Предисловие редакции. Обычно в этом разделе мы публиковали конкретные, готовые к реализации конструкции. В этом номере вниманию читателей предлагается принцип конструирования огнестрельного оружия, позволяющий повысить его эффективность. Принцип иллюстрирован схемами возможных конструктивных решений, только обозначающими направления дальнейшей конструктивной проработки.

Принцип повышения эффективности огнестрельного оружия
(автор В.А. Коноваленко) В 2003 году решением Правительства РФ приняты на вооружение сразу несколько образцов личного стрелкового оружия: пистолет-пулемёт ПП-2000, пистолет ГШ-18, пистолет ПЯ (МР-443 "Грач") и пистолет СПС (РГ055, СР-1 "Вектор" или "Гюрза"). Все они рассчитаны на 9 мм усиленный патрон, разработанный в ЦНИИТОЧМАШ и принятый на вооружение под индексом 7Н21, следовательно, должны были бы отличаться любыми ТТД, кроме энергетических характеристик пули.

Однако это не так: одна и та же пуля массой 5,4 г вылетает из ГШ-18 со скоростью 600 м/с, из "Грача" - 450 м/с, а из "Гюрзы" - 420 м/с. И это при том, что длины стволов составляют 103, 112 и 110 мм, а массы пистолетов (с полным магазином) 580, 950 и 990 г соответственно.

Мы в пределах избранной темы не будем интересоваться скорострельностью и "грязеустойчивостью", удобством обращения и безопасностью различных моделей, но ответ на вопрос - почему совершенно одинаковые патроны дают столь разные результаты, по нашему мнению - чрезвычайно важен. Ведь ГШ-18, несмотря на более короткий ствол (значит, более короткий путь разгона) и меньшую массу пистолета сообщает пуле вдвое больше кинетической энергии, чем "Гюрза" - самый длинный и тяжёлый.

С точки зрения коэффициента полезного действия "огнестрельного двигателя" наибольшим обладала трёхлинейка Мосина. "Шмайссеры", ППШ, ППД и другое стрелковое оружие времен Великой Отечественной уступало ей в разы. Промежуточное положение между "мосинкой" и ППШ занимают СКС и знаменитый "Калашников".

Причина в том, что традиционное использование для автоматизации перезаряда оружия явления отдачи не является оптимальным с энергетической точки зрения. Сравнивая конструктивные особенности упомянутых моделей, легко заметить, что в трёхлинейке затвор неподвижен в течение всего выстрела, в СКС и АК затвор освобождается и производит перезарядку только в последней фазе, а в ППШ затвор свободен и начинает своё движение с самого начала выстрела.

Совместное решение уравнений импульсов и энергий взаимодействующих тел приводит к следующему:
w₁= W m₂/(m₁ + m₂),
w₂ = W m₁/(m₁ + m₂)
где m₁ и m₂ - массы взаимодействующих тел,
W - энергия, получаемая от заряда,
w₁ и w₂ - доли W, доставшиеся каждому из "партнёров".

 Иначе говоря, доля механической энергии внутреннего взаимодействия, получаемая одним из партнёров, равна отношению массы второго партнёра к их суммарной массе. Это очевидно, но конструкторы автоматического оружия решают проблему "добывания энергии для автоматизации" с переменным успехом всю вторую половину ХХ века.

Ясно, что в оружии со свободным затвором следует учитывать массы пули (с добавлением некой виртуальной массы за счёт взаимодействия пули с нарезным стволом) и затвора, в трёхлинейке -  пули и винтовки с приведённой массой стрелка, а СКС и АК в течение части выстрела ведут себя как трёхлинейка, а затем - как ППШ. Во вновь принятых на вооружение пистолетах только ГШ-18 имеет механизм перезаряда, подобный АК. Фиксированный затвор в нём освобождается после поворота на угол примерно 18⁰ "плавающего" ствола, вращающегося в соответствие с законом сохранения момента импульса в сторону, противоположную от придаваемого пуле вращения. Именно эта особенность конструкции и обеспечивает высокую начальную скорость пули.

Здесь есть ещё одна немаловажная деталь - при одиночной стрельбе энергия движения затвора по необходимости пропадает, это неизбежно. Но должна ли эта энергия пропадать при стрельбе очередью? Возвратно-поступательное движение механизма перезарядки не оставляет другого выхода, так как для циклической работы нужно затвор разогнать, затормозить, разогнать в другую сторону, снова затормозить и после этого начать новый цикл. Такова специфика возвратно-поступательного  движения.

