Валерий Шилин
«Энигма-3»: записки инженера Никонова
Разработка автомата нового поколения
Страницы истории создания автомата АН-94
Темой данной главы доклада являются мотивы организации работ по созданию перспективного образца индивидуального автоматического оружия, и их результаты, в итоге которых, на вооружение Российской Армии был принят 5,45мм автомат Никонова, получивший индекс АН-94.
Автор доклада и нового образца изучил и выдвинул свое видение возможных принципов функционирования автоматического оружия и выбора наиболее рациональной схемы конструктивного воплощения.
Концепции перевооружения мотопехоты стрелковым оружием под малоимпульсные патроны
В 60–70 годы на вооружение большинства армий мира принято новое поколение образцов стрелкового оружия. Перевооружение было связано с необходимостью существенного повышения эффективности индивидуального оружия пехотинца (увеличения вероятности поражения цели), и в ведущих в области вооружений странах мира поставленная задача была решена наиболее реальным путем – за счет снижения баллистического импульса патрона. Создание мало импульсных боеприпасов открыло, казалось бы, широкие возможности для подъема всего комплекса тактико-технических характеристик оружия, позволило увеличить носимый боекомплект боеприпасов пехотинца, однако в образцах, пришедших на смену предыдущему поколению, заметно улучшились только параметры рассеивания и лишь в той степени, в какой они определились величиной изменения импульса патрона.
Большинство образцов индивидуального оружия нового поколения, принятых на вооружение наиболее боеспособных армий, спроектировано по классической схеме, однако, ведущие оружейные фирмы интенсивно проводят работы по изысканию нетрадиционных решений. Примером тому может служить разрабатываемая в Германии, еще с начала 60-х годов, винтовка G-11 под безгильзовый патрон, использующая лафетную схему, или попытка создания в рамках программы ACR винтовки с «частичным смещением импульса отдачи», принцип которых основан на извечном стремлении создателей оружия, хотя бы временно, до завершения короткой очереди уменьшить (учитывая принципиальную неуничтожимость импульса) воздействие отдачи на стрелка.
Работы по изучению систем с лафетной схемой (схемы со смещением импульса отдачи или часто используемый специалистами термин – схемы с накопленным откатом) проводились в послевоенное время и в нашей стране. На рубеже 60х годов на Ижевском оружейном заводе испытывался экспериментальный образец с накопленным откатом, выполненный на базе 7,62 мм автомата Калашникова. В 70-х годах в одном из научно-исследовательских институтов оборонной промышленности был разработан оригинальный образец со смещением импульса отдачи под патрон 5,45×39, имеющий подвижную горловину магазина. Однако накануне перевооружения Советской Армии стрелковым оружием под новый малоимпульсный патрон 5,45×39, созданный в СССР в конце 60х годов приоритетным направлением улучшения боевых свойств систем стало считаться создание конструкции с безударной (сбалансированной) автоматикой, особенности которой будут изложены ниже.
Автомат АК-74, принятый в 1973 году на вооружение Советской Армии, по многим тактико-техническим характеристикам превосходил аналогичные образцы всех стран мира, однако по эффективности стрельбы современные западные образцы находились с ним практически на одинаковом уровне.
Вместе с тем, изменение характера боевых действий, повышение мобильности войсковых подразделений предъявляют к стрелковому оружию ряд новых, повышенных требований по боевой эффективности, эксплуатационным характеристикам, а также технико-экономическим показателям.
Указанные обстоятельства вызвали необходимость дальнейшего качественного развития стрелкового вооружения, и в комплексе проблем вопрос повышения боевой эффективности автомата, как самого массового вида оружия мотострелковых подразделений, занял особое место.
Настоятельная необходимость разрешения данной проблемы определила актуальность проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, с целью создания автомата, обеспечивающего значительное (в 1,5–2 раза) повышение результативности стрельбы.
Учитывая огромное различие результатов стрельб полигонными и войсковыми автоматчиками, о чем было уже сказано, заказывающее управление Министерства обороны СССР, предусматривало проведение сравнительных испытаний новых образцов стрелками, по квалификации соответствующими средним войсковым автоматчикам второго года службы.
