炮后坐力是如何消除的

梁慶林 焦方金 馬代武

摘要：本文主要研究如何削弱甚至消除火炮發(fā)射時產(chǎn)生的后坐力，以時間為主要線索，研究了超長和串聯(lián)超長后坐技術、曲線與二維后坐技術、無后坐力炮技術、軟后坐技術、膨脹波技術、電（磁）流變技術以及最新的電磁炮技術，為我們今后的研究方向提供了參考。

關鍵詞：火炮；后坐力；消除

后坐力指的是槍彈、炮彈射出時的反沖力，其產(chǎn)生的原因是動量守恒?；鹋谠谏鋼魰r，身管內的火藥燃燒產(chǎn)生氣體，進而形成強大的壓力，這種壓力一方面作用于彈丸，推動彈丸加速運動，使其達到所需的動能，最終射出炮口。另一方面，炮膛內的火藥燃氣也同時作用于炮身，產(chǎn)生一個向后的作用力，使得炮身等部件向后運動，形成后坐現(xiàn)象，這個向后的作用力就是火炮的后坐力。

火炮后坐力的危害

從火炮誕生起，后坐就一直伴隨著火炮。后坐力給火炮帶來了諸多危害，影響了火炮作戰(zhàn)效能的發(fā)揮。降低了火炮射速和射擊精度。增加了火炮重量，影響了火炮機動。增加了炮班人員，操作復雜困難。后坐給火炮帶來的這些不利因素，直到19世紀末反后坐裝置出現(xiàn)后，才得到改變。但是并沒有完全消除。直到今天，人們依然在努力研究各種技術手段來降低火炮的后坐力。

歸納起來，目前普遍應用或重點研究的反后坐技術主要有以下幾種：

增加長度-超長和串聯(lián)超長后坐技術

在火炮后坐能量一定的情況下，為了降低后坐力，從而降低全炮質量，最常用的途徑是在滿足總體要求的前提下增加后坐長度，這就是目前普遍應用的超長和串聯(lián)超長后坐技術。

為了進一步增加后坐長度，火炮需要改變總體部署以實現(xiàn)超長后坐。如美國的M777式155mm榴彈炮和新加坡的“飛馬”155mm榴彈炮，通過下架落地、耳軸布置在搖架的后端、搖架加長、炮尾后端相對于耳軸前移等措施降低了火炮耳軸高度，滿足了超長后坐的結構要求，獲得了較低的后坐阻力和良好的射擊穩(wěn)定性。其中，M777的最大后坐長達到了1380mm。

改變方向-曲線與二維后坐技術

超長后坐技術雖然通過增加后坐長度，減小了后坐力，但是受火炮自身結構限制，后坐長度不能無限增加。為此，人們又把目光轉移到了改變后坐方向上來，研究出了曲線后坐和二維后坐技術。

曲線后坐技術是一種利用火炮后坐能量來提高穩(wěn)定性的技術，它不同于直線后坐之處在于火炮后坐部分是沿曲線軌跡而非直線運動的。與同口徑直線后坐火炮相比，在相同全炮質量，火線高和后坐長度情況下，采用曲線槽式平面運動曲線后坐系統(tǒng)射擊穩(wěn)定性可以提高50%左右。

英國研制的LTH 155mm輕型牽引榴彈炮即采用了這一技術。曲線后坐火炮雖然能夠提高火炮的后坐穩(wěn)定性，但不能有效減小后坐阻力 在保證后坐穩(wěn)定性的同時難以兼顧復進穩(wěn)定性，復進減速時炮身轉動所產(chǎn)生的慣性力矩加劇了火炮翻倒的可能。

二維后坐技術屬于曲線后坐技術的一種，該技術將串聯(lián)后坐與曲線后坐結合起來，充分利用了串聯(lián)式后坐系統(tǒng)加大后坐長度，減小后坐阻力與曲線后坐能增加射擊穩(wěn)定性的優(yōu)點，克服了曲線導軌“硬”式曲線后坐的缺點，使曲線后坐更加完善。

