из соображений одной лишь конструкционной прочности.
Указание наиболее близкого аналога
Ближайшим аналогом выбран аналог 8 - использование энергии отдачи при длинном ходе ствола. Существенными признаками, общими с заявляемым способом, у ближайшего аналога являются:
1. Всю энергию, предназначенную для совершения работы по перезаряжанию оружия, запасают в виде потенциальной энергии аккумулятора механической энергии, являющегося частью конструкции оружия.
2. Всю механическую работу деталей, частей и механизмов оружия по его перезаряжанию совершают за счет расходования только той энергии, которая запасена в аккумуляторе.
3. Все действия по перезаряжанию оружия начинают осуществлять не ранее момента окончания зарядки аккумулятора.
Понятие аккумулятора механической энергии общеизвестно. В качестве таких аккумуляторов наиболее часто используют пружины или системы пружин различной конструкции [Энциклопедический справочник "Машиностроение", гл. ред. акад. Е.А.Чудаков, Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, Москва, 1948 г., том 2, стр.706]. Однако аккумуляторами механической энергии могут служить и иные устройства (газовые, гидравлические, электрические и проч.), способные запасать потенциальную энергию, а затем отдавать ее на совершение механической работы.
Раскрытие изобретения
Постановка решаемой задачи
Как уже указывалось, оружейные системы, построенные на использовании ближайшего аналога - способа использования энергии отдачи при длинном ходе ствола - имеют такой неустранимый недостаток, как значительные перемещения тяжелой подвижной системы, включающей в себя ствол с затвором. Это приводит к сильной раскачке оружия при ведении автоматического огня, снизить которую можно только путем искусственного утяжеления неподвижных частей оружия - опять-таки, сверх необходимой конструкционной прочности. В значительной степени вследствие этого системы на основе длинного хода ствола оказались вытеснены оружием, построенным на иных способах и прежде всего на аналогах 1, 2, 4, 5.
Нетрудно увидеть, что у всех них имеется взаимозависимость между:
а) количеством энергии, требуемой на совершение работы по перезаряжанию;
б) массой затвора или подвижной системы, включающей затвор;
в) скоростью затвора или подвижной системы, включающей затвор.
Также нетрудно увидеть, что именно эта взаимозависимость является той первопричиной, от которой в этих аналогах берет начало цепочка причинно-следственных связей, приводящая к завышению массы оружия сверх достаточной для обеспечения конструкционной прочности.
Вследствие этого основной задачей, на решение которой направлен заявляемый способ, является задача устранения имеющейся в аналогах 1-7 взаимозависимости между количеством энергии на перезаряжание, массой затвора и скоростью затвора.
Решение данной задачи приводит к достижению основного технического результата - обеспечения частей, деталей и механизмов оружия необходимым и достаточным количеством энергии для перезаряжания вне зависимости от массы и скорости перемещения затвора или подвижной системы, включающей затвор.
Сведения, раскрывающие сущность изобретения
Технический результат достигается за счет того, что всю механическую работу по перезаряжанию совершают за счет расходования потенциальной энергии, которую запасают в аккумуляторе, являющемся конструктивной частью оружия.
Согласно заявляемому способу, потенциальную энергию в аккумуляторе запасают посредством газового двигателя, связанного газоотводным отверстием с каналом ствола и имеющего газовый поршень, который пороховыми газами перемещают в направлении дульного среза ствола до полной зарядки аккумулятора, перемещая при этом связанный с газовым поршнем шток, затем осуществляют сцепление штока с механизмом перезаряжания, а затем за счет расходования запасенной в аккумуляторе потенциальной энергии перемещают газовый поршень со штоком, сцепленным с механизмом перезаряжания либо на всем ходе механизма перезаряжания, либо на части его хода в обратном направлении, и перемещая таким образом механизм перезаряжания, производят перезаряжание оружия.
Кроме того, можно на пути пороховых газов разместить газовый клапан между газоотводным отверстием и газовой камерой основного газового поршня, постоянно связанного с механизмом перезаряжания, при этом соединить с каналом ствола через газоотводное отверстие дополнительный газовый поршень, постоянно связанный с основным газовым поршнем, и удерживать его от движения до вылета метаемого снаряда из ствола, после чего за счет расходования энергии запасенных в камере основного газового поршня сжатых пороховых газов основной газовый поршень перемещать в направлении от дульного среза и, перемещая таким образом механизм перезаряжания, производить перезаряжание оружия.
