Первые опыты в создании крупнокалиберного авиационного пулемета показали несостоятельность конструирования путем простого масштабирования конструкции авиационных пулеметов нормального калибра. Требовался новый подход в выборе конструктивных схем авиационного легкого и скорострельного крупнокалиберного пулемета. Проектирование отечественных крупнокалиберных авиационных пулеметов началось с 1937 г. по условиям общесоюзного конкурса.
В 1938 - 1939 годах уже испытывались несколько опытных крупнокалиберных авиапулеметов небольшого веса с темпом стрельбы порядка 1000 выстрелов в минуту и ленточным питанием патронами. Автором этих пулеметов были молодые конструкторы Салищев, Галкин, Юрченко, Шпитальный, Березин и др. Наиболее скорострельным был пулемет Юрченко. Темп стрельбы его пулемета достигал 2000 выстрелов в минуту, вес 24 кг, но габариты корпуса, похожего на гитару, были велики.
Лучшим крупнокалиберным пулеметом оказался 12,7 мм пулемет Михаила Евгеньевича Березина - инженера ЦКБ -14. Крупнокалиберный авиапулемет Березина в 1939 году в синхронном варианте - БС был принят на вооружение ВВС. В этом же году М.Е. Березин разработал крыльевые и турельные варианты БК и БТ пулеметов, которые тоже были приняты на вооружение ВВС.
Боеприпасы к 12,7 мм авиапулеметам разработали Н.М.Елизаров и А.П.Забегин. В комплект боеприпасов вошли пули специальных назначений: бронебойно - трассирующая Б-32, бронебойно-зажигательная-трассирующая БЗТ и зажигательно-разрывная МДЗ-3. В 1940 - 1941 годах М.Е. Березин произвел значительную модернизацию пулемета в направлении улучшения эксплуатационных показателей, технических операций и уменьшил вес. Модернизированный авиапулемет Березина стал называться универсальным пулеметом в трех вариантах УБТ - турельный, УКБ-крыльевой и УБС - синхронный.
Пулемет УБ-12,7 стал единственным крупнокалиберным авиапулеметом в ВВС. Чрезвычайная простота его конструкции, основанная на применение отвода пороховых газов из ствола, высокие энергобаллистические качества пулемета и его технологичность в изготовлении, соответствовал велению времени. Этим пулеметом вооружались практически все самолеты ВВС.
В резерве находилась ранее принятая на вооружение 20 мм авиапушка ШВАК конструкции Бориса Гавриловича Шпитального и Сергея Владимировича Владимирова. Эта авиапушка обеспечивала прицельную стрельбу сопроводительного и оборонительного огня на дальности не менее 400 м, высокую плотность огня и сбития любой воздушной цели двумя - тремя попаданиями снаряда весом 96 граммов.
В 1939 г. проблема вооружения самолетов пулеметами, авиапушками, а также впервые ракетами успешно разрешена.
Тем не менее, в Совете Народных Комиссаров и в ЦК ВКП(б) обсуждалась проблема вооружения самолетов более мощным оружием для самолетов нового поколения, разработка которых начата в 1939 году в соответствии с Постановлением СНК СССР и ЦК ВКП(б) от 4 октября 1940 года конструкторским организациям предлагалось:
- "О 20 мм пушке т.Шпитального" предлагалось изготовить и испытать бронебойные снаряды, пробивающие 20 мм броню на 200 метров.
- "О 23 мм пушке т.Таубина" предлагалось испытать ее на самолетах СБ и на моторах М-105 м с усиленным местом крепления пушки на картере мотора. Темп стрельбы 600 выстрелов в минуту.
- "О 37 мм пушке т. Таубина" сконструировать 37мм авиационную пушку с показателями:
а) вес системы - 130 кг;
б) усилие отдачи - не более 2-х тонн;
в) темп стрельбы - 330-350 выстрелов в минуту;
г) начальная скорость не менее 900 м/с;
д) вес снаряда - 700 г;
е) магазин - на 48 патронов;
ж) режим стрельбы и возможность непрерывной очереди не менее 48 патронов.
Пушку подать на испытания не позднее 25 декабря с.г.
- "О 37 мм авиационной моторпушке т.Шпитального". Основные показатели задавались практически одинаковые с 37 мм пушкой Таубина. Постановлением предлагалось установить моторпушку на самолет истребитель И-26 конструкции тов. Яковлева и подать ее на испытания не позже 25 декабря с.г.
- "О крупнокалиберном пулемете т.Таубина". Поручалось т.Таубину сконструировать и подать не позже 25 декабря с.г. на полигонные испытания 12,7 мм пулемет с показателями:
а) вес пулемета равен половине веса пулемета Березина;
б) живучесть - вдвое больше живучести пулемета Березина;
в) скорострельность и начальная скорость пули как у пулемета Березина;
г) емкость магазина - по предложенному объему в самолете не менее чем у пулемета Березина;
д) пулемет должен обеспечивать синхронную стрельбу.
Это постановление выполнить не удалось, особенно по пулемету Таубина. Легкого крупнокалиберного пулемета с заданными показателями сконструировать не удалось - его живучесть, и надежность в стрельбе не удовлетворяли требованиям.
Работа по совершенствованию оружия воздушного боя проходила в напряженной предвоенной обстановке. Конструкторские, производственные и испытательские организации без регламентированного рабочего времени трудились над совершенствованием, как самого оружия, так и установок под него на самолетах нового поколения, прицелов и ракетного вооружения.

