Конструкции и компоновочные особенности газовых двигателей автоматического оружия

Московский государственный технический университет
имени  Н.Э. Баумана

А.Н. Лебединец

КОНСТРУКЦИИ И КОМПОНОВОЧНЫЕ
ОСОБЕННОСТИ ГАЗОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
АВТОМАТИЧЕСКОГО ОРУЖИЯ

 Рекомендовано редсоветом МГТУ им. Н.Э. Баумана
в качестве учебного пособия по курсу
«Расчет и проектирование автоматических машин»

М о с к в а
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2 0 0 6

УДК 623.442.4/621.433
ББК  31.365
          Л33

Рецензенты:  А.С. Неугодов, В.Г. Черный

Лебединец А.Н.
Конструкции и компоновочные особенности газовых двигателей 
автоматического оружия: Учеб. пособие. – М.:  Изд-
во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. – 40 с.: ил.

ISBN 5-7038-2843-0

Пособие посвящено принципиальным вопросам конструктивного
оформления газодинамических узлов автоматического оружия. Подробно
рассмотрено большое количество конструкций газовых двигателей серийных 
образцов автоматического оружия. Даны рекомендации по применению 
тех или иных решений при проектировании.
Для самостоятельного изучения студентами курса «Расчет и проектирование 
автоматических машин», читаемого на кафедре СМ-6 «Ракетные и
импульсные системы» факультета «Специальное машиностроение».
Ил. 36. Библиогр. 14 назв.

                                                                                                     УДК 623.442.4/621.433
                                                                                          ББК 31.365

ISBN 5-7038-2843-0                                                   © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006

Л33

Введение

Автоматическим оружием принято называть разновидность
ствольного оружия, в котором перезаряжание для производства
каждого последующего выстрела производится за счет энергии
предыдущего выстрела, без участия человека. При этом само оружие 
может быть как стрелковым, так и артиллерийским.
В системах с более-менее простой автоматикой (пистолет «Парабеллум», 
пистолет-пулемет ППШ) для перезаряжания оружия
используется энергия отдачи.
В стрелковом оружии такое устройство автоматики находит
применение лишь частично. Причиной этого является, с одной
стороны, громоздкость подвижного ствола с направляющими (пулеметы «
Максим», МГ-34, автомат Федорова), с другой – низкая
надежность стрелкового оружия в условиях запыления и отсутствия 
смазки (ППШ).
У артиллерийских автоматов энергоемкость механизма автоматики 
гораздо выше, чем у стрелкового оружия, операции цикла
перезаряжания разделены функционально и компоновочно (пушки
НР-23, НР-30 МK-103, М-110, АМ-23). Разные этапы цикла автоматики 
обеспечиваются энергией от разных источников: ствола,
затвора, газового буфера (АМ-23), газового усилителя отдачи
(М-110), газового накатника (НР-30). Поэтому в автоматическом
оружии широко используется энергия пороховых газов, отводимых 
в различные газодинамические устройства. Например, в автоматической 
пушке АМ-23 таких устройств два: газовый двигатель
автоматики и газовый буфер. В револьверной пушке Р-23 есть три
газовых двигателя (двухтактный двигатель для привода барабана и
однотактные двигатели  для досылания патрона и извлечения
гильзы). На примере пушки Р-23 видна также компоновочная гибкость 
и энергоемкость газовых двигателей автоматики.
Устройство и особенности компоновки газовых двигателей и
обсуждаются в данной работе. Приведенные в ней рисунки выполнены 
в пропорции и могут быть использованы при проектировании.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ
СИСТЕМ С ОТВОДОМ ГАЗОВ

Системы с отводом пороховых газов образуют наиболее
обширную группу автоматического оружия (калибров от 5,45 до
30 мм). Газовый привод используется во всех видах автоматического 
оружия: от пистолетов (например, в израильском Desert Ea-
gle фирмы IMI) до многоствольных высокотемповых автоматов (в
американской пушке GAU-4 калибра 20 мм, отечественных изделиях 
9-А-621, 9-А-623 калибра 30 мм).
Столь широкое распространение газовые двигатели получили
вследствие, прежде всего, их высокого конструктивного совершенства: 
малой массы, низкой трудоемкости изготовления узла
двигателя, простоты конструкции собственно двигателя и элементов 
передачи мощности. Стабильно работают газовые двигатели и
при перегреве узла газоотвода.
Газовые двигатели автоматического оружия обладают еще и
важным свойством саморегуляции. Например, в условиях работы
при запылении подвижных частей или образовании нагара в направляющих 
поршня, при оржавлении становится затрудненным
движение подвижных частей. С точки зрения газодинамических
процессов цилиндра двигателя это означает замедленный (на несколько 
десятитысячных долей секунды) отход поршня и замедленное 
приращение объема цилиндра. В этих условиях повышаются 
максимальное давление на поршень и импульс, передаваемый
подвижным частям. Расчеты показывают, что в затрудненных условиях 
или в случае наличия массивных подвижных частей увеличивается 
термодинамический КПД двигателя. Подобное явление
имеет место и при выстреле из ствольного оружия. Стоит сравнить
термические КПД миномета с относительно тяжелым поршнем (с
малой относительной массой заряда) и пушки высокой баллистики
с относительно легким поршнем (с большой относительной массой
заряда).
В легких условиях работы (чистые смазанные детали), наоборот, 
объем цилиндра увеличивается быстрее, а максимальное давление, 
КПД и импульс двигателя оказываются ниже. В совокупно-

