Автоматическое оружие с кривошипно-шатунным механизмом перезаряжания

Введение
Разработка и постановка на вооружение первых образцов автоматического оружия в конце 19 – начале 20 века выявили общую для них проблему – невозможность прицельной стрельбы очередями, когда предыдущий выстрел сбивает оружие с линии прицеливания перед следующим выстрелом. До этого времени стрельба велась одиночными выстрелами, в процессе осуществления которых стрелки были способны удерживать оружие на линии прицеливания вплоть до момента вылета пули из ствола. Для пулеметов проблема прицельной стрельбы очередями была решена путем использования массивных станков и переходом к поражению преимущественно групповых целей, когда рассеивание пуль является допустимым. Избыточный расход патронов компенсируется относительно большим боекомплектом, носимым расчетом из двух человек, и преимущественно позиционной тактикой применения пулеметов. При этом огонь ведется из удобных положений с опорой станка или сошек пулемета в грунт.

В отличие от пулеметов индивидуальное автоматическое оружие стрелков (пистолет-пулемет, штурмовая винтовка) предназначено для маневренной тактики с частыми перемещениями, стрельбой с хода, из неудобных положений, сопровождающееся  удержанием оружия на весу силой мышц рук и компенсацией отдачи с помощью упора приклада в плечо. В связи с этим индивидуальное автоматическое оружие должно быть ограничено в весе и силе отдачи, которые определяются физическими возможностями средних стрелков, составляющих большинство пехотных подразделений. Современная тактика ведения боя предусматривает занятие закрытых от наблюдения позиций, передвижение в рассыпном строю, перебежками от укрытия к укрытию, со сменой направления движения. В таких условиях поражение целей одиночными выстрелами становится проблематичным, особенно для средних стрелков. Поэтому стрельба ведется в основном в автоматическом режиме с намерением поразить цель хотя одним выстрелом из очереди. Направление развития индивидуального автоматического оружия соответствует указанной тактики ведения боя. Во время Первой мировой войны на вооружение был принят новый вид индивидуального оружия – пистолет-пулемет, механизм перезаряжания которого работал в автоматическом режиме. В связи с ограниченной энергетикой пистолетных патронов новое оружие использовалось на коротких дистанциях ведения огня. На средних и дальних дистанциях продолжали использоваться винтовки с ручным перезаряжанием.

В ходе Второй мировой войны всеми воюющими сторонами была признана необходимость создания оружия, основанного на патроне калибра 7.92х33 / 7,62х39 мм, энергетика которого занимает промежуточное положение между пистолетным и винтовочным патронами, что обеспечивает поражение целей на ближней и средней дистанциях, характерных для современной тактики ведения боя. Перевооружение пехотных частей оружием,  основанном на промежуточном патроне, позволило существенно повысить эффективность стрельбы средних стрелков. Поражение целей на дальней дистанции перешло в обязанность специально подготовленных и обладающих специальными навыками немногочисленных лучших стрелков – пулеметчиков, ведущих огонь очередями, и снайперов, ведущих одиночный огонь патронами большего калибра. Однако применение подобной тактики ведения боевых действий в период после Второй мировой войны привело к резкому росту расходов боеприпасов.

Во время Корейской войны командование американской армии было вынуждено обратить внимание на величину расхода патронов в расчете на одного пораженного противника, достигшую уровня 50 тысяч единиц. В 1952 году была начата первая программа правительства США по совершенствованию индивидуального автоматического оружия – SALVO. Затем были реализованы программы SPIW, JSSAP и SAMP. В настоящее время осуществляется очередная программа LSAT. Результатом 60-летней программной деятельности явилось принятие на вооружение американской армии штурмовой винтовки М16, использующей малоимпульсный патрон калибра 5,56х45 мм. Попытки использования патронов ещё более уменьшенного калибра вели к падению эффективности стрельбы на средних дистанциях. Аналогичный выбор был сделан и армиями других стран.

Способы обеспечения прицельной стрельбы очередями
Стрелок, в процессе стрельбы очередью, испытывает разнонаправленные силовые воздействия, приходящиеся на его руки и тело. Силовые воздействия усугубляются неудобным положением стрелка – стрельба ведется, как правило, из положения стоя. В начале каждого выстрела на стрелка действует максимальный по величине импульс отдачи, связанный с давлением пороховых газов на закрытый затвор. Импульс действует в течение примерно 0,001 секунды до момента открытия затвора. После непродолжительного периода равномерного действия силы отдачи затвора, сжимающего возвратную пружину, на стрелка действует второй импульс отдачи, связанный с ударом затвора в заднюю стенку ствольной коробки. Цикл перезарядки оружия продолжается вторым периодом равномерного действия силы упругости возвратной пружины и заканчивается третьим импульсом, направленным вперед и связанным с ударом затвора в ствол. Одновременно оружие испытывает циклические колебания от перемещения своего центра тяжести, связанного с возвратно-поступательным движением затвора.

