Systemy ryglowania w broni palnej
Pierwszym pytaniem, którego spodziewałem się przy tym materiale było:
"Po co w ogóle jest stosowane ryglowanie?"
Ryglowanie jest konieczne z tego względu, że ciśnienie w lufie musi spaść do odpowiednio niskiego poziomu, żeby można ją było bezpiecznie i łatwo otworzyć.
Jeżeli lufa jest otwierana przy wysokim ciśnieniu, to zamek lub zespół części jest odrzucany do tyłu z nadmierną prędkością. Łuska może zostać rozerwana. Obie sytuacje grożą awarią broni i/lub strzelca…
Jak to wygląda od strony fizyki?
Ilustracja 1: Zasada zachowania pędu dla układu miotającego broni palnej, z zamkiem nie ryglowanym i nie podpartym. Zielony - zamek, żółty - łuska, pomarańczowy - gazy prochowe, brązowy- pocisk, czarny - lufa
Jeżeli odniesiemy się do zasady zachowania pędu i weźmiemy pod uwagę tylko okres ruchu pocisku w lufie, to możemy z uproszczeniem napisać, że MV = mv, czyli masa zamka (M), prędkość zamka (V), masa pocisku (m), prędkość pocisku (v) są sobie równe, jako iloczyny poszczególnych wartości( wg wzoru jak na rysunku).
Co nam to mówi? Sprawdźmy na przykładzie.
Zamek karabinka AK waży: M = 81 g
Masa pocisku: 7,91 g
Prędkość początkowa: 710-720 m/s
Jaką uzyskalibyśmy prędkość zamka?
Około 70,31 m/s. Bardzo dużo. Mówiąc w skrócie niebezpiecznie dużo.
Za optymalną prędkość w automatyce broni uważa się około 5 m/s.
Można oczywiście zapytać - co jeśli zamek w AK nie zarygluje się i padnie strzał (sytuacja niemożliwa w praktyce)? Przecież jest jeszcze ciężkie suwadło. Prawda. Łączna masa zespołu odrzutowego to 487 g.
Prędkość uzyskana wg powyższego wzoru to "zaledwie" 11,69 m/s. Czy w takim razie taki strzał byłby bezpieczny? Nie.
Weźmy pod uwagę, że prawdopodobnie nastąpi rozerwanie łuski i zachowa się ona jak mały granacik odłamkowy.
Druga sprawa jest taka, że obliczenia dla naboju Makarowa i zamka o masie 400 g oceniają jego prędkość na 4,5 m/s. Jednak przy dalszych obliczeniach z uwzględnieniem powylotowego działania gazów prochowych (czyli wykraczamy poza samą zasadę zachowania pędu) uzyskujemy już 5,2 m/s.
W takim razie w AK nastąpiłoby rozerwanie łuski, a zamek z suwadłem przyspieszyłby do ponad 13 m/s. To dużo, jeśli weźmiemy pod uwagę, że ważą prawie 0,5 kg. Tym sposobem posiadają ponad 40 J energii kinetycznej, a odrzut strzelby kal. 12 szacuje się na liczby w okolicy 13 J.
Ostatnia uwaga - w innych rodzajach broni ta proporcja będzie jeszcze gorsza, bo AK jest znany ze swoich ciężkich "wnętrzności". Miejmy też na uwadze, że są to wyliczenia bardzo uproszczone, bo układ odryglowany dałby na pewno inne wyniki, przez szybsze rozszczelnienie i zmianę warunków spalania prochu. Nie zmienia to jednak faktu, że jasną sprawą jest dlaczego zamyka się lufy zamkami i rygluje ten układ.
Co należy uwzględnić analizując różne systemy ryglowania?
Przyjąłem takie założenie:
Stosowanie - rodzaje broni w których można dany system zastosować. Nie wszystko zmieści się w pistolecie, nie wszystko wytrzyma strzał karabinu.
Wytrzymałość - porównawczy poziom obciążeń jaki zniesie system ryglowania.
Prostota konstrukcji - ważna sprawa. Opracowanie, produkcja i niezawodność w jednym.
