Раздел 9. Теория нарезного ствола

 

Основной частью стрелкового оружия является ствол. Ствол позволяет использовать энергию порохового заряда, сгорающего в зарядной каморе, чтобы сообщить пуле поступательное и вращательное движения, разогнать ее с нужной скоростью и выбросить ее в нужном направлении.

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.

В некоторых образцах оружия, у которых экстракция гильзы происходит при наличии давления пороховых газов в канале ствола, в целях облегчения экстракции делают продольные канавки в патроннике и пульном входе. На схеме 131 изображены канавки в патроннике и пульном входе пулемета ШКАС. Во время выстрела пороховые газы проникают в продольные канавки и оказывают давление на наружную поверхность гильзы, благодаря чему она с меньшим усилием будет прижиматься к стенкам патронника. Такие канавки получили название "канавки Ревелли" по фамилии итальянского оружейника, который их изобрел.

Схема 131. Патронник пулемета ШКАС

Пульный вход служит для обеспечения постепенного врезания пули в нарезы и для придания пуле правильного первоначального направления. Обычно пульный вход состоит из гладкой и нарезной частей. Гладкая часть имеет вид усеченного конуса. Нарезная часть пульного входа имеет поля с отлогим подъемом, постепенно увеличивающимся от нуля до нормальной величины, что обеспечивает врезание пули в нарезы. Эта нарезная часть не должна быть короткой, ибо в таком случае чрезмерной крутизной подъема полей нарезов может быть сорвана и разрушена оболочка пули. Она не должна быть и длинной - в таком случае пуля, получившая свободное ускорение в этой длине, испытывает сильную нагрузку при встрече с повышением полей нарезов, как с препятствием, и ее оболочка может быть также разрушена. Обычно нарезную часть пульного входа делают не менее 0,5 и не более 1,5 величины калибра, в зависимости от особенностей оружия и боеприпасов.

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.

Нарезы представляют собой канавки, вьющиеся вдоль поверхности канала ствола. Каждый нарез-канавка имеет две грани и дно. Грань, которая ведет пулю при движении ее по каналу ствола и на которую давит оболочка пули, движущейся по каналу ствола, называется боевой (схема 132). 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 132. Канал нарезного ствола со стороны патронника

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.

Направление нарезов встречается как правое (Россия, СССР, Германия, Америка), так и левое (Англия и Франция). Правое направление нарезов обусловлено тем, что давление пули на боевые грани нарезов вызывает реакцию кручения ствола в сторону, противоположную направлению вращения пули. Эти напряжения существенны, и они могут или закручивать (завинчивать) ствол в ствольную коробку, или вывинчивать его оттуда. Обычная технологическая резьба в большинстве стран мира правого вращения и, соответственно, ствол с правым направлением нарезов будет "вкручиваться" в ствольную коробку, а не "выкручиваться" из нее. Известно, что даже гайки рано или поздно сами откручиваются, а оружейные стволы при разных направлениях нарезов и резьбы посадки в ствольную коробку открутятся и подавно. Английские и французские стволы с левыми нарезами имеют соответственно левую резьбу соединения со ствольной коробкой. И хотя сейчас даже на спортивном высокоточном оружии стволы запрессованы в ствольные коробки с технологическим "натягом" (что, кстати, увеличивает прочность патронника) и законтрены шпильками (как в автомате АКМ), нарезы отечественных стволов традиционно остались правого вращения.

На качество боя оружия (энергию и кучность) направление вращения нарезов влияния не имеет. Но следует помнить, что при правом вращении нарезов отклонение пули на деривацию будет вправо, а при левом вращении - влево.

Для получения более прочных выступов на оболочке пули после ее врезания в нарезы (схема 134) и для удобства чистки оружия желательно ширину нарезов делать возможно большей.

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.

