Концептуальные подходы к формированию малокалиберного артвооружения
Современные автоматические пушки малого калибра составляют важную компоненту обычных вооружений. Они находят применение в различных видах Вооруженных Сил (авиация, военно-морской флот, сухопутные войска) в качестве надежного и достаточно эффективного боевого средства, позволяющего решать широкий круг тактических боевых задач, как атакующего, так и оборонительного характера. Это обусловило проведение во второй половине XX века в основных индустриально развитых странах мира интенсивных работ в данной области вооружений.
Поскольку в тот же период широко развернулись работы по созданию управляемого ракетного оружия, проблема «конкурентной выживаемости» артвооружения состояла не только в необходимости резкого повышения уровня боевой эффективности пушек за счет реализации соответствующих ТТХ оружия, но и в более четком размежевании по назначению и по области применения этих двух видов вооружения. При этом за малокалиберными пушками окончательно закрепилась их традиционная роль оружия ближней зоны (до 4 км), где они сохранили способность выдерживать конкуренцию со стороны более дорогих и сложных в боевом применении управляемых ракет.
С учетом разнообразия условий размещения и боевого применения (всех возможных сочетаний типов носителей и целей, видов боевых задач, степеней их важности и других факторов) исчерпывающее решение собственно артиллерийских проблем посредством какой-то единой малокалиберной суперпушки даже чисто гипотетически нереально. Практически повсеместно эти проблемы решались созданием совокупности (системы) образцов малокалиберных пушек и боеприпасов. В этом проявилась общность подхода ведущих мировых разработчиков оружия к разработке автоматических пушек. А вот конкретные концептуальные подходы к формированию различных систем малокалиберного артвооружения оказались принципиально различными.
Анализ мирового опыта развития данного вида вооружений свидетельствует, что тот или иной подход к формированию систем автоматических пушек для Вооруженных Сил того или иного государства в решающей степени определяется достигнутым там научно-техническим уровнем проектирования подобного вооружения.
Если в целом этот уровень сравнительно невысок, то из умеренных потенциальных возможностей оружия приходится «выжимать» максимум его боевой эффективности для каждого из складывающихся сочетаний вышеупомянутых факторов размещения и боевого применения оружия. То есть в этом случае желателен «свой» (лучший именно для данного конкретного сочетания факторов) вариант малокалиберной пушки и боеприпаса. Формирование системы малокалиберного артвооружения носит в этом случае в определенной мере стихийный характер. Неизбежным следствием такого подхода (no-существу, следствием невысокого научно-технического уровня разработок) явилась широкая гамма использовавшихся в мире очень близких по величине соседних калибров (20, 23, 25, 27, 30, 35, 37, 40, 45, 57 мм) и соответствующая им не менее обширная номенклатура боеприпасов и пушек. Подобный подход, требующий чрезмерных затрат (справедливости ради отметим, что именно поэтому он до конца в чистом виде и не реализуем), доминировал в разработках современного зарубежного малокалиберного артвооружения. В результате, сформировавшаяся, например, в США система малокалиберного артвооружения включила в себя шесть типов боеприпасов (по два разнотипных патронов калибра 20 и 30 мм, а также патроны калибра 25 и 40 мм) и неоправданно большую номенклатуру пушек, использующих 1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6– и 7-ствольную базовые схемы автоматики. Громоздкость подобной системы малокалиберного артвооружения создает дополнительные проблемы в организации ее производства и эксплуатации в строю. Негативные результаты аналогичного подхода проявились и в отечественных довоенных и послевоенных разработках малокалиберных пушек (только боеприпасов здесь насчитывалось семь типов: калибра 20,23,25,30,37,45 и 57 мм).
Принципиально другое, «экономное» решение проблемы может быть достигнуто на основе так называемого системного подхода к проектированию, когда на определенном (очень высоком) уровне развития теории и практики создания собственно артвооружения становится возможным за счет высокоэффективных научно-технических и схемно-конструкторских решений по пушкам и боеприпасам реализовать у артвооружения в целом оптимальный (причем, приемлемый для большинства возможных сочетаний факторов размещения и боевого применения оружия) уровень его ключевых тактико-технических характеристик (калибр, баллистическое решение, темп стрельбы). Наличие оптимумов, в принципе, обусловлено ограничениями на общую массу комплекса вооружения (при отсутствии таких ограничений значения параметров артвооружения можно наращивать гипотетически безгранично), а значения самих оптимумов определяются в первую очередь достигнутым научно-техническим уровнем проектирования и могут меняться как под влиянием качественно новых научных достижений в области проектирования собственно оружия и боеприпасов (новые принципы метания, введение систем управляемого дистанционного подрыва и т.п.), так и под влиянием внешних факторов (появление новых типов целей и носителей, комплексирование пушек с другими боевыми средствами и др.).
