□楊文靖 李向東 林宏昌 杜飛
世界上第一支采用導(dǎo)氣式工作原理的機(jī)槍是勃朗寧設(shè)計的M1895機(jī)槍。M1895和馬克沁機(jī)槍相比質(zhì)量減輕了很多,不帶腳架全重只有15.8kg。據(jù)說,勃朗寧在猶他州打獵時,看到槍口火藥燃?xì)獯祫硬萑~,他意識到可利用火藥燃?xì)饽芰客瓿晒棥⒊闅さ葎幼?這成為了導(dǎo)氣式設(shè)計思路的靈感來源。另一種說法是勃朗寧受到馬克沁機(jī)槍的啟發(fā),開始探索槍械自動裝填技術(shù)。他從溫徹斯特M1873杠桿槍機(jī)步槍入手,將其改成通過槍口進(jìn)行導(dǎo)氣的自動裝填步槍,1890年又制造了一種使用相同原理的機(jī)槍。隨后他把設(shè)計成果提交給康涅狄格州的柯爾特公司,內(nèi)容包括在距離槍口150mm處開一個導(dǎo)氣孔和為避免過熱而采用加重的槍管??聽柼毓疽源藶榛A(chǔ)生產(chǎn)出M1895機(jī)槍,該槍在距離槍口約7英寸(178mm)的槍管下方開導(dǎo)氣孔,擊發(fā)后火藥燃?xì)饨?jīng)導(dǎo)氣孔沖擊位于槍管下方的回轉(zhuǎn)杠桿,杠桿向后下方旋轉(zhuǎn),并通過與之鉸接的活塞連桿驅(qū)動槍機(jī)開鎖、后坐。槍機(jī)后坐到位后,在復(fù)進(jìn)簧作用下復(fù)進(jìn)。
柯爾特M1895機(jī)槍是世界上第一支采用導(dǎo)氣式工作原理的機(jī)槍
柯爾特M1895機(jī)槍槍管底部的導(dǎo)氣孔
能單手提起的超輕型馬克沁機(jī)槍通過套筒上的4個開孔散熱
不甘心被超越的馬克沁隨后對自己的機(jī)槍進(jìn)行改進(jìn),設(shè)計出超輕型機(jī)槍,不帶腳架質(zhì)量僅為12.5kg。這種超輕型機(jī)槍去除水冷裝置,通過套筒上的4 個開孔散熱,是一支氣冷式機(jī)槍。該槍連續(xù)射擊時槍管會嚴(yán)重發(fā)熱,火力持續(xù)性差,據(jù)說只能連續(xù)射擊400發(fā),因此其應(yīng)用范圍遠(yuǎn)沒有水冷式機(jī)槍廣泛。
霍威爾半自動步槍最明顯的特征是槍身右側(cè)有一根長長的管子
紅圈所示為霍威爾半自動步槍的導(dǎo)氣箍
19世紀(jì)后期至20世紀(jì)前期,人們對導(dǎo)氣式(Gas Operating)自動原理做了很多探索,當(dāng)時一些設(shè)計人員把栓動步槍改成自動裝填步槍,比較著名的就是英國人在李-恩菲爾德步槍基礎(chǔ)上設(shè)計出的霍威爾半自動步槍。其最明顯的特征是槍身右側(cè)有一根長長的管子,導(dǎo)氣活塞桿容納在其中。彈頭越過膛壁導(dǎo)氣孔后,火藥燃?xì)鈴膶?dǎo)氣孔進(jìn)入右側(cè)的活塞套管,進(jìn)而推動導(dǎo)氣活塞后移?;钊捕诉B接一個外置引導(dǎo)槽,其包含開鎖引導(dǎo)面和閉鎖引導(dǎo)面,拉機(jī)柄被框在引導(dǎo)槽內(nèi)。隨著槍機(jī)前后運(yùn)動,引導(dǎo)槽帶動拉機(jī)柄實(shí)現(xiàn)開鎖、抽拋殼、復(fù)進(jìn)、送彈上膛和閉鎖等動作。這種結(jié)構(gòu)與活塞長行程導(dǎo)氣頗為類似,可以說是一種有益的探索。
