Работы над устройствами глушения звука выстрела огнестрельного оружия началась в конце 19 в – вслед за введением бездымных порохов. При этом сразу появилось два основных способа решения проблемы, существующих и по сей день: первый – отсечка пороховых газов и их «запирание» в канале ствола или гильзе, второй – предварительное расширение и охлаждение газов перед выходом их в атмосферу. В 1898 г. французский полковник Гумберт создал механическую конструкцию глушителя. Интересно, что первыми глушители стали использовать не военные, а охотники и бандиты. «Военная» карьера глушителей началась фактический в годы Второй мировой войны.
Прежде чем перейти к рассмотрению конструкции различных глушителей необходимо остановиться на основных источниках звука при выстреле из огнестрельного оружия. Это, прежде всего звук действия самого механизма оружия: удар курка по ударнику и ударника по капсюлю, лязг подвижных частей автоматики при перезаряжании оружия, удары затвора о ствол и затыльник. При стрельбе ночью на открытой местности звук соударяющихся металлических частей хорошо слышен на расстоянии 50 метров. Затем, ещё до вылета пули, звук издаёт воздух, вытесняемый ею из ствола, и пороховыми газами, прорвавшимися в зазор между пулей и стволом и опережающие её со сверхзвуковой скоростью. У револьверов большинства систем дополнительный шум создают пороховые газы, прорывающиеся между каморой барабана и стволом.
Основные источники звука – пуля (если её скорость превышает скорость звука), генерирующая головную ударную (баллистическую) волну, и, наконец, дульная волна, создаваемая пороховыми газами, идущими вслед за пулей. Если хотя бы на коротком участке траектории скорость пули выше скорости звука баллистическая волна обгоняет дульную и становиться самостоятельным источником звука. Баллистическая волна образуется в каждой точке движения пули на траектории и распространяется по общим законам, то есть, во всех направлениях, но при сверхзвуковой скорости полёта пули порождаемые ею колебания воздуха просто не догоняют её головную часть.
Уплотнённый слой воздуха образует скачок давления. Общая огибающая порождаемых пулей звуковых волн образует так называемый «конус Маха», на внешней границе которого получается ударная (баллистическая) волна. Скачок давления в её фронте даёт уровень звука, сопоставимый с громкостью самого выстрела. Поэтому первое категорическое требование к бесшумному оружию – скорость пули должна быть меньше скорости звука. Уменьшение начальной скорости пули достигается либо за счёт укорочения ствола, либо за счёт просверливания в стенках ствола рядов радиальных отверстий, через которые при выстреле истекают пороховые газы, и давление в канале ствола снижается, либо за счёт специальных патронов с уменьшенным пороховым зарядом. Во всех этих случаях эффективная дальность стрельбы (100 метров) уменьшается не значительно и проблем с устойчивостью пули на траектории не возникает. Однако появляются трудности с работой автоматики оружия. Но всё выше сказанное относится только к пистолетным патронам. С автоматными и винтовочными дело обстоит сложнее. Околозвуковую начальную скорость здесь можно получить только за счёт специальных патронов – ведь даже если полностью отрезать ствол у винтовки и стрелять из одного патронника, то скорость пули всё равно будет превышать скорость звука. Создать патрон с уменьшенным зарядом пороха, естественно не сложно. Однако:
При снижении скорости полёта пуль до звуковой (а это примерно в 3 раза) резко сокращается дальность эффективной стрельбы. Это можно частично компенсировать за счёт увеличения массы пули. Массу пуль увеличивают во всех без исключениях автоматных и винтовочных патронах, предназначенных для бесшумной стрельбы.
Устойчивость пули на траектории. Она решается за счёт усиления гироскопического эффекта. Необходимая скорость вращения достигается крутизной нарезов ствола, шаг которых определён, исходя из аэродинамических характеристик штатных патронов. В патронах для бесшумной стрельбы все аэродинамические параметры пули отличаются от штатных. Поэтому всегда есть опасность, что ствол штатной винтовки может не подойти для бесшумной стрельбы. Поэтому в бесшумном оружии повышают крутизну нарезки канала ствола.
