При закрывании клин вдвигается в гнездо и скользит в нем по направляющим выступам, параллельным задней грани; передняя грань при этом, перемещаясь параллельно самой себе, приближается к заднему срезу ствола и досылает патрон до места.
При открывании наклонные грани выступов позволяют легко выдвинуть клин и открыть канал даже при сильном нажатии дна гильзы на переднюю грань клина.
При выстреле давление пороховых газов на переднюю грань клина через заднюю грань передается заклиновой части казенника. Растягивающее усилие может быть разложено на две составляющие: одна, направленная перпендикулярно задней грани, стремится оторвать заклиновую часть казенника, другая, направленная вдоль наклонной грани, вниз или вбок, стремится выбросить клин из его гнезда (см. рис. 246). Чем больше угол наклона задней грани, тем усилие, стремящееся выбросить клин из его гнезда, больше. В современных орудиях этот угол близок к нулю, следовательно, близка к нулю и сила, действующая вдоль наклонной грани.
Отрыву заклиновой части казенника препятствует сам казенник, а выбрасыванию клина из гнезда противодействует сила трения.
Благодаря наличию клинового гнезда с пазами уменьшается длина затворной части орудия, что, несомненно, выгодно. Однако эта конструкция менее прочна, так как щеки гнезда, не связанные сзади, могут разойтись. Такой тип клинового гнезда применяется преимущественно в орудиях малого калибра. Применение клинового гнезда с фигурными пазами исключает возможность расхождения щек.
В современной артиллерии клиновые затворы, как правило, применяются в орудиях раздельного гильзового и патронного заряжания. В этих случаях обтюрация и предохранение от прорыва газов обеспечивается самой гильзой, которая, расширяясь под давлением пороховых газов, плотно прижимается наружной поверхностью к стенкам каморы, в результате чего устраняется прорыв газов наружу. Поэтому применение клинового затвора при раздельном гильзовом и патронном заряжании не требует применения каких-либо специальных обтюрирующих приспособлений.
В старых системах клиновой затвор применялся в орудиях картузного заряжания. Обтюрация в этих орудиях обеспечивалась особым приспособлением — обтюратором. Но применявшиеся обтюрирующие приспособления не давали хороших результатов. Поэтому клиновой затвор при картузном заряжании в современных артиллерийских орудиях не применяется.
По сравнению с затворами других типов клиновой затвор имеет более простое устройство и надежно запирает канал ствола. Для закрывания и открывания клина требуется одно прямолинейное движение, обеспечивающее простоту и быстроту действия такого затвора, тем более, что углы возвышения не влияют на величину усилия, необходимого для открывания и закрывания, особенно в затворах с горизонтальным расположением клина. Это обстоятельство облегчает автоматизацию клиновых затворов. В современной артиллерии полуавтоматические затворы в большинстве случаев являются клиновыми.
Вертикальные клиновые затворы обычно применяются в орудиях малого калибра, там, где вес клина мал и изменение усилий на рукоятки при открывании и закрывании ничтожно, а также в орудиях, где открывание и закрывание производится автоматически. Применение вертикальных клиновых затворов выгодно в тех случаях, в которых выдвижение клина вбок ограничивает угол горизонтального обстрела вследствие упора в станины лафета или другие части орудия.
Кроме клиновых затворов, действующих вручную, имеются еще полуавтоматические и автоматические. Полная или частичная автоматизация осуществляется за счет использования силы пороховых газов при отдаче.
Полуавтоматические затворы за счет использования этой силы открываются, выбрасывают стреляную гильзу и закрываются. Заряжание и производство выстрела производится вручную. Большинство современных артиллерийских орудий малого и среднего калибров имеют полуавтоматический затвор. К таким орудиям относятся 45-миллиметровая противотанковая пушка обр. 1937 г. и обр. 1942 г., 76-миллиметровая пушка обр. 1939 г. и обр, 1942 г. и др. Встречаются затворы, у которых автоматизировано только закрывание (76-миллиметровая горная пушка обр. 1938 г.).
Автоматический затвор во время стрельбы без всяких усилий орудийного расчета в результате действия пороховых газов открывается, заряжает орудие, закрывается, производит выстрел и выбрасывает стреляную гильзу. Зенитные орудия малого калибра, как правило, имеют автоматические затворы.
Кроме клиновых затворов, у некоторых артиллерийских орудий сохранились еще и поршневые затворы.