сти с затрудненным (или, наоборот, облегченным) движением затворной 
рамы данное обстоятельство обеспечивает относительную
стабильность импульса, передаваемого подвижным частям в различных 
условиях работы.
Конструктивное совершенство газовых двигателей современного 
оружия иллюстрируют следующие цифры.
У самозарядной винтовки СВД газовая камера имеет массу
42,9 г, а массы деталей привода (поршень, толкатель, пружина
толкателя, патрубок) равны 18,7, 50, 2,4 и 39,3 г соответственно
(суммарная масса – 110,7 г) (рис. 1). При этом масса подвижных
частей (затворная рама с затвором в сборе) составляет 393,7 г, масса 
патрона – 22…24 г, ствола – 1059,5 г, импульс двигателя –
3,2…4,5 Н⋅с.

Рис. 1. Газовый двигатель автоматики самозарядной винтовки СВД
калибра 7,62 мм

В автомате АКМ образца 1959 г. калибра 7,62 мм газовая камера 
имеет массу 68,2 г, остальные части газового привода (газовая
трубка без ствольной накладки и шток) – 113 г и 84 г соответственно. 
Масса подвижных частей (затворная рама с затвором) составляет 
515 г, патрона – 16,2 г, ствола – 539 г; импульс двигателя
– 4…5 Н⋅с (рис. 2).
Газовые цилиндры из-за их малых габаритов можно разместить
в различных точках ствольной группы. Примерами компоновочной 
гибкости газовых двигателей в автоматике оружия могут служить 
конструкции газового двигателя американской автоматической 
винтовки M-16 калибра 5,56 мм (рис. 3), газовых двигателей
советской авиационной пушки Р-23, а также газового усилителя
отката советской автоматической пушки М-110, получившей в послевоенные 
годы широкое распространение на кораблях ВМФ

СССР (рис. 4). У автоматической винтовки М-16 пороховые газы
расширяются в полости между затвором и затворной рамой. У
пушки М-110 усилитель отдачи скомпонован в кольцевой полости
между кожухом и стволом. При его отсутствии полость оставалась
бы незанятой.

Рис. 2. Газовый двигатель автомата АКМ

Рис. 3. Газовый двигатель автоматики автоматической винтовки
М-16 калибра 5,56 мм:
а – общая компоновка оружия в момент прохождения пулей газоотводного
отверстия; б – положение частей механизма в момент набора рамой
максимальной скорости

Рис. 4. Газовый усилитель отдачи автоматической пушки М-110

Надежность автоматики, построенной на использовании отвода
пороховых газов, значительно выше, чем у любой другой [1], из-за
четкой дозировки подвода энергии к основному звену, мало зависящей 
от внешних условий, размеров и качества изготовления отдельных 
деталей и саморегулирования двигателя. В оружии с отводом 
пороховых газов легче реализуется постановка подвижных
частей на направляющие рельсового типа в ствольной коробке, что
положительно сказывается на надежности работы автоматики в
условиях запыления и загрязнения механизма [2, 3].
Газовым двигателям автоматики вообще свойственны надежность 
работы в условиях загрязнения, высоких и низких температур, 
различных углов возвышения, перегрузок (в авиации), а также
компоновочная гибкость узлов. Массы изделий с газовым двигателем 
незначительно превосходят массы их неавтоматических аналогов (
например, самозарядная винтовка СВТ имела массу меньше, 
чем винтовка образца 1891/1930 г).
Оружие с отводом пороховых газов имеет и некоторые недостатки.

1. Как правило, совсем не используется отдача. Данное обстоятельство 
не позволяет применять схему с отводом пороховых газов 
в оружии калибра более 30 мм.
2. Наличие дополнительного узла, подверженного действию пороховых 
газов, приводит к повышенному загрязнению механизма.

2. КЛАССИФИКАЦИИ ГАЗОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
АВТОМАТИКИ

По наличию конструктивно оформленного поршня двигатели
делятся на поршневые, беспоршневые, роторопоршневые и лопастные. 
По тактам рабочего цикла – на однотактные и двухтактные.
По направлению движения поршня различают двигатели:
– с продольным движением поршня назад;
– с поперечным движением поршня;
– с движением поршня вперед;
– с вращательным движением поршня.
По способу привода затворной рамы выделяют:
– двигатели с длинным ходом толкателя (типа АКМ, ПК, ДП)
(под толкателем здесь понимается шток поршня, жестко связанный 
с затворной рамой);
– двигатели с коротким ходом толкателя (типа СВД, СКС).
 При составлении классификации использовались источники
[4–7], наставления и руководства службы различных образцов.
Классической разновидностью газового двигателя можно считать 
поршневой однотактный двигатель с движением поршня назад 
и длинным ходом толкателя (толкатель жестко соединен и с
поршнем, и с затворной рамой), наподобие двигателя автомата
АКМ (см. рис. 2).

