Пневматическая винтовка нового типа

НИОКР
Пневматическая винтовка нового типа
Реферат
Цель проекта - разработка физической модели пневматической винтовки, которая может быть использована при проектировании пружинных
пневматических винтовок. Предположительно, пневматические винтовки,
спроектированные на основе данной модели, будут обладать улучшенными
тактико-техническими характеристиками.
Модель представляет собой такую компоновку винтовки, при которой
ствол служит в качестве штока поршня. Казенная часть ствола располагается
в головке поршня и сообщается с рабочей камерой, образованной подвижным цилиндром, приводимым в движение пружиной растяжения. Пружина
передним концом закреплена на колодке винтовки, а задним - на втулке цилиндра, ствол располагается внутри пружины. В винтовке параллельно стволу расположен трубчатый магазин для сферических пулек с подающей пружиной. В головке поршня устроен поперечно - скользящий затвор и механизм сканирования в виде подпружиненного фигурного рычага. При работе
фигурный рычаг взаимодействует задним концом с затвором и периодически
взаимодействует передним концом с втулкой цилиндра. Этим обеспечивается
автоматическое перезаряжание при каждом взводе винтовки. В устройстве
использовано спусковое устройство с низким спусковым усилием. Также использован механизм ускоренного взвода, включающий плечевую подвеску и
гибкую тягу. Гибкая тяга передним концом прикреплена к цилиндру, а задним - к области плеча стрелка посредством плечевой подвески.
Методика эксперимента включала физическое моделирование и техническое конструирование. Новизна исследования подтверждена патентами РК
на изобретения, все работы проведены автором самостоятельно.
В случае использования данной модели пневматической винтовки могут быть получены следующие технические результаты: уменьшение габаритов и громкости стрельбы, повышение скорострельности до двух выстрелов в
секунду. Новая конструкция винтовки отличается удобством обращения,
уменьшением отдачи и повышением кучности стрельбы за счет уменьшения
спускового усилия.
Abstract
Aim of the projekt - development of a physical model of an air rifle which
may be used in spring air rifles designing. Air rifles developed on the basis of this
model are supposed to have improved tactical and technical characteristics.
The model is arranged so that the barrel serves as a piston rod. The breech
end of the barrel is located on the piston head and is connected to a working
camber, formed by a moving cylinder activated by a spring. The front end of the
spring is fixed to the gear case of the rifle and the rear end - to the cylinder sleeve,
the barrel is placed inside the spring. A tubular magazine supplied with a spring for
spherical bullets is located in parallel to the barrel. In the piston head broadside
slipping bolt and scanning mechanism in the form of spring-controlled figure lever
are placed. In operation the rear end of the figure lever interacts with the bolt and
the front end of the lever periodically interacts with the cylinder sleeve. Thus
automatic re-charge is ensured. A trigger with a low pull is used as well as the
mechanism of rapid activation switching arm suspension and cable. The front end
of the cable is connected to the cylinder and the rear end - to the area of the
shoulder of the rifleman by means of the arm suspension.
The technique of the experiment included physical modeling and design
engineering. The novelty of the studies is proved by the patents of the RK, all
works were performed by the author independently.
In case of application of this model of air rifle the following technical
results may be obtained: reduction in the dimensions and loudness of shooting,
increase in the rate of fire up to two shots per second. A new design of the rifle is
characterized by convenience of handling, reduction of recoil and improvement of
close pattern of shooting at the expense of the decrease in pulling effort.
2
Принципиальная схема
На рис. 1 приведена схема, поясняющая общую принципиальную компоновку винтовки. Верхняя часть рисунка (пункт а) изображает винтовку в
невзведенном состоянии, нижняя (пункт б) - во взведенном.
Рис. 1. Схема общей принципиальной схемы винтовки.
1- ствол - шток; 2 - головка поршня; 3 - цилиндр; 4 - втулка цилиндра; 5 - цилиндрическая пружина растяжения; 6 - колодка; 7 - шептало спускового устройства.
Из схемы видно, что ствол 1 служит в качестве штока головки поршня
2. Казенная часть ствола располагается в головке поршня и сообщается с рабочей камерой, образованной подвижным цилиндром 3 с втулкой 4, приводимым в движение посредством пружины растяжения 5. Пружина задним
концом закреплена на втулке 4 цилиндра, а передней - на колодке 6, ствол
располагается внутри пружины. В передней части цилиндра имеется ряд отверстий для свободного прохождения воздуха (изогнутой стрелкой обозначен
поток воздуха). В нижней части корпуса условно обозначено шептало 7 спускового устройства, служащее для фиксации цилиндра во взведенном положении.