Краткое описание чертежей
Заявляемый способ поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 представлен разрез газового двигателя с запасанием потенциальной энергии в газовом аккумуляторе (исходное состояние);
- на фиг.2 показана зарядка газового аккумулятора;
- на фиг.3 показан момент закрывания клапана;
- на фиг.4 показан момент начала движения штока механизма перезаряжания после покидания ствола метаемым снарядом;
- на фиг.5 показана промежуточная фаза движения штока привода механизма перезаряжания под действием заключенных в аккумуляторе газов;
- на фиг.6 показан момент окончания отката подвижной системы и выпуск отработанных газов из газового аккумулятора.
Технические результаты
Основной технический результат
Причинно-следственная связь существенных признаков заявляемого способа с основным с техническим результатом заключается в следующем.
Количество запасенной в аккумуляторе потенциальной энергии не зависит ни от массы движущихся частей, ни от их скорости, а только от емкости аккумулятора. Следовательно, достигается основной технический результат - обеспечение частей, деталей и механизмов оружия необходимым количеством энергии для совершения механической работы по перезаряжанию вне зависимости от массы и скорости подвижных частей.
Прочие технические результаты
Снижение массы подвижных частей до уровня конструкционной прочности
Снижение массы подвижных частей оружия, созданного по заявляемому способу, по сравнению с массой подвижных частей оружия под боеприпас равной мощности, массы и габаритов, но созданного по способам-аналогам, происходит в том случае, когда конструкционно необходимая масса подвижных частей оказывается меньше той их массы, которую приходится выбирать в оружии, созданном по способам-аналогам.
Возможность возникновения такого случая обуславливается следующими причинами.
1. При применении заявляемого способа устраняется основная причина завышения массы в аналогах - необходимость запасания нужного количества энергии при выдерживании ограничения по скорости.
2. Поскольку ликвидируется взаимосвязь между количеством запасаемой энергии и массой движущихся частей, то появляется возможность применять для изготовления подвижных частей оружия более легкие конструкционные материалы, имеющие сравнимую прочность при меньшем удельном весе (например, титановые сплавы или композитные материалы вместо стали), что очевидно влечет за собой уменьшение массы подвижных частей и всего оружия в целом.
3. Разумеется, скорость подвижных частей оружия даже и приводимых в движение аккумулятором будет зависеть от их массы. Однако в оружии, сконструированном по заявляемому способу, ограничение "сверху" на скорость подвижных частей обуславливается исключительно необходимостью предотвращения превышения пределов прочности конструкционных материалов. Остальные же причины ограничения скорости а именно предотвращение слишком раннего извлечения стреляной гильзы из патронника и недопущение слишком высокого темпа стрельбы при применении заявляемого способа отсутствуют. Это объясняется тем, что в известных способах-аналогах движение деталей и механизмов системы перезарядки начинается непосредственно в момент получения ими кинетической энергии, что и обуславливает дополнительные ограничения на скорость в начальный момент. В оружии же, сконструированном по заявляемому способу, аккумулятор механической энергии способен сохранять запасенную в нем энергию в течение некоторого времени и начинать отдавать энергию механизмам перезарядки не сразу после получения, а с некоторой задержкой. Данное свойство аккумулятора позволяет задерживать начало отпирания затвора до любого желательного момента, что и предотвращает слишком раннее извлечение гильзы, а также слишком высокий темп стрельбы.
4. Аккумулятор механической энергии способен отдавать свою энергию на протяжении всего хода движущегося элемента оружия или по крайней мере его части, то есть имеется возможность подпитки энергией движущегося элемента по мере расходования им энергии на совершение работы по перезаряжанию. Вследствие этого отпадает необходимость сообщать движущемуся элементу сразу всю энергию, необходимую для совершения им работы по перезаряжанию, так что первоначальная энергия движения элемента (а стало быть, и его скорость в начальный момент) может быть меньше. По сути в начальный момент достаточно сообщить подвижному элементу лишь энергию, необходимую для его страгивания, а остальную сообщать по мере движения. Из меньшего количества первоначально сообщаемой энергии вытекает, что конструктивно допустимая скорость перемещения элемента, приводимого в движение за счет энергии аккумулятора, может быть выдержана при меньшей массе элемента, чем в случае сообщения этому элементу в начале движения сразу всей энергии, необходимой на совершение механической работы по ходу движения.
