МАРКЕР ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ, АВТОМАТИЧЕСКИЙ Российский патент 2004 года по МПК F41B11/00 

1. Область техники

Пневматическое оружие. Маркер пэйнтбольный.

Маркер - это специальное гладкоствольное пневматическое стрелковое оружие 68 калибра, стреляющее желатиновыми шариками, наполненными краской. Выстрел производится за счет расширения сжатого газа, предварительно запасенного в специальном баллоне под давлением. В качестве рабочих газов используются двуокись углерода (углекислый газ), воздух или азот.

Назначение Маркера - имитация применения ручного огнестрельного оружия.

Компоновочная схема заявленного маркера может быть использована, в том числе, в пневматическом оружии различных калибров, особенно спортивного назначения, где необходимы высокие стабильные характеристики выстрела.

2. Уровень техники

Для работы существующих в настоящее время маркеров используется энергия сжатого газа - двуокиси углерода (СО₂), азота или воздуха.

Работа маркеров, использующих воздух или азот, весьма стабильна благодаря чрезвычайно низкой зависимости давления этих газов от температуры окружающей среды. Но в воздушно-азотных системах, чтобы запасти достаточное количество газа, необходимо сжать его в баллоне до 200 атмосфер, что предъявляет высокие требования к прочности и надежности баллона и запорной арматуры. Баллоны такого типа изготавливаются, как правило, из титана, имеют кевларовую оплетку для повышения безопасности и встроенные одно-двухуровневые газовые редукторы для понижения давления. Для зарядки баллонов необходим мощный компрессор, аналогичный тем, что применяют аквалангисты. При использовании азота требуется промышленный пункт зарядки этим газом, что встречается намного реже, чем в случае углекислоты. Все вместе это усложняет и удорожает эксплуатацию маркера, оснащенного такой системой.

Двуокись углерода находится в баллоне под давлением не более 75 атм (при н.у.) в двух фазах - жидкой и газообразной. При этом при постоянной температуре давление газообразной части СО₂ постоянно. При выстреле часть жидкого CO₂ испаряется и давление газа восстанавливается. Так будет происходить до тех пор, пока в баллоне есть CO₂ в жидком состоянии. Это свойство CO₂ наряду с его доступностью, безопасностью, отсутствием необходимости использования высокопрочных баллонов, редукторов, компрессоров определило его широкое применение в пневматическом оружии.

В существующих в настоящее время маркерах используются два принципа работы автоматики. Первый основан на действии закона сохранения импульса, когда массивный ударник под воздействием боевой пружины наносит удар по клапану подачи газа, открывая его на короткий момент времени. Часть вышедшей порции газа идет на взведение ударника, а основная - большая его часть - на выстрел.

Такие маркеры просты в производстве и эксплуатации. Их низкая стоимость и высокая надежность способствуют широкому распространению.

Однако такие системы имеют существенное ограничение при работе на двуокиси углерода. Дело в том, что зависимость давления СО₂ в баллоне от температуры окружающей среды весьма высока - от 15 атм при -28°С до 73 атм при +30°С. Это существенно влияет на характеристики выстрела (с падением температуры падает скорость вылета шара) и делает невозможным использование маркеров такой конструкции при температуре воздуха ниже +10°С - автоматика перестает работать. Данный недостаток и вызвал появление на свет дорогих воздушно-азотных систем.

Расширить диапазон температур до -15...-20°С и сохранить при этом достаточно стабильные характеристики выстрела при использовании в качестве рабочего газа CO₂ возможно с введением в конструкцию маркера рабочей камеры, позволяющей накапливать необходимое для выстрела количество газа с рабочим давлением 20-25 атм. На этом основан второй принцип работы автоматики.

Рассмотрим характерную схему.

Данный маркер служит прототипом заявленного маркера.

Маркер пневматический автоматический (RU 2166721 С1, кл. F 41 В 11/00, 10.05.2001) - Фиг.1.

Принцип действия.