При выполнении этой работы был проведен анализ теоретических и экспериментальных исследований штатных и опытных образцов стрелкового оружия, позволивший оценить эффективность всех тех мероприятий, которые осуществлялись в последние годы с целью повышения его боевых свойств. На основании данного анализа определились наиболее перспективные концепции, проработка которых, в конечном счете, позволила создать новый 5,45мм автомат АН-94, превосходящий штатный по кучности стрельбы из неустойчивых положений до 13 раз, по результативности стрельбы – в 1,5–1,7 раза.
Работы, по созданию нового автомата были развернуты в СССР в конце 70х годов. В целях ускорения работ по совершенствованию стрелкового оружия правительством СССР был объявлен конкурс на лучшее техническое решение по созданию 5,45 мм автомата с повышенной эффективностью стрельбы под общим названием «проблема Абакан».
В соответствии с требованиями военных к перспективному образцу:
– автомат нового поколения должен превосходить штатный автомат АК-74 по боевой эффективности в 1,5–2 раза;
– кучность стрельбы из автомата при испытаниях неопытными стрелками автоматическим огнем на дистанции 100 м по площади сердцевин рассеивания должна составлять для положения «лежа с упора» – 500 см. кв., «лежа с руки» – 2500 см2, «стоя с руки» – 4500 см2.
– безотказность нового автомата должна соответствовать уровню, достигнутому на штатном автомате АК-74;
– разрабатываемый автомат должен устанавливаться во всех существующих объектах боевой техники (бронетранспортерах, боевых машинах пехоты, вертолетах);
– новый автомат должен обеспечивать возможность присоединения к нему всех штатных комплектующих изделий, в том числе подствольного гранатомета, штыка-ножа, комплекса оптических приборов и др.
На первый этап конкурса, практически всеми предприятиями оружейной промышленности СССР были представлены двенадцать эскизных проектов, охватывающих всю гамму возможных схем функционирования: классическую ударную типа автомата Калашникова, безударную со сбалансированной автоматикой, а также схему со смещением импульса отдачи, однако в первых натурных испытаниях участвовали лишь девять образцов.
Группа 1. Автоматы, выполненные по классической ударной схеме (в докладе представлены двумя образцами):
– высокотемпный автомат конструктора Коробова Г. А.;
– высокотемпный автомат конструктора Афанасьева Н. М.;
Группа 2. Образцы со сбалансированной автоматикой:
– автомат конструктора Гарева Б. А.;
– автомат конструктора Пикинского П. А.;
– автомат конструктора Калашникова В. М.
Группа 3. Образец со смещением импульса отдачи (лафетная схема):
– автомат буллпап конструктора Стечкина И. Я.;
Напомню, буллпап (англ. bullpup) это такая конфигурация стрелкового оружия, в которой затворная группа в составе затвора и затворной рамы расположена в ствольной коробке позади спусковой группы. Магазин присоединяется к задней части ствольной коробки. Окно выброса части пороховых газов и отработавших гильз находится рядом с лицом стрелка. Это позволяет сократить длину оружия при той же длине ствола для улучшения маневренности и снижения веса, но в известной мере увеличивает дискомфорт для стрелка.
Группа 4. Два опытных образца Никонова Г. Н., различавшихся конструктивным воплощением лафетной схемы:
– автомат АС
– автомат АСМ (впоследствие образец был назван АН-94)
После многократных испытаний на заводе, в войсковых частях, на полигонный этап конкурса, проведенный в 1987 году были направлены автоматы – АС и АСМ (АН-94) Никонова Г. Н. и автомат ТКБ-0146 Стечкина И. Я.
Особенностью тульских образцов конструкции Коробова Г. А. и Афанасьева Н. М. являлся повышенный до 2000 выстр./мин. темп стрельбы. Кроме того, в автомате конструктора Коробова Г. А. был предусмотрен массивный дульный тормоз с повышенной эффективностью. В более поздних образцах этих конструкторов предусматривалось также устройство изменения темпа в зависимости от положений для стрельбы. Особенностью автомата ижевского конструктора Постникова И. А. являлся опробованный в своё время еще выдающимся русским оружейником Токаревым и не нашедший применения в мировой практике принцип работы автоматики, основанный на отводе пороховых газов из ствола через затравочные отверстия в гильзе при демонтаже капсюля.