改變結構-無后坐力炮技術

除了增加長度、改變方向等方式外，在降低火炮后坐力的努力中，還有這樣一種類型的火炮，它的后坐力降到了基本為零的地步，這就是無后坐力炮。

目前從噴口位置和工作方式的不同上看，無后坐力炮主要分為中心噴管無后坐力炮和噴口前置無后坐力炮兩種。

中心噴管無后坐火炮

中心噴管無后坐火炮的工作原理是將噴口通過炮尾連接部同藥室相連，在發(fā)射的彈藥上安裝炮炸隔板以控制噴管打開的時機，一般炮炸隔板的破壞壓力同推動彈丸前進的氣動壓力相等，即在彈丸開始運動的同時使火藥氣體向后噴出，從而抵消推動彈丸產(chǎn)生的后坐力。中心噴管無坐力炮的主要缺點是：點火特性較差；發(fā)射時有部分未燃燒完畢的火藥氣體從噴管中噴出，即浪費了能量，降低了彈藥初速，產(chǎn)生的沖擊波又會對操作人員產(chǎn)生危險。

前置噴口無后坐火炮

1950 美國通用動力公司Frigidaire分部在傳統(tǒng)無坐力炮基礎上開發(fā)出了前置噴口無坐力炮，其主要原理就是通過彈丸運動來打開噴口，實現(xiàn)火藥燃氣后噴，抵消后坐。前置噴口無坐力炮一定程度上克服了普通無后坐炮的部分缺陷，但是增加了系統(tǒng)的重量和復雜度，而且還需要復雜的彈性托架來調節(jié)最初的后坐效應。因此沒有出現(xiàn)定型產(chǎn)品，但是在輕武器領域，這種技術卻得到了廣泛應用，比如克羅地亞的RT-20反器材狙擊步槍就通過噴管前置減后坐技術使后坐力將至人體承受的范圍之內。

前沖后坐-軟后坐技術

軟后坐技術也稱為前沖技術、待發(fā)狀態(tài)發(fā)射技術，是指火炮發(fā)射后，在炮身復進過程中擊發(fā)，利用炮身復進時的前沖能量抵消部分后坐能量。簡單的說，就是炮身先前沖，再后坐，從而實現(xiàn)降低后坐力的目的。

采用軟后坐技術的火炮炮身通過前沖機與炮架連接。前沖機的構造與火炮的反后坐裝置基本相同。發(fā)射前，炮身被卡鎖卡在炮架后方。發(fā)射時，卡鎖解脫，前沖機利用炮身后坐時所貯能量使炮身前沖。炮身前沖到一定位置時擊發(fā)炮彈。擊發(fā)后，炮身受到前沖慣性作用的同時，受到炮膛合力的作用，首先使炮身前沖得到制動，繼而使炮身后坐。在這一過程中，前沖機抵消一部分后坐能量，使炮身后坐得到控制。炮身后坐終止，重新被卡，裝填下一發(fā)炮彈，開始下一次射擊循環(huán)。

世界上最早應用軟后坐技術的是法國1906年生產(chǎn)的施耐德M1906式65毫米山地榴彈炮，

軟后坐技術的主要優(yōu)點是減小了耳軸拉力和減少了后坐周期所用的時間。從理論上講，在相同后坐長度的條件下，采用軟后坐技術可使火炮的平均后坐阻力降至常規(guī)平均后坐阻力的四分之一，而在實際應用中也可降到二分之一至三分之一的水平。如M204式105毫米榴彈炮（見圖二十七）采用軟后坐技術后，后坐時間由2.5秒降為1.4秒，后坐距離由1184毫米降至430毫米。

采用軟后坐技術的火炮，由于后坐小，炮身振動小，在360°的方向射界內以任何裝藥射擊時都是穩(wěn)定的，極大的提高了火炮射擊的穩(wěn)定性和射彈密集度。又因炮身后坐行程短，射擊循環(huán)時間短，火炮在整個高低射界內都能以較高的射速進行射擊，而且炮班操作安全，在炮尾后無任何限制，能明顯提高火炮射速和炮手的操作安全性。由于炮身后坐能量小，可以采用較輕的炮架，有利于減輕火炮全重。

此外，軟后坐原理也普遍應用于高速自動炮，這時候與一般前沖炮所不同的是后坐終了時炮身不掛卡，即刻復進，因此射擊循環(huán)時間短，射速高。又因為沒有后坐掛卡時的撞擊，炮身振動小，有利于提高火炮射擊的平穩(wěn)程度和射擊密集度，目前普遍應用于小口徑高射炮。

