減小大口徑武器后坐力的技術(shù)研究

胡孫瀅

【摘 要】減小武器后坐力可以改善武器的穩(wěn)定性和射擊精度，減少射手的疲勞，針對減后坐力問題，探討多種現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括膛口制退器、槍管短后坐、緩沖杠桿等，并著重研究了將浮動(dòng)發(fā)射原理運(yùn)用到武器的設(shè)計(jì)方案。基于內(nèi)彈道學(xué)理論，對武器的擊發(fā)過程與反后坐裝置的后拉過程建立了大口徑單自由度系統(tǒng)的數(shù)學(xué)物理模型進(jìn)行了分析，并針對現(xiàn)階段浮動(dòng)發(fā)射武器的情況提出關(guān)鍵問題。浮動(dòng)技術(shù)的研究與成熟對促進(jìn)步兵武器裝備的發(fā)展有著重要的意義。

【關(guān)鍵詞】后坐力；減后坐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；浮動(dòng)發(fā)射技術(shù)

0 前言

自古以來，步兵就是軍隊(duì)的主要力量，承擔(dān)了戰(zhàn)爭場上的大部分火力輸出及戰(zhàn)略部署，也是軍隊(duì)最基本、最重要的機(jī)構(gòu)單位。未來戰(zhàn)爭的必然趨勢依然是以步兵為主要核心力量的各兵種協(xié)同作戰(zhàn)。在未來高科技條件下的現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，戰(zhàn)爭突發(fā)性強(qiáng)，作戰(zhàn)范圍寬闊，同時(shí)國內(nèi)外的反恐形勢日趨嚴(yán)峻。其作戰(zhàn)條件勢必對部隊(duì)使用的武器提出了新的要求，要求更大的威力，能夠進(jìn)行更精準(zhǔn)地射擊，更輕便地?cái)y帶，在保證其威力以及可靠性不減少的情況下盡量地做到輕型化[1]。這也就要求了武器的后坐力要盡可能小。

所謂武器的后坐力，是指武器擊發(fā)后，火藥燃?xì)馔苿?dòng)子彈前進(jìn)的同時(shí)對槍械產(chǎn)生的向后的作用力。一直以來，減小武器的后坐力，提高武器的射擊精度是進(jìn)行武器研發(fā)的一項(xiàng)長期并且極其重要的課題[2]。后坐力大小與武器的口徑息息相關(guān)，故本文主要針對的是后坐力影響較大的大口徑武器。同時(shí)武器本身的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與合理改進(jìn)對其影響更為顯著。后坐力減小不僅可以使得武器的穩(wěn)定性得到極大的改善，還可以減少射手的疲勞，特別是通過浮動(dòng)發(fā)射原理減小后坐，是解決槍械威力與機(jī)動(dòng)性、精度之間矛盾的有效技術(shù)途徑。

下面本文將對幾種減小武器后坐力的結(jié)構(gòu)進(jìn)行探討。

1 減后坐力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 膛口制退器

膛口裝置是安裝在槍口利用噴出的火藥燃?xì)鈱屝诞a(chǎn)生某種預(yù)期效果的裝置，包括制退器、助退器、消焰器、消聲器等。制退器是專家、研究者們早期就研究出來并且效果較好的減后坐裝置。裝置通過減少通過中央孔道的火藥燃?xì)獾馁|(zhì)量和速度，改變部分火藥燃?xì)鈴淖兛椎绹姵龅馁|(zhì)量和方向，對槍身產(chǎn)生向前的反力，從而減少了火藥燃?xì)鈱屔淼暮笞芰縖3]。目前常見的制退器包括身管式制退器、半開腔式制退器、開腔式制退器，管式制退器，制退腔較小，使得其幾乎成為身管的延長部分，結(jié)構(gòu)相對緊湊。

1.2 槍管短后坐

槍管短后坐式一種應(yīng)用較為廣泛的結(jié)構(gòu)，其主要特點(diǎn)是槍機(jī)與槍管具有一段較短的相互成閉鎖狀態(tài)的行程。此結(jié)構(gòu)主要是利用槍管的部分能量轉(zhuǎn)化為槍機(jī)的工作能量，自彈丸脫離后槍機(jī)完全解脫，經(jīng)過閉鎖的一段短行程后，槍管停止運(yùn)動(dòng)，但槍機(jī)由于慣性繼續(xù)運(yùn)動(dòng)并完成后面的工作。因此，槍管通過將部分后坐能量轉(zhuǎn)化為槍機(jī)、槍機(jī)框的工作能量減小了后坐。