Сравнение с традиционной схемой
На рис. 2 приведена принципиальная схема наиболее употребительной
компоновки пружинной винтовки. Пунктом а обозначена винтовка в спущенном состоянии, пунктом б - во взведенном.
3
Рис. 2 Принципиальная схема традиционной компоновки.
1 - ствол; 2 - поршень; 3 - цилиндр; 4 - цилиндрическая пружина сжатия.
В этой схеме ствол 1 располагается в передней части слева от цилиндра
3. Внутри цилиндра располагается поршень 2 в виде стакана, внутри которого расположена цилиндрическая пружина сжатия 4. Цилиндр, поршень и пружина образуют компрессор, который также иногда называют метательным
механизмом. Обычно такие винтовки делают по схеме “переломок”, ствол
установлен на шарнире и может качаться в вертикальной плоскости относительно компрессора. В момент переламывания происходит взведение компрессора, поскольку поршень связан со стволом шарнирным толкателем.
Спусковое устройство удерживает поршень во взведенном состоянии. Стрелок получает возможность вручную вложить пульку в казенную часть ствола,
выпрямить винтовку и произвести выстрел.
Поршень в виде стакана изготавливается из высокопрочной стали, так
как он испытывает значительные нагрузки при работе. Из-за этого он получается очень массивным, что приводит к увеличению времени срабатывания
компрессора, значительной отдаче и громкому удару. Всегда остается возможность заклинивания поршня внутри цилиндра и даже поломка поршня.
На следующем рисунке приводится сравнение габаритов традиционной
и предложенной компоновок винтовок.
Рис. 3. Сравнение габаритов традициионной и предложенной компоновок винтовок.
Видно, что данная схема по сравнению с традиционной позволяет почти в два раза уменьшить длину винтовки при одинаковой длине ствола. Однако после сравнения с традиционной схемой становится ясно, что в принци4
пе заряжание винтовки возможно только через дульную часть, что является
существенным недостатком предложенной схемы. В следующем параграфе
приводится механизм, позволяющий осуществлять ручную или автоматическую перезарядку винтовки через дульную часть.
Вариант изготовления механизма перезарядки
Поскольку казенная часть ствола открывается в полость подвижного
цилиндра, представляется на первый взгляд невозможным осуществить перезаряжание макета с казенной части. В данном параграфе на рис. 4 приводится
один из возможных вариантов изготовления механизма перезарядки, расположенного с наружной части ствола.
Рис. 4. Механизм перезарядки с дульной подачей пулек. А - исходное положение, В - рабочее положение.
1 - трубчатый магазин; 2 - сферическая пулька; 3 - продольно-скользящий затвор; 4 - ствол.
На схеме обозначен трубчатый магазин 1 с помещенными в нем сферическими пульками 2. Трубчатый магазин обозначен условно и может иметь
плавный изгиб под 90 градусов с тем, чтобы он располагался параллельно
стволу и не увеличивал габаритов винтовки. Также он может иметь пружину
для подачи пулек. Продольно - скользящий затвор имеет плоскую форму и
выполнен с возможностью продольного сканирования по затворной раме. В
верхней части ствола 4 имеется отверстие, в которое может проходить пулька. Продольно - скользящий затвор может быть подпружинен и иметь механическую связь с рукой стрелка, которой тот может управлять положением
затвора. В другом варианте исполнения затвор может иметь механическую
связь с подвижным цилиндром с возможностью автоматической перезарядки.
Во время работы при переднем положении затвора пулька проваливается в
отверстие затвора и подается в отверстие ствола с последующим засасыванием или скатыванием в казенную часть ствола. Этим исключается возможность подачи в ствол более одной пульки. Ниже будет приведен другой вариант исполнения механизма перезарядки с казенной части, который был осуществлен в данном проекте.
5
Механизм ускоренного перезаряжания
В данной конструкции может быть использован механизм ускоренного
перезаряжания, который позволяет уменьшить время перезаряжания оружия
и увеличить удобство обращения с ним.
Рис. 5. Принципиальная схема механизма ускоренного перезаряжания с гибкой тягой.
1 - плечевая подвеска; 2 - гибкая тяга; 3 - корпус оружия; 4 - ударный механизм.
На рисунке 5 приведена принципиальная схема механизма ускоренного
перезаряжания с гибкой тягой. Здесь номером 1 условно обозначена плечевая
подвеска, петля которой надевается на плечо стрелка. Более подробное описание подвески приводится на следующем рисунке. Номером 2 обозначена
гибкая тяга, которая в простейшем случае может представлять собой прочную веревку. Номер 3 - это корпус оружия с размещенным на нем или в нем
ударным механизмом 4. Под ударным механизмом понимается, например,
винтовочный боек на направляющих с пружиной или поршень (цилиндр) с
пружиной пневматической винтовки.
Рис. 6. Схема плечевой подвески.
1 - ременные петли; 2 - пряжки; 3 - тросик регулируемой длины; 4 - узел регулировки длины тросика; 5 - соединительный ремень.
На рисунке 6 приводится схема плечевой подвески, которая надевается
на плечевой пояс стрелка. Здесь 1 - ременные петли, которые должны обладать достаточной прочностью для того, чтобы выдерживать значительные
напряжения, которые возникают при работе подвески. Пряжки 2 служат для
подгонки подвески под фигуру стрелка. К тросику регулируемой длины 3
крепится крепежный карабин гибкой тяги (см. рис. 5) с возможностью перемещения вдоль тросика. Узел регулировки длины тросика 4 служит для из6
менения его длины в зависимости от фигуры стрелка. Соединительный ремень 5 соединяет обе ременные петли и препятствует их соскальзыванию с
плеч стрелка.
Спусковое устройство
В данном разделе приводится описание спускового устройства, которое
может быть использовано в пневматической винтовке.
Рис. 7. Схема спускового устройства.
Спусковое устройство размещено в корпусе оружия 1, снабженного рукояткой 2, в котором имеется ударный механизм 3, имеющий возможность
совершать возвратно - поступательное движение по направляющим. Ударный механизм подпружинен при помощи упругого элемента 4. На ударном
механизме укреплены кулачок 5 и зацеп 6. Орех 7 выполнен с осью 8, расположенной в его задней части и подпружинен относительно корпуса 1 при помощи пружины 9. Орех имеет взводящий рычаг 10, выполненный с возможностью взаимодействия с кулачком 5, и шептало 11, выполненное с возможностью взаимодействия с зацепом 6. Тяга 12 имеет возможность совершать
возвратно - поступательное движение по направляющим и подпружинена
при помощи пружины 13. Задняя часть тяги имеет возможность контактировать с уступом ореха, имеется также паз для взаимодействия с верхним плечом 14 cпускового рычага 15, установленного на оси 16.
Рассмотрим, за счет чего достигается снижение спускового усилия. Для
этого обратимся к рис. 8. На рисунке для простоты рассмотрения исключена
тяга, изображенная на рис. 13, что не меняет существа дела.
Рис. 8. Схема разложения сил на спусковом устройстве.
Из схемы разложения сил, действующих на элементы спускового устройства видно, за счет чего создается снижение спускового усилия: Во взве7
денном состоянии ударный механизм действует на шептало с силой F, создающей относительно оси момент сил, равный Fd, где d - плечо момента расстояние от оси до вектора силы F. Усилие стрелка, прикладываемое к
спусковому крючку 12, должно преодолеть не силу F, а силу f, с которой уступ ореха давит на верхнее плечо спускового рычага и которая создает момент f D. Здесь D - плечо силы, т.е. расстояние от оси ореха до точки контакта уступа ореха с верхним плечом спускового рычага. Величину силы f можно найти из равенства Fd=f D. Она будет равна f=Fd/D. Поскольку d<D то и
f<F, а следовательно и усилие спуска уменьшится, что повысит точность выстрела.
Устройство винтовки
Общая схема
Винтовка (рис. 9) состоит из корпуса 1 с колодкой 2, в колодке закреплены параллельно друг другу ствол 3 и трубчатый магазин 4, в тыльной стороне которых смонтирована головка поршня 5. Втулка 6 выполнена с возможностью свободного перемещения по стволу и трубчатому магазину, в ней
помимо отверстий для ствола и трубчатого магазина предусмотрены дополнительные отверстия для сообщения камеры, образованной стенками цилиндра, втулки и поршня, с атмосферой. На втулке установлен цилиндр 7 с креплением гибкой тяги 8. Пружина растяжения 9 одним концом закреплена за
колодку 2, а другим - за втулку 6, для этого на соответствующие места колодки и втулки нанесены спиральные пазы, соответствующие форме концов
пружины, на которые она навинчена как на резьбу.
Рис. 9. Фронтальное сечение пневматической винтовки
во взведенном состоянии.
