Что такое поля нарезов
Теория нарезного ствола
Источник:
Алексей Андреевич Потапов,
“ИСКУССТВО СНАЙПЕРА”,
Издательство: Фаир-Пресс, 2005 г.
ISBN 5-8183-0360-8, 5-8183-0872-3
РАЗДЕЛ 9
Ствол представляет собой трубу, внутренняя полость которой называется каналом ствола. Канал ствола (схема 130) по своему устройству делится на следующие части: патронник, соединительный конус (пулъный вход) и нарезная часть. Каналы стволов в образцах по устройству примерно одинаковы и различаются лишь очертанием патронника, числом и формой нарезов.
Схема 130. Устройство канала ствола
Патронник служит для помещения патрона. Формы и размеры патронника определяются формой и размерами гильзы. Между стенками гильзы и стенками патронника делают зазор от 0,05 до 0,12 см. Зазор обеспечивает свободное вкладывание патрона даже при наличии в патроннике пыли или слоя смазки. Зазор необходим, ибо, если нет зазора, нет и движения. Но слишком большая величина зазора может привести к раздутию или продольному разрыву гильзы.
Схема 131. Патронник пулемета ШКАС
Нарезная часть ствола служит для придания пуле вращательного движения. Пуля, двигаясь по нарезам, вращается вокруг своей оси и, подобно гироволчку, летит головной частью постоянно вперед. Иначе длинная пуля, вылетев из ствола, начала бы беспорядочно кувыркаться в полете.
Схема 132. Канал нарезного ствола со стороны патронника
Эта грань видна с казенной части канала со стороны патронника. Противоположная грань нареза называется холостой. На эту грань оболочка пули при движении по нарезам не давит. Холостая грань нареза хорошо просматривается с дульной части канала ствола. Промежутки, выступающие между канавками-нарезами, называются полями нарезов. Диаметр канала ствола по полям (диаметр сверления ствола) называется калибром ствола (схема 133).
Схема 133. Устройство нарезной части канала ствола (поперечный разрез):
а – ширина нареза; b – ширина поля; с – глубина нареза; d – калибр оружия; d1 – диаметр по нарезам.
Нарезы прямоугольной формы
Нарезы выполняются проходом специального метчика или продавливаются специальным инструментом – дорном. Дорнированные стволы вследствие уплотнения структуры металла прочнее и более живучи в эксплуатации, чем обработанные нарезанием. Но нарезанные стволы более чисты после обработки и дают лучшую кучность боя.
Схема 134:
А – форма оболочки после врезания в нарезы;
Б – упрощенная форма оболочки после врезания в нарезы
Врезание оболочки пули будет тем легче, чем уже поля (выступающие части) нарезов. Однако при слишком узких полях ширина их может оказаться настолько малой, что они не будут удовлетворять пределам прочности и будут разрушаться. Практически берут ширину поля, равной примерно половине ширины нареза (см. схему 133). Например, для винтовок и карабинов Мосина ширина нареза 3,81 мм, ширина поля 2,17 мм.
Чем больше количество нарезов, тем кучнее бой ствола. В трехлинейных винтовках дореволюционного выпуска было три нареза, позже их увеличили до четырех. В оружии нормальных калибров их иногда делают 5-6, но не более, исходя из вышеописанных технических особенностей проектирования.
Прямоугольной называется такая форма нарезов, у которой грани одного и того же нареза параллельны (см. схему 133). В отечественных стволах приняты нарезы прямоугольной формы. Преимущества именно такой формы нарезов – в ее надежности, долговечности и экономичности в изготовлении и поэтому она наиболее применяема в оружейных системах (схема 135).
Схема 135:
А – нарезы 7,62-мм винтовки Спрингфильда обр. 1903 г.;
Б – нарезы 7,62-мм винтовки КА обр. 1891/1930 гг.
Схема 136. Нарезы трапецеидальной формы
Стараясь ликвидировать этот недостаток, на некоторых оружейных системах до сих пор применяются так называемые нарезы сегментной формы. Сегментной называется такая форма нарезов, у которой нарезы в сечении, перпендикулярном оси ствола, представляют фигуру сегмента (схема 137). Такие нарезы в начале XX столетия были приняты на очень неплохой винтовке точного боя японского оружейника Арисака (схема 138). При такой форме нарезов, не имеющей углов, пуля заполняет просвет канала ствола полностью. Но стволы с такими нарезами очень трудоемки и дороги в производстве, к тому же при отсутствии боевых граней, на которые обычно опирается пуля при движении, пуля действует на опорную часть сегмента, как на клин, вызывая увеличенную поперечную деформацию ствола и снижая его живучесть. Поэтому сегментарные нарезы широкого распространения не получили.