Снижение массы неподвижных частей до уровня конструкционной прочности
При применении заявляемого способа масса подвижных частей определяется только соображениями конструкционной прочности в следующем случае.
Если произошло снижение массы подвижных частей по причинам, указанным выше, то ослабляется и подброс оружия как вследствие уменьшения перемещения центра тяжести оружия при перемещении его движущихся частей, так и вследствие меньшего воздействия от соударения более легких подвижных частей о корпус оружия.
Вследствие этого конструкционно необходимая масса неподвижных частей может оказаться приемлемой с точки зрения противодействия подбросу не только без ее завышения, но и даже в случае изготовления из легких конструкционных материалов.
Преодоление осечек
При использовании заявляемого способа имеется возможность выбрать емкость аккумуляторов таким образом, чтобы запаса энергии в них хватало на совершение двух и более циклов перезарядки.
Результатом будет то, что оружие с внутренним источником энергии приобретет известное свойство самовзводных револьверов, в которых для преодоления осечки достаточно повторно нажать на спусковой крючок. Возможно также сконструировать оружие, в котором преодоление осечки и произведение следующего за осечкой выстрела будут происходить полностью автоматически, т.е. для преодоления осечки от стрелка не потребуется вообще никаких действий.
Осуществление изобретения
Пример 1
Представим себе, что в некоем огнестрельном оружии типа Калашникова газовый поршень, во-первых, не соединен жестко с затворной рамой, а во-вторых, под действием пороховых газов двигается не назад (т.е. в сторону стрелка), а вперед (т.е. в сторону дульного среза), и сжимает при этом движении свою собственную пружину - аккумулятор потенциальной энергии. Во время этого движения т.е. зарядки аккумулятора, затворная рама остается неподвижной относительно ствола, а затвор - запертым.
К газовому поршню присоединен шток, который двигается вместе с ним, а по достижении поршнем крайнего переднего положения (т.е. полной зарядки аккумулятора) входит в зацепление с затворной рамой.
Далее возможны два случая, возникающие в зависимости от конкретных конструктивных особенностей оружия, созданного по данному способу.
В первом случае скорость, придаваемая пороховыми газами газовому поршню, такова, что он достигает своего крайнего переднего положения (т.е. происходит полная зарядка аккумулятора) до вылета метаемого снаряда из ствола. Тогда по окончании зарядки аккумулятора газовый поршень под воздействием сжатого аккумулятора будет стремиться вернуться в исходное положение. Однако пока в стволе будет сохраняться давление (т.е. до момента вылета метаемого снаряда), пороховые газы будут удерживать газовый поршень и сжатый им аккумулятор в заряженном состоянии, т.е. будет иметь место автофиксация аккумулятора.
Во втором случае скорость, придаваемая пороховыми газами газовому поршню, такова, что он достигает своего крайнего переднего положения уже после вылета метаемого снаряда из ствола, т.е. газовый поршень только первую часть своего хода разгоняется под действием пороховых газов, а вторую часть хода движется по инерции, передавая кинетическую энергию аккумулятору. В этом случае никакой фиксации аккумулятора не происходит, и возврат газового поршня в исходное состояние начнется сразу после исчерпания им инерции.
Однако не имеет значения, какой из двух вышеописанных случаев наблюдается в конкретном образце оружия. В обоих этих случаях аккумулятор начнет разряжаться только после вылета метаемого снаряда из ствола, перемещая в направлении от дульного среза ствола газовый поршень, шток и сцепленную с ним затворную раму. Начнется откат, в ходе которого произойдет отпирание затвора, извлечение и выбрасывание гильзы, взведение ударно-спускового механизма, а также сжатие возвратной пружины.
По окончании отката происходит расцепление штока газового поршня с затворной рамой. Газовый поршень, удерживаемый разряженным аккумулятором, остается на месте, а затворная рама под действием возвратной пружины начинает накат, осуществляя оставшиеся действия по перезаряжанию оружия извлечение очередного патрона из магазина, досылание патрона и запирание затвора.
Пример 2
Представим себе другую модификацию той же конструкции Калашникова. Затворная рама в момент выстрела зафиксирована, и пороховые газы, попадающие в газовую камеру, не имеют возможности привести ее в движение. Перед вылетом пули из канала ствола газоотводная трубка перекрывается, и попавший в газовую камеру объем газов остается под давлением т.е. образуется первичный газовый аккумулятор.