Между тем, вращательное движение обладает цикличностью изначально, не требуя двукратных "дотаций" энергии в течение каждого цикла. Это означает существенное снижение количества отбираемой от основного процесса "на автоматизацию" энергии. Двигателисты давно освоили турбины и хорошо изучили их достоинства, а вот оружейные "двигатели" так и остаются "поршневыми". Вращаются разве что ствольные барабаны скорострельных пушек, но и в них перезарядка поступательна.

Таким образом, напрашивается мысль о переводе механизма перезаряда с возвратно-поступательного на вращательное движение. Одно это уже обещает заметное повышение кпд. Однако, основной эффект, как показывают приведенные примеры, можно получить, отказавшись от "свободного затвора". Именно эти соображения и обеспечивает предлагаемый принцип. Суть его легко понять по рисунку 1.
Рис. 1. Схема вращательного механизма перезаряда Работа механизма осуществляется следующим образом. В момент вылета пули из ствола остаточные пороховые газы приводят в движение свободно вращающуюся вокруг неподвижного ствола турбину, продолжением которой служит цилиндр подачи патрона. Патрон, наполовину утопленный в пазу ствола, спиральным вырезом цилиндра перемещается назад, к двухканальному барабану и вталкивается в нижний канал барабана, одновременно выталкивая пустую гильзу. Затем палец турбинного цилиндра поворачивает барабан на пол-оборота, фиксируя патрон напротив ствола. Более подробно детали схемы показаны на рисунке 2. Подчеркнём - это всего лишь схема, поэтому спусковые и прочие механизмы на ней отсутствуют.
Рис. 2. Схема в деталях Отметим, что в предложенной схеме выстрел происходит в условиях, подобных условиям неподвижного затвора, а энергия для перезарядки получается от остаточных газов, которые обычно расходуются на создание звука выстрела. Это означает, что турбина в значительной степени служит глушителем.

При стрельбе очередью турбина вращается непрерывно, накапливая энергию отдельных выстрелов, что может резко повысить скорострельность. Возможно, для длинных очередей придётся даже предусматривать регулятор оборотов турбины, например, в виде центробежного тормоза.

Приведённое в качестве иллюстрации принципа решение, разумеется, не является единственным. Вполне очевидно, что архимедова спираль (или винтовой выступ, если угодно) может быть установлена на стволе, в этом случае прямолинейный паз будет в теле цилиндра подачи (патрон будет двигаться по винтовой линии вокруг ствола и попадать в камору сверху), камора тоже может быть выполнена не в виде двухканального барабана, возможны и другие решения. Главное же состоит в том, что для автоматизации подачи патронов не используется явление отдачи, энергия для этого отбирается от побочных процессов, а цикличность обеспечивается применением вращательного, а не возвратно-поступательного движения.

Конечно, после реализации изложенного принципа на повестку дня выйдут другие потери. Существенные потери энергии порохового заряда связаны с широко распространённым способом стабилизации пространственной ориентации поражающего элемента (пули, снаряда) путём его "закручивания" вокруг продольной оси. Мало того, что энергия этого вращения пропадает даром (за исключением всякого рода экзотики, вроде смещённого центра масс), так ещё для этого "закручивания" нужен нарезной ствол, существенно более сложный в изготовлении, не говоря уж о значительно больших, чем в гладком стволе, потерях на трение и увеличении эффективной массы снаряда за счёт его взаимодействия со стволом.

Совершенно не удивительно поэтому, что всё более широкое применение получают гладкоствольные орудия от "подствольников" до миномётов и танковых пушек, использующих аэродинамическую ориентацию поражающего элемента. Кстати говоря, миномёты времён второй мировой войны - воистину кладезь целесообразных решений. Мало того, что их мины всегда ориентированы по траектории, что конструкция орудия (собственно миномёта) предельно проста, что энергия метательного заряда используется с максимальным эффектом, так как в качестве "партнёра" мины выступает земля-матушка, но и сам боеприпас не содержит никаких гильз и практически ничего вспомогательного.

Итак, резюмируем. При конструировании эффективного огнестрельного оружия следует:
не использовать во вспомогательных процессах (перезарядке) явление отдачи;
для организации цикличной работы оружия использовать вращение как естественный циклический процесс;
использовать аэродинамическую стабилизацию ориентации поражающего элемента;
использовать безгильзовый боеприпас и гладкий ствол.