《火炮與自動武器原理》之分分合合

杜中華

【摘 要】對《火炮與自動武器原理》課程中身管類型、膛線類型、身管強度理論、反后坐裝置類型、反后坐裝置力、自動機類型、自動機動力學、火炮與自動武器中的力學體系等內容中蘊含的分分合合的理念，進行了深入剖析，揭示了其內在機理，對學習該課程具有很好的助力作用。

【關鍵詞】火炮與自動武器原理；分分合合；類型；動力學；力學體系

中圖分類號： TJ301 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）36-0131-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.36.056

Gan and Automatic Weapon Theorys Separation and Combination

DU Zhong-hua

（Shijiazhuang Campus of Army Engineering University， Shijiazhuang Hebei 050003， China）

【Abstract】The separation and combination ideas in tube type， rifle type， tube intensity theories recoil mechanism type， recoil mechanism forces， automatic mechanism type， automatic mechanism dynamics， mechanics system were deeply analyzed and great help to study the gun and automatic weapon course was offered.

【Key words】Gun and automatic weapon theory； Separation and combination； Type； Dynamics； Mechanics system

0 前言

“天下大勢，分久必合，合久必分”。說到合，愛因斯坦曾嘗試建立容納萬有引力、電磁力、強力場、弱力場的大統(tǒng)一場理論；說到分，人類社會的發(fā)展伴隨著幾次重要的社會大分工。同樣，在兵器工程火炮與自動武器專業(yè)的《火炮與自動武器原理》課程內容的諸多方面也在存在分分合合的情況，細品其中，趣味盎然，對課程學習大有裨益。

1 身管類型

身管是火炮與自動武器最基礎的部件，其承受火藥氣體的高壓將彈丸高速拋射出去。早期的身管都屬于普通的單筒身管。為了增大槍炮的威力，需要使身管承受更高的內壓，但是身管材料的強度卻不夠，為此出現了幾種增強身管：筒緊、絲緊和自緊身管，它們通過不同的工藝在平時給身管一個向內的壓強，抵消發(fā)射時膛內向外的壓強，提高了身管的強度。為了節(jié)約身管材料，身管還被做成內襯和被筒，內膛燒蝕磨損后只更換內襯即可，這就是襯管炮身，它又包括活動身管、活動襯管和短襯管炮身。隨著金屬冶煉技術的提高，身管材料的強度不斷提高，并考慮可靠性和易操作性，目前火炮與自動武器身管逐漸歸結為兩類：單筒和自緊，分別對應低膛壓和高膛壓槍炮。從單筒身管到各種增強和襯管身管，這是分；再到單筒和自緊身管，這是合。其中的推動力主要來自身管材料冶煉技術和身管加工技術的進步[1-6]。

2 膛線類型

膛線的出現是槍炮技術發(fā)展史上的一次革命。有了膛線，彈丸的密封性更好，射程更遠。更為重要的是，膛線使彈丸旋轉起來，大大提高了槍炮的射擊精度。早期的槍炮都是滑膛炮。膛線出現后，很快應用在各種槍炮上。火炮領域除了個別的迫擊炮、火箭炮和無后坐力炮外，其余的加農炮、榴彈炮、坦克炮等均為線膛炮。后來在遠程火箭炮上為了提高射擊精度也采用了類似膛線的導轉槽，新型迫擊榴彈炮上也有膛線，而無后坐力炮由于反坦克導彈的發(fā)展?jié)u趨消亡，膛線大有一統(tǒng)槍炮江湖的趨勢。但是在坦克炮和反坦克炮上卻出現了不和諧的聲音，為了提高穿甲彈的初速，身管的膛壓特別高，膛線磨損特別嚴重，為了維持身管壽命，目前除了英國外，世界各國的主戰(zhàn)坦克炮和反坦克炮都逐漸轉為滑膛炮。線膛槍炮的一統(tǒng)趨勢是為合，線膛和滑膛并存是為分，貫穿其中的除了對武器高初速、高精度的關注外，還有壽命方面的考慮[1-6]。

3 身管強度理論

身管能夠承受的火藥氣體最大內壓即身管的強度，它是身管最核心的指標。單筒身管的強度要求是身管不能發(fā)生塑性變形，自緊身管的強度要求是身管塑性變形區(qū)不能進一步擴大。但是在分析身管強度時候，各個國家用到的強度理論卻不盡相同。對于單筒身管，我國和俄羅斯采用第二強度理論，歐洲國家多采用第三強度理論，美國則采用第四強度理論。對于自緊身管設計，我國和俄羅斯采用第三強度理論，但其他國家還有采用第四強度理論的?，F在看來，不同強度理論設計出來的身管都沒有問題，只不過是一個國家的習慣罷了，實際上，不同的強度理論加上不同的安全系數，都要兼顧身管強度和身管重量的矛盾，最后設計出的身管外形相差不會很大。用不同的強度理論設計身管強度是為分，強度足夠和重量較輕的總體原則是為合，其中體現了不同國家對身管強度的認知差異和行業(yè)習慣差異[1-2]。