В случае использования газового механизма перезаряжания оружие получает дополнительные колебания от удара газа высокого давления в затворную раму и затворной рамы в затвор. Отказ от затвора, жестко сцепленного со стволом, и использование системы автоматики, основанной на свободном затворе, в случае сохранения неизменными весовых и энергетических характеристик оружия, ведет к кратному росту темпа стрельбы. Сохранить приемлемый по расходу боеприпасов темп стрельбы можно, лишь увеличив инерционную массу затвора и уменьшив дульную энергию оружия. Увеличение инерционной массы затвора вызывает рост амплитуды циклических колебаний оружия. Уменьшение дульной энергии делает неэффективной стрельбу на средней дистанции. Рациональным решением является использование системы автоматики с неподвижным стволом, свободным затвором и рычажным механизмом его замедления. Рычажный механизм позволяет перераспределить максимальный импульс отдачи с затвора на корпус оружия и тем самым снизить инерционную массу затвора при сохранении неизменной дульной энергии.

Под действием отдачи тело стрелка смещается назад. После окончания импульсов стрелок стремится занять исходное положение – тело смещается вперед, происходят колебательные движения сложной системы, состоящей из множества шарнирно соединенных элементов – головы, рук, ног, туловища и позвоночника. Восстановление близкого к исходному положения тела после каждого выстрела можно достичь только при наличии специальных навыков, основанных на природных способностях стрелка и развитых длительными тренировками.

Ситуация усугубляется тем, что в большинстве моделей оружия ось ствола, вдоль которого действует сила отдачи, не совпадает с осью симметрии приклада, опирающегося на плечо стрелка. Сила отдачи и сила реакции опоры создают момент, подбрасывающий вверх дульный срез ствола. За время одного цикла перезарядки оружия, равного примерно 0,1 секунды, нервно-мышечная система стрелка не в состоянии возвратить оружие на линию прицеливания. Поэтому второй выстрел в очереди уходит выше первоначальной точки прицеливания, третий выстрел ещё выше и т.д. Дульный тормоз-компенсатор и специальные навыки помогают лишь частично уменьшить отклонение оружия от цели.

Исходя из импульсной диаграммы, прицельная стрельба очередями из неудобных положений зависит от уровня реализации в индивидуальном автоматическом оружии следующих технических решений:
- снижение величины максимального импульса отдачи достигается переходом от закрытого к полусвободному затвору, начинающего движение назад с самого начала возгорания метательного заряда в стволе, при этом сам выстрел должен производиться на выкате затвора вперед:
- устранение подбрасывающего момента достигается подъемом оси симметрии приклада на уровень оси ствола с соответствующим выносом вверх линии визирования прицельных приспособлений;
- устранение удара затвора в ствольную коробку и ствол достигается применением сбалансированной автоматики.

Первые два решения полностью или частично реализованы в принятых на вооружение образцах индивидуального автоматического оружия. Последнее решение до сих пор не имеет эффективной реализации даже в опытных конструкциях. Например, известная лафетная схема, основанная на совместном откате подвижной группы, состоящей из ствола, затвора и промежуточного накопителя на три патрона, производящей в процессе отката очередь фиксированной длины, не может быть признана сбалансированной по определению – в конструкции оружия отсутствует балансир. Попытка его использования приведет к двукратному росту массы оружия, которое перестанет быть индивидуальным. Кроме того, после окончания фиксированной очереди из штурмовой винтовки стрелок испытывает  утроенную отдачу, превышающую по величине отдачу от выстрела снайперской винтовки и усугубленную пониженным весом штурмовой винтовки.

В известной схеме сбалансированной автоматики одновременно с затвором в противоположном направлении движется балансир, соударяющийся с затвором в крайних положениях. Указанное решение имеет принципиальный недостаток – с целью синхронизации движения затвора и балансира применяют реечно-шестеренчатую передачу, испытывающую в процессе работы знакопеременные нагрузки, вызывающие выкрашивание зубьев передачи, что значительно снижает ресурс механизма перезаряжания относительно ресурса остальных частей оружия. В связи с этим представляется целесообразным заменить в механизме перезаряжания реечно-шестеренчатую передачу на рычажную, выдерживающую знакопеременные нагрузки. Балансир закрепляется на одном плече рычага, ось вращения которого пересекается под углом 90 градусов с осью ствола. Второе плечо рычага связано шарнирной тягой с затвором. Длина плеч рычага равна ходу затвора между крайними точками. В процессе отката балансир движется навстречу затвору, в процессе наката – в противоположном направлении. В крайних положениях рычаг, попеременно работающий на сжатие или растяжение, не даёт затвору ударяться в ствол или ствольную коробку.