Схема 137. Нарезы сегментной формы
Схема 138. Нарезы 6,5-мм винтовки системы Арисака
Схема 139. Скругленная форма нарезов
Схема 140. Нарезы 7,5-мм винтовки системы “Шмидт-Рубина” обр. 1889-1896 гг.
Если развернуть внутреннюю поверхность канала ствола вдоль оси с нанесенным на ней нарезом, то очертание нареза представится в виде линии, которая может быть прямой или кривой (схема 141).
Схема 141. Виды нарезов (развертка):
а – нарез постоянной крутизны; б – нарез прогрессивной крутизны; в – нарез смешанной крутизны
Нарез, получающийся при развертке в виде прямой линии, называется нарезом постоянной крутизны (а на схеме 141). Угол на схеме, характеризующий наклон или крутизну нарезов, называется углом наклона или крутизны нарезов.
Нарез, при развертке представляющийся в виде кривой линии с возрастающей крутизной от начала нарезов к дульной части, называется нарезом прогрессивной крутизны (б на схеме 141).
Преимущество нарезов постоянной крутизны состоит в простоте изготовления, недостаток – в неравномерности износа. При нарезах постоянной крутизны давление на боевую грань переменно и принимает исключительно большую величину в тот момент, когда давление пороховых газов в стволе наибольшее. В месте наибольшего давления происходит усиленный износ боевых граней нарезов.
При нарезах прогрессивной крутизны при наибольшем давлении угол наименьший, следовательно, давление на боевую грань тоже будет сравнительно небольшим. При падении давления, ближе к дульному срезу при возросшей крутизне нарезов их боевые грани будут испытывать гораздо меньшие разрушающие усилия при прохождении по ним пули.
Длина участка канала ствола, на котором нарезы постоянной крутизны делают один полный оборот, называется шагом нарезов.
Зная длину шага нарезов и дульную скорость пули, можно подсчитать число оборотов пули вокруг ее оси в момент вылета из канала ствола по формуле:
число оборотов =(V дульная)/шаг нарезов.
Пример. Определить число оборотов пули винтовки Мосина образца 1891-1930 гг. Дульная скорость 860 м/с, длина шага нарезов 0,24 м.
Решение. 860/0,24 = 3583 оборота в секунду.
Кучность боя ствола увеличивается с уменьшением шага нарезов и увеличением оборотов пули. Но до разумных пределов – при слишком крутых нарезах пуля будет срываться с них, и при слишком больших оборотах ее может разорвать центробежной силой.
В наше время (очень редко) встречаются трехлинейные снайперские винтовки довоенного выпуска с изумительно кучным боем. У таких винтовок канал ствола выполнялся на так называемый “легкий конус” с разницей в диаметрах у казенной и дульной частей в 2-3%. При этом сводится на нет истирание оболочки пули о стенки канала ствола и пуля все время “обжимается”, что не позволяет ей “гулять” по стволу.
Точность изготовления ствола и чистота обработки его канала оказывают на точность и кучность боя непосредственное и существенное влияние. Шероховатость, грубость обработки канала ствола, нарушение его соосности, неровности дна нарезов увеличивают рассеяние при стрельбе из винтовок до 20%.
Схема 142. Формы дульного среза ствола:
1 – закругленная; 2-е фасками; 3 – со сферической выемкой; 4 – с раззенковкой
Неперпендикулярность плоскости дульного среза к оси канала ствола на 1% при стрельбе из винтовки на дальность 100 м дает отклонение пули больше 10-ти см. При этом контрольный радиус круга, вмещающего лучшую половину пробоин, увеличивается на 10%.
Устройство ствола нарезного огнестрельного оружия
Не обошлось и без недостатков:
Конструкция ствола нарезного оружия
Главное отличие винтовки и карабина заключается в том, что их стволы имеют нарезы.
Нарезы – это борозды на внутренней поверхности канала ствола, которые располагаются винтообразно. Их глубина небольшая, менее одного миллиметра. Но они играют главную роль в определении параметров стрельбы из такого вооружения.
Назначение ствола нарезного стрелкового оружия: получение пулей вращения благодаря каналам. При прохождении ствола, пуля заполняет его до дна нарезов. Этот процесс называется вгрызанием или врезанием пули в нарезы. Вращение задает пуле стабильную траекторию, увеличивает энергию выстрела и сохраняет высокую стартовую скорость пули.