4 反后坐裝置類型

反后坐裝置將炮身和炮架連接起來，使得炮身上承受數百噸的力傳遞到炮架上只有幾十噸，大大緩解了火炮威力和機動性之間的矛盾，被稱為火炮的“心臟”。反后坐裝置包括三個基本組成部分：后坐制動器、復進機和復進節(jié)制器。復進機的類型包括彈簧式、液體氣壓式、氣壓式和火藥氣體式；后坐制動器和復進節(jié)制器類型則包括溝槽式、針式、節(jié)制桿式、活門式等。我國和俄羅斯火炮通常將反后坐裝置三個基本組成部分組合為駐退機（后坐制動器和復進節(jié)制器一體）和復進機，西方國家則傾向于將三個基本組成部分組合為駐退復進機。這種組合使反后坐裝置結構更為緊湊，重量更輕。過去我國只有少量火炮采用駐退復進機（如某型122mm榴彈炮和某型100mm高射炮），且問題解決得并不徹底，在駐退復進機之外還要額外增加復進節(jié)制裝置。隨著我國火炮行業(yè)“中西合璧”的發(fā)展，我國火炮行列中駐退復進機越來越多，如某型35mm高炮、某型100mm艦炮等。反后坐裝置三個基本組成部分、各組成部分的多種類型是為分，將反后坐裝置組合為駐退機、駐退復進機是為合。其中既有高效減重的思考，也有中西方火炮交流的影子[1-6]。

5 反后坐裝置力

反后坐裝置作用力包括多種類型，有來自氣體的、來自液體的、也有來自固體的，有的作用力消耗能量，有的作用力儲存能量。火炮后坐時，炮膛合力是主動力，駐退機液壓阻力、復進機力、搖架摩擦力、反后坐裝置緊塞具摩擦力、后坐部分重力分量等組成后坐阻力；火炮復進時，復進機力、反后坐裝置液壓阻力（通常包括來自后坐制動器、復進節(jié)制器和液體氣壓式復進機節(jié)制活瓣）、反后坐裝置緊塞具摩擦力、搖架摩擦力以及重力分量組成復進合力。后坐阻力和復進合力即后坐和復進時作用在炮架上的主動力。各種液壓阻力、彈簧力、摩擦力和重力等是為分，這些力在后坐和復進時的不同組合、在炮架主動力中的不同組合是為合，其中很好地體現了分工協(xié)作、錯落有致的思想[1-3]。

6 自動機類型

使槍炮完成自動連續(xù)射擊動作的機構即為自動機，前面提到的炮身、反后坐裝置、加上閉鎖機構、供彈機構等都屬于自動機。自動機本身就體現了一種合的思想。自動機的類型很多，包括后坐式、導氣式、轉膛式、轉管式、鏈式、雙管聯動式等[1-5]，這體現了一種分的思想。應指出的是，上個世紀我國自動機還是以后坐式和導氣式為主，進入新世紀，后面四種新型自動機類型在我國得到了迅猛發(fā)展，轉管式我國目前已發(fā)展出6管、7管和11管30mm火炮，大量裝備于我國的各種艦艇上；轉膛式已應用于我國某型35mm高射炮；鏈式應用于直升飛機和裝甲車輛上的自動火炮上；雙管聯動式應用于我國新型戰(zhàn)斗飛機上。新型自動機目前呈現出的欣欣向榮的局面，反映了近年來我國在自動機技術上的長足進步。

7 自動機動力學

《火炮與自動武器原理》課程中提供了一套進行自動機動力學分析的理論體系[1-4]。首先在空間上，將各種自動機運動構件分為兩大類：基礎構件和工作構件；其次在時間上，按照自動機動作前后順序，將自動機工作過程劃分為十余段（如開鎖段、開閂段、撥彈段、緩沖段等），在不同的工作段，工作構件及其運動形式通常都是不同的。在每一個工作段，不是對每一個構件都建立微分方程求解運動諸元（位移、速度、加速度等），而是將工作構件的質量和受力都折算到基礎構件上去，只建立基礎構件的運動微分方程，求解得到基礎構件運動諸元后再求出各工作構件的運動諸元。這套理論體系在分與合的思想上十分明晰，將運動過程分為十余段，是為分，將各段構件運動諸元連接起來，是為合；將工作構件折算到基礎構件上去建立微分方程是為合，由基礎構件運動諸元求得各工作構件運動諸元是為分。分分合合，巧妙至極。

8 火炮與自動武器中的力學體系

《火炮與自動武器原理》課程內容涉及了目前力學的三大力學體系。身管強度分析、反后坐裝置和自動機中構件的強度分析要用到固體力學；炮口裝置及導氣裝置中火藥氣體的流場分析、反后坐裝置中液體的流場分析要用到流體力學；火炮發(fā)射動力學分析、自動機多構件動力學分析要用到一般力學。不同力學分析工具是為分，共同效力于槍炮正常工作的目標是為合。這集中體現了槍炮工作原理的復雜性。

分意味著具體和精細，合意味著抽象和深邃。分分合合，推動事物不斷向前發(fā)展。這樣的規(guī)律在武器領域同樣適用，科技的進步推動火炮與自動武器原理不斷向前發(fā)展。體會這種分分合合，對學習《火炮與自動武器原理》課程有很好的助力作用。

【參考文獻】

[1]張相炎等.火炮設計原理[M].北京：北京理工大學出版社，2014.

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