Синхронные установки

Синхронные установки, получившие столь высокое признание в период первой мировой войны, в послевоенный период должного развития в капиталистических странах не получили. Это объяснялось в первую очередь тем, что послевоенные самолеты имели более толстое крыло в корневой части консолей, в котором представилась возможность размещать оружие. Далее, синхронное оружие не могло развивать полную скорострельность, так как темп стрельбы его зависел от частоты импульсов, посылаемых синхронизатором, т.е. частота стрельбы зависела от числа оборотов воздушного винта и снижалась на отдельных режимах работы мотора до 40 % от темпа стрельбы не синхронизированного оружия.
При стрельбе имели место случаи пробития или повреждения воздушного винта, вследствие затяжных выстрелов, самопроизвольных выстрелов и нарушений предельных режимов работы двигателей.
Затяжные выстрелы происходили, главным образом, из-за большого разброса параметров патронов (весовая неодинаковость порохового заряда, нестабильность горения пороха, воспламенителя и т.д.).
Самопроизвольные выстрелы происходили из-за больших вибраций тяг синхронного привода, что изменяло по времени момент снятия ударника оружия с боевого взвода, из-за перегрева патрона в патроннике после длительной стрельбы или из-за загрязнения самого оружия.
Нарушение предельных режимов работы двигателя в основном зависело от летчика, который в маневренном воздушном бою, изменяя режим работы двигателя, забывал о предельных оборотах, в которых допускается стрельба. В результате выхода на углы безопасности винта за установленные пределы, винт пробивался или повреждался пулями. Обычно этот предел был от 1300 до 2400 оборотов в минуту вала мотора.
Кроме того, возросшая боевая живучесть самолетов и их более высокие скорости полета требовали и более высокой плотности огня. В синхронном варианте можно было установить не более 4-х огневых точек. Поэтому предпочтение отдавалось крыльевым установкам, которые имели по 8-12 огневых точек.
Тем не менее, синхронные установки совершенствовались в направлении создания синхронизатора, синхронного привода, боеприпасов, синхронных механизмов самого оружия, систем управления огнем и перезаряжанием.
Основу синхронизатора составляли кулачковые шайбы с количеством кулачков, равным числу лопастей воздушного винта. Кулачковые шайбы крепились на валик синхронизатора, соединенного с валом двигателя. Передаточное отношение от двигателя к валику синхронизатора было одинаковым с передаточным отношением от вала двигателя к воздушному винту. При вращении шайбы кулачки взаимодействовали с синхронным приводом, через который передавался импульс к пулемету. Начало импульса наступало за 4-6 градусов недохода вершины кулачка до вершины обкатывающего шайбу ролика синхронного привода. Этот угол обеспечивал, так называемый, рабочий ход синхронного привода, при котором происходит снятие ударника с боевого взвода, т.е. выстрел.
Синхронный привод, обеспечивающий связь синхронизатора с оружием и летчика с оружием и синхронизатором, основывался на жестких тягах и тросах, заключенных в боуденовую оболочку. Он вводился в действие летчиком при нажатии гашетки управления стрельбой. При этом включались в работу синхронизатор и спусковой механизм пулемета одновременно.
Синхронный механизм оружия обеспечивал удержание ударника на боевом взводе до тех пор, пока не будет включен синхронный привод и по нему не поступит импульс от синхронизатора. При выполнении этих двух условий ударник снимается с боевого взвода и, если оружие подготовлено к этому моменту, то происходит синхронный выстрел. Синхронный механизм обязательно должен быть разомкнут на время перезаряжания оружия. Выстрела не произойдет до тех пор, пока затвор оружия не будет закрыт полностью, т.е. синхронный механизм обеспечивает одиночную стрельбу из автоматического оружия.
В качестве оружия во всех странах применялись синхронные пулеметы нормального калибра и крупнокалиберные, последние устанавливались впервые на итальянских самолетах.
В Советском Союзе на первых порах применялся синхронный вариант пулемета Виккерс, а с 1927 года - синхронный пулемет ПВ-1 с синхронным механизмом ПУЛ-9. В качестве пулеметного привода применялись жесткие тяги. ПУЛ- 9 крепился к коробу пулемета ПВ-1 с помощью стяжных болтов. В процессе работы пулеметного привода имели место случаи разрегулировки, что причиняло не мало хлопот техникам по вооружению. После каждого вылета самолета со стрельбой необходимо было заново производить регулировку синхронного привода, нередко с перестановкой положения кулачковой шайбы синхронизатора.
Пулеметы ПВ-1 по 4 штуки устанавливались на истребителях И-15. Боекомплект был равен 650 патронов на каждый пулемет. Доступ к пулеметам был затруднен, поскольку в то время сначала конструировался самолет, доказывалось его существование, а затем пристраивалось оружие.
Кроме истребителей, синхронные пулеметы ПВ-1 устанавливались на разведчиках и штурмовиках Р-5, ССС, Р-Зет и др.
С 1935 года на самолетах истребителях И-16 и И-153 устанавливались сначала два, а затем четыре синхронных скорострельных пулемета ШКАС с боекомплектом по 650 патронов на пулемет.
Работая над опытными истребителями И-180 и И-185 Н.Н.Поликарпов, поставил задачу повышения мощности огня этих истребителей и предложил вооружить их 20мм синхронными авиапушками ШВАК. Устройствами для синхронной стрельбы. занимались Б.Г.Шпитальный, К.И.Бортновский, В.Волков и А.Г.Ротенберг, которые теоретически обосновали возможность синхронизации пушки и предложили схему синхронного механизма. Для реализации смелой идеи Н.Н. Поликарпова необходимо было проверить: что будет с самолетом, если винт будет пробит снарядом?
Эксперимент по прострелу винта в воздухе взял на себя летчик Е.Уляхин. Он должен был прострелить в полете воздушный винт пушечным снарядом, сделать несколько фигур высшего пилотажа, а затем посадить самолет. По просьбе летчика синхронная авиапушка ШВАК была установлена на истребителе-биплане И-153. Намеченная программа эксперимента прошла успешно. Повторные полеты уже с пробитым винтом тоже были успешными. Теперь стало ясно, что синхронные пушки безопасны и для летчика, и для самолета.
Так в 1938 году появились первые в мире синхронные 20 мм авиапушки. Синхронными пушками ШВАК предполагали вооружить истребители И-16, но это потребовало увеличения миделевого сечения фюзеляжа. Поэтому они устанавливались на опытные самолеты. К 1940 году вариант вооружения истребителей 20 мм авиапушками был окончательно отработан в конструкторском бюро Поликарпова. Причем для более спокойной работы синхронного привода в синхронизаторе устанавливалась шайба с одним кулачком, которая обеспечивала стрельбу из одной пушки под одну и ту же лопасть винта.

Крыльевые установки

Крыльевые установки не имеют тех недостатков, которые характерны для синхронных, но кучность стрельбы у них значительно ниже. Вероятное отклонение пуль или снарядов превышало 15 тысяч дальности. На большое техническое рассеивание пуль или снарядов оказывала влияние вибрация оружия, закрепленного на лафете с жесткостью значительно меньшей, чем у синхронных установок.
Однако крыльевые установки получили развитие. Пулеметы и пушки устанавливались заподлицо в крыле, под крылом, над крылом и даже на шасси. Количество пулеметов, устанавливаемых в крыле, достигало 12-ти (например, на самолетах Харрикейн, поставляемых англичанами по ленд-лизу во время Великой Отечественной войны).
Отечественные самолеты до 1937 года вооружались крыльевыми пулеметами ПВ-1 и ШКАС. В 1937 году на истребитель И-16П были установлены две крыльевые авиапушки ШВАК. С этим вооружением И-16П принимал участие в воздушных боях на Халхин-Голе, в Финскую кампанию и в начале Великой Отечественной войны. Несмотря на кажущуюся мощность вооружения истребителя, эти пушки себя в бою не оправдали из-за очень большого рассеивания и большой силы отдачи. Истребитель при стрельбе из пушек рыскал, вибрировал, резко уменьшал скорость полета, т.е. стрельба из пушек являлась тормозящей силой, вероятность попадания в цель была незначительной. Вскоре от крыльевых пушек отказались, оставив на истребителях И-16 два синхронных ШКАСа и два крыльевых, а затем в 1941 году добавили еще УБС-12,7.

Подвижные установки

На первых боевых отечественных самолетах Р-1, ТБ-1 и др. В.Ф.Савельевым и А.В.Надашкевичем были разработаны турельные установки ТО-2, Тур-4 и Тур-5 под авиационный пулемет В.А.Дегтярева (ДА) и их спарку - ДА-2. Основу этих турелей составляли два профилированных кольца - неподвижное и подвижное, соединенные роликами. На подвижном кольце шарнирно закреплялась дуга со шкворнем для пулемета. Турель имела пружинный компенсатор для облегчения поворота оружия в полете против воздушного потока. Для тяжелых бомбардировщиков В.Ф.Савельевым создается турель Тур-6, аналогичная Тур-5, но перекатывающаяся с одного борта самолета на другой, а в 1930 году К.В.Спажевым предложена выдвижная пулеметная башня с механизированным управлением от ветрянки, выходящей в воздушный поток. С появлением авиапулемета ШКАС требовалась принципиально новая подвижная установка, которая бы обеспечила питание пулемета патронами не из патронной коробки - магазина, а патронной лентой неограниченного боекомплекта. Для создания турели под пулемет ШКАС был объявлен всесоюзный конкурс на разработку турели с ленточным питанием. Победителем конкурса - первой в мире турелью, осуществляющей непрерывное ленточное питание - стала установка Н.Ф.Токарева - Тур-8. Конструктор нашел оригинальное решение: сварная коробчатая дуга, к которой шарнирно крепился пулемет, служила рукавом для подвода патронной ленты из патронного ящика к пулемету и отвода от него звеньев. Этот узел - "головка" - оказался весьма рациональным и был использован многими конструкторами в различных вариантах установки пулемета ШКАС. Компенсатор, как и в предыдущих турелях, был пружинным. Тур-8 была принята на вооружение в 1934 году. Годом позже на базе этой турели И.П.Шебановым была 
разработана Тур-9, отличавшаяся системой весовой компенсации по вертикали и поворотным механизмом по горизонту. Тур-8, и Тур-9 устанавливались на самолете СБ.
Тяжелые бомбардировщики ТБ-1 и ТБ-3 имели турели и башни с пулеметами ДА и ДА-2 для защиты верхней, нижней и задней полусфер, а также частично передней полусферы.
На самолете АНТ-20 " Максим Горький" устанавливались авиационные 20 мм пушки Эрликон на шаровой башне в носовой части фюзеляжа и на перекатной турели в верхней части фюзеляжа, а также пулеметные установки в корме, в носовой части фюзеляжа, две предкрыльные и две закрыльные башни под пулеметы ДА и ДА-2 для защиты нижней полусферы.
На самолетах Р.Л.Бартини, С.В.Ильюшина, А.А.Архангельского и других устанавливались подвижные установки под пулемет ШКАС, а на самолете Пе-8, кроме пулемета ШКАС, устанавливалась авиапушка ШВАК.
С ростом скоростей полета самолета управлять оружием становилось все труднее - пружинные компенсаторы уже не справлялись со своей задачей, кроме того, требовалась защита стрелка от воздушного потока. В 1939 году создаются первые аэродинамические турели МВ-3, разработанные И.В.Веневидовым и Г.М.Можаровским для скоростных бомбардировщиков СБ, а В.А.Федоровым - носовая и средняя турели для бомбардировщика ДБ-3ф. Турели под пулемет ШКАС имели прозрачный экран, на котором под определенными углами к потоку были смонтированы два щитка, компенсирующие воздействие воздушного потока на выступающую из экрана часть оружия. Пулемет, как и на Тур-8, крепился в "головке". В этом же году для самолетов ДБ-3ф и Ил-4 была разработана первая люковая выдвижная установка МВ-2 с перископическим прицелом ОП-2л под пулемет ШКАС. При разработке турелей с 1936 г. обращается внимание на электрификацию приводов горизонтальной и вертикальной наводки оружия. В КБ И.П.Шебанова были разработаны электрифицированные варианты установок Тур-9. Электроприводы этих турелей пока не обеспечивали плавного слежения за целью, скорость движения оружия была постоянной. С принятием на вооружение 20 мм пушки ШВАК, велась разработка ряда новых установок: ТАТ - с ручным приводом и ТЭТ, КЭБ-42, КЭБ-44 с электрическим (со ступенчатым регулированием скорости передвижения оружия). Две последние установки с успехом применялись в Великой Отечественной войне на самолетах Пе-8 и Ер-2.
Пушечные турели конструировались с расчетом на "грубую" наводку оружия с возможностью "точной" наводки стрелком в узле крепления оружия. Плавное регулирование скорости наводки было осуществлено в 1939 году в турели Тур-ЦАГИ, разработанной в ЦАГИ конструктором Стрельцовым.
Помимо установок с непосредственным управлением начинается разработка экспериментальных систем с управлением на расстоянии. В 1938 году для опытного самолета "С" конструктора В.Ф.Болховитинова была изготовлена первая дистанционно управляемая установка (кормовая под ШКАС). Дистанционное управление осуществлялось механически - через систему тяг и качалок.

Прицелы воздушной стрельбы

Несмотря на достаточно развитую теорию воздушной стрельбы и теорию прицелов, тем не менее, прицелов серийного производства для воздушной стрельбы с отечественных самолетов практически не было до 1929 года.
Только в 1929 году появились серийные механические прицелы, состоящие из высокой стержневой мушки и визира (целика) с упредительными кольцами. 
Такие прицелы устанавливались на подвижных и неподвижных установках оружия. В основу конструкции кольцевых прицелов был принят зенитный кольцевой прицел образца 1929 года. До 1929 года применялись кольцевые визиры, изготовленные на авиационных и оружейных заводах по аналогии с иностранными прицелами.
Во время прицеливания с помощью кольцевого прицела летчик должен совместить мушку, кольцо и саму цель, поставив прицел так, чтобы направление движения воздушной цели проходило через центр кольца. Эта операция требовала сложного маневра самолета или оружия, а само визирование на цель осуществлялось с одним закрытым глазом.
Кольцевые прицелы не обеспечивали должной эффективности стрельбы из-за следующих основных недостатков.
Во-первых, требовалось точное положение глаза стрелка на линии, проходящей через мушку, кольцо и цель.
Во-вторых, вследствие различного удаления глаза стрелка от мушки или кольца, имеет место затененности. Обычно стрелок, аккомодирует глаз на мушке и четко видит только ее, кольцо же и цель он видит расплывчато-затененно.
Третьим недостатком кольцевых механических прицелов является то, что толстая мушка и кольцо закрывают собой цель и затрудняют точное прицеливание. Затенение цели толщиной кольца прицела достигало 6 тысячных.
В четвертых - при прицеливании необходимо соблюдать установочное расстояние между глазом стрелка и прицелом (кольцо или мушка).
Этими недостатками не обладают оптические прицелы. Благодаря помещению сетки с кольцом упреждений в фокальной плоскости оптики прицела, стрелок одинаково ясно и четко видит кольцо упреждений и цель, причем надобность в закрывании одного глаза отпадает. Затенение цели не имеет места.
Одним из первых образцов оптического прицела для стрельбы из неподвижного оружия был английский прицел Альдис. Он представлял собой оптическую трубку, в поле зрения которой введена кольцевая сетка. Увеличение 1:1, поле зрения - 22 градуса 30 мин., удаление зрачка выхода от окуляра - 180 мм.

Оптический прицел ОП-1 с механическим дублером КП-5 и мушкой, 
для неподвижно установленного оружия на самолете.

Прицел Альдис явился прообразом освоенного отечественной промышленностью прицела ОП-1, а затем и ОП-2, предназначенных для самолетов истребителей И-15 и И-16.
В 1936 году на Ленинградском заводе ГОМЗ имени ОГПУ был разработан, а в 1937 году принят на вооружение первый отечественный коллиматорный прицел ПАК-1 (прицел авиационный коллиматорный) для вооружения истребителей И-16 и И-153.
В основу конструкции прицела ПАК-1 был принят германский коллиматорный прицел "Реви". Благодаря коллиматорной оптической системе изображение цели получается в одной плоскости с прицельной сеткой, поэтому глаз не утомляется аккомодацией, стрелок видит четкое изображение цели. Перемещение головы в пределах выходящего пучка лучей не оказывает влияние на точность прицеливания. Положение и размеры изображения цели на освещенном круге сетки совершенно не зависит от положения глаза.
Таким образом, с 1937 года начинается отечественное прицелостроение для неподвижных установок. Полученный опыт по приспособляемости иностранных прицелов к отечественной производственной оснастке и к отечественному оружию позволил решить комплексную научно-техническую проблему стрелковых прицелов и подготовить квалифицированные кадры. Конструкторские бюро с 1937 года начали разработку собственных стрелковых прицелов, ориентированных на более точное решение задачи прицеливания и уменьшение габаритов самих прицелов.

Механический прицел КП-5 с МФ-5, предназначенный для стрельбы с подвижных установок.

В 1939 году был разработан коллиматорный прицел ПБП-1, позволявший помимо стрельбы производить бомбометание с пикирования.
Коллиматорные стрелковые прицелы устанавливались на всех истребителях, имевших неподвижные стрелковые установки, и широко применялись в период Великой Отечественной войны.
Для стрельбы из подвижного (оборонительного) оружия вначале также применялись простейшие прицелы: на пулемете или лафете располагались металлическая мушка и упредительные кольца для учета перемещения цели. В 1933 году преподавателями ВВИА им. проф. Н.Е.Жуковского для подвижных пулеметных установок был разработан механический кольцевой прицел КПТ-4, учитывающий собственную скорость самолета. По тому времени это было важным шагом вперед.
В 1937 году для стрельбы из люковых установок был разработан прицел ОП-2Л, имевший оптическую систему прицела ОП-1, с изломом оптической оси под углом 106 градусов для более удобного прицеливания по воздушной цели, атакующей стрелка с задней нижней полусферы.

ДАЛЕЕ