8
Гибкая тяга 10 одним концом закреплена за крепление 8, а другим - за крепежный карабин 11. В верхней части цилиндра установлен упор 12, а в его
нижней части - зацеп 13. Неподвижно относительно корпуса 1 установлен
кулачок 14, вместо которого в другом варианте исполнения для более мягкой
работы может быть установлен ролик. Неподвижно относительно корпуса 1
установлен кожух 15 с возвратным упругим элементом 16, который может
представлять собой пружину растяжения или резиновый жгут. К возвратному
упругому элементу прикреплена вспомогательная гибкая тяга 17, которая
другим своим концом прикреплена примерно к середине гибкой тяги 10.
Сферические пульки 18 размещены внутри трубчатого магазина 4 и подпираются подающей пружиной 19, закрепленной передним концом на держателе 20, зафиксированном при помощи защелки 21 (пружина защелки на схеме
не показана). В нижней части корпуса установлен спусковой механизм, состоящий из ореха 22, на большом плече которого установлено шептало 23, а
непосредственно над осью расположен взводящий рычаг, выполненный с
возможностью взаимодействия с задней частью зацепа 13. Орех 22 подпружинен относительно корпуса при помощи пружины со стержнем 24. Спусковая тяга 25 выполнена с возможностью совершения возвратно - поступательного движения по направляющим, закрепленным на корпусе 1 и подпружинена относительно корпуса при помощи пружины со стержнем 26. Спусковая
тяга имеет в задней части ступеньку для взаимодействия с орехом 22, а в
средней части - паз для взаимодействия с верхним плечом спускового рычага
27, нижнее плечо которого представляет собой спусковой крючок. На корпусе 1 установлены рукоятка для удержания 28 и рукоятка управления огнем
29. В верхней части смонтировано прицельное приспособление 30. В тыльной части корпуса 1 может монтироваться приклад. В комплект входит также
регулируемая плечевая подвеска 31 с гибким регулируемым тросиком 32.
Более подробное описание регулируемой плечевой подвески приведено на
рис. 12. Боевая пружина может быть усилена дополнительными упругими
элементами, например, в виде резиновых жгутов или пружин растяжения, которые могут располагаться по ее краям и закрепляться передними концами за
колодку 2, а задними - за втулку 6.
9
Головка поршня с затворным механизмом
На рис. 10 приведена более подробная схема поршня с затворным механизмом.
Рис. 10. Схема поршня с затворным механизмом.
Поршень состоит из корпуса 33, представляющего собой металлический стакан с пазами 34 и отверстиями для шпилек 35. На корпусе 33 жестко закреплены ствол 3, трубчатый магазин 4 и затворная рама 36. На затворной раме
36 выполнена круговая проточка для компрессионной резиновой манжеты 37
и отверстие для сообщения с рабочей камерой. Внутри затворной рамы 36
размещается подвижный затвор 38, выполненный в виде металлической пластины, которая имеет возможность перемещаться по направляющим перпендикулярно стволу 3 и магазину 4. В центре затвора выполнено гнездо 39 для
пулек в виде ступенчатого сквозного отверстия и глухие пазы 40. Корпус за10
крывается шайбой 41, в которой предусмотрены отверстия для шпилек 35,
отверстия с резьбой для ствола и магазина и отверстия 42 для фигурного рычага 31. Корпус 33 герметизируется резиновой прокладкой 43. Вся система
стянута шпильками, проходящими через отверстия 35. Фигурный подающий
рычаг 31 (его положение в обозначено пунктирной линией) представляет собой изогнутый стержень, имеющий с одной стороны петлю, а с другой - два
свободных конца. Петля снизу охватывает ствол 3 и трубчатый магазин 4, а
свободные концы пропущены через отверстия 42 шайбы 41, затем через резиновую прокладку 43, продольные пазы 34 корпуса 33 и упираются в глухие
пазы 40 затвора 38. Фигурный рычаг 31 опирается на шайбу 41 с образованием двух плеч и с возможностью качания вокруг точки опоры. Плечо с петлей
контактирует при работе с втулкой 6 (см. рис. 15), а плечо с двумя свободными концами, перемещаясь при качании перпендикулярно стволу 3 и магазину 4, производит перемещение затвора 38. Резиновая прокладка 43, кроме
герметизирующей функции несет также функцию упругого элемента, работающего на возврат затвора 38 в крайнее нижнее положение. Кроме того, она
выступает за габариты корпуса 33, выполняя функцию центрирования поршня в цилиндре и предохранения поверхности цилиндра от повреждения. Подающий рычаг 31 может дополнительно подпружиниваться не показанными
на схеме упругими элементами, расположенными внутри корпуса 33.