Суть системного подхода состоит в переходе от разработки отдельных образцов автоматических пушек, предназначенных для решения определенных боевых задач конкретных носителей, к научно обоснованному и целенаправленному формированию унифицированной системы малокалиберного артвооружения для всех видов Вооруженных Сил. Саму унификацию вооружения позволяет осуществить именно высокий научно-технический уровень разработок, когда при минимальных затратах (минимальной номенклатуре базовых боеприпасов и пушек) эффективно решается вся совокупность боевых задач, возлагаемых на артвооружение разнообразных носителей в различных условиях боевого применения.
Основные положения системного подхода к проектированию малокалиберного артвооружения были впервые сформулированы в научных трудах и заложены в конструкторских разработках двух выдающихся российских ученых и конструкторов А.Г. Шипунова и В.П. Грязева. Подобный подход был успешно реализован при создании в ОАО «КБП» современного поколения отечественных автоматических пушек. В результате, развитие этого традиционного вида вооружений обрело в нашей стране «второе дыхание».
Основные принципы системного подхода к разработке малокалиберного артвооружения сводятся к следующему:
• обеспечение качественно более высокого научно-технического уровня проектирования автоматических пушек на основе новейших прогрессивных технических решений по всем их составным частям;
• комплексный учет взаимосвязанности и взаимозависимости характеристик основных элементов артиллерийского комплекса: «боеприпас – оружие – установка – система прицеливания»;
• оптимизация основных характеристик артвооружения;
• широкая унификация вооружения с минимизацией номенклатуры базовых боеприпасов и пушек, сроков и стоимости разработки и производства образцов;
• своевременная замена и прекращение производства старого вооружения.
Разработанная в ОАО «КБП» методология реализации этих принципов предусматривала два характерных этапа проектирования:
• этап внешнего проектирования;
• этап непосредственной разработки артвооружения.
Этап внешнего проектирования обеспечил обоснование роли и места автоматических малокалиберных пушек в системе вооружения, а также позволил определить их рациональные ТТХ. Он включал: анализ множества условий боевого применения, выбор типичных объектов размещения вооружения и боевых ситуаций, формирование частных критериев эффективности, военно-экономический анализ, формирование рационального типажа боеприпасов и пушек унифицированной системы, прогнозирование сроков их сменяемости.
Выявившаяся при этом близость требований различных видов Вооруженных Сил к основным характеристикам малокалиберного артвооружения объективно была обусловлена схожестью решаемых с его помощью боевых задач – поражение различных объектов военной техники в воздушном бою и при штурмовке, в ближнем наземном бою и при обеспечении ПРО и ПВО ближайшего рубежа. Отметим, что всюду здесь пушки малого калибра используются в качестве оружия ближнего действия.
Для выявления оптимальных параметров была выработана система независимых критериев, в комплексе характеризующих все вооружение. В частности, для оптимизации параметров патрона был принят коэффициент качества боеприпаса, эквивалентный показателю «вероятность поражения при фиксированной массе группы вооружения». При достигнутом в настоящее время научно-техническом уровне проектирования основных элементов артвооружения значение оптимального калибра составляет 25-35 мм (для разработанной системы был принят калибр 30 мм). Существует оптимум и по начальной скорости снаряда, что предопределило возможность (при варьировании длиной ствола) унификации 30-мм выстрела.
Оптимизация темпа стрельбы и вытекающие из этого задачи поиска и формирования рациональных схем оружия привязывались к характерным группам вооружения (с учетом отводимых под них масс и величин отстреливаемых боекомплектов). При этом за критерий качества артвооружения был принят коэффициент совершенства оружия, характеризующий его удельную (на единицу массы образца) производительность (секундный расход патронов). Подобный методический подход позволил обосновать рациональную номенклатуру базовых пушек.
Для характерных масс комплексов авиационного артвооружения (в авиации требования к массе арткомплексов весьма жестки и более дифференцированы) выделены группы:
• легкая (масса группы вооружения до 250 кг);
• средняя (масса группы вооружения от 250 до 500 кг);
• тяжелая (масса группы вооружения от 500 до 2000 кг).
Самыми рациональными для них оказались пушки, построенные соответственно по одноствольной, двуствольной и многоствольной схемам автоматики. Оптимальные уровни их основных параметров отражены на диаграммах.
Указанные схемы автоматики были положены в основу построения базовых образцов системы. Разработкой соответствующих модификаций (с обеспечением высокого уровня унификации) учитывалась специфика различных носителей и боевых задач.
Этап непосредственной разработки образцов обеспечил решение двух взаимосвязанных задач проектирования: структурного синтеза и параметрической оптимизации. Первая из них связана с формированием схемно-конструкторских решений, реализующих выполнение заданных ТТХ, а вторая – с определением оптимальных параметров, обеспечивающих наиболее высокий уровень ТТХ образцов, построенных по соответствующей схеме. Причем, одна из важнейших целей в процессе решения обеих задач состояла в достижении качественно нового научно-технического уровня разработок.
Техническая основа формирования унифицированной системы
Техническая основа формирования отечественной унифицированной системы малокалиберного артвооружения была обеспечена в ОАО «КБП» соответствующими схемно-конструкторскими решениями по комплексу «пушка-патрон».
Боеприпас
В качестве основного базового боеприпаса системы принят 30-мм патрон типа АО-18.
Параметры данного патрона были наиболее близки к оптимальным. Его снаряд с улучшенным коэффициентом формы позволяет получить выигрыш в баллистике (малое полетное время при умеренной начальной скорости) за счет уменьшения лобового сопротивления, а не за счет увеличения порохового заряда. Это обеспечивает минимальные габариты и массу боеприпаса. Значительное количество ВВ в сочетании с достаточной массой металла корпуса снаряда обеспечивает высокое поражающее действие. Наличие электрокапсюля-воспламенителя порохового заряда упрощает конструкцию стреляющих устройств оружия. Наличие снарядов с полимерными ведущими поясками для 30-мм боеприпасов обеспечило значительное (в 6 раз) повышение живучести стволов высокотемпных пушек.
Для учета особенностей и традиций использования артвооружения в различных видах Вооруженных Сил в системе используются модификации данного патрона для авиапушек (ГШ-6-30) и артвооружения наземных комплексов (2А42). В последнем в качестве метательного заряда используется специально разработанный «малоградиентный» порох, обеспечивающий стабильность и предельно возможный уровень внутрибаллистических характеристик выстрела во всем температурном диапазоне применения.
Кроме того, здесь наряду с простейшим цельно-корпусным используется подкалиберный снаряд «Кернер» повышенной бронепробиваемости.
В качестве дополнительного в отечественной системе малокалиберного артвооружения принят 23-мм патрон типа АМ-23 для авиационного артвооружения, размещаемого на установках со сверхжесткими массогабаритными ограничениями.
Оружие
Среди новаторских схемно-конструкторских решений, реализующих наиболее эффективные процессы функционирования важнейших систем и механизмов оружия, выделяются:
• мощные, быстродействующие автономные газоотводные приводы автоматики многоствольных пушек, реализующие при непрерывном движении основного звена высокий термический КПД;
• быстродействующие электропиротехнические стартовые устройства и системы перезарядки, обеспечившие полную автономность оружия;
• высокоэффективные системы водоиспарител-ного охлаждения с исчерпывающим использованием теплопоглощающих возможностей охладителя, позволяющие вдвое повысить термостойкость оружия;
• безударные досылающие механизмы копир-ного типа для многоствольного и двуствольного оружия;
– звездчатые механизмы подачи, обеспечивающие минимальную нагруженность и максимальную равномерность подачи патронной ленты;
• системы селективного питания артвооружения наземных боевых машин и вертолетов, обеспечивающие рациональное расходование боекомплекта;
• системы беззвеньевого питания многоствольного оружия, повысившие надежность и удобство эксплуатации.
Была решена проблема совместимости достаточно мощного артвооружения с относительно легкими носителями (дульные тормоза, локализаторы, многоцикловые схемы амортизации).
Комплексная реализация по оружию указанных схемно-конструкторских решений была обеспечена созданием принципиально новых схем автоматики.
Разработкой одноствольной схемы откатного типа с коротким ходом ствола была решена проблема создания сверхлегкого скорострельного артвооружения. В данной схеме за счет необходимых энергетических, временных, прочностных и др. запасов обеспечено надежное функционирование автоматики без строгого кинематического согласования операций рабочего цикла при простейших исполнительных механизмах. В частности, механизм досылания включается в работу снижаемым патроном. При «бросковом» досылании патрон безударно разгоняется рычажно-пружинным досылателем и «мягко» тормозится за счет перепрессовки переднего ската гильзы в патроннике. Экстракция гильзы производится остаточным давлением пороховых газов в стволе. Эффективное рассеивание избыточной энергии подвижных частей с помощью наствольной кольцевой возвратной пружины и гидротормоза простейшей конструкции обеспечивает стабильность динамических характеристик оружия от выстрела к выстрелу.
Две новые схемы одноствольного оружия с селективным питанием разработаны для артвооружения наземных боевых машин и вертолетов. Реализуемый ими небольшой темп стрельбы позволяет обеспечить достаточно высокую кучность и точность стрельбы. При этом схема откатного типа с длинным ходом ствола решает проблему снижения загазованности боевого отделения, а газоотводного типа – обеспечивает возможность варьирования темпом стрельбы. В обеих схемах использован неподвижный приемник, улучшающий условия подвода патронных лент, и механизм отпирания-запирания с копирным механизмом поворота затвора, позволяющим повысить скорость подвижных частей автоматики. Обе схемы обеспечивают возможность создания высокотехнологичных конструкций оружия.
Созданная двуствольная схема позволила за счет общих узлов и агрегатов, обслуживающих оба ствола, создать скорострельное артвооружение практически в габаритах и массе одноствольных систем. Схема обеспечивает строгое кинематическое согласование работы исполнительных механизмов, высокую степень совмещения во времени операций подготовки и производства очередного выстрела. Отказ от возвратных пружин позволяет иметь достаточный уровень кинетической энергии автоматики в течение цикла, что в сочетании с ее динамической уравновешенностью обеспечивает высокую надежность оружия на любых установках в различных условиях эксплуатации.
На основе многоствольной схемы с вращающимся блоком стволов радикально решена проблема реализации любого темпа и режима стрельбы с обеспечением живучести и термостойкости оружия без специальных систем охлаждения при минимально необходимом числе стволов у базового образца. Данная схема максимально реализует основные принципы интенсификации процесса функционирования автоматики: безостановочность движения основного звена; непрерывность и равномерность подачи патронной ленты; полное совмещение во времени операций подготовки и производства очередного выстрела. Подобная автоматика, представляющая в совокупности с газоотводным двигателем систему автоматического регулирования с глубокими внутренними связями и переходными режимами работы, в принципе, позволяет обеспечить плавное регулирование темпа стрельбы и его высокую стабильность в различных условиях эксплуатации. За счет общих узлов, обслуживающих все стволы (кожух, привод автоматики, стартовое устройство, механизм подачи, амортизатор и т.д.), многоствольная схема обеспечивает максимальный уровень не только абсолютных, ной удельных характеристик оружия.
В плане унификации найденные новые схемные решения обладают важнейшим свойством базовости – сохранением необходимых качеств при изменении таких факторов, как: калибр, баллистическое решение, назначение оружия. Разработкой соответствующих модификаций (с обеспечением высокого уровня унификации 80-85%) учитывается специфика различных носителей и боевых задач.
Унифицированная система
Структура унифицированной системы малокалиберного артвооружения для всех родов войск представлена на рисунке.
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
Формирование унифицированной системы малокалиберного артвооружения проведено с использованием двух типов боеприпасов (основной 30-мм патрон типа АО-18 и дополнительный 23-мм патрон типа АМ-23). Она включает в себя освоенные в серийном производстве и принятые на вооружение автоматические пушки (базовые образцы и их модификации) конструкции В.П. Грязева и А.Г. Шипунова, построенные по трем схемам автоматики (одноствольной, двуствольной и многоствольной).
Одноствольное артвооружение системы представлено:
• 30-мм легкой авиационной пушкой ГШ-301 (базовая модель – для подвижных и неподвижных установок легких истребителей);
• двумя 30-мм пушками с селективным питанием 2А42 и 2А72 (базовые модели – для наземных боевых машин и подвижных установок вертолетов).
Двуствольное артвооружение системы представлено:
• 30-мм авиационными пушками ГШ-30 (базовая модель – для встроенных и подвесных установок самолетов-штурмовиков) и ГШ-30К с удлиненными стволами (модификация ГШ-30 – для неподвижных установок вертолетов);
• 30-мм зенитным автоматом 2А38 (модификация ГШ-30 – для ЗПРК «Тунгуска», «Панцирь»).
Многоствольное артвооружение системы представлено:
• 30-мм шестиствольной авиационной пушкой ГШ-6-30 (базовая модель – для встроенных
неподвижных установок самолетов класса истребитель-бомбардировщик);
• 30-мм зенитными (для ВМФ) автоматами ГШ-6-30К (модификация ГШ-6-30 – для установок АК-630 и АК-630М), 6К30ГШ (модификация ГШ-6-30 – для ЗРАК «Каштан») и ГШ-6-30Л (модификация ГШ-6-30 – для установки АК-306);
• самыми скорострельными в мире 23-мм авиационными пушками ГШ-6-23 и ГШ-6-23М (для подвижных встроенных и подвесных установок штурмовиков).
Эффективность реализованных в системе новых научно-технических решений наглядно видна из сравнения двух отечественных авиационных пушек, построенных по одноствольной схеме: старой АМ-23 и новой ГШ-301 (см таблицу).
Обеспеченное новыми разработками столь значительное превосходство по могуществу, скорострельности и массогабаритным параметрам позволило эффективно заменять новыми пушками устаревшее артвооружение не только соответствующего, но и большего калибра (до 37-мм). Необходимая эффективность при этом достигается за счет большего темпа стрельбы и увеличенного боекомплекта.
Эффективность системного подхода к созданию нового артвооружения характеризуется следующими основными результатами:
• все пушки системы по своему научно-техническому уровню превосходят лучшие зарубежные аналоги. Достаточно сопоставить две шестиствольные авиапушки: российскую 23-мм ГШ-6-23 и американскую 20-мм М-61 «Вулкан». При вдвое меньшей массе отечественная пушка имеет вдвое больший темп стрельбы и не требует для своей работы мощного внешнего источника энергии;
• в отечественной системе малокалиберного артвооружения существенно сокращена номенклатура патронов (с 7 до 2) и пушек (прекращено производство морально устаревших образцов авиапушек АМ-23, Р-23, НР-30; зенитных автоматов 2А7, 2А14, М-110, НН-30; гладкоствольного орудия 2А28). Высвободившиеся при этом производственные мощности серийных заводов отрасли позволили существенно уменьшить объем капитальных затрат на организацию выпуска новых образцов, а высокая степень унификации позволила значительно повысить уровень серийности производства отечественного артвооружения, его технологическую и экономическую эффективность;
• отработка живучести деталей и узлов образцов системы была проведена с использованием современной лабораторно-испытательной базы, что предопределило надежное функционирование созданного артвооружения (по данным периодических испытаний не зафиксировано отказов пушек при отстреле их на полную живучесть);
• тщательная конструкторско-технологическая отработка деталей и узлов оружия обеспечила широкое применение пластмасс для их изготовления, внедрение прогрессивных методов формообразования (литье, штампосварные конструкции) с достижением высокой степени взаимозаменяемости серийных пушек;
• все работы по созданию системы (проектирование, всесторонние испытания, привязка образцов оружия к соответствующим носителям, постановка серийного производства) были выполнены с минимальными затратами и в сжатые сроки;
• с созданием унифицированной системы были практически полностью удовлетворены потребности России и закреплено на длительную перспективу отечественное превосходство в данном виде вооружения);
Выполненные опытно-конструкторские работы были успешно завершены принятием всех образцов системы на вооружение Российской Армии. В настоящее время пушки унифицированной системы выпускаются серийно и размещаются на новейших артустановках различных носителей.
Область их применения в Вооруженных Силах России наглядно проиллюстрирована на рисунках.
В составе соответствующих комплексов вооружения и носителей многие пушки унифицированной системы приняты на вооружение армий многих стран ближнего и дальнего зарубежья (Китай, Индия, ОАЭ, Египет, ФРГ и др.) или даже производятся там по лицензиям.
Комплекс работ по созданию отечественной унифицированной системы малокалиберного артвооружения для всех видов Вооруженных Сил был удостоен Государственной премии Российской Федерации 1998 года в области науки и техники.