Obciążenie komory zamkowej / innych elementów - czy musimy mieć mocną komorę zamkową, czy możemy zrobić ją z lekkiego stopu. Na jakim dystansie przenoszone są obciążenia, czyli ile tej mocnej komory lub wkładki potrzeba.
Zajmowane miejsce - ergonomia broni i jej gabaryty, to nie jest błaha sprawa. Dodatkowo np. w pistoletach podniesienie osi lufy zwiększa podrzut. Jeżeli system ryglowania wymusza takie następstwo, to jest to wada.
Powiązanie z zasadą działania broni - nie każdy system nadaje się do broni automatycznej, a nawet jeśli to nie do każdej. Stąd pewne sposoby ryglowania zostały związane z pewnymi rodzajami broni lub zasadą działania automatyki.
SYSTEMY RYGLOWANIA
ZAMEK KLINOWY
Stosowanie
Obecnie stosowany głównie w działach artyleryjskich, które są kompletnie zdominowane przez to rozwiązanie.
Zdarzały się konstrukcje broni strzeleckiej z zamkiem klinowym ale duża część z nich służyła wyłącznie do eksperymentów lub pokazów.
Wytrzymałość
Pod względem wytrzymałości jest to, prawdopodobnie, konstrukcja, która może znieść najwięcej. Znany jest przykład, kiedy pistolet z zamkiem klinowym, zamocowany w imadle, wyrwał imadło ze stołu ale zamek wytrzymał.
Prostota konstrukcji
Zamek klinowy jest bardzo prosty konstrukcyjnie. Jest to blok, najczęściej o kształcie prostokątnym, który przesuwa się prostopadle do lufy w symetrycznej prowadnicy.
Obciążenie komory zamkowej / innych elementów
Zamki klinowe w artylerii są umieszczane w nasadach zamkowych, czyli elementach, które są połączone z lufą. Można powiedzieć, że nasada zamkowa pełni, w odniesieniu do broni strzeleckiej, niektóre funkcje komory zamkowej i/lub szkieletu.
Jeżeli z jakiegoś powodu, ktoś decyduje się na taki zamek w broni strzeleckiej, to będzie on umieszczony w specjalnie dostosowanej komorze zamkowej lub szkielecie.
Cała siła od ciśnienia gazów prochowych, przekazana na zamek, jest więc przenoszona na dodatkowy element pomiędzy lufą, a zamkiem. Ze względów wytrzymałościowych, będzie to element ciężki i stosunkowo gruby.
Plusem jest to, że zamek jest krótki, licząc długość w osi lufy. Dzięki temu obciążenia są przenoszone na krótkim odcinku. Nie ma potrzeby budowania potężnego szkieletu, który to wytrzyma.
Zajmowane miejsce
Zamek klinowy może być relatywnie mały ale w związku z jego ruchem poprzecznym, prowadnice muszą być umieszczone szeroko, poza obrysem komory nabojowej, którą zasłania klin i dodatkowo należy przewidzieć sporo miejsca na wysunięcie klina.
Z tego powodu, to rozwiązanie – niezależnie, czy ruch zamka jest pionowy, czy poziomy – potrzebuje dużej ilości miejsca obok osi lufy.
Powiązanie z zasadą działania broni
Zamki klinowe nie dają się skutecznie zastosować w broni automatycznej. Prawdopodobnie jest to powód, dla którego mało kto o nich słyszał. W broni strzeleckiej pozostają rozwiązaniami raczej do egzemplarzy jednostrzałowych. W artylerii, gdzie można zastosować dodatkowe mechanizmy (dźwignie i krzywki) są stosowane do dział półautomatycznych (które mogą być wyposażone w automat ładowania ale jest to dodatkowe urządzenie o własnym napędzie).
Podsumowanie
Wytrzymałość: bardzo duża
Prostota konstrukcji: bardzo prosty
Obciążenie komory zamkowej / innych elementów: pełne, na małej odległości
Zajmowane miejsce: dużo w płaszczyźnie prostopadłej do lufy
Powiązanie z zasadą działania broni: tylko broń nieautomatyczna lub półautomatyczne działa
RYGLE ODCHYLNE
Wytrzymałość
Prostota konstrukcji
Relatywnie prosta budowa. Do poprawnego działania wystarczy mała ilość prostych w produkcji części.