Описание работы винтовки
Винтовкой пользуются следующим образом: Стрелок надевает на себя
плечевую подвеску 31, в случае необходимости отрегулировав длину выпуска тросика 32 и габариты подвески под свою фигуру при помощи пряжек. Затем снаряжает трубчатый магазин 4, насыпав в него сферические пульки (порядка нескольких десятков штук) и подперев их подающей пружиной 19 с
последующей фиксацией держателя пружины 20 в защелке 21. Затем подвешивает винтовку на тросике при помощи крепежного карабина 11. Так стрелок может удобно переносить винтовку в висячем вдоль корпуса положении.
Для осуществления выстрела (рис. 11а) он берется правой рукой за рукоятку для удержания 29 (см. рис. 9), левой - за рукоятку управления огнем
28 и с усилием отводит руки, удерживающие винтовку, от корпуса, преодолевая сопротивление пружины 9. В заключительной фазе этого движения
(рис. 11б) цилиндр 7 под действием гибкой тяги 10, уходит в крайнее заднее
положение, при этом зацеп 13 своей задней частью воздействует на взводящий рычаг, который поворачивает орех 22, поднимая шептало 23. Тяга 25
под действием пружины 26 совершает движение в заднее положение и заскакивает своей ступенчатой частью под нижний торец ореха 22.
11
рис. 11 - Cхема взаимодействия элементов винтовки при заряжании и выстреле.
Зацеп 13 становится на шептало 23, кулачок 14 препятствует вертикальному
отклонению цилиндра 7, чем обеспечивает его более надежную фиксацию. В
головке поршня 5 происходит перемещение затвора 38 в крайнее верхнее положение (рис. 12а,б) под действием фигурного рычага 31 вследствие надавливания на его плечо заднего торца втулки 6 цилиндра.
12
Рис. 12. Схема взаимодействия элементов затворного механизма в работе.
Крайняя пулька под давлением остальных пулек, находящихся под воздействием подающей пружины 19, попадает в гнездо затвора 39. После этого (рис.
11в) стрелок приближает руки, удерживающие винтовку, к корпусу. При
этом происходит ослабление гибкой тяги 10 и устранение ее провисания посредством воздействия вспомогательной гибкой тяги 17, находящейся под
действием упругого элемента 16.
Для производства выстрела (рис. 11г) стрелок нажимает на спусковой
крючок, при этом верхнее плечо спускового рычага 27 давит на паз тяги 25,
которая уходит в переднее положение, преодолевая сопротивление пружины
26. Задняя ступенчатая часть тяги 25 выходит из зацепления с орехом 22, который под действием пружины 9 поворачивается на оси и шептало 23 опускается. Под действием пружины растяжения 9 цилиндр 7 начинает совершать
13
рабочий ход, в этот момент втулка 6 перестает отжимать фигурный рычаг 31
затвора (рис. 12в,г), который под действием прокладки 43 уходит в нижнее
положение вместе с размещенной в гнезде пулькой. Таким образом, в начале
рабочего движения цилиндра пулька подается в канал ствола и в дальнейшем
получает ускорение. Происходит выстрел. После этого цикл перезаряжание выстрел может быть повторен до полного исчерпания пулек в трубчатом магазине.
Заключение
На основании проведенной работы можно сделать следующие выводы:
1. Предложенная схема компрессорной пневматической винтовки позволяет
значительно снизить ее габариты, понизить громкость выстрела, повысить
темп стрельбы и надежность.
2. После заводской доработки данная схема пневматической винтовки может
быть рекомендована к производству.
Литература
1. Шакиров А.Л., “Пневматическая винтовка”, заявка №980709.1 от 20.07.98,
патент РК №8021 //“Промышленная собственность”, №9-1 (40) 1999; №10
2001.
2. Гирфанов М.Г. Шакиров А.Л., “Ускоритель перезаряжания стрелкового
оружия”, заявка №960975.1 от 12.12.96, патент РК №5358 // “Промышленная
собственность”, №4-1 (19) 1997; №7-1 (38) 1999.
3. Шакиров А.Л., “Спусковое устройство стрелкового оружия”, заявка
№980793.1 от 20.08. 98, патент РК №8080 // “Промышленная собственность”,
№10-1 (41) 1999; №10 2001.
14