Все образцы с классической ударной схемой не обеспечили заданного уровня рассеивания. Достигнутая за счет реализации высокого темпа и применения мощных надульных устройств преимущество по кучности стрельбы (в среднем в 2 раза по отношению к штатному автомату АК-74) недостаточно удовлетворения заданных требований военных. Лучшие результаты стрельбы по кучности были получены на автоматах со сбалансированной автоматикой, однако и их преимущество по кучности (в среднем в 2–3,3 раза над штатным автоматом АК-74) оказалось явно недостаточно для достижения требуемой эффективности стрельбы.
Что касается конструктивных особенностей автоматов со сбалансированной автоматикой, то образцы Гарева Б. А. и Пекинского П. А. в целом весьма близкие друг другу отличались лишь тем, что в одном из них отсутствовала жесткая кинематическая связь в виде шестерни между элементами затворной рамы, движущимися в противоположных направлениях. Особенностью сбалансированного автомата конструкции Калашникова В. М. являлся выкат ствола.
Гораздо лучшие результаты по кучности стрельбы показали все образцы, выполненные по схеме, со смещением импульса отдачи, реализуемой подвижной установкой ствольной группы в кожухе автомата, выполняющем роль лафета, причем, только на автомате АС, представленном на конкурс автором доклада, впервые заданные требования по рассеиванию были выполнены полностью.
Особенностью автомата со смещением импульса отдачи тульского конструктора Стечкина И. Я. являлось использование схемного решения, называемого на Западе «bull-pup». Автомат был выполнен в короткой компоновке с размещением механизмов автоматики в прикладе.
Два автомата автора доклада АС и АСМ (в дальнейшем получивший индекс АН-94) имея общую схему радикально отличались конструктивным исполнением. В автомате АС магазин присоединялся к подвижной ствольной группе и в процессе фиксированной короткой очереди в три выстрела перемещался вместе со стреляющим агрегатом. В автомате АСМ (АН-94) магазин устанавливался на кожухе оружия и в процессе стрельбы оставался относительно неподвижным.
После войсковых испытаний, завершенных в 1991 году, к принятию на вооружение был рекомендован доработанный в ходе конкурса автомат АСМ, получивший в 1994 году официальное наименование -
5.45мм автомат Никонова АН-94.
Графическое изображение АН-94
Тактико-технические характеристики АН-94
Применяемый патрон – 5,45×39
Масса, кг – 3,85
Длина, мм – 943/728
Начальная скорость пули, м/с – 900
Виды огня – ав/фикс.оч/од
Темп стрельбы, переменный, в/мин – 1800/600
Характеристики кучности и эффективности стрельбы автомата АН-94 по сравнению с автоматом АК-74
Обоснование выбора схемы функционирования автомата АН-94
Теоретическими и экспериментальными исследованиями, проводившимися в организациях Министерства обороны и оборонной промышленности, установлено, что преобладающее значение на результативность стрельб кроме характеристик рассеивания оружия, оказывают ошибки определения дальности и наводки. Прочие ошибки, сопровождающие стрельбу (погрешности приведения оружия к нормальному бою, температурные ошибки, нестабильность результатов стрельб и др.), на дистанциях до 600 м незначительны и в любом случае не превышают 15 % от суммарной величины ошибок стрельб. Уменьшение рассеивания при автоматической стрельбе до уровня, соизмеримого с размерами характерных целей, способно резко поднять эффективность оружия.
При испытаниях штатного автомата АК-74 войсковыми стрелками площадь сердцевин рассеивания на дистанции 100 м в среднем составляет:
– для положения «стоя с руки» – 40000 см2;
– для положения «лежа с руки» – 12000…16000 см2;
– для положения «лежа с упора» – 1700…3500 см2.
Площади сердцевин рассеивания, определенных для нового образца автомата, исходя из полуторакратного увеличения эффективности, должны составлять для тех же положений и дистанции при стрельбе автоматическим огнем соответственно – 4500 см2, 2500 см2 и 500 см2.
Сопоставляя приведенные характеристики нетрудно заметить, что реально достигнутые на автомате АК-74 значения параметров рассеивания весьма далеки от заданного уровня и для обеспечения требуемой величины кучности стрельбы нового автомата необходимы радикальные решения. Следует, однако, еще раз отметить, что результаты испытаний штатных образцов опытными и войсковыми стрелками несоизмеримы. Так кучность стрельбы из автомата АК-74 при оценке опытными стрелками как и при стрельбе из автомата АКМ в среднем в 5 раз выше, чем при оценке войсковыми автоматчиками. Именно это обстоятельство обусловило необходимость оценки конкурсных образцов неопытными стрелками.
Анализ зависимости эффективности от кучности стрельбы и ошибок, сопровождающих стрельбу, показывает, что для повышения эффективности стрельбы из автомата в 1,5–2 раза (при стрельбе войсковыми автоматчиками) кучность стрельбы необходимо повысить приблизительно в 5…10 раз, в частности:
– для положения «лежа с упора» – в 3,5…4,5 раза;
– для положения «лежа с руки» – в 5,5…7 раз;
– для положения «стоя с руки» – в 8…12 раз.
Некоторое повышение эффективности особенно для положения «лежа с упора» и «лежа с руки» можно ожидать при уменьшении ошибок наводки, которое связано с совершенствованием конструкции прицельных устройств.
Таким образом, главным условием повышения эффективности стрельбы, следует считать значительное уменьшение рассеивания. Однако эта задача является сложнейшей технической проблемой и весь опыт экспериментальных и теоретических исследований последних десятилетий свидетельствует о том, сколь незначительные результаты были достигнуты при огромном объеме проведенных работ.
В этом плане не без интересно обобщить некоторые уроки истории. Принятию на вооружение Советской Армии автомата АК-74 предшествовал конкурс, в котором так же, как и в конкурсе по принятию на вооружение автомата следующего поколения, принимали участие все ведущие предприятия оружейной промышленности. Представленные на конкурс образцы были выполнены по двум схемам:
– классической, ударной;
– безударной, с использованием эффекта сбалансированной автоматики.
Из множества образцов на полигонные и войсковые испытания были рекомендованы –5,45мм автомат Калашникова (получивший впоследствии индекс АК-74), выполненный по классической ударной схеме, и автомат конструктора Константинова, являвшегося учеником знаменитого оружейника Шпагина, выполненный по схеме со сбалансированной автоматикой.
Импульс отдачи, оружия, выполненного по традиционной схеме, представляет собой векторную сумму импульсов силы давления пороховых газов в канале ствола, силы давления пороховых газов в газовом двигателе (в частности в газовой камере), силы возвратной пружины, ударов подвижных частей в крайних положениях, суммарной силы реакции ударно-спускового механизма, сил трения и т. п.
График, приведенный на рис. 1, показывает, что импульс отдачи ударных систем имеет сложную форму. Нарастая с нуля от момента первого выстрела, импульс падает во время работы газового двигателя на величину, равную максимальному импульсу затворной рамы, затем снова плавно нарастает за счет давления возвратной пружины, совершает скачок при заднем ударе затворной рамы, вновь плавно нарастает при накате затворной рамы до величины, превосходящей величину баллистического импульса патрона, и становится равным ему скачком к концу цикла работы автоматики.
При стрельбе очередью стрелок воспринимает серию подобных импульсов. При невысоком (до 5 Нс) баллистическом импульсе патрона и традиционном темпе (600–900 выстр/мин) такой характер изменения импульса отдачи приводит к некоторому уменьшению углов отклонения системы стрелок-оружие и, следовательно, к сокращению рассеивания, однако при использовании 7,62 мм патрона образца 1943 года (с импульсом отдачи до 8 Нс) эти преимущества значительно падают.
По результатам контрольных испытаний, проведенных в 1971 году, автомат Константинова по кучности стрельбы превзошел автомат Калашникова (АК-74) в 1,1–1,6 раза в зависимости от положений для стрельбы. По результатам войсковых испытаний 1971 года автоматы Калашникова (АК-74) и Константинова по показателям боевой эффективности практически равноценны между собой и превосходили штатный 7,62 мм автомат АКМ на 30 %.
Сравнение образцов ижевских автоматов АЛ-6М со сбалансированной автоматикой, выполненных под патрон 7,62×39 и под патрон 5,6×39, проводилось при испытаниях на заводе «Ижмаш» и подтверждалось испытаниями во внешних организациях. По результатам испытаний автоматы калибра 5,6мм превзошли автоматы 7,62мм при стрельбе автоматическим огнем («лежа с упора» в 1,67 раза; «лежа с руки» в 1,79 раза; «стоя с руки» в 1,63 раза) и уступили при стрельбе одиночным огнем в 1,48 раза.
