El funcionamiento a gas es un sistema de funcionamiento utilizado para proporcionar energía para operar armas de fuego de carga automática con recámara bloqueada . En el funcionamiento a gas, una parte del gas a alta presión del cartucho que se dispara se utiliza para impulsar un mecanismo que desecha el casquillo gastado e inserta un nuevo cartucho en la recámara . La energía del gas se aprovecha a través de un puerto en el cañón o una trampa en la boca del cañón . Este gas a alta presión incide sobre una superficie, como la cabeza de un pistón, para proporcionar movimiento para desbloquear la acción , extraer el casquillo gastado, expulsar, amartillar el martillo o percutor, cargar un cartucho nuevo en la recámara y bloquear la acción.
La primera mención del uso de un pistón de gas en un rifle monotiro de retrocarga se remonta a 1856, cuando el alemán Edward Lindner patentó su invento en Estados Unidos y Gran Bretaña. [1] En 1866, el inglés William Curtis presentó la primera patente de un rifle de repetición accionado por gas, pero posteriormente no logró desarrollar esa idea más. [2] Entre 1883 y 1885, Hiram Maxim presentó varias patentes sobre funcionamiento por retroceso, retroceso y gas. En 1885, un año después de la primera patente de Maxim sobre funcionamiento por gas, un inventor británico llamado Richard Paulson, que un año antes había patentado un rifle y una pistola accionados por retroceso, nuevamente, un año después de la primera patente de retroceso de Maxim, patentó un rifle y una pistola accionados por pistón de gas que, según él, podían utilizarse con cerrojos deslizantes, giratorios o descendentes. También patentaría un revólver accionado por gas en 1886. Paulson construyó modelos de su rifle y los probó en Francia poco después de presentar su patente. [3] Además, según AWF Taylerson, un historiador de armas de fuego, su revólver patentado probablemente era funcional. [4] En 1887, un inventor estadounidense llamado Henry Pitcher patentó un sistema de conversión operado por gas que, según él, podía aplicarse a cualquier rifle con cargador operado manualmente. [5] En 1890 patentaría y presentaría un rifle original operado por gas para pruebas por parte del gobierno de los EE. UU., pero funcionó mal y finalmente nunca fue adoptado a pesar de que se ofreció comercialmente para el mercado civil. [6] En la década de 1880, los hermanos Clair de Francia desarrollaron un rifle y una pistola operados por pistón de gas, recibieron una patente francesa y presentaron prototipos para pruebas por parte del ejército francés en 1888, aunque la verdadera fecha de su invención es incierta. También producirían una escopeta semiautomática a principios de la década de 1890. [7] [8] En 1889, el austrohúngaro Adolf Odkolek von Újezd presentó una patente para la primera ametralladora operada con gas que tuvo éxito. [9]
La mayoría de los sistemas de gas actuales emplean algún tipo de pistón. La cara del pistón es accionada por el gas de combustión de un puerto en el cañón o una trampa en la boca del cañón. Las primeras armas, como el prototipo "flapper" de Browning, el rifle Bang y el rifle Garand , usaban gas a presión relativamente baja desde la boca del cañón o cerca de ella . Esto, combinado con piezas operativas más grandes, reducía la tensión en el mecanismo. Para simplificar y aligerar el arma de fuego, era necesario utilizar gas desde más cerca de la recámara . Este gas a alta presión tiene suficiente fuerza para destruir un arma de fuego a menos que se regule de alguna manera. La mayoría de las armas de fuego operadas por gas dependen del ajuste del tamaño del puerto de gas, la masa de las piezas operativas y las presiones de los resortes para funcionar. Se emplean varios otros métodos para regular la energía. La carabina M1 incorpora un pistón muy corto, o "taqué". Este movimiento está estrechamente restringido por un hueco en el hombro. Este mecanismo limita inherentemente la cantidad de gas extraído del cañón . El rifle M14 y la ametralladora de uso general M60 utilizan el sistema de expansión y corte White para detener (cortar) la entrada de gas al cilindro una vez que el pistón ha recorrido una corta distancia. [10] Sin embargo, la mayoría de los sistemas ventilan el exceso de gas a la atmósfera a través de ranuras, orificios o puertos.