Сжатый газ поступает через адаптер (1) в расходный ресивер (2), из которого по каналам (3), (4) и кольцевым проточкам газораспределительного золотника (5) в камеру (6) за торцевой поверхностью запорного клапана (7) и в рабочую камеру (8) за торцевой поверхностью затвора (9). При этом запорный клапан (7) и затвор (9) под воздействием сжатого газа одновременно перемещаются вперед, досылая шар (10) в канал ствола (11). При этом воздух в компрессионной камере (12), образованной между наружной поверхностью затвора (9) и внутренней поверхностью казенной части ствола (11), сжимается, смягчая удар затвора (9) по шару (10) и аккумулируя энергию для возврата затвора в крайнее заднее положение. В рабочей камере (8) накапливается необходимый для выстрела объем газа.

При нажатии на спусковой крючок шток (13) перемещается, сжимая удерживающую пружину и создавая при этом необходимый зазор с газораспределительным золотником (5). Под воздействием газа, поступающего из камеры (6) по каналу (14), газораспределительный золотник (5) смещается вперед, открывая ход газу через трубчатый канал (15) в фидер и перекрывая каналы (3), (4). Давление в камере (6) резко падает, и запорный клапан (7) под воздействием газов в рабочей камере (8) возвращается в исходное положение, открывая сопло затвора (9) для хода газов в канал ствола (11).

После выстрела затвор (9) под воздействием давления сжатого в компрессионной камере (12) воздуха возвращается в исходное положение, запирая сопло затвора (9) запорным клапаном (7). В момент сброса давления из камеры (6) газораспределительный золотник (5) под воздействием возвратной пружины перемещается в исходное положение, запирая проход газа из камеры (6) по каналу (14) в канал (15) и открывая подачу газа по каналам (3), (4) в камеры (6) и (8). Цикл повторяется, обеспечивая автоматический режим стрельбы.

Для окончания стрельбы прекращается нажатие на спусковой крючок, который возвращается в исходное положение штоком (13) под воздействием удерживающей пружины. Шток (13) прижимается к газораспределительному золотнику (5), препятствуя его смещению.

Несмотря на достижение более высоких характеристик, вышеописанная схема маркера пневматического автоматического имеет следующие недостатки:

1. Сложность конструкции. Большинство деталей требует точной обработки с минимальными допусками (газораспределительный золотник, затвор, казенная часть ствола), использования высоколегированных износоустойчивых сталей.

Высокие требования к качеству и состоянию обтюрирующих эластичных кольцевых прокладок.

Давление газа для нормальной работы устройства не должно превышать 20-25 атм., тогда как в баллоне углекислота находится под давлением 60-70 атм. Следовательно, необходима установка между адаптером и ресивером редуктора, понижающего давление газа до рабочего.

Отсюда вытекают достаточно высокие требования к производству и эксплуатации маркера.

2. Эксплуатационные ограничения. Данная схема оптимизирована под конкретно разработанный маркер (использование энергии газа для продвижения шаров в фидере). При применении ее в маркере с иным способом подачи шаров: гравитационным (самотеком), механическим (пружина) или электрическим - часть газа из камеры (6) за торцевой поверхностью запорного клапана (7) будет выбрасываться в атмосферу.

Данная схема достаточно громоздка и не применима к маркерам-пистолетам.

3. Сущность изобретения

Основной задачей для заявленного маркера является расширение эксплуатационных возможностей маркера, улучшение технических характеристик.

Предлагаемая конструктивная схема маркера позволяет достичь следующих технических результатов:

1. Простота и надежность механизма. Малое количество деталей, большинство из которых не требует при изготовлении высокой квалификации.

2. Компактность механизма. Имея небольшие геометрические размеры, данная схема позволяет создавать маркеры - имитаторы пистолета, по габаритам практически аналогичные реальному оружию.

3. Стабильность характеристик выстрела при использовании газа СО₂ в широком диапазоне температуры окружающей среды.

4. Снижение кинетической энергии затвора до оптимального значения при его движении вперед под воздействием газа, тем самым обеспечивая плавное досылание шара в канал ствола.