軟后坐技術在大口徑火炮上應用卻并不廣泛，原因主要是軟后坐技術增加了火炮系統(tǒng)的復雜程度。

適時“放氣”-膨脹波技術

膨脹波火炮是在無后坐力火炮基礎之上，運用膨脹波理論通過推遲后噴裝置的打開時間來達到在不影響彈丸初速的前提下，有效地減少后坐沖量和膛內熱量的新型火炮。

其工作原理為：在發(fā)射藥燃燒產(chǎn)生高溫高壓的火藥燃氣推動彈丸運動的過程中，當彈丸運動到身管某一位置而未脫離炮口時，突然打開藥室底部的后噴裝置，使火藥燃氣迅速向后噴出，藥室內的壓力隨之下降，這種現(xiàn)象被稱為膨脹波或“火藥氣體稀釋”現(xiàn)象。膨脹波在炮膛內的擴展速度和聲波傳播速度是相同的，因此這種壓力下降現(xiàn)象傳遞到彈丸的彈底會有一個時間上的滯后，膨脹波火炮就是利用這一滯后現(xiàn)象，精確控制炮尾開口的時機和速度，使彈丸在燃氣后噴的同時感覺不到壓力的降低，仍然像在密閉的炮膛內飛行，以原來的初速飛離炮口。如果能適當推遲噴口開口的時間，使膨脹波恰好在彈丸剛剛脫離炮口的瞬間追趕上彈丸底部，則實現(xiàn)了所謂的“定時同步”，從而達到最大的功效。

此外，膨脹波火炮還在炮尾部裝有一個擴張噴嘴，從炮尾釋放出來的火藥氣體通過該噴嘴高速向后排出。此時擴張噴嘴對火藥氣體起到降溫降壓作用，火炮的內部熱能轉變成了后噴氣流的動能，并在噴嘴處形成作用于火炮的反向壓力，大大抵消了火炮的后坐能量。

可以說，膨脹波技術就是通過發(fā)射時，在炮尾適時“放氣”-釋放火藥燃氣，從而對火炮形成反作用力的方式來降低火炮后坐力的。

主動控制-電（磁）流變技術

傳統(tǒng)的反后坐裝置中，制退機主要利用制退液的空隙節(jié)流來產(chǎn)生阻力，通過節(jié)流孔面積的連續(xù)變化來調節(jié)后坐阻力的大小，其后坐規(guī)律無法實現(xiàn)實時的動態(tài)調整。電（磁）流變技術的出現(xiàn)，為人們主動、實時的控制火炮后坐力的大小提供了希望。

電（磁）流變技術是一種運用電（磁）流變效應降低火炮后坐力的新技術。電（磁）流變效應是指特殊流體的流變性能（表觀粘度、剪切應力等）在施加外電（磁）場以后，隨著電（磁）場場強的變化而急劇變化，如果電（磁）場強度足夠高而剪切速率恒定時，流體能夠固化為粘彈性類固體，即液體的性質由液態(tài)向類固態(tài)轉變，液體的粘度及抗剪切力明顯增大，而這種變化時間極短，并且可逆，變化是無級連續(xù)的。這種變化可由外加電（磁）場實時控制。這種液固瞬時的、可逆的、連續(xù)的快速反應，構成了一種以內移式為主的力學控制新方式，極大地改善了傳動系統(tǒng)的動態(tài)品質。目前這一技術已開始進入應用研究，主要用于各種減震和阻尼系統(tǒng)。

徹底革命-電磁炮技術

不管是著眼改變后坐距離的超長后坐技術、著眼改變方向的二維后坐技術還是軟后坐、膨脹波、無坐力炮、電（磁）流變等著眼其他角度的降低后坐力技術，都是立足于火藥燃燒產(chǎn)生的氣體推動彈丸這一基礎之上的，屬于溫和的“改良派”。相比而言，拋棄化學能，改用電能的電磁炮可以說是一種徹底革命性的技術。