После вылета пули из канала ствола и падения давления в стволе затворная рама снимается с фиксации. Пороховые газы приводят газовый поршень в движение, и далее все происходит так, как в известной схеме Калашникова.
По сути дела данное практическое применение способа перезаряжания за счет запасания потенциальной энергии к системе перезаряжания конструкции Калашникова сводится к добавлению в конструкцию двух механизмов:
1. Механизм, позволяющий пороховым газам проникать из канала ствола в газовую камеру через газоотводную трубку, но препятствующий обратному выходу пороховых газов из газовой камеры в канал ствола через газоотводную трубку.
2. Механизм, удерживающий затворную раму в неподвижном (переднем) положении, пока существует высокое давление пороховых газов в стволе;
Первый из этих двух механизмов - это не что иное как быстродействующий газовый клапан любой конструкции, обеспечивающий пропускание газа через газоотводную трубку только в одну сторону (из ствола в газовую камеру).
В качестве второго из этих двух механизмов - фиксатора затворной рамы - может использоваться, например, дополнительная газовая камера, соединенная с каналом ствола дополнительной газоотводной трубкой, и с дополнительным газовым поршнем обратного действия, т.е. не приводящим затворную раму в движение, а наоборот, удерживающим ее, пока существует давление в стволе.
При выстреле дополнительная газовая камера заполняется газом через дополнительную газоотводную трубку, и дополнительный газовый поршень удерживает затворную раму. Дополнительная газовая трубка не имеет клапана, поэтому когда давление в канале ствола после вылета пули упадет, пороховые газы покидают дополнительную газовую камеру. Затворная рама снимается с фиксации и под действием давления пороховых газов в основной газовой камере приходит в движение.
Далее отверстия для выпуска газов в атмосферу в основной газовой камере могут быть предусмотрены как в конце хода газового поршня, так и на некотором расстоянии от него, с тем, чтобы часть своего пути затворная рама с затвором проходила по инерции.
Пример одного из возможных конструктивных воплощений данной схемы показан на фиг.1-6.
На фиг.1 представлен разрез газового двигателя в исходном положении. Газораспределительная система этого двигателя состоит из основной газоотводной трубки 1, рабочей камеры газового фиксатора 2, газоподводящего тракта 3 и рабочей камеры газового аккумулятора 4.
Для облегчения условий работы газового клапана 5 давление и температура газов в системе может снижаться посредством добавления к указанным выше основным деталям, во-первых, газового регулятора, устанавливаемого где-либо в начале газоподводящего тракта (на фиг.1 не показан), а во-вторых, расширительной камеры 6, являющейся частью газоподводящего тракта, и расположенной за газовым регулятором. С той же целью где-либо в газоподводящем тракте 3 может устанавливаться фильтр, очищающий газы от твердых частиц, например фильтр циклонного типа (также не показан).
Для выравнивания характеристик газового аккумулятора, т.е. уменьшения разницы между начальным и конечным давлением в нем, в состав газового аккумулятора может быть дополнительно включена накопительная камера 7 (не показана).
На фиг.2 показана зарядка газового аккумулятора. Она начинается с момента, когда метаемый снаряд 8 минует входное отверстие основной газоотводной трубки. Далее газы поступят в камеру газового фиксатора 2 и по газоподводящему тракту 3 (возможно, через расширительную камеру 6, при ее наличии) дойдут до клапана 5, откроют его и поступят в рабочую камеру газового аккумулятора 4.
Конструкция клапана 5 не имеет значения. В частности, это может быть простой постоянно закрытый пружинный клапан, открывающийся непосредственно давлением газов в газоподводящем тракте; это может быть также простой постоянно открытый пружинный клапан, закрывающийся под давлением газов в заполненном аккумуляторе (впрочем, для предотвращения попадания в газовый аккумулятор пыли и грязи, желательно, чтобы клапан 5 открывался только для заполнения аккумулятора газами, а все остальное время оставался бы закрытым). Клапан 5 также может иметь любую иную конструкцию, удовлетворяющую по надежности, быстроте срабатывания и герметичности.
В данном примере показан двухпозиционный постоянно закрытый клапан с открыванием и закрыванием под давлением газов.
На фиг.3 показан момент закрытия клапана, который для показанной здесь конструкции происходит, когда метаемый снаряд 8 минует входное отверстие дополнительной газоотводной трубки 9. Пороховые газы по ней поступят в закрывающую камеру клапана 10 и закроют клапан.