1.3 緩沖杠桿式

當(dāng)槍械中沒有任何緩沖裝置，當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)（槍機(jī)框）后坐到位時(shí)會直接撞擊機(jī)匣，槍機(jī)框在撞擊前后動(dòng)量急劇變化，由于 ，那么機(jī)槍內(nèi)部承受巨大的沖擊力，極其容易受到損壞。緩沖杠桿安裝在機(jī)匣尾端，當(dāng)槍機(jī)框后坐到接近機(jī)匣尾端的時(shí)候，先撞擊緩沖杠桿，并推動(dòng)杠桿使之壓縮緩沖簧，槍機(jī)框在時(shí)間 內(nèi)先正向減速再反向加速，大大減小了撞擊力從而減小后坐力的最大值。

槍機(jī)

1.4 浮動(dòng)原理

在減后坐的長期研究中，研究者們作了諸多嘗試，包括前面介紹的膛口制退器、槍管短后坐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中把浮動(dòng)原理用于槍械的方式使其后坐力有大幅的降低，射擊精度顯著提高。并且，隨著浮動(dòng)技術(shù)的日益發(fā)展，其在槍械上的應(yīng)用也愈發(fā)廣泛、成熟。

在簡要分析浮動(dòng)情況時(shí)可先考慮理想浮動(dòng)情況，即為射角為0°時(shí)，只考慮膛內(nèi)氣壓、導(dǎo)氣室內(nèi)氣壓、浮動(dòng)簧力和復(fù)進(jìn)簧力，而忽略摩擦阻力和其他附加阻力及膛底合力。

當(dāng)擊針擊打彈丸的前一刻浮動(dòng)部分復(fù)進(jìn)速度。在理想浮動(dòng)情況下，不利用浮動(dòng)原理的機(jī)構(gòu)的后坐動(dòng)能是采用了浮動(dòng)原理的機(jī)構(gòu)的后坐動(dòng)能的四倍，故浮動(dòng)原理減小后坐力效果非常顯著。

同時(shí)，浮動(dòng)自動(dòng)機(jī)在附近運(yùn)動(dòng)中擊發(fā)，連發(fā)射擊時(shí)不會發(fā)生后坐、復(fù)進(jìn)到位的撞擊現(xiàn)象，從而大大提高了其射擊穩(wěn)定性，射擊精度也相應(yīng)提高。

由于浮動(dòng)技術(shù)為目前大口徑武器減后坐的重要有效技術(shù)方法，接下來本文將對浮動(dòng)發(fā)射技術(shù)作展開討論。

2 浮動(dòng)發(fā)射技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

2.1 浮動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

機(jī)槍浮動(dòng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要通過浮動(dòng)機(jī)，即一般安裝在浮動(dòng)自動(dòng)機(jī)的浮動(dòng)部分與架座之間的裝置。

2.1.1 按彈性介質(zhì)分類

浮動(dòng)機(jī)按照彈性介質(zhì)可分為彈簧式結(jié)構(gòu)、彈簧-液壓式結(jié)構(gòu)和液壓-氣壓式等。其中彈簧-液壓式結(jié)構(gòu)在大口徑武器上應(yīng)用廣泛，技術(shù)也比較成熟，但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而彈簧式結(jié)構(gòu)具有工作性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、制造、維修方便等特點(diǎn)，可以滿足現(xiàn)有機(jī)槍所要求的結(jié)構(gòu)尺寸及戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)、技術(shù)性能等[4][5]。

2.1.2 按浮動(dòng)部分分類

浮動(dòng)機(jī)按照浮動(dòng)部分可分為身管浮動(dòng)式和機(jī)匣浮動(dòng)式。身管浮動(dòng)式只有身管浮動(dòng)，循環(huán)動(dòng)作在身管后坐與復(fù)進(jìn)過程中完成，如瑞典L70式40mm高炮。機(jī)匣浮動(dòng)式是機(jī)匣及整個(gè)自動(dòng)機(jī)都進(jìn)行浮動(dòng)，可應(yīng)用于各類自動(dòng)武器，包括身管短后坐式武器、導(dǎo)氣式武器等。