От глубины нарезов зависит высота выступов на оболочке пули (схема 134). При мелких нарезах незначительный износ полей (выступов) может привести к срыву пуль с нарезов. Исходя из этого глубину нарезов делают возможно большей. Однако с увеличением глубины нарезов увеличивается усилие, необходимое для врезания пули в нарезы, что может вызвать разрыв оболочки или демонтаж (разрушение) пули. Кроме того, глубокие нарезы создают большие выступы на оболочке пули, которые будут увеличивать силу сопротивления воздуха в полете. Учитывая все эти соображения, глубину нарезов делают равной от 1/50 до 1/70 калибра оружия (1,5-2%). Для трехлинейных винтовок и карабинов глубина нарезов равна 0,12-0,15 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.

В практике стрелкового оружия в разное время и по разным причинам применялись различные профили нарезов: прямоугольный, трапецеидальный, сегментный, скругленный и даже комбинированный.

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.

Трапецеидальная форма нарезов похожа на прямоугольную и отличается от нее тем, что смежные грани нарезов не параллельны друг другу. Такая форма нарезов продиктована стремлением сделать деформацию оболочки пули при врезании в нарезы менее резко "сдвинутой" (схема 136) и, соответственно, сохранить ее профиль и механическую прочность, увеличить глубину нарезов и повысить давление в стволе. Оружие с трапецеидальной формой нарезов сложнее и дороже в производстве, чем оружие с нарезами прямоугольной формы, но кучность боя таких стволов лучше. Снайперские винтовки с трапецеидальными нарезами производились и производятся в Австрии фирмой "Манлихер".

Схема 136. Нарезы трапецеидальной формы

Вышеописанные формы нарезов в принципе отвечают эксплуатационным требованиям, но остающиеся в углах нарезов (между дном нареза и гранью) твердые частицы оболочки пули и продуктов сгорания пороха могут вызвать появление коррозии, ибо чистка и смазка углов нарезов затруднена. К тому же углы нарезов неплотно заполняются массой пули, и в этих местах наблюдается прорыв пороховых газов. При этом несколько падает давление в стволе и раскаленные пороховые газы, истекающие по незаполненным местам с большой скоростью, разрушающе действуют на ствол.

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

Недостатки сегментарных нарезов устранены в стволах с нарезами скругленной формы (схема 139), где боевая грань имеет полукруглую форму. В таких нарезах нет углов, они ничем не забиваются, в них не наволакивается свинец. Стволы с такими нарезами очень легко чистить. Но они еще более дороги в производстве, чем сегментарные нарезы, и применяются на очень дорогих охотничьих системах.

Схема 139. Скругленная форма нарезов

В свое время для повышения живучести стволов в некоторых системах поля нарезов делали шире самих нарезов. Такие нарезы были на русской трехлинейной винтовке первых выпусков и на швейцарской винтовке системы "Шмидт-Рубина" (схема 140). С принятием на вооружение патронов с пулями более совершенной формы, в меньшей степени изнашивающей ствол, от такой геометрии нарезов отказались.

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.

Нарезы прогрессивной крутизны заметно улучшают кучность боя ствола, однако они не нашли широкого распространения в стрелковом оружии из-за сложности изготовления и применяются в артиллерийских системах. Такие нарезы выполняются на отдельных образцах особо точного снайперского оружия.

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.

Пуля должна врезаться в нарезы и заполнить их полностью, до самых доньев и немного (очень немного) с излишком. Между поперечными размерами пули и канала ствола должно соблюдаться такое соотношение, при котором площадь поперечного сечения пули на 1-2% превышала бы площадь сечения ствола. Пуля, свободно, с люфтами идущая по стволу, начинает "болтаться" в нем от стенки до стенки, разбивает ствол и отклоняется от прицельного направления. Кучности боя такими пулями не будет. Каналы стволов выполняются очень тщательно, но все равно у стволов одного и того же образца оружия диаметры калибровочных сверлений и расстояния между доньями нарезов не будут одинаковы вследствие износа обрабатывающего инструмента. При стрельбе очередями это значения не имеет, но в снайперской стрельбе становится заметным. Поэтому под каждый ствол желательно подобрать патрон с пулей соответствующего диаметра. Пули винтовочных патронов всегда делаются по диаметру больше, чем номинальный калибр оружия, и даже немного больше расстояния между доньями нарезов (см. табл. 38). Каждый реальный диаметр конкретного канала ствола должен сопрягаться с конкретным диаметром пули. Поэтому при стрельбе какой-либо одной партией патронов кучность стрельбы даже из очень хорошего нового ствола может оказаться неудовлетворительной. Знающие снайперы заранее подбирают подходящие партии патронов по результатам кучности при пробных отстрелах.