3. ЭНЕРГЕТИКА ГАЗОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

У существующих систем газоотводных двигателей массовая
доля пороховых газов, отведенных в двигатель, составляет порядка
1…3 %, что крайне незначительно ухудшает баллистические характеристики 
оружия и может быть скомпенсировано удлинением
ствола на 3–4 калибра.
С точки зрения энергетики газовые двигатели характеризуются
вырабатываемым импульсом, термическим КПД, максимальным
давлением и средним индикаторным давлением.
Газовые двигатели автоматического оружия классической компоновки 
имеют циклический характер работы. Перед выстрелом
поршень, связанный с основным звеном автоматики, имеет нулевую 
скорость. Подвижные части стоят в крайнем переднем поло-

жении. Свободный объем цилиндра (так называемая газовая подушка), 
как правило, мал (см. рис. 2). Величина кольцевого зазора
между цилиндром и поршнем небольшая (в стрелковом оружии
порядка 0,1…0,2 мм на диаметр).
В таких условиях газовые двигатели имеют высокий термический 
КПД: 30 % и выше. Максимальное давление в цилиндре в 2–3
раза ниже, чем среднебаллистическое давление в стволе в момент
начала отвода газов. Импульс газовых двигателей в большой степени 
характеризует и развиваемую энергию, и развиваемую мощность – 
порядок массы подвижных частей оружия составляет единицы 
килограммов. Например, мощность двигателя автоматов
Калашникова составляет порядка 6…7 кВт, мощность двигателя
пушки 2А42 – порядка 60…70 кВт.
Наименьшим КПД обладают двигатели многоствольного оружия 
с непрерывным движением поршня. Прирост запоршневого
объема в них происходит значительно быстрее, чем в двигателях
систем с циклической автоматикой, где поршень перед выстрелом
останавливается в переднем положении. Давление в них падает
быстрее, оказывая меньшее воздействие на поршень.
Эффективным способом противодействия этому явлению является 
конструктивно обеспеченное опережение воспламенения заряда 
и отвода пороховых газов по сравнению с моментом прихода
поршня в крайнее переднее положение (наподобие опережения
зажигания в бензиновых двигателях). Данное решение использовано 
в отечественных системах АО-18, 9-А-620.
Существует возможность внешнего регулирования мощности
двигателя стрельбы за счет регулирования времени опережения.
Данное обстоятельство приводит к невозможности работы двигателя 
на малых темпах (до 2–3 тыс. выстрелов в минуту) из-за недостаточной 
инерции блока и вынуждает применять стартер. Несмотря 
на низкий КПД, двигатели многоствольных пушек
вырабатывают самые большие мощности (9-А-621 и 9-А-768 –
около 120 кВт).
По поводу предельно возможных значений мощностей, вырабатываемых 
газовым двигателем, следует отметить, что массо-
энергетическая пропорция автоматического оружия не требует от
газовых двигателей экстремально высоких удельных и фактических 
мощностей. Энергия, потребляемая механизмом перезаряжания, 
оказывается в сотни раз меньше дульной энергии снаряда.

4. ГАЗОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ОБЫЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Как отмечалось выше, под типичной конструкцией газового
двигателя понимают конструкцию поршневого однотактного двигателя 
с движением поршня назад и длинным ходом толкателя.
Таков, например, двигатель автомата АКМ (см. рис. 2).
Рассмотрим возможности варьирования компоновки газовых
двигателей в рамках этой классической конструкции.
Прежде всего, следует оговорить принципы размещения газовой 
камеры относительно ствола.
Первым серийным образцом оружия с отводом газов следует
считать, по-видимому, пулемет Кольт–Браунинг образца 1895 г.
(рис. 5) [6]: его поршень совершал вращательное движение в вертикальной 
плоскости. Затем появился пулемет Гочкиса образца
1900 г., имевший уже газовый двигатель традиционной конструкции. 
Газовый цилиндр был расположен под стволом.

Рис. 5. Схема работы газового двигателя автоматики пулемета
Кольт–Браунинг образца 1895 г.:
а – подвижные части в крайнем переднем положении; б – подвижные части
в крайнем заднем положении

В ранних автоматических винтовках и пулеметах (пулеметы
Льюиса, Виккерс–Бертье, ZB-26, ДП-27, винтовка Браунинга, ручной 
пулемет Браунинга образца 1918 г., винтовка RSC-17, винтовка
Гаранда образца 1936 г. [5, 6]) газовая камера размещалась исключительно 
под стволом. Это было связано с опасениями, что газовый
двигатель может помешать прицеливанию и ведению огня.
Во-первых, цилиндр двигателя, нагреваясь, становится дополнительным 
источником восходящих тепловых потоков, затрудняющих 
прицеливание и наблюдение за целью.