Как отмечалось выше, с принятием на вооружение автомата АК-74 проблема обеспечения требуемого уровня боевой эффективности не была решена полностью. Теоретические исследования оборонных организаций, устанавливающие зависимость рассеивания от темпа стрельбы различных схем функционирования, и анализ предшествующих работ показывают, что для достижения 5–10 кратного превосходства по кучности стрельбы нового автомата по отношению к штатному автомату АК-74, классическая схема не перспективна, поскольку требует обеспечения сверхвысокого темпа. Зависимость кучности стрельбы от темпа для классической схемы, показывает, что возможности такого типа конструкции весьма ограниченны и в принципе не обеспечивают достижения требуемых параметров.
Рис. 1. График зависимости уровня роста кучности стрельбы от темпа для классической ударной схемы
Натурные испытания высокотемпных автоматов подтверждают этот вывод. Достигнутое за счет реализации высокого темпа и применения массивных надульных устройств с повышенной эффективностью, преимущество по кучности стрельбы (в среднем в 2 раза) по отношению к штатному автомату АК-74 недостаточно для удовлетворения выдвинутых военными новых тактико-технических задач. Кроме того, рост темпа стрельбы сопровождается, как правило, форсированием режимов работы автоматики (увеличением скоростей подвижных частей и импульсов их ударов в крайних положениях), сокращением временных параметров работы подающего устройства, увеличением деформаций ствольной группы, вызванных ударами, что весьма отрицательно сказывается на кучности стрельбы из устойчивых положений и надежности работы оружия.
Рис. 2 показывает, что для систем со сбалансированной автоматикой повышение кучности стрельбы в 5–10 раз может быть обеспечено при достижении темпа стрельбы порядка 4000–5000 выстр/мин.
Рис. 2. График зависимости уровня роста кучности стрельбы от темпа для систем со сбалансированной автоматикой
Однако реализация главного достоинства автоматов со сбалансированной автоматикой – полное исключение отрицательного влияния ударов подвижных частей на рассеивание выстрелов в очереди является сложной технической задачей, поскольку предполагает абсолютное равенство масс противоположно движущихся деталей и размещение их центров на линии действия движущих сил. Вместе с тем, обеспечение темпа порядка 4000–5000 выстр/мин на одноствольных образцах и в данных конструкциях, так же как в традиционной, ударной схеме, трудно достижимо и связано с усложнением механизмов и потерей надежности работы изделия.
Учитывая фундаментальный физический закон неуничтожимости импульса, схема автомата со смещением импульса отдачи по отношению к моменту вылета из ствола кинетических поражающих элементов (реализуемая подвижной установкой ствольной группы в лафете), является идеальной с точки зрения создания образца под патрон с любой энергоемкостью. Схема компоновки и характер изменения импульса отдачи для систем с лафетной схемой, приведены на рис. 3.
Схема компоновки образца со смещением импульса отдачи
Рис. 3. График изменения импульса отдачи для систем с лафетной схемой.
График показывает, что при использовании лафетной схемы стрелок до завершения очереди воспринимает лишь незначительный импульс сил противооткатного устройства, суммирующий силу пружины амортизатора и силы трения в базирующих стреляющий агрегат опорах. Силы трения в базирующих опорах преобретают при стрельбе относительно большие значения в результате действия динамических моментов. Основную долю суммарного импульса отдачи группы выстрелов стрелок воспринимает лишь после завершения очереди. Таким образом, исключается главный фактор, определяющий рассеивание при автоматической стрельбе. При этом повышение кучности стрельбы в 5–10 раз, по отношению к автомату АК-74, для данной схемы, в соответствии с теоретической зависимостью рассеивания от темпа, представленной на рисунке 4, может быть обеспечено в условиях реально достижимого темпа стрельбы порядка 1800 выстр./мин.
Рис. 4. График зависимости уровня роста кучности стрельбы от темпа для систем со смещением импульса отдачи
Таким образом, исходя из теоретических предпосылок и всего опыта предшествующих работ, можно сделать вывод, что задача создания образца, превосходящего по кучности стрельбы в 5–10 раз штатный автомат АК-74, наиболее реальным путем может быть решена при использовании лафетной схемы.