Несмотря на то что вышеописанная система измерения калибра ствола "от поля до поля" нареза является международной, в западных странах все больше и больше практикуется измерение калибра "от дна до дна" нареза, что, на взгляд автора, при подборке точного снайперского оружия и боеприпасов более правильно, ибо позволяет сразу ориентироваться в реальных диаметрах ствола и подбирать к ним патроны с пулями соответствующего диаметра. К примеру, калибр американской винтовки М-16 равен 5,6 мм, но он определен по "доньям" нарезов. Калибр нашего автомата АК-74 равен 5,45 мм, но он принят по классическому образцу - по "полям" нарезов. В реальности внутренние калибры обоих образцов оружия одинаковы. Калибр пуль к ним равен 5,61-5,62 мм. Как это ни странно, в практике малокалиберного спортивного оружия изначально утвердилась неклассическая формулировка - по доньям нарезов. Реальный калибр свинцовой безоболочечной пули обычного спортивно-охотничьего малокалиберного патрона равен 5,62 мм, а калибр ствола по доньям нарезов равен 5,59-5,60 мм.

В наше время (очень редко) встречаются трехлинейные снайперские винтовки довоенного выпуска с изумительно кучным боем. У таких винтовок канал ствола выполнялся па 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%.

Форма дульного среза ствола делается такой, чтобы предотвратить случайные повреждения (забоины) поверхности канала ствола в дульной части, нарушающие кучность боя оружия. Наиболее хорошо предохраняет канал ствола от повреждений дульная часть специальной формы с "бортами" (схема 142).

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%.

 

ВЫБОР НОРМАЛЬНОГО КАЛИБРА

 

Калибр винтовок, карабинов и пулеметов от 6,5 до 8 мм, установившийся в конце XIX века и доминирующий в современном оружии, называется нормальным калибром. Калибр меньше нормального (обычно 5,6 мм) называется малым. У многих возникает естественный вопрос, почему винтовочные калибры выбраны именно в таких пределах? Дело в том, что согласно законам физики чем меньше тело, двигающееся в газообразной среде, тем больше удельное сопротивление этой среды оно испытывает. Чем больше тело, тем меньше ему сопротивляется окружающая газообразная атмосфера. Это довольно сложный физический процесс. Пули малых калибров даже при огромной начальной скорости 1200-1300 м/с из-за большого удельного сопротивления очень быстро теряют скорость и не летят далее 2,5 км. После дистанции 400-500 м их траектории резко понижаются и пробивная способность падает. В то же время гаубичный 120-мм снаряд с начальной скоростью 550 м/с в состоянии пролететь 12 км и более. Да, при стрельбе на реальных дистанциях общевойскового боя 400 м при малых калибрах можно значительно улучшить настильность траектории при начальной скорости пули 900-950 м/с. При этом увеличивается дальность прямого выстрела до 450-470 м. Однако для снайперской и пулеметной стрельбы на дальние дистанции это не годится. При стрельбе на большие дальности легкая пуля с уменьшенным калибром теряет все преимущества. Кроме того, во все времена была целесообразность применения единого патрона для винтовок и пулеметов.

Пули нормального калибра при средних скоростях 750- 850 м/с летят довольно далеко. Увеличивать калибр более 8 мм уже нецелесообразно из-за увеличения веса оружия и носимого запаса патронов. Убойное действие пули нормального калибра сохраняется даже на ее излете. Траектория пули нормального калибра достаточно настильна и предсказуема для точной стрельбы на дистанциях до 1300 м, поэтому снайперские винтовки во всех странах мира и боеприпасы к ним изготавливаются под нормальный калибр.