Obciążenie komory zamkowej / innych elementów
Zastosowanie zamka z ryglami odchylnymi, wymusza przenoszenie obciążenia (siły przekazanej na czoło zamka) poprzez komorę zamkową i to na dużej odległości. Wniosek jest taki, że komora powinna być frezowana lub posiadać frezowane elementy wewnątrz.
Powoduje to podrożenie produkcji i zwiększenie ciężaru broni.
Zajmowane miejsce
Rygle odchylne nie są systemem, który zajmuje tak dużo miejsca jak zamek klinowy ale nie są też rozwiązaniem najmniejszym gabarytowo.
Przede wszystkim rygle są dość długie, żeby przenosić obciążenia pod korzystniejszym kątem. Potrzebują oparcia w ściankach bocznych, więc powiększa się cała szerokość broni.
Powiązanie z zasadą działania broni
Ten system ryglowania nadaje się właściwie w równym stopniu do broni automatycznej i nieautomatycznej. Wyjątkowa prostota pozwalałaby zaadaptować go do wielu konstrukcji.
Podsumowanie
Wytrzymałość: duża
Prostota konstrukcji: bardzo prosty
Obciążenie komory zamkowej / innych elementów: pełne, na dużej odległości
Zajmowane miejsce: dużo (w osi lufy)
Powiązanie z zasadą działania broni: uniwersalny
RYGIEL WAHLIWY
Stosowanie
Np. Pistolet 9 x 19 mm Parabellum Beretta 92
Wytrzymałość
Ryglowanie ryglem wahliwym jest metodą, którą stosuje się przy mniejszych obciążeniach, niż dwie wyżej opisane. Sam fakt występowania jednego rygla (istnieją odstępstwa), czyli mniejszej powierzchni oporowej, powoduje mniejszą wytrzymałość. Dodatkowo zazwyczaj, rygiel jest w tym systemie krótki, czyli siły działają na niego pod mniej korzystnym kątem.
Prostota konstrukcji
Rygiel wahliwy jest systemem bardzo prostym. Nie są potrzebne żadne skomplikowane mechanizmy lub wiele dodatkowych części. Sterowanie ryglem jest zazwyczaj realizowane przez wyprofilowane powierzchnie na elementach, które spełniają inne role.
Obciążenie komory zamkowej / innych elementów
Rygiel wahliwy jest często stosowany do bezpośredniego połączenia lufy i zamka. Tym sposobem nie obciąża dodatkowych elementów, ani komory zamkowej / szkieletu.
Zajmowane miejsce
Systemy oparte o rygiel wahliwy są zazwyczaj małe i umieszczone w tak przemyślny sposób, że nie odczuwa się ich wpływu na gabaryty broni.
Idąc jednak za przykładem pistoletu Beretta – system rygla wahliwego wymusił minimalne podniesienie lufy, a w pistoletach jest to niekorzystne.
Powiązanie z zasadą działania broni
Nadaje się do broni automatycznej i nieautomatycznej. Trudno jednak doszukać się takich zastosowań w broni samoczynnej. Najprawdopodobniej jest to związane z ciśnieniami maksymalnymi i ciśnieniami otwarcia zamka.
Podsumowanie
Wytrzymałość: średnia
Prostota konstrukcji: bardzo prosty
Obciążenie komory zamkowej / innych elementów: brak – łączy lufę z zamkiem bezpośrednio
Zajmowane miejsce: mało ale może wpłynąć na wysokość broni
Powiązanie z zasadą działania broni: nieautomatyczna lub automatyczna, zazwyczaj naboje o niskim ciśnieniu (strzelba, pistolet).
PRZEKOSZENIE ZAMKA
Stosowanie
Broń strzelecka, zazwyczaj strzelająca amunicją pośrednią i karabinową.
Wytrzymałość
Tutaj sprawa jest ciekawa, bo chciałoby się powiedzieć, że wytrzymałość tego systemu równa się wytrzymałości zamka. Jednak nie do końca tak jest. Zazwyczaj zamek jest przekoszony w płaszczyźnie tylnej o tylko niewielka jego część opiera się o wąską krawędź stanowiącą oporę ryglową.
Można uznać, że mamy do czynienia z wytrzymałością większą niż rygiel wahliwy ale mniejszą niż w zamku klinowym i w przypadku rygli odchylnych (które będą miały najczęściej dwukrotnie większą powierzchnię oporową).
Prostota konstrukcji
Konstrukcja jest prosta. Trudna do opracowania, bo konieczne jest zaprojektowanie krzywki, lub płaszczyzny skośnej do przekoszenia zamka ale nie potrzeba dodatkowych elementów.
W karabinku Simonowa wystarczyły występy pod suwadłem i wybranie w dnie komory zamkowej.
Obciążenie komory zamkowej / innych elementów
Podobnie jak w przypadku rygli rozchylnych. Komora zamkowa przenosi całe obciążenie na długości zamka.
Zajmowane miejsce
System zajmuje mało miejsca. Jeżeli jest dobrze przemyślany, to nie powinien znacząco wpływać na gabaryty broni.
Powiązanie z zasadą działania broni
Może być zastosowany w broni automatycznej i nieautomatycznej. Jednak trudno wyobrazić sobie użycie takiego systemu w pistolecie.
Podsumowanie
Wytrzymałość: średnia +
Prostota konstrukcji: prosty
Obciążenie komory zamkowej / innych elementów: pełne na długości zamka
Zajmowane miejsce: mało
Powiązanie z zasadą działania broni: nieautomatyczna lub automatyczna, raczej nie nadaje się do pistoletów
PRZEKOSZENIE LUFY
Stosowanie
Pistolety. Od czasów Colta 1911, większość pistoletów na nabój 9 mm Para i silniejsze korzysta z tego systemu ryglowania.
Wymogiem, w pewnym sensie, jest krótka lufa, która będzie łatwa do przekoszenia (pochylenia) oraz lekka – łatwa do zatrzymania.
Wytrzymałość
W zależności od pomysłu na powierzchnie oporowe – wytrzymałość może być różna. Zazwyczaj są to jednak dosyć małe elementy, więc wytrzymałość jest ograniczona.
Prostota konstrukcji
Nie wymaga wielu części. Jeżeli konstrukcja przewiduje odpowiednie powierzchnie sterujące i ryglujące na lufie, to właściwie konieczny jest tylko jeden element współpracujący, umieszczony w szkielecie broni, do poprawnego ryglowania.
Obciążenie komory zamkowej / innych elementów
Brak. Jest to kolejny system, który łączy bezpośrednio lufę z zamkiem.
Zajmowane miejsce
Zazwyczaj zajmuje minimum miejsca pod lufą. Nie jest to jednak rozwiązanie na tyle płaskie i ukryte w konstrukcji, żeby w ogóle nie pływało na układ elementów. Odrobinę podnosi lufę nad szkieletem.
Powiązanie z zasadą działania broni
Właściwie w zakresie sensownych rozwiązań system ryglowania przez przekoszenie lufy – musi być wykorzystany w broni automatycznej, działającej na zasadzie krótkiego odrzutu lufy.
Podsumowanie
Wytrzymałość: średnia
Prostota konstrukcji: prosty
Obciążenie komory zamkowej / innych elementów: brak
Zajmowane miejsce: mało
Powiązanie z zasadą działania broni: automatyczna, działająca na zasadzie krótkiego odrzutu lufy
OBRÓT ZAMKA
Stosowanie
Bardzo szeroko stosowany w różnych rodzajach broni strzeleckiej. Głównie przy amunicji pośredniej i karabinowej.
Wytrzymałość
W zależności od rozwiązania, ilości i wymiarów rygli, można dostosować ich wytrzymałość do bieżących potrzeb.
Prostota konstrukcji
Zależnie od ilości rygli komplikuje się budowa i produkcja opór ryglowych. Jednocześnie w broni automatycznej musi wystąpić element sterujący obrotem zamka i element zabezpieczający przed jego przypadkowym obrotem w czasie ruchu przedniego lub tylnego.
W związku z powyższym nie jest to konstrukcja należąca do najprostszych.
Obciążenie komory zamkowej / innych elementów
Zazwyczaj, w tym systemie, rygle są umieszczane w przedniej części zamka wręcz w styczności z tylnym płaskiem lufy. W takim układzie obciążenia są przenoszone na bardzo małej odległości przez komorę zamkową lub dodatkowy element.
Istniej też możliwość drążenia opór ryglowych w tylnej części lufy, bądź zastosowanie elementu połączonego nierozłącznie z lufą, w którym będą wykonane opory ryglowe.
Zajmowane miejsce
W zależności od wybranej ilości rygli i rozwiązania konstrukcyjnego opór ryglowych – system ten zajmuje mało lub bardzo mało miejsca. Patrząc w osi lufy, często osiąga on wymiary nie wykraczające w dużym stopniu za obrys lufy.
W broni automatycznej konieczne są suwadła, w których prowadzony jest zamek i dzięki, którym wymuszany jest jego obrót. W zależności od koncepcji konstrukcji, suwadło może zajmować sporo miejsca.
Powiązanie z zasadą działania broni
Obrót zamka jest uniwersalnym sposobem. Może być stosowany w broni nieautomatycznej (repetiery) oraz automatycznej.
Podsumowanie
Wytrzymałość: zależna od konstrukcji
Prostota konstrukcji: dość skomplikowany
Obciążenie komory zamkowej / innych elementów: na krótkim odcinku lub brak
Zajmowane miejsce: mało
Powiązanie z zasadą działania broni: nieautomatyczna lub automatyczna,
OBRÓT LUFY
Stosowanie
Najczęściej egzemplarze broni o lekkiej lufie. Przykład: MP9.
Wytrzymałość
Podobnie jak w przypadku obrotu zamka – zależna od konstrukcji i ilości rygli.
Prostota konstrukcji
Samo ryglowanie wydaje się prostsze niż w przypadku obrotu zamka ale implikuje trudności z powtarzalnym ustalaniem lufy. Tym sposobem można ocenić ten system jako bardziej skomplikowany.
Obciążenie komory zamkowej / innych elementów
Analogicznie do konstrukcji wykorzystujących obrót zamka.
Zajmowane miejsce
Analogicznie do konstrukcji wykorzystujących obrót zamka.
Powiązanie z zasadą działania broni
Można sobie wyobrazić różne opcje ale najbardziej logiczne jest wykorzystanie tego systemu w konstrukcjach wykorzystujących krótki odrzut lufy.
Podsumowanie
Wytrzymałość: zależna od konstrukcji
Prostota konstrukcji: skomplikowany
Obciążenie komory zamkowej / innych elementów: na krótkim odcinku lub brak
Zajmowane miejsce: mało
Powiązanie z zasadą działania broni: automatyczna, działająca na zasadzie krótkiego odrzutu lufy.
RYGLOWANIE POZORNE
ZAMEK SWOBODNY
Czasami mówi się, że w tym układzie ryglowanie następuje masą zamka lub jego bezwładnością.
Nie jestem fanem tego toku myślenia ale muszę przyznać, że dobrze oddaje on ogólny sens ryglowania.
Zamek o odpowiedniej masie powoduje, że lufa jest otwierana dopiero w momencie, kiedy ciśnienie gazów prochowych spadnie do bezpiecznego poziomu.
Zaletą jest prostota konstrukcji. Wadami są rozmiar zamka, jego masa i odczuwalne po strzale silne uderzenie.
ZAMEK PÓŁSWOBODNY
Jest to dobre rozwinięcie koncepcji zamka swobodnego, gdzie wyeliminowano jego podstawowe wady. Rozmiar i masę.
Jak tego dokonano? Wykorzystując masę pozorną. Często spotyka się przykład pistoletu MP5, karabinu G3 i karabinu maszynowego MG42 – czyli rolki rozchylne. Siła od ciśnienia gazów prochowych musi najpierw wcisnąć rolki odstające na boki do środka zamka, żeby go zwolnić. Później zamek porusza się jak zamek swobodny. Czas potrzebny na zwolnienie zamka jest wystarczający do obniżenia ciśnienia w lufie.
Powstaje jednak wada – skomplikowana budowa. A może nie tyle budowa, co koncepcja. Opracowanie odpowiednich krzywek / wybrań / skosów / rolek etc. oraz związane z tym obliczenia są raczej odstraszające. Jednocześnie często bardziej skomplikowane w wytwarzaniu i wymagające lepszych materiałów.