Un sistema de trampa de gas consiste en "atrapar" el gas de combustión cuando sale de la boca del cañón. Este gas incide sobre una superficie que convierte la energía en movimiento que, a su vez, activa el mecanismo del arma de fuego. Como el movimiento resultante es hacia adelante, en dirección a la boca del cañón, se necesita algún tipo de sistema mecánico para traducirlo en el movimiento hacia atrás necesario para accionar el cerrojo. Esto aumenta la complejidad del mecanismo y su peso, y la ubicación de la trampa generalmente da como resultado un arma más larga y permite que la suciedad entre fácilmente en el mecanismo. A pesar de estas desventajas, utilizan gas a una presión relativamente baja y no requieren un orificio en el cañón, lo que los hacía atractivos en los primeros diseños. El sistema ya no se utiliza en las armas modernas.
Hiram Maxim patentó un sistema de boquilla en 1884 descrito en la patente estadounidense 319.596, aunque se desconoce si esta arma de fuego alguna vez fue prototipada. John Browning utilizó gas atrapado en la boca del cañón para operar una "aleta" en el primer prototipo de arma de fuego operada por gas descrito en la patente estadounidense 471.782 , y utilizó una ligera variación de este diseño en la ametralladora Colt-Browning M1895 "excavadora de patatas". El rifle danés Bang utilizó una boquilla impulsada hacia adelante por gas de boca para operar la acción a través de barras de transferencia y palanca. Otros rifles con trampa de gas fueron los primeros modelos de producción M1 Garand y el alemán Gewehr 41 (ambos modelos Walther y Mauser).
Tanto los gobiernos de Estados Unidos como de Alemania exigían que sus armas funcionaran sin necesidad de perforar un agujero en el cañón. Ambos gobiernos adoptaron primero las armas y luego abandonaron el concepto. La mayoría de los primeros fusiles M1 Garand estadounidenses fueron equipados con pistones de gas de carrera larga, lo que hizo que los fusiles con trampa de gas que sobrevivieron fueran valiosos en el mercado de coleccionistas.
En la década de 1980, el diseñador soviético Alexander Adov de TsKIB SOO modificó el concepto con un tubo que desviaba el gas de la boca del cañón a un sistema estándar de recorrido largo (ver más abajo) para disminuir la influencia del motor de gas en el cañón y aumentar la precisión, pero su rifle de francotirador no fue adoptado debido a la disolución de la Unión Soviética . [11]
Con un sistema de carrera larga, el pistón está fijado mecánicamente al grupo del cerrojo y se mueve a través de todo el ciclo operativo. Este sistema se utiliza en armas como la ametralladora ligera Bren , AK-47 , Tavor , FN Minimi , FN MAG , FN FNC y M1 Garand . La principal ventaja del sistema de carrera larga es que la masa del vástago del pistón se suma al impulso del portador del cerrojo, lo que permite una extracción, expulsión, recámara y bloqueo más positivos. La principal desventaja de este sistema es la alteración del punto de mira debido a varios factores como: el centro de masa que cambia durante el ciclo de acción, paradas abruptas al principio y al final del recorrido del portador del cerrojo y el uso del cañón como punto de apoyo para empujar el cerrojo hacia atrás. Además, debido a la mayor masa de las piezas móviles, se requiere más gas para operar el sistema que, a su vez, requiere piezas operativas más grandes.
Con un sistema de carrera corta o de taqué , el pistón se mueve por separado del grupo del cerrojo. Puede empujar directamente [12] las partes del grupo del cerrojo , como en la carabina M1 , o funcionar a través de una biela o conjunto, como en el Armalite AR-18 o el SKS . En cualquier caso, la energía se imparte en un empujón corto y abrupto y luego se detiene el movimiento del pistón de gas, lo que permite que el conjunto del portador del cerrojo continúe a través del ciclo operativo a través de la energía cinética . Esto tiene la ventaja de reducir la masa total de las piezas que retroceden en comparación con un pistón de carrera larga. Esto, a su vez, permite un mejor control del arma debido a que se necesita detener menos masa en cada extremo del recorrido del portador del cerrojo y evita que los gases de combustión calientes se empujen hacia las partes internas y elimina los residuos de pólvora en el receptor, lo que mejora significativamente la confiabilidad, aumentando la vida útil de las piezas del arma al reducir los casos de mal funcionamiento en períodos prolongados de cadencia de fuego extremadamente alta y disparos suprimidos. El sistema operativo de recorrido corto está disponible tanto en el linaje militar HK416 , LMT MARS ) como en los mercados civiles como una alternativa o modernización de la familia de armas AR-15 para abordar las deficiencias del sistema operativo de pistón de gas interno Stoner .