Стволы малых калибров имеют более кучный бой, чем стволы калибров нормальных. Это объясняется тем, что бой оружия тем кучнее, чем больше его удельная длина в калибрах. Но по вышеизложенным причинам эффективность применения малых калибров в снайперской практике носит спорный характер.

 

ВИБРАЦИЯ СТВОЛОВ

 

Как показывает практика, стволы огнестрельного оружия приходят при стрельбе в колебательное движение (схема 143). Характер и размах колебания зависят от многих факторов: длины ствола, его поперечных размеров, наличия и места расположения сосредоточенных масс, условий крепления, массы и т. д. Колебания ствола при выстреле происходят преимущественно в вертикальной плоскости. С изменением длины ствола меняются условия колебаний и периодически изменяется рассеивание, проходя последовательно через максимум и минимум. На качество стрельбы это имеет очень большое влияние вследствие изгиба ствола на старых системах. Чтобы уменьшить колебания ствола, его прижимали к ложе ствольными накладками. Спортивное оружие делают с толстыми массивными стволами, это значительно уменьшает колебания стволов при стрельбе и заметно повышает кучность боя, но в качестве боевого оружия такие системы непригодны из-за "неподъемности" - они весят от б до 8 кг. В трехлинейных снайперских винтовках кучность боя заметно повышали очень прочным "глухим" креплением штыка. Штык, работая как противовес, почти вдвое уменьшает колебания ствола и на столько же улучшает кучность боя. Но только очень плотно "посаженный" на ствол и зажатый в креплении штык. Если он будет качаться на стволе, разброс от этого только увеличится. Следует учесть, что винтовку, пристрелянную ранее без штыка, при постановке штыка нужно заново пристреливать. Штык, расположенный справа, смещает центр тяжести оружия и, следовательно, изменяет его балансировку. Штык отклоняет центр тяжести вправо, тогда как сила отдачи действует в направлении оси канала ствола и смещает оружие влево при стрельбе. При этом средняя точка попадания отклонится влево. Опытами установлено, что при стрельбе со штыком на дистанции 100 м средняя точка попадания (СТП) отклоняется влево на 6-8 см и вниз на 8- 10 см. Это смещение СТП компенсируется приведением винтовки к нормальному бою заново и в обычном установленном порядке.

Схема 143. фазы колебания дульной части ствола

К винтовке СВД подходит штык автомата АКМ, но пристреливать ее со штыком не принято. Штык удлиняет и без того длинную СВД. Вместо этого для улучшения кучности боя на ствол СВД плотно прикрепляют противовес - стальной или свинцовый, весом от 0,5 до 2 кг - по желанию и темпераменту стрелка. Место прикрепления противовеса выбирается опытным путем, эмпирически. Противовес нежелательно зажимать на стволе винтами во избежание деформирования стенок ствола. Обычно противовес плотно приматывают к стволу матерчатой изолентой.

Колебания ствола при выстреле и причины, их порождающие, полностью не изучены, и в их природе до сих пор много необъяснимого. Считается (и математически доказано), что обеспечить вылет пули в одну и ту же фазу колебаний практически невозможно из-за неизбежного разброса времени движения пули по каналу ствола вследствие влияния различного рода причин (разброс максимального давления газов, веса пули, качества пороха и т. д.). Но как-то старичок оружейник, обстукав деревянной палочкой в общем-то неплохой ствол винтовки АВ калибра 7,62 мм и нанеся мелом вертикальную риску сантиметрах в пятнадцати от дульного среза, сказал автору: "Это мертвая точка, в которой колебаний ствола нет! Отрежьте кусок ствола по этой отметке, и вы не пожалеете!" Авторитет этого мастера был велик, и в том, что он сказал, никто не засомневался. После того как ствол укоротили до отметки, указанной мастером, кучность не просто резко улучшилась - она улучшилась фантастически. На дистанции 100 м разброс не выходил за габарит трехкопеечной монеты.