Стрелковое оружие можно условно разделить на два основных класса – оружие с ручной перезарядкой и автоматическое оружие. В первом случае для производства каждого выстрела стрелок должен своими руками проделать определенные действия для извлечения и удаления стреляной гильзы, подачи нового патрона в ствол, запирания ствола и взведения ударно-спускового механизма.
Во втором случае все эти операции оружие проделывает само, автоматически и без участия стрелка, используя либо энергию предыдущего выстрела (чаще) либо же энергию внешнего привода (электрического, гидравлического и т.п.). В начинаемой серии статей мы рассмотрим различные принципы построения автоматики оружия, начав с самого простого, известного как «свободный затвор».
Необходимо отметить, что абсолютное большинство современных патронов для стрелкового оружия, за исключением разве что немногочисленных специальных «бесшумных» патронов с отсечкой газов, имеют гильзы, не способные выдержать полное давление пороховых газов при выстреле.
Для пистолетных патронов типичные значения пиковых давлений при выстреле составляют порядка 2000 кг/см2, для винтовочных же давления могут достигать вдвое больших величин. Поэтому в момент выстрела необходимо удерживать патрон не только с боков (что обеспечивают стенки патронника ствола), но и с донной части.
Деталь, обеспечивающая это удержание, обычно называется затвором. В оружии с ручным перезаряжанием в момент выстрела затвор, как правило, жестко сцеплен со стволом, и его расцепление для перезарядки осуществляется вручную. Во многих системах автоматического оружия в момент выстрела затвор также жестко связан со стволом, и для его отпирания и перемещения (для извлечения стреляной гильзы и досылания свежего патрона) используется энергия, тем или иным образом накопленная в процессе предыдущего выстрела.
Однако еще на ранних этапах создания автоматического оружия было обнаружено, что при сравнительно невысоких давлениях и малом времени нахождения пули в стволе нет необходимости жестко сцеплять затвор со стволом – вполне достаточно его инерции и силы подпирающей его сзади пружины, главное чтобы затвор был существенно тяжелее пули. При этом следует иметь в виду, что в период наиболее высокого давления в стволе роль пружины в торможении затвора весьма незначительна, основная часть работы приходится на инерцию затвора. Пружина необходима для того, чтобы удерживать затвор в переднем положении до выстрела, а затем после отката полностью или частично затормозить затвор и потом вернуть его в перенее положение, завершив новый цикл перезарядки.
Одной из первых рабочих систем, созданных на основе несцепленного или «свободного» затвора стал пистолет Bergmann M1894, разработанный конструктором Луисом Шмайсером. Поначалу патроны для этих пистолетов даже не имели проточки для зуба экстрактора, и стреляные гильзы выбрасывались из ствола только остаточным давлением пороховых газов.
Однако, в дальнейшем от такой конструкции патронов отказались, ибо она резко затрудняла разряжение оружия по окончании стрельбы или при осечке. Вскоре за Шмайсером патент на пистолет со свободным затвором получил и легендарный конструктор Хайрэм Максим, однако его пистолет, весьма элегантный на вид и простой по конструкции, в серии так и не выпускался.
Настоящий успех к пистолетам со свободным затвором пришел в 1900 году, когда в Бельгии на заводе FN начался массовый выпуск одного из самых удачных пистолетов того времени – модели М1900 конструкции американца Джона Браунинга.
В начале 20 века появилось и несколько довольно удачных самозарядных охотничьих карабинов со свободным затвором, в первую очередь карабинов американской компании Winchester.
Эти карабины (моделей 1905, 1907 и 1910 годов) выпускались под патроны сравнительно небольшой мощности (по крайней мере, на фоне армейских винтовочных патронов той эпохи) и имели затвор, состоящий из двух частей – собственно затвора, подпиравшего ствол, и жестко связанной с ним дополнительной массы, расположенной под стволом в цевье.
Однако большого распространения в карабинах и винтовках эта схема не получила, ибо с ростом мощности патрона росла и потребная для безопасной работы оружия масса затвора; так, для типичного армейского винтовочного патрона того времени масса свободного затвора должна была составлять порядка 4-5 килограмм.
Первая Мировая война породила принципиально новый класс оружия, в котором применение свободного затвора стало почти повсеместным – это пистолеты-пулеметы. Первый серийный пистолет-пулемет МР.18, созданный сыном уже упоминавшегося Луиса Хуго Шмайсером на той же фирме Бергмана, фактически заложил основы конструирования этого класса оружия по настоящее время.
У ранних образцов пистолетов-пулеметов затвор размещался в ствольной коробке позади казенной части ствола, как у МР.18. Однако с конца 40-х годов все большую популярность стала приобретать схема с «телескопическим» затвором, в которой значительная часть массы затвора находится впереди зеркала затвора (торцевой части, в которую в момент выстрела упирается дно гильзы).
Подобная схема получила распространение в самозарядных пистолетах начиная с пистолетов Браунинга 1900-го и 1903-го годов, а в опытных пистолетах-пулеметах она появилась в начале 30-х годов в японской системе Намбу модель 1.
В годы Первой Мировой войны и после нее схема со свободным затвором получила небольшое распространение в 20мм автоматических пушках, начиная с германской пушки системы Беккера. В дальнейшем, однако, от такой схемы автоматики в пушках постепенно ушли, так как она не обеспечивала удовлетворения требований к росту баллистики снарядов, что, понятное дело, требовало более высоких давлений в стволе, а значит и непомерно тяжелых свободных затворов.
Возрождение схемы автоматики со свободным затвором в относительно крупнокалиберном оружии произошло в конце 1960х годов, с появлением автоматических гранатометов калибром 40мм (а позже и 30-35мм). Выстрелы для таких гранатометов имели достаточно скромную баллистику и невысокие рабочие давления в стволе, что позволяло успешно применять в них свободный затвор.
Значительные вибрации, создаваемые массивным затвором при стрельбе, также не создают для таких гранатометов существенной проблемы, так как они, во-первых, стреляют со станка, а во-вторых, как правило, применяются «по площадям», где определенное рассеивание попаданий является скорее даже плюсом чем минусом.
В целом, основным достоинством схемы со свободным затвором является ее простота и дешевизна. Основной недостаток этой схемы – это то, что масса затвора и сила пружины должны быть четко сбалансированы с мощностью патрона.
Если затвор слишком легкий, то повышается риск слишком быстрого отпирания ствола и последующего разрыва гильз от все еще высокого давления в них. Слабая пружина может повлечь проблемы с досыланием патронов в накате (при загрязненном оружии, например) или инерционный отход затвора от казенной части ствола при резких перемещениях оружия. Кроме того, при слишком сабой пружине затвор будет слишком энергично ударяться в ствольную коробку или рамку оружия в конце отката, повышая износ оружия и подброс ствола после выстрела. Если пружина слишком жесткая, то оружие становится сложно перезаряжать вручную, а слишком тяжелый затвор резко повышает вибрацию оружия при стрельбе, сводя на нет точность, особенно в режиме стрельбы очередями.
Кроме того, повышение мощности патрона (конкретно – силы давления газов на дно гильзы) по необходимости влечет за собой повышение массы затвора. Как уже упоминалось выше, для типичного винтовочного патрона масса свободного затвора должна достигать 4-5 килограмм, для промежуточного автоматного – 2-3 кг.
Именно поэтому основное распространение система со свободным затвором получила в оружии под сравнительно слабые пистолетные патроны. Да и то, нужно учесть, что масса затвора для патрона 9х19 Люгер должна составлять несколько сотен грамм, что затрудняет использование этой схемы в обычных пистолетах под этот или более мощные патроны.
Известно очень немного попыток создать пистолет со свободным затвором под патрон 9х19 или более мощные, и практически все из них были малоудачными. Пистолеты-пулеметы, как правило, имеют гораздо менее жесткие ограничения по весу и габаритам, а также длине отката затвора, и в них свободный затвор успешно применяется практически во всех пистолетных калибрах, включая 9х19, .40SW и .45ACP.