Устройство каналов ствола
Ствол винтовки состоит из трех элементов:
Патронник
У некоторых моделей ружей патронник снабжен продольными канавками, позволяющими облегчить экстракцию пули. По фамилии изобретателя технологии эти элементы называются канавками Ревелли. При выстреле, образовавшиеся в результате сгорания пороха газы распространяются по каналам и оказывают воздействие на гильзу. Давление пороховых газов как бы сжимает ее, облегчая экстракцию пули. Это помогает избежать излишнего трения поверхности гильзы о патронник и заряд получает большее ускорение.
Соединительный конус
Соединительный конус или пульный вход решает сразу несколько задач. Во-первых, он предназначен для задания направления движения пули после ее экстракции. Во-вторых, он является переходником, который постепенно сужаясь, правильно вкладывает пулю в канал ствола и размещает ее относительно нарезов. Для этого конусная часть имеет гладкое поле, в котором постепенно проявляются нарезы, увеличиваясь от нулевого уровня до полного размера. Такая конструкция обеспечивает полную врезку пули в нарезы ствола. Основные требования для этого элемента – плавность возведения нарезов. Слишком крутые гребни могут привести к разрыву или разрушению оболочки пули. Поэтому этот участок на пути пули по нормативам составляет от 0,5 до 1,5 размера калибра.
Нарезная часть ствола
Нарезы ствола – это канавки, расположенные винтообразно на всей протяженности ствола. Каждый нарез имеет особую архитектуру:
Технология изготовления нарезов на производстве заключается в их продавливании и прорезании специальными инструментами – метчиками или дорнами. Процедура выполняется на автоматизированных линиях с использованием высокоточного оборудования.
Нарезы могут закручиваться как в правую, так и в левую сторону относительно траектории пули:
Но на баллистические характеристики стрельбы (кучность боя) направление нарезов влияния не оказывает. А вот деривация приобретает четкое склонение в сторону вращения снаряда.
Калибры нарезного оружия
Калибр ствола наравне с длиной – основные его характеристики. Он указывает на внутренний размер канала ствола. Он обязательно отображен и в инструкции к оружию, и на патронах. А вот измеряться может в различных единицах.
Как измеряются калибры
Если Вы только разбираетесь в оружейной тематике, то Вас может поразить разнообразие калибров, их маркировок и способа исчисления. 20-й калибр оказывается мельче 12-го. Для одних ружей калибры определяются в линиях, для других в миллиметрах. А калибры 3 линии, 300 и 7,62 – это равноправные понятия.
Ситуация сохранилась, и сейчас в различных государствах выпускают охотничьи винтовки и патроны к ним с различными маркировками.
Так, например, в Америке калибры исчисляются точками. Одна точка это 1/100 часть дюйма, и равняется она 0,254 миллиметра.
Калибр в Великобритании измеряют в тысячных частях дюймов. То есть, чтоб привести английский калибр к американскому, следует разделить значение на 10.
В России калибр измеряют линиями. В одной линии содержатся десять точек, а сама она является 1/10 частью дюйма, то есть 2,54 миллиметра. Например, чтоб перевести калибр трехлинейной винтовки Мосина в миллиметры следует умножить 3 на 2,54. При этом получаем 7,62 миллиметров – распространенный в РФ калибр.
Классификация калибров
Если ориентироваться на систему измерения в миллиметрах, распространенные в нашей стране калибры для гражданского вооружения можно объединить в три группы:
Кроме самого калибра, указывающего на диаметр зарядов, при покупке учитываются и другие параметры боеприпасов:
Нарезные патроны, купленные без учета этих параметров, но с верным калибром могут не влезть в патронник или вызвать проблемы при стрельбе. Закупорка ствола может быть причиной его разрыва.
Примеры калибров для винтовок
Прицельные элементы оружия
Для повышения точности стрельбы, на дуле каждого ружья предусмотрены устройства для прицеливания. Базовый комплект называется открытым прицелом и состоит из двух расположенных на стволе элементов:
Таким образом, для точного прицеливания в одну прямую должны сойтись четыре точки в следующей последовательности:
Механический прицел стандартно идет в комплекте с винтовкой, но можно выбрать и установить другой вариант целика или прицельную планку комфортной конфигурации.
Для увеличения результативности охоты к винтовке или карабину стоит купить прицел. По типу конструкции прицелы бывают:
Кроме прицелов охотнику может пригодиться и дополнительная оптика: дальномер, прибор ночного видения или тепловизор. Современные оптические прицелы могут объединить все эти функции, но и стоят такие модели значительно дороже базовых комплектаций.
Стволы стрелкового оружия
Для обеспечения плотной фиксации гильзы соответствующим образом подбираются продольные размеры патронника, причем величины этих размеров определяются способом фиксации гильзы (по закраине, по переднему скату), что, в свою очередь, зависит от конструкции последней.