Es un cruce entre un pistón de gas de carrera corta y un sistema de pistón de gas de carrera larga tipo M1 Garand. Es similar a un pistón de carrera corta normal en su funcionamiento porque también utiliza un pistón de gas abierto que tiene una cavidad de impacto en su cabeza, que descansa sobre un bloque de gas en el cañón. Sin embargo, al igual que el sistema de pistón de gas de carrera larga utilizado en el M1 Garand, el conjunto del pistón está integrado con la varilla de operación y se mueve con el grupo del cerrojo.
La salvedad de este sistema es que tiene una masa móvil más pesada que los sistemas modernos de pistón de gas de carrera larga utilizados en rifles como el AK-47 , Tavor , FN FNC , etc. Por lo tanto, las armas de fuego que utilizan este sistema tienen un retroceso sentido más alto que sus contrapartes modernas equivalentes de pistón de gas de carrera larga.
El cerrojo no está bloqueado, sino que es empujado hacia atrás por los gases propulsores en expansión , como en otros diseños basados en retroceso. Sin embargo, los gases propulsores se expulsan desde el cañón hacia un cilindro con un pistón que retrasa la apertura del cerrojo. Se utiliza en el fusil Volkssturmgewehr 1-5 , el Heckler & Koch P7 , las pistolas Steyr GB y Walther CCP .
Para evitar consumir una gran cantidad de balas relativamente caras, muchos ejércitos, incluido el ejército de los Estados Unidos, entrenaron a las tripulaciones de ametralladoras con munición de subcalibre menos costosa a fines del siglo XIX y la primera mitad del siglo XX. Para hacer esto, necesitaban un cartucho .22 LR barato para operar armas de fuego diseñadas para usar el cartucho .30-06. David Marshall Williams inventó un método que involucraba una cámara flotante separada que actuaba como un pistón de gas con gas de combustión incidiendo directamente en el frente de la cámara flotante. [13] El kit de conversión Colt Service Ace de calibre .22 para la pistola M1911 calibre .45 también usó el sistema de Williams, que permite una corredera mucho más pesada que otras conversiones que funcionan con el mecanismo de retroceso no aumentado y hace que el entrenamiento con la pistola convertida sea realista. Una cámara flotante proporciona fuerza adicional para operar la corredera más pesada, lo que proporciona un nivel de retroceso percibido similar al de un cartucho de máxima potencia. [14]
El método de funcionamiento por impacto directo (DI) expulsa el gas desde la mitad del cañón a través de un tubo hasta las partes móviles del rifle, donde inciden directamente en el portador del cerrojo. Esto da como resultado un mecanismo más simple y liviano. Las armas de fuego que utilizan este sistema incluyen el MAS-40 francés de 1940 y el Ag m/42 sueco de 1942. El sistema de gas Stoner de los rifles estadounidenses estilo M16 , M4 y AR-15 utiliza una versión modificada de este sistema, en el que un tubo de gas envía gas al portador del cerrojo para incidir en el cerrojo, que actúa como un pistón para hacer funcionar el rifle. Una ventaja principal es que las partes móviles están ubicadas en línea con el eje del cañón, lo que significa que la imagen de la mira no se altera tanto. Esto ofrece una ventaja particular para los mecanismos completamente automáticos. Tiene la desventaja de que el gas propulsor de alta temperatura (y la suciedad que lo acompaña) se sopla directamente en las partes de la acción. [15] La operación de impacto directo aumenta la cantidad de calor que se deposita en el cajón de mecanismos durante el disparo, lo que puede quemar y cubrir los lubricantes. El cerrojo, el extractor, el eyector, los pasadores y los resortes también se calientan con el mismo gas de alta temperatura. Estos factores combinados reducen la vida útil de estas piezas, la confiabilidad y el tiempo medio entre fallas . [16]
Se han encontrado otros usos para los gases de escape además de ayudar al ciclismo: