膛口裝置之二·消焰器篇

發(fā)展歷史

自13世紀(jì)第一支手持火器打響以來，火器的每一次發(fā)射都伴隨著明顯的火光和聲響。20世紀(jì)以前，人們并沒有認(rèn)識到槍（炮）口火光帶來的嚴(yán)重問題，直到兩次世界大戰(zhàn)中，槍炮射擊陣地的火光常被敵方所利用，特別是在夜間和連續(xù)射擊時(shí)，強(qiáng)烈的火光使陣地暴露無疑。由此，戰(zhàn)爭要求解決槍（炮）口焰的問題已經(jīng)非常迫切了。

最早的解決辦法是在發(fā)射藥中加入消焰劑，這是一種化學(xué)消焰法。法國人首先用在機(jī)槍彈藥中，接著德國人也用在火炮發(fā)射藥中。消焰劑主要是有機(jī)鹽類和其他化合物，最常用的是堿金屬鹽如硫酸鉀、亞硝酸鉀等。消焰劑能阻止火藥中可燃成分與氧氣的化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)又能提高可燃?xì)怏w的點(diǎn)火溫度，使可燃?xì)怏w不易被點(diǎn)燃。消焰劑能在一定程度上抑制槍（炮）口焰，但它卻使槍（炮）口煙增加了，并使彈道性能變差。這種化學(xué)消焰法目前仍在研究之中，并且取得新的進(jìn)展。

在膛口安裝機(jī)械式消焰器是抑制槍（炮）口焰的物理方法，這就是本文要介紹的內(nèi)容。最早的消焰器是在研制炮口制退器時(shí)，發(fā)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)對消焰有利，于是一種叫遮光罩的圓錐形裝置成了最早的消焰器，但它只能對初次焰和炮口輝光起作用，因此只是部分地遮避槍（炮）口焰。

“一戰(zhàn)”和“二戰(zhàn)”期間，對消焰器的研究一直在進(jìn)行，但進(jìn)展不大。這時(shí)的消焰器主要是錐形的，它曾被廣泛地應(yīng)用在機(jī)槍和小口徑炮上，例如捷克ZB26輕機(jī)槍和ZB53重機(jī)槍采用的消焰器，以及蘇聯(lián)DP機(jī)槍、德國MG34和MG42機(jī)槍的消焰器等等。MG34和MG42機(jī)槍的消焰器還兼有助退器的作用，它是靠槍口端的一個(gè)小氣室使高壓燃?xì)鈱尮芷鹬俗饔玫?，這是管退式武器中常見的一種形式。這時(shí)的消焰器性能均不理想。主要原因是當(dāng)時(shí)人們對槍（炮）口焰產(chǎn)生的機(jī)理了解不夠，同時(shí)也缺乏必要的測試手段。

“二戰(zhàn)”后，美國、聯(lián)邦德國和蘇聯(lián)等國對膛口焰的形成機(jī)理及抑制技術(shù)做了長期系統(tǒng)的研究。這一時(shí)期，除了改進(jìn)錐形消焰器外，還出現(xiàn)了各種類型消焰器?，F(xiàn)代消焰器已能較顯著地消除膛口焰，有的甚至在夜間射擊也不易暴露陣地。

膛口焰的產(chǎn)生及消焰器原理

槍（炮）口焰統(tǒng)稱膛口焰。膛口焰是從膛口流出的高溫火藥燃?xì)庖驘彷椛湟约芭c可燃混合氣體燃燒而產(chǎn)生的可見光。其既有物理屬性也有化學(xué)屬性。從物理屬性上看，火藥燃?xì)庖蛴凶銐蚋叩臒崃慷椛浒l(fā)光;從化學(xué)屬性上看，它經(jīng)歷了燃燒過程。

膛口焰按時(shí)間和空間的順序分為五種，即前期焰、初次焰、膛口輝光、中間焰和二次焰。其中初次焰、中間焰和二次焰具有一定的獨(dú)立性，是消焰器抑制的主要對象。初次焰是指剛出膛口的火藥燃?xì)庖驘崃糠浅４?、溫度非常高而輻射出的可見光。中間焰是指燃?xì)馔ㄟ^激波瓶[注]后，原來已膨脹的燃?xì)庥纸?jīng)過激波的壓縮，壓力和溫度突然升高，因而產(chǎn)生燃燒的可見光。二次焰是指火藥燃?xì)庠谔趴跉饬鲄^(qū)外圍的紊流區(qū)，與周邊空氣混合后燃燒產(chǎn)生的強(qiáng)烈火光，這是膛口焰中最強(qiáng)烈的。

由膛口焰產(chǎn)生的原因可知，抑制膛口焰主要是避免或限制膛口火藥燃?xì)猱a(chǎn)生的激波加熱和燃燒。因此消焰器的原理就是首先使火藥燃?xì)庠谙嫫鲀?nèi)充分膨脹，降低出口處的壓力和溫度，以減小初次焰。同時(shí)使火藥燃?xì)馔ㄟ^膨脹、收斂和分流等過程，改變火藥燃?xì)庠谙嫫鞒隹诘臓顟B(tài)，破壞或減弱激波，以消除或減小與周邊空氣混合燃燒的程度，達(dá)到消除或減弱中間焰和二次焰的目的。

消焰器的類型

按照消焰器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可將消焰器大致分為以下幾種。

錐形遮光罩

這是一種圓錐角大而短的錐形膛口裝置，如圖1所示。由于圓錐張角大，使出口的火藥燃?xì)馀蛎浂却?，壓力、溫度下降較快，因而減小了初次焰和膛口輝光。但也因其錐角大尺寸短，使消焰器出口處產(chǎn)生了較強(qiáng)的激波，反而加大了中間焰和二次焰。由于其消焰效果不佳，后來被錐形消焰器所取代。

錐形消焰器

錐形消焰器，其結(jié)構(gòu)與錐形遮光罩看似相同，但其圓錐角小，錐形尺寸長，這從根本上克服了錐形遮光罩的缺點(diǎn)。因激波強(qiáng)度與膛口出口的錐度有關(guān)，出口錐角愈大產(chǎn)生的激波愈強(qiáng)，激波波陣面后的溫度和壓力也愈高，因而對消焰不利。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)錐角為8°～20°時(shí)激波的影響較小，因此過去的錐形消焰器的錐角一般都在這個(gè)范圍內(nèi)。由于消焰器的錐度有限制，長度也不能太長，為了增加膨脹度，提高消焰效果，就在消焰器側(cè)壁上開許多小孔，使部分氣流自側(cè)孔排出，這樣就加大了總的膨脹度。

圓柱形消焰器和筒形消焰器

圓柱形消焰器內(nèi)截面積較大，燃?xì)饽艹浞峙蛎?，溫度容易降低，這是對消焰有利的一面；但火藥燃?xì)鈴臉尶谶M(jìn)入消焰器是突然膨脹，容易產(chǎn)生激波，而且截面愈大激波愈強(qiáng)，又對消焰不利。因此要合理選擇內(nèi)徑尺寸。為了改善消焰效果和減小內(nèi)截面，有的圓柱形消焰器在側(cè)壁上開長槽或孔，消焰效果良好。中國79式半自動狙擊步槍的消焰器就是此例，它還具有制退作用。

在圓柱形消焰器的底部開有向后的通氣道，這種前后貫通的消焰器就叫筒形消焰器。蘇聯(lián)3Y-23雙管高炮和我國85式25mm雙管高炮就采用這種消焰器。不在側(cè)面開孔而在底部開孔，是為了避免雙炮管上2個(gè)消焰器排出氣流的相互干擾，從而影響射擊精度。這種消焰器也是通過改變?nèi)細(xì)獾呐蛎浐土飨?，控制激波?qiáng)度，以達(dá)到減小中間焰和二次焰目的的，但也容易點(diǎn)燃消焰器筒內(nèi)的混合氣體，增大初次焰，所以消焰效果不夠理想。