Маркер в своем составе содержит рабочую камеру, предназначенную для накопления необходимого для производства выстрела количества газа, упирающийся в боевую пружину затвор с выполненными в нем центральным каналом, выходящим в канал ствола, и газоводными отверстиями, соединяющими данный канал с пространством между затвором и редукционным цилиндром. В примененном в данной схеме редукционном цилиндре ступенчатого типа выполнены калиброванное отверстие, выходящее в рабочую камеру, причем его диаметр задает размер площади воздействия накапливаемого в рабочей камере газа на затвор (сила упругости боевой пружины, под воздействием которой на затвор данное отверстие запирается, определяет уровень давления данного газа в рабочей камере), и канал досылания, соединенный с калиброванным отверстием и выходящий в пространство между редукционным цилиндром и затвором, причем площадь поперечного сечения канала несколько превышает площадь поперечного сечения калиброванного отверстия, что обеспечивает при открытом калиброванном отверстии скачкообразное увеличение воздействия газа из рабочей камеры на затвор. На примененном в данной схеме затворе в задней концевой части размещен поршень досылания со штоком. Шток поршня досылания предназначен для запирания калиброванного отверстия редукционного цилиндра на этапе накопления газа в рабочей камере. Поршень досылания имеет возможность возвратно-поступательного движения в канале досылания редукционного цилиндра и перекрытия на всем этапе этого движения, т.е. этапе досылания шара в канал ствола и запирания последнего затвором, хода газу из рабочей камеры в пространство между редукционным цилиндром и затвором и далее через газоводные отверстия и центральный канал затвора в канал ствола. С выходом поршня досылания затвора из канала досылания редукционного цилиндра газ из рабочей камеры выходит в пространство между редукционным цилиндром и затвором. Устанавливающийся при этом уровень давления газа при значительной площади его воздействия на заднюю торцевую часть упирающегося в боевую пружину затвора обеспечивает гарантированное удержание последнего в крайнем переднем положении до полного вылета шара из канала ствола.

Такая схема обеспечивает ступенчатое воздействие газа на затвор и определяет три этапа производства выстрела:

I - запирание рабочей камеры на этапе накопления необходимого для производства выстрела количества газа. Крайнее заднее положение затвора обеспечивает подачу очередного шара на линию досылки.

II - плавное и гарантированное движение затвора вперед под воздействием накопленного в рабочей камере газа, досылание и запирание шара в канале ствола. При этом обеспечивается полное запирание газа в рабочей камере.

III - удержание затвора в крайнем переднем положении. При этом обеспечивается полное запирание канала ствола на весь период движения шара по каналу ствола.

4. Перечень фигур чертежей

Фиг.1 - маркер пневматический автоматический (RU 2166721 С1, кл. F 41 В 11/00, 10.05.2001)

Фиг.2 - заявленный маркер. Общая схема.

Фиг.3 - заявленный маркер. Исходное положение.

Фиг.4 - заявленный маркер. Открытие клапана подачи газа. Работа первой ступени редукционного цилиндра.

Фиг.5 - заявленный маркер. Движение затвора вперед под воздействием сжатого газа. Работа второй ступени редукционного цилиндра.

Фиг.6 - заявленный маркер. Запирание канала ствола. Производство выстрела.

Сведения, подтверждающие

возможность осуществления изобретения

Конструктивная схема маркера (фиг.2) состоит из корпуса (16), ствола (11), затвора (9) с поршнем досылания (17) и штоком (18), боевой пружины (19), регулятора (20), корпуса клапана подачи газа (21), клапана подачи газа (22), его пружины (23), редукционного цилиндра (24) с калиброванным отверстием (25) и каналом досылания (26), спускового шептала (27) (конструкция спускового механизма не приводится, т. к. она может иметь различное исполнение). Рабочая камера (8) образована корпусом, корпусом клапана подачи газа и редукционным цилиндром.

Корпус (16). Предназначен для сведения деталей маркера в единый механизм. Имеет круглое внутреннее сечение, внешнее может быть различной формы и определяется дизайном маркера. В передней части крепится ствол, в задней части внутреннее сечение имеет увеличенный диаметр для обеспечения упора редукционного цилиндра. В нижней части выполнены отверстие для подачи шара и вырез под шептало спускового механизма.

Ствол (11). Предназначен для обеспечения воздействия газов на шар и направления его полета. Жестко крепится в передней части корпуса. Может иметь различную длину, внешнюю форму (кроме части, входящей в корпус), определяемые заданными характеристиками и дизайнерским исполнением.

Затвор (9). Предназначен для открытия клапана подачи газа, запирания калиброванного отверстия редукционного цилиндра до достижения в рабочей камере заданного уровня давления газа, досылания шара в канал ствола и запирания последнего на момент производства выстрела. Представляет собой цилиндрическую деталь, передней частью наезжающую на ствол и упирающуюся в боевую пружину. В задней части либо выполнен поршень досылания (диаметр которого соответствует диаметру канала досылания редукционного цилиндра) и шток на его концевой части (диаметр которого соответствует диаметру калиброванного отверстия редукционного цилиндра). В задней торцевой части затвора выполнены газоводные отверстия (28), выходящие в центральный канал (29) и соединяющие через него пространство за затвором с каналом ствола. Кольцевые эластичные прокладки предотвращают прорыв газов между корпусом и затвором, затвором и стволом. Кольцевая эластичная прокладка, расположенная в кольцевой проточке на штоке непосредственно перед поршнем досылания, обеспечивает герметичное запирание калиброванного отверстия редукционного цилиндра на период накопления газа в рабочей камере и предотвращает прорыв газов из рабочей камеры между стенками канала досылания редукционного цилиндра и поршнем досылания затвора в процессе движения затвора вперед до момента выхода поршня досылания из данного канала.

Боевая пружина (19). Одним концом упирается в регулятор, другим в затвор. Предназначена для придания затвору кинетической энергии, необходимой для открытия клапана подачи газа, а также для удержания затвора в крайнем заднем положении до накопления необходимого количества газа в рабочей камере.

Регулятор (20). Служит упором для боевой пружины, при передвижении изменяет ее силу упругости, тем самым регулируя уровень давления газа в рабочей камере.

Корпус клапана подачи газа (21). Предназначен для размещения в нем клапана подачи газа и подвода к нему газа из баллона. Эластичная кольцевая прокладка предотвращает прорыв газа из рабочей камеры между корпусом и корпусом клапана подачи газа.

Клапан подачи газа (22). Предназначен для подачи газа в рабочую камеру. Клапан поджат пружиной клапана (23).

Редукционный цилиндр ступенчатого типа (24). Представляет собой цилиндрическую деталь переменного поперечного сечения. В задней части по центру вдоль осевой линии выполнено калиброванное отверстие, определяющее площадь воздействия газа на затвор. Отверстие выходит в канал досылания большего по сравнению с калиброванным отверстием диаметра, предназначенный для ступенчатого увеличения воздействия газа на поршень досылания затвора и удержания газа в рабочей камере на момент досылания шара затвором в канал ствола. Кольцевая эластичная прокладка, расположенная в кольцевой проточке на широкой части цилиндра, предотвращает прорыв газов из рабочей камеры между корпусом и редукционным цилиндром.

Как вариант может быть выполнен одной деталью с корпусом клапана подачи газа.

Принцип действия

Исходное положение (фиг.3). Затвор (9) в переднем положении. Спусковое шептало (27) входит в вырез на затворе и фиксирует его. Боевая пружина (19) сжата. Клапан подачи газа (22) закрыт. Шар (10) находится в магазине.

Производство выстрела. При нажатии на спусковой крючок шептало (27) опускается (Фиг.4). Затвор (9) под воздействием боевой пружины (19) начинает движение назад. Воздух из сокращающегося пространства между редукционным цилиндром (24) и задней торцевой частью затвора (9) свободно выходит через газоводные отверстия (28) и центральный канал затвора (29). Поршень досылания затвора (17), двигаясь по каналу досылания редукционного цилиндра (26), сжимает воздух в рабочей камере (8) незначительно (при площади поперечного сечения поршня досылания затвора, равной 0,5 см², и длине хода затвора 2 см объем изменяется с 11 до 10 см³), давление увеличится с 1 до 1,1 атм, что при силе упругости боевой пружины 4-5 кгс окажет весьма слабое сопротивление движению затвора (9).

При дальнейшем движении затвора (9) назад его шток (18) входит в калиброванное отверстие редукционного цилиндра (25), запирая его, и нажимает на клапан подачи газа (22). Газ начинает поступать в рабочую камеру (8), наполняя ее. Уровень давления газа в рабочей камере (8) нарастает до тех пор, пока его действие на шток затвора (18) не превысит силу упругости боевой пружины (19) (при площади торца штока (равнозначно площади поперечного сечения калиброванного отверстия), равной 0,2 см², и силе упругости боевой пружины 4-5 кгс давление достигает значения 20-25 атм, что при объеме рабочей камеры 10 см³ дает объем газа (при Р=1 атм) 250-300 см³, т.е. объем, необходимый для выстрела). Очередной шар (10) поступает на линию досылки.

Под воздействием газов затвор (9) начинает движение вперед (фиг.5), его шток (18) выходит из калиброванного отверстия редукционного цилиндра (25), открывая его. Клапан подачи газа (22) закрывается. Выходящий из рабочей камеры (8) газ воздействует на всю площадь поршня досылания затвора (17). При данной площади, равной 0,5 см², и давлении газа в рабочей камере 20-25 атм сила, с которой газ действует на поршень досылания затвора, составит 10-12 кгс. Эта величина при том, что значительно превышает силу упругости боевой пружины (19), оптимальна для придания затвору (9) скорости, обеспечивающей “мягкое” досылание шара (10) в канал ствола (11).

На конечном участке движения затвора (9) его поршень досылания (17) выходит из канала досылания редукционного цилиндра (26) (фиг.7), открывая ход газу из рабочей камеры (8) в пространство перед задней торцевой частью затвора. Воздействуя на всю площадь торца затвора, газы плотно прижимают его к стволу (11), запирая последний. Через газоводные отверстия (28) и центральный канал затвора (29) газ выходит в канал ствола (11) и воздействует на шар (10).

Затвор (9) находится в крайнем переднем положении, запирая канал ствола (11), до момента, когда давление газов не упадет до значения порядка 2 атм. (при площади торцевой части затвора 4,5 см² давление газа на затвор сравняется с силой упругости боевой пружины). Затем под воздействием боевой пружины (19) затвор (9) начинает движение назад и либо садится на спусковое шептало (27) при стрельбе одиночными выстрелами, либо продолжает движение далее при стрельбе в автоматическом режиме, начиная новый цикл.

Работа механизма продолжает происходить без изменений, и сила выстрела будет иметь постоянное значение, пока давление газа в баллоне выше либо равно давлению, установленному для рабочей камеры (20-25 атм).

Маркер предназначен для имитации использования ручного огнестрельного оружия. Маркер имеет рабочую камеру, накапливающую необходимое для выстрела количества газа, определяемое диаметром калиброванного отверстия редукционного цилиндра ступенчатого типа и силой упругости боевой пружины, воздействующей на затвор, который в крайнем заднем положении штоком запирает данное отверстие и открывает клапан подачи газа. Клапан подачи газа открыт, пока давление газа на шток затвора не превысит силу упругости боевой пружины и затвор начнет движение вперед. Газ через калиброванное отверстие поступает в канал досылания редукционного цилиндра. Ступенчатое увеличение силы действия газа на поршень досылания затвора определяется его большей по сравнению с калиброванным отверстием площадью поперечного сечения. Длина поршня досылания затвора и протяженность канала досылания редукционного цилиндра обеспечивают удержание газа в рабочей камере практически до полного досылания шара в ствол. При полном запирании затвором канала ствола его поршень досылания выходит из канала досылания редукционного цилиндра, открывая ход газу через газоводные отверстия и центральный канал затвора в канал ствола. Газ, воздействуя на всю торцевую площадь затвора, удерживает его в крайнем переднем положении до полного вылета шара из канала ствола. С падением давления газа затвор под воздействием боевой пружины начинает движение назад. Цикл завершен. Изобретение обеспечивает простоту и надежность конструкции, компактность, стабильные характеристики выстрела, универсальность. 6 ил.

Маркер пневматический, автоматический, содержащий упирающийся в боевую пружину затвор с центральным каналом и газоводными отверстиями, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения внутри корпуса, рабочую камеру, обеспечивающую накопление необходимого для производства выстрела количества газа, отличающийся тем, что он снабжен редукционным цилиндром ступенчатого типа, имеющим калиброванное отверстие, выходящее с одной стороны в рабочую камеру, с другой - в канал досылания, выходящий в пространство между редукционным цилиндром и затвором, причем площадь поперечного сечения канала досылания несколько больше площади поперечного сечения калиброванного отверстия, но значительно меньше площади поперечного сечения самого затвора, в задней концевой части которого размещен поршень досылания со штоком, с возможностью возвратно-поступательного движения поршня в канале досылания редукционного цилиндра и перекрытия при этом хода газу из рабочей камеры в пространство между редукционным цилиндром и затвором и далее через газоводные отверстия и центральный канал затвора в канал ствола, а также с возможностью запирания своим штоком калиброванного отверстия редукционного цилиндра.