Если гильза имеет выступающую закраину (фланец), то обычно фиксация осуществляется упором этой закраины в пенек ствола. При таком способе фиксации допускаются большие погрешности в продольных размерах патронника и самой гильзы. Однако подобные гильзы обычно усложняют механизмы подачи патронов и в настоящее время применяются редко, хотя именно под отечественный 7,62-мм винтовочный патрон, имеющий гильзу с выступающей закраиной, рассчитаны все станковые и единые пулеметы: СГМ, ПК/ПКМ, ПКБ, ПКТ, а также снайперская винтовка СВД.
Если гильза имеет не выступающую закраину (бесфланцевая), то обычно фиксация осуществляется скатом гильзы в скат патронника. В этом случае возникает необходимость в достаточно точном изготовлении ската патронника, что заставляет повышать точность изготовления патронников и гильз. Примерами этого могут послужить бесфланцевые 7,62-мм автоматный патрон обр. 1943 г. и 5,45-мм патрон 7Н6, используемые в автоматах и ручных пулеметах Калашникова.
Для пистолетных патронов фиксация гильз чаще всего осуществляется передним срезом дульца гильзы. Такая фиксация обеспечивает наиболее простое устройство патронника при наличии гильзы без выступающей закраины, однако для других видов патронов является ненадежной. Поэтому она применяется только к пистолетным патронам, имеющим цилиндрические гильзы, например, 9-мм пистолетный патрон к пистолету ПМ.
В большинстве видов автоматического оружия начало извлечения (экстракции) гильзы происходит в период, когда давление пороховых газов в стволе сохраняется еще достаточно большим. Хорошая обтюрация пороховых газов осуществляется плотным прилеганием стенок гильзы к стенкам патронника на достаточно большой длине. Для этой цели в тех случаях, когда гильза смещается назад при большом давлении пороховых газов (в системах со свободным и полусвободным затвором), иногда в задней части патронника выполняется цилиндрическая поверхность, которая устраняет прорыв пороховых газов даже при больших ее смещениях назад. Подобная поверхность в значительной степени уменьшает заклинивание конусной части гильзы в патроннике после выстрела и после спада продольных деформаций узла запирания, так как наибольшему заклиниванию подвергаются обычно участки донной части гильзы. В некоторых типах оружия силы трения, возникающие между гильзой и патронником, могут быть настолько большими, что при извлечении гильзы может произойти ее поперечный разрыв или повреждение закраины выбрасывателем. Для уменьшения указанных сил трения иногда в патронниках применяются канавки Ревелли, которые, создавая противодавление на определенной части наружной поверхности гильзы, облегчают ее извлечение (экстракцию). Ввиду сложности изготовления, быстрого загрязнения и затруднений при чистке канавки Ревелли в современном оружии применяются редко.
Пульный вход соединяет патронник с нарезной частью канала ствола и служит для размещения головной части пули с целью обеспечения ее плавного врезания в нарезы ствола. В нарезном оружии пульный вход состоит из двух конусов, первый из которых уменьшает диаметр патронника до диаметра полей нарезов. Второй конус служит для обеспечения постепенного врезания пули в нарезы (в гладкоствольном оружии этот конус отсутствует). От размеров и формы пульного входа во многом зависит кучность боя оружия. Длина пульного входа колеблется от 1 до 3 калибров.
Длина нарезной части ствола каждого образца оружия выбрана из условия получения необходимой начальной скорости пули. Применение одного и того же патрона в образцах оружия с различной длиной ствола позволяет получить различную начальную скорость пули (См. табл.).
В дробовом охотничьем оружии направляющая часть канала ствола гладкая (без нарезов), а его дульная часть может быть сужена (конически или параболически) или расширена. Сужение канала называется чоком. В зависимости от величины сужения, которое улучшает кучность стрельбы, различают получок, средний чок, чок, сильный чок. Расширение в дульной части, называемое раструбом, увеличивает рассеивание дроби и может быть выполнено в виде конуса или иметь другую форму.
Рациональное охлаждение стволов для современного автоматического оружия имеет исключительно большое значение. Ведущие части пули, врезаясь в нарезы, получают существенные пластические деформации и оказывают, таким образом, дополнительное давление на стенки канала ствола. Износ канала ствола вызывается трением о его поверхность оболочки пули, движущейся с большой силой трения с высокой скоростью. Двигаясь вслед за пулей, а также прорываясь частично в зазоры между стенками ствола и пули, газы производят интенсивное тепловое, химическое и эрозионное воздействие на канал ствола, вызывая его износ. Быстрое истирание поверхности канала ствола приводит к потере некоторых необходимых для обеспечения эффективности стрельбы свойств (увеличивается рассеивание пуль и снарядов, теряется устойчивость в полете, снижается ниже заданного предела начальная скорость).