叉形消焰器

叉形消焰器是“二戰(zhàn)”后發(fā)展起來的，美國M165.56mm步槍、“愛國者”沖鋒手槍等采用的就是這種消焰器。叉形消焰器的內(nèi)腔一般有錐形過渡段，其內(nèi)角約為20°，叉的數(shù)目最好是奇數(shù)，以免產(chǎn)生共振?；鹚幦?xì)庠诓嫘蜗嫫髦邢冉?jīng)錐形段穩(wěn)定膨脹，再經(jīng)圓內(nèi)腔和若干條縫槽連續(xù)膨脹，后經(jīng)側(cè)孔和前孔流出。這樣可控制燃?xì)獾呐蛎浐土髁浚跫げ?，有效地消減中間焰和二次焰。適當(dāng)選擇叉條和縫槽的尺寸和方位，還可使消焰器兼有制退和防跳的作用。

組合式消焰器

組合式消焰器也是“二戰(zhàn)”后出現(xiàn)的新型消焰器，其綜合利用上述幾類消焰器的特點(diǎn)，將其中2種或2種以上的結(jié)構(gòu)形式組合起來，故稱為組合式消焰器。這類消焰器一般兼有制退、防跳或消聲的功能。其種類較多，有圓錐狹縫組合消焰器、混合狹縫組合消焰器、收斂狹縫組合消焰器、收斂錐形組合消焰器、多腔錐形組合消焰器和收斂擴(kuò)張錐形組合消焰器等。

圓錐狹縫組合消焰器就是錐形消焰器和叉形消焰器的組合，其外形是圓柱狀，內(nèi)腔為圓錐形，側(cè)面開有狹縫縱槽，縱槽由里向外有一定張角。該裝置集中了錐形和叉形兩種消焰器的優(yōu)點(diǎn)，尺寸不大但消焰效果良好。狹縫側(cè)流使其兼有制退作用，采用不對稱的下方不開槽結(jié)構(gòu)又可起防跳作用。美國和歐洲各國的步槍、沖鋒槍和機(jī)槍廣泛采用這種消焰器，如美國的M16A1突擊步槍、M16A2突擊步槍和輕機(jī)槍以及英國的L1A1半自動步槍等等。

美國曾對組合消焰器與錐形、叉形消焰器進(jìn)行對比試驗(yàn)。他們用如下的消焰效率特征數(shù)作為評價(jià)指標(biāo)，即：

η值越大消焰效果越好。試驗(yàn)結(jié)果如表。

試驗(yàn)表明，不同結(jié)構(gòu)的組合式消焰器差別很大。收斂狹縫組合消焰器和混合狹縫組合消焰器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，消焰效果并不好，與錐形和叉形消焰器差不多；而多腔錐形組合消焰器和收斂擴(kuò)張錐形組合消焰器，消焰效果很好，特別是收斂擴(kuò)張錐形組合消焰器，其η值高達(dá)300，并兼有較好的消聲性能。

我國原華東工學(xué)院在組合式消焰器研究方面曾取得較大突破，例如他們曾為5.8mm短自動步槍研制的內(nèi)插管擴(kuò)張型多功能膛口裝置，就有很好的消焰效果，其消焰率達(dá)95%（這里的消焰率是指膛口焰面積減少的百分比）。經(jīng)射擊現(xiàn)場觀察，在夜間連續(xù)3發(fā)射擊，只見到微弱的火星，而5.8mm短自動步槍不帶消焰器射擊時(shí)，則是一片耀眼的火光。該裝置還有良好的消聲效果，可降低噪聲5～6dB，另外它也有一定的制退作用。

各國消焰器的研究盡管有很大進(jìn)展，但能成功地用于實(shí)戰(zhàn)武器上的還為數(shù)不多。在戰(zhàn)場上膛口焰仍是可被敵人利用的一個(gè)因素，特別是短管武器和自動武器，更需要高性能的消焰器與之相配。因此消焰器的研制任重而道遠(yuǎn)。◆

注:激波瓶是膛口氣流形成的激波系的核心部分，因形狀似瓶狀，故稱激波瓶，參看。

（編輯/王曉濤）