Плотность заряжания патрона. Навеска пороха, например в 5,56 – мм автоматных патронах для бесшумной стрельбы, составляет лишь 1\14 часть навески пороха штатных патронов. Приходиться или уменьшать свободный объем гильзы или применять другой порох, с меньшей гравиметрической плотностью.
Звук выстрела, порождаемый дульной волной, - основная составляющая «шумности» любого огнестрельного оружия – объясняется высокими давлениями и температурой пороховых газов у дульного среза, намного превосходящими давлением и температуру окружающего воздуха. Можно выделить два основных источника дульной волны: пороховые газы, прорывающиеся через зазор между пулей и стенками канала ствола, газы, вылетающие из ствола вслед за пулей и обгоняющие её. Задачей глушителя является погасить дульную волну: снизить давление пороховых газов перед их выходом в атмосферу до 1,9 кг/см в кв., а температуру – до 15- 300 градусов по Цельсию.
Можно напомнить, что порог слышимости для человека составляет 0 дБ, тихий разговор имеет громкость около 56 дБ, выстрел из пневматической винтовки – 101 дБ, выстрел из малокалиберной винтовки – 131дБ, слуховые травмы начинаются при уровне шума в 140 дБ, болевой порог – 141 дБ, выстрел из пистолета – пулемёта – 157 дБ, из крупнокалиберного пистолета – 165 дБ, из 122 – мм гаубицы – 183 дБ, а уровень шума в 220 дБ, может вызвать уже смерть.
Существенно влияет на громкость выстрела звук от попадания пули в цель. Например, попадание пули в живую цель создаёт звук громкого и отчётливого шлепка, который на открытой местности с незначительным звуковым фоном можно отчётливо слышать в радиусе несколько сот метров. Бороться с этим звуком нельзя в принципе. Можно только маскировать его посторонними звуками на местности, выбирать место попадания пули «помягче» и использовать состав предметов, находящихся за целью, наличие или отсутствие отражающих (булыжная мостовая или кирпичная стена) или поглощающих (трава, кустарник, деревья) предметов. Кроме демаскировки огневой позиции, звук выстрела оказывает отрицательное влияние и на самого стрелка.
Приёмы снижения звука выстрела
Заметим, что ни одна схема оглушения звука выстрела не устраняет его полностью – речь идёт о снижении громкости до величины, плохо различимой на определённом расстоянии. Наиболее распространённым устройством для понижения звука является глушитель расширительного типа. В его камерах пороховые газы постепенно расширяются и теряют свою скорость и температуру. Уменьшение давления потока пороховых газов – а значит, и снижения уровня звука выстрела – можно достигнуть увеличением их объема и снижением температуры перед выходом в атмосферу. Современные конструкции подавления звука выстрела делятся на четыре класса: надульные (многокамерные), интегрированные, механические, специальное оружие с расширением газов в переменно – замкнутом объёме.
В настоящее время наибольшее распространение получили многокамерные глушители расширительного типа и интегральные.
Несколько особняком стоят системы «замкнутого» типа приоритет разработок, которых принадлежит России.
Механические системы «прибора бесшумной и беспламенной стрельбы» применяются крайне редко. Эти устройства основаны на механическом подавлении звука выстрела, при этом энергия пороховых газов тратится на деформацию пружин или других упругих элементов – демпферов, либо на перемещение каких – либо частей самого глушителя.
Классификация конструкций подавления звука выстрела.
приборы беззвучной и беспламенной стрельбы.
надульные многокамерные конструкции.
интегрированные системы.
механические конструкции.
специальное оружие с расширением пороховых газов в переменно – замкнутом объёме.
нестандартные и экзотические конструкции.
приборы малошумной стрельбы.