電磁炮又稱脈沖電源電磁炮，是應用電磁加速技術發(fā)射彈丸的一種“純”電能武器，由于其徹底拋棄了傳統(tǒng)的火炮發(fā)射原理和方法故又被稱之為新概念武器。其工作原理主要是通過高頻率的脈沖電源產(chǎn)生強大的電流，繼而產(chǎn)生強磁場通過電磁力使彈丸加速并飛離身管。由于其推進主要依靠的是電磁力，而電磁波的傳播速度接近于光速，其發(fā)射過程短暫，同時彈丸與身管的摩擦很小，幾乎不會產(chǎn)生后坐。

電磁炮按驅動形式的不同，可分為線圈炮、軌道炮、重接炮三類。目前，在電磁炮的研究進展方面，美軍同樣一馬當先。陸、海、空三軍均有多個電磁炮項目在平穩(wěn)推進。其中以美國海軍研究實驗室（NRL）的海軍研究局（ONR）電磁導軌炮（EMRG）項目實驗室規(guī)模電磁導軌炮系統(tǒng)進展最快，該系統(tǒng)在10月31日就完成了1000次試射，而在12月10日的兩次試射中這門電磁軌道炮將23磅（10.4千克）的射彈加速到2500米/秒左右，先后實現(xiàn)了33兆焦和32兆焦的實際發(fā)射，根據(jù)計算，33兆焦的動能可以將這枚射彈發(fā)射到至少110海里（203公里）以外。

電磁炮雖然原理簡單，但是其在技術方面還存在一些難以克服的障礙，主要體現(xiàn)在脈沖電源、發(fā)射軌道、一體化發(fā)射裝置和系統(tǒng)的集成，以及身管材料的選取方面，故目前還沒有實際產(chǎn)品投入應用。盡管如此，電磁炮的獨特性能仍然吸引著各國投入大量資金研究開發(fā)，在不遠的將來，電磁炮必將在軍事領域的各個方面發(fā)揮重要作用。

結語

縱觀火炮發(fā)展史，自火炮出現(xiàn)起，后坐問題就伴隨左右，在火炮威力“倍增器”和火炮發(fā)展“瓶頸”之間交替轉換角色。剛性炮架時代，盡管火炮是戰(zhàn)場上的神兵利器，擁有莫大的威力，但是人們卻始終無法隨心所欲的駕馭和使用它，其威力的發(fā)揮也自然大打折扣。直到進入彈性炮架時代，反后坐裝置出現(xiàn)后，火炮才正式成為了各國軍人手中的“雷神之錘”，以強大的力量決定著戰(zhàn)爭的走向。而超長后坐，串聯(lián)后坐，曲線后坐，軟后坐，膨脹波、電（磁）流變等諸多降低后坐力技術的出現(xiàn)使得火炮的性能日益先進，重量更輕、射速更快、精度更高。電磁炮技術的研究進展更是為“戰(zhàn)爭之神”指明了未來的發(fā)展方向。有效消除后坐力的技術會產(chǎn)生高性能的火炮，高性能的火炮反過來會進一步要求更合理、更高效的消除后坐力。這種相互制約、相互促進的關系將始終推動著消除后坐力技術不斷向前發(fā)展。或許等到激光、粒子束等定向能武器修成正果、一統(tǒng)天下的時候，火炮后坐力問題才會逐漸淡出人們的視野。

參考文獻

[1]《一種輕型牽引火炮的新型后坐系統(tǒng)》，高樹滋、何永，《火炮發(fā)射與控制學報》，1997年第001期33頁

[2]《美國火炮反后坐裝置的設計》，高弘康，國防工業(yè)出版社，1982.43

[3]《火炮反后坐裝置的設計》，高樹滋，炮兵武器，兵器工業(yè)出版社，1995.124

[4]《火炮后坐阻力的區(qū)間不確定性優(yōu)化研究》，李榮，《彈道學報》，2017年第002期29頁

[5]《磁流體特性對磁流變火炮后坐阻尼器性能的影響》，侯保林，《爆炸與沖擊》，2006年第003期26頁

[6]《某型地面火炮后坐過長故障分析與排除》，徐紅歌，《軍械士官》，2013年第003期16頁

（作者單位：1.預備役步兵第二四七團；

2.陸軍步兵學院石家莊校區(qū)）