Поршневые затворы применяются в орудиях среднего и крупного калибров. Главная часть запирающего механизма поршневого затвора представляет собой цилиндр с винтовой нарезкой на наружной поверхности, называемый поршнем. При закрывании затвора поршень ввинчивается в нарезное затворное гнездо ствола, обеспечивая надежное запирание ствола при выстреле. Большое давление пороховых газов на поршень вызывает необходимость большего числа витков. Устройство такого поршня, в виде обыкновенного винта, потребовало бы много времени на открывание и закрывание затвора. Для ускорения работы затвора на поршне и в затворном гнезде витки нарезки делаются не по всей окружности, а чередуются с гладкими участками. Наиболее часто применяются поршни с двумя нарезными и двумя гладкими участками. В таком поршне каждый участок соответствует сектору с углом в 90 градусов. Бывают поршни с тремя и четырьмя парами нарезных и гладких участков.
При закрывании поршень устанавливается нарезными секторами против гладких секторов затворного гнезда и в таком положении вдвигается в гнездо на всю длину. После вдвигания поршня он поворачивается на определенный угол (90, 60, 45 градусов), при этом витки поршня входят в зацепление с витками затворного гнезда. Таким образом, вместо большого количества оборотов поршня вокруг оси закрывание производится путем поворота его на небольшой угол.
Срезание части витков ускоряет работу затвора, но вместе с тем уменьшает прочность закрепления поршня в стволе. Для увеличения прочности зацепления увеличивают число витков на поршне, что вызывает увеличение длины поршня, а следовательно, и увеличение его веса. Оба эти фактора уменьшают скорострельность орудия.
Для уменьшения длины и веса поршня и увеличения прочности его соединения с казенником иногда применяют так называемые ступенчатые поршни. Такие поршни имеют секторы различной высоты, то есть нарезка делается разных диаметров, соответственно которым нарезается и затворное гнездо.
В некоторых затворах применяются конические ступенчатые поршни. Диаметр такого поршня увеличивается по направлению к казенной части. Это дает возможность сократить длину поршня, так как благодаря увеличению диаметра витков прочность поршня увеличивается. Однако конические поршни мало применяются из-за сложности их изготовления. Силы трения, возникающие в месте соприкосновения поверхностей витков поршня и затворного гнезда, препятствуют повороту поршня под действием пороховых газов. Кроме того, затвор в закрытом положении стопорится специальными приспособлениями, что также устраняет возможность открывания затвора при выстреле.
Обтюрация в поршневых затворах орудий раздельного гильзового и патронного заряжания, как и в клиновых затворах, обеспечивается гильзой, Несколько иначе обстоит дело при картузном заряжании. При закрытом затворе в месте соприкосновения его с телом орудия образуется небольшая щель, через которую могут прорваться сильно нагретые газы. Газы, проходящие через щель с большой скоростью, могут оплавить металл и, таким образом, привести затвор в негодность. Кроме того, эти газы, вырываясь назад, могут нанести сильные повреждения орудийному расчету. И, наконец, разрушительное действие газов может повредить и другие детали затвора, не рассчитанные на большие усилия. Прорыв газов не может быть устранен тщательной обработкой, точной пригонкой соприкасающихся поверхностей, потому что газы постоянно стремятся вырвать затвор из орудия и проникнуть в сколько-нибудь свободное пространство. Так как прорыв газов совершенно недопустим, то в самом затворе должно быть специальное приспособление, препятствующее протеканию газов. Такое приспособление называется обтюратором.
Обтюратор должен быть сделан из пластического материала, чтобы под действием давления он мог принимать форму окружающих поверхностей. Обтюратор помещается в казеннике так, чтобы прикрыть щель между затвором и телом орудия при выстреле.
В современных затворах применяют только автоматически действующие обтюраторы, то есть такие, у которых плотное запирание производится исключительно под действием давления пороховых газов. Автоматически действующие обтюраторы можно подразделить на две группы: первая — обтюраторы, действие которых основано на сжатии, вторая — обтюраторы, действие которых основано на растяжении. К первой группе относится грибовидный обтюратор, ко второй группе — металлические гильзы и поддоны.
Грибовидный обтюратор (рис. 25) состоит в основном из кольцевой подушки и грибовидного стержня.
Рис. 25. Затвор с грибовидным обтюратором.
Кольцевая подушка делается из холста, набивается асбестом, пропитывается бараньим салом и прессуется под большим давлением. Она помещается на переднем срезе поршня и удерживается грибовидным стержнем, имеющим сквозной запальный канал. Грибовидный стержень имеет возможность несколько перемещаться вдоль оси.
В момент выстрела под действием пороховых газов грибовидный стержень продвигается назад и расплющивает подушку, которая прижимается к стенкам каморы, устраняя возможность прорыва газов. Для того, чтобы материал подушки не вдавливался в зазоры между затвором и стволом, в обтюраторе имеются стальные разрезные кольца, которые под давлением подушки при выстреле разжимаются и прижимаются к соответствующим поверхностям. Вследствие упругости подушки и колец они после выстрела принимают первоначальные размеры и не затрудняют открывания затвора.