2.2 內(nèi)彈道研究

浮動(dòng)技術(shù)要應(yīng)用于大口徑武器必須要解決的關(guān)鍵問題有兩個(gè)：首發(fā)啟動(dòng)及防瞎火，首發(fā)啟動(dòng)以保證首發(fā)浮動(dòng)能量，防瞎火是為確保在武器出現(xiàn)啞火時(shí)能就正常擊發(fā)。在解決這兩個(gè)關(guān)鍵問題前需研究其內(nèi)彈道過程作準(zhǔn)備。浮動(dòng)式發(fā)射系統(tǒng)的內(nèi)彈道過程時(shí)一個(gè)集物理運(yùn)動(dòng)和化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)過程，需要建立一個(gè)合理且簡化的數(shù)學(xué)物理模型。由于浮動(dòng)發(fā)射過程中有幾個(gè)特殊時(shí)刻，所以，可以以此為點(diǎn)，將整個(gè)內(nèi)彈道過程劃分為三個(gè)時(shí)期進(jìn)行分析。

第一時(shí)期：從外力撞擊機(jī)針點(diǎn)火到機(jī)槍發(fā)動(dòng)機(jī)后噴口打開的瞬間。在這個(gè)時(shí)期，機(jī)槍發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥在高壓室內(nèi)作定容燃燒，浮動(dòng)發(fā)射系統(tǒng)沒有運(yùn)動(dòng)。

第二時(shí)期：從機(jī)槍發(fā)動(dòng)機(jī)后噴口打開的瞬間到機(jī)槍發(fā)動(dòng)機(jī)與彈丸分離的瞬間。其中還包括低壓室噴口打開，火藥氣體從高壓室流入低壓室的過程。在這個(gè)時(shí)期，由于機(jī)槍發(fā)動(dòng)機(jī)和彈丸沒有分離，它們將以相同的速度和加速度一起向前運(yùn)動(dòng)。

第三時(shí)期：從機(jī)槍發(fā)動(dòng)機(jī)與彈丸分離的瞬間到彈丸出炮口瞬間。這個(gè)時(shí)期是整個(gè)發(fā)射過程中最復(fù)雜的一個(gè)時(shí)期，它包括了火藥燃燒、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作、火藥氣體流動(dòng)、彈丸和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)各自運(yùn)動(dòng)等各種現(xiàn)象，同時(shí)在這一時(shí)期將出現(xiàn)火藥燃燒分裂點(diǎn)、燃燒結(jié)束點(diǎn)及最大壓力點(diǎn)。

3 結(jié)語

為了解決大口徑武器的減小后坐力問題，本文探討多種已有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括膛口制退器、槍管短后坐、緩沖杠桿等，并著重研究了將浮動(dòng)發(fā)射原理運(yùn)用到武器的設(shè)計(jì)方案?；诮?jīng)典內(nèi)彈道學(xué)原理，對武器的擊發(fā)過程與反后坐裝置的后拉過程建立了大口徑單自由度系統(tǒng)的數(shù)學(xué)物理模型，用能量法根據(jù)已知條件反求出后拉距離，計(jì)算出為后拉過程提供化學(xué)能的無戰(zhàn)斗部彈丸的火藥用量。并針對現(xiàn)階段浮動(dòng)發(fā)射武器的情況提出關(guān)鍵問題，可在今后的研究中繼續(xù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與探討。

【參考文獻(xiàn)】

[1]郝宇.大口徑單管高射機(jī)槍浮動(dòng)問題研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2006.

[2]姚養(yǎng)無.自動(dòng)武器浮動(dòng)技術(shù)[J].輕兵器1997（1）：20-23.

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[4]黎春林.自動(dòng)榴彈發(fā)射器的發(fā)展方向[J].現(xiàn)代兵器，1996（1）：4-6.

[5]趙華.氣壓傳動(dòng)式軟發(fā)射原理與技術(shù)研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2007.

[責(zé)任編輯：張濤]endprint