Таким образом, пороховые газы окажутся запертыми под давлением в рабочем объеме аккумулятора (рабочей камере и, при ее наличии, накопительной камере). Однако шток привода механизма перезаряжания 11 не сможет стронуться с места, поскольку рабочая площадь 12 дополнительного газового поршня (иначе - газового фиксатора) выбирается по сравнению с рабочей площадью 13 основного газового поршня таким образом, чтобы сила, воздействующая на юбку 14, образующую собой дополнительный газовый поршень, была бы больше силы, воздействующей на рабочую площадь 13 основного газового поршня.
На фиг.4 показан момент покидания ствола метаемым снарядом 8, сопровождаемый резким падением давления в стволе. Соответственно газы, содержащиеся в рабочей камере газового фиксатора, через основную газоотводную трубку 1 возвращаются в ствол и далее выбрасываются в атмосферу. Давление в газовом фиксаторе исчезает, то есть исчезает сила, удерживающая шток привода 11 на месте. В то же самое время давление в рабочей камере газового аккумулятора сохраняется. Шток привода 11 начинает движение, открывая затвор.
На фиг.5 показана промежуточная фаза движения штока привода под действием заключенных в аккумуляторе газов.
Наконец, на фиг.6 показан момент окончания отката подвижной системы. Газы из рабочей камеры аккумулятора выходят в рабочую камеру фиксатора, из нее через основную газоотводную трубку - в канал ствола и далее в атмосферу. Открывающая сила, воздействовавшая на шток привода, исчезает.
Приведение механизма в исходное положение, показанное на фиг.1, осуществляется обычным образом, с помощью возвратной пружины, сжимаемой при откате подвижных частей (не показана).
Существует множество вариантов конструктивного воплощения механизма рассматриваемого газового двигателя. Так, на фиг.6 показано, что сброс давления в газовом аккумуляторе происходит вследствие выхода рабочей трубки аккумулятора 15 из рабочей полости 16 штока привода. Однако вполне представима конструкция, в которой рабочая трубка аккумулятора не выходит из рабочей полости штока привода, а сброс давления осуществляется через боковые отверстия в рабочей трубке, открывающиеся при достижении штоком определенного положения.
Также на фиг.1-6 не показаны иные детали, которые могут быть необходимы в реальной конструкции газового двигателя. Так, для повышения герметичности и уменьшения утечек газа можно применять уплотнительные элементы, например, аналогичные поршневым кольцам в автомобильных двигателях. А для уменьшения тепловых потерь в конструкцию могут быть добавлены теплоизолирующие элементы на внутренние поверхностях рабочей и накопительной камер аккумулятора, например, в виде керамических вставок или теплоизолирующей обмазки.
1. Способ перезаряжания огнестрельного оружия, заключающийся в том, что всю механическую работу по перезаряжанию совершают за счет расходования потенциальной энергии, которую запасают в аккумуляторе, являющемся конструктивной частью оружия, отличающийся тем, что потенциальную энергию в аккумуляторе запасают посредством газового двигателя, связанного газоотводным отверстием с каналом ствола и имеющего газовый поршень, который пороховыми газами перемещают в направлении дульного среза ствола до полной зарядки аккумулятора, перемещая при этом связанный с газовым поршнем шток, затем осуществляют сцепление штока с механизмом перезаряжания, а затем за счет расходования запасенной в аккумуляторе потенциальной энергии перемещают газовый поршень со штоком, сцепленным с механизмом перезаряжания, либо на всем ходе механизма перезаряжания, либо на части его хода в обратном направлении и, перемещая таким образом механизм перезаряжания, производят перезаряжание оружия.
2. Способ перезаряжания по п.1, отличающийся тем, что на пути пороховых газов размещают газовый клапан между газоотводным отверстием и газовой камерой основного газового поршня, постоянно связанного с механизмом перезаряжания, при этом соединяют с каналом ствола через газоотводное отверстие дополнительный газовый поршень, постоянно связанный с основным газовым поршнем, и удерживают его от движения до вылета метаемого снаряда из ствола, после чего за счет расходования энергии запасенных в камере основного газового поршня сжатых пороховых газов основной газовый поршень перемещают в направлении от дульного среза и, перемещая таким образом механизм перезаряжания, производят перезаряжание оружия.