При сильном нагревании ствола понижаются его механические качества; уменьшается сопротивление стенок ствола действию выстрела; это приводит к повышенному износу металла и уменьшению живучести ствола. При сильно нагретом стволе вследствие появления восходящих потоков воздуха затрудняется прицеливание. Высокая температура казенной части ствола может привести к тому, что патрон, досланный в патронник после прекращения стрельбы, может нагреться до самовоспламенения, что делает обращение с оружием небезопасным. Кроме того, большой нагрев ствола затрудняет эксплуатацию оружия. Для того чтобы стрелки не пострадали от ожогов, на оружии монтируются специальные щитки, рукоятки и т. п.
Высокой температурой пороховых газов обусловлен быстрый нагрев стволов автоматического оружия во время стрельбы. Отсюда следует, что интенсивность нагрева ствола зависит от мощности каждого выстрела и режима огня. Для оружия, предназначенного для одиночной стрельбы маломощными патронами (пистолеты), охлаждение ствола имеет второстепенное значение. Для оружия, стреляющего мощными патронами (пулеметы), охлаждение должно быть тем эффективнее, чем больше емкость магазина (ленты) и чем более длительная непрерывная стрельба должна вестись из данного образца оружия. Увеличение температуры ствола выше определенного предела снижает его прочностные характеристики и срок службы. Все это в конечном счете ограничивает режим огня (т. е. допустимое число выстрелов при непрерывной стрельбе).
Воздушное охлаждение получило самое широкое распространение среди современных образцов оружия благодаря своей простоте, однако оно не обеспечивает высокую интенсивность теплоотдачи в воздух.
Особенно эффективным является водяное охлаждение стволов, получившее в прошлом широкое применение в станковых пулеметах. Его особенностью является резкое понижение температуры ствола при незначительных перерывах в стрельбе за счет интенсивной передачи тепла от ствола к охлаждающей жидкости. Для охлаждения ствола пулемета нормального калибра достаточно иметь запас воды в кожухе порядка 3-4 л, а для крупнокалиберного пулемета 5-8 л. Подобная система охлаждения позволяет вести непрерывный огонь до тех пор, пока не выкипит вся вода. Однако наличие кожуха с водой сильно усложняет конструкцию оружия и его эксплуатацию, а также увеличивает уязвимость самого оружия в бою. Примером может послужить отечественный 7,62-мм станковый пулемет Максим обр. 1910 г. Кроме того, водяное охлаждение ствола имеет и ряд недостатков: требуется наличие постоянного запаса воды; при низкой температуре вода замерзает, что может привести к повреждению кожуха и ствола; увеличивается масса оружия в ущерб маневренности; сложность подготовки оружия к стрельбе; высокая уязвимость оружия в бою и т.п.
Из-за указанных недостатков водяное охлаждение стволов в современном стрелковом оружии не применяется, но с успехом используется в автоматическом оружии стационарного типа, например, в корабельных установках.
Существуют два основных вида крепления ствола к ствольной коробке: разъемное соединение стволов со ствольными коробками оружия, предусматривающее быструю смену ствола без разборки оружия, и неразъемное, не предусматривающее.
Крепление отделяющихся при разборке стволов может быть выполнено с помощью байонетного и резьбового соединения, серьги или шпильки. Последние два вида применяются в некоторых пистолетах, обеспечивая удобство разборки и чистки. Примером может служить крепление ствола пистолета Токарева ТТ. Кроме этого, разъемные соединения стволов со ствольными коробками (не обеспечивающие быструю смену стволов) обычно используются в станковых, единых и крупнокалиберных пулеметах ПК, КПВ, ДШКМ, НСВ и их модификациях. Разъемные соединения позволяют в процессе эксплуатации оружия заменять нагревшиеся стволы запасными и тем самым дают возможность вести интенсивный и продолжительный огонь (пока из одного ствола производится стрельба, другой охлаждается). Кроме того, наличие сменного ствола увеличивает живучесть оружия.
Пламегаситель пулемета КПВТ имеет более сложную конструкцию, состоящую из собственно пламегасителя, основания надульника, втулки и поршня ствола. В связи с этим пламегаситель пулемета КПВТ кроме уменьшения яркости дульного пламени обеспечивает увеличение энергии отката подвижного ствола.
На стволах также могут устанавливаться дульные тормоза, предназначенные для уменьшения энергии отдачи ствола за счет отвода части пороховых газов в боковых направлениях и уменьшения его истечения в осевом направлении.