Самые первые нашедшие применение глушители были именно дульными многокамерными устройствами расширительного типа, в которых поперечные диафрагмы делили внутренний объём корпуса устройства на отдельные отсеки - расширительные камеры. В таких устройствах глушитель играет роль и пламегасителя. Считается, что с увеличением количества камер повышается и эффективность глушения. Однако часть пороховых газов всегда опережает пулю и так как диаметр отверстий в поперечных перегородках больше диаметра пули, часть газов истекает из глушителя со сверхзвуковой скоростью, что несколько снижает эффективность данных устройств. Хотя они довольно громоздки, распространены очень широко. Эффективность глушителя повышается при последовательном расположении нескольких камер разделённых перегородками, и делаются из пробки, кожи, пластика, резины и даже плотного картона, тоже с отверстиями, соосными стволу. Чтобы газы не успели обогнать пулю, эти отверстия могут прикрываться глухими мембранами (пробками). Но на их пробивание уйдёт дополнительная энергия – в результате скорость пули снизиться. Кроме того, ухудшиться кучность огня. Мембраны моментально изнашиваются (многие, по существу, одноразовые), поэтому оружие с глушителем применяется лишь для огня одиночными выстрелами. Легендарный отечественный «Брамит», конструктивно состоит из двух камер, каждая из которых заканчивается обтюратором – цилиндрической прокладкой из мягкой резины толщиной 15 мм. в первой камере помещён отсекатель. В стенках камер для стравливания пороховых газов просверлены два отверстия около миллиметра. При выстреле пуля пробивает поочерёдно оба обтюратора и выходит из прибора.
Пороховые газы, расширяясь в первой камере, теряют давление и медленно стравливаются через боковые отверстие наружу. Прямые перегородки расширительных камер часто заменяют изогнутыми и воронкообразными отклоняющими пороховые газы к периферийной части глушителя, что препятствует их обгону пули. Этот же эффект достигается применением винтообразной перегородки, проходящей по всей длине глушителя.
Иногда расширительные камеры частично заполняют теплопоглощающим материалом – абсорбирующей мелкой алюминиевой сеткой – наполнителем или даже просто стружкой, медной проволокой. Газы, нагревая наполнитель, сами охлаждаются, снижая собственное давление. Но сетки сложно очищать от порохового нагара и приходится периодически менять. Заметно влияет на эффективность глушения даже материал перегородок: простая замена стальных на алюминиевые, более теплопроводные, даёт заметный эффект снижения звука выстрела. Но при продолжительной стрельбе, по мере повышения давления в расширительных камерах и нагрева охлаждающих элементов и всей конструкции, эффективность устройства резко падает, и после десятка – другого выстрелов, произведённых подряд, «бесшумное» оружие превращается в самое обычное шумное. Эффект глушения звука выстрела повышает наличие небольшое количества воды в корпусе глушителя.
Немаловажную роль играет крепление глушителя на стволе, который должен обеспечивать, во-первых, полную соосность канала ствола с дульным устройством, во-вторых, надёжную обтюрацию газов. Даже лёгкое касание пулей внутренних перегородок резко снижает кучность стрельбы.
Традиционная резьба в сочетании с упругой манжетой или с подпружиненной втулкой считается наиболее надёжной. Пример тому – три выступа для фиксации дульных устройств на стволе германского пистолета – пулемёта МР5 «Хеклер унд Кох» прерывчатая резьба для установки «насадки» на советском бесшумном самозарядном пистолете ПБ или плановая резьба с большим шагом на советском автоматическом АПБ.
Громоздкий корпус глушителя часто закрывает обычные прицельные приспособления, поэтому его располагают эксцентрично стволу, когда его ось значительно ниже оси канала ствола. Канал для прохода пули должен быть строго соосным со стволом. В глушителе с обтюрацией межкамерные перегородки изготовляются из упругого материала и имеют щели для пропуска пули. В этой конструкции газы не опережают пулю, а замедленно истекают вслед за неё из расширительных камер. Недостаток – быстрый выход из строя межкамерных перегородок. Эффективность глушителя повышают путём сложных и скрупулезных расчётов его внутренней газодинамики, когда за счёт использования фигурных перегородок сложного профиля в его корпусе создаётся поворот потока газа, противопотоки и турбулентность завихрения.
Лучшие конструкции глушителей на сегодня обеспечивают коэффициент снижения звука выстрела при ведении огня (без глушителя: с глушителем) более чем 500:1 (для пистолетов). При выстреле слышен только звук от передвижения затвора.