81-1式步槍采用了活塞短行程導(dǎo)氣式自動原理
正是這些探索,為現(xiàn)在輕武器以應(yīng)用導(dǎo)氣式自動原理為主的局面奠定了基礎(chǔ),讓導(dǎo)氣式成為成果和分支最多的自動原理。
導(dǎo)氣式又稱氣動式(Gas Action),其本質(zhì)是收集并引導(dǎo)部分火藥燃?xì)庾鳛橥苿訕寵C(jī)后坐的能量源。其特征一是槍管固定,二是有氣體引導(dǎo)或能量傳導(dǎo)裝置。由于導(dǎo)氣式原理推動槍機(jī)后坐時槍機(jī)的受力點(diǎn)不在槍管軸線上,可以改變槍機(jī)旋轉(zhuǎn)方向、前后位置和其他狀態(tài),因此該原理能夠讓槍機(jī)在發(fā)射時與槍管或機(jī)匣剛性扣合,適用于發(fā)射大威力、高膛壓槍彈的槍械。
03式步槍不完全分解,其也采用了活塞短行程導(dǎo)氣式自動原理
槍口集氣式原理引起了當(dāng)時一些人的興趣,他們認(rèn)為采用槍口集氣式原理的槍械在發(fā)射時,彈頭飛出槍口后槍機(jī)才向后運(yùn)動,對射擊精度的影響很??;而在槍膛壁上開孔,還沒等彈頭飛出槍膛,零部件就開始運(yùn)動,會嚴(yán)重影響射擊精度。
伽蘭德步槍導(dǎo)氣裝置。左邊為早期槍口集氣式結(jié)構(gòu),右為改進(jìn)后的導(dǎo)氣孔結(jié)構(gòu)
其實(shí)這個問題現(xiàn)在很好解決,那就是采用機(jī)頭和機(jī)框分離的自動機(jī),在機(jī)框的定型槽內(nèi)增設(shè)一段開鎖自由行程空間,這樣就能保證彈頭通過導(dǎo)氣孔后槍機(jī)框單獨(dú)運(yùn)動一小段行程,彈頭飛出槍口、膛壓降到安全值后,機(jī)框定型槽的開鎖斜面才與定型凸筍發(fā)生作用,帶動機(jī)頭旋轉(zhuǎn)(偏移)并后移。
那時人們沒有想到這一點(diǎn),認(rèn)為槍口集氣式是保證射擊精度的有效方法。1904年,丹麥人蘇林·邦(Soren Bang)為其設(shè)計的槍口集氣裝置申請了專利,命名為邦式集氣裝置,并向軍方大力推廣。這種集氣原理是在槍口前端設(shè)置一個可活動的杯狀集氣器,彈頭飛出槍口后,火藥燃?xì)庀蚯巴苿蛹瘹馄骱团c之相連的一根連桿,連桿拉動一個轉(zhuǎn)動杠桿后端向前運(yùn)動,杠桿前端向相反方向(后)運(yùn)動,帶動槍機(jī)后坐。在實(shí)際使用中邦式集氣動作比較可靠,但其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)增加了額外質(zhì)量,為了控制全槍質(zhì)量,不得不減小槍管壁厚,嚴(yán)重影響連續(xù)射擊時的安全性,因此未能被軍隊(duì)采用。
早期的M1伽蘭德步槍也采用了槍口集氣式原理,不同于邦式的活動集氣器,M1的集氣器是固定在槍口前下方的。火藥燃?xì)鈬姵鰳尶诤蟛糠钟咳爰瘹馄鞯目障叮ㄙぬm德步槍導(dǎo)氣裝置圖中“86”處),隨后導(dǎo)入槍管下方的活塞筒中,推動與槍機(jī)連接的活塞及其連桿向后運(yùn)動。采用槍口集氣式原理的伽蘭德步槍被稱為“Gas Trap Garand”?,F(xiàn)在看來,這非常像導(dǎo)氣孔結(jié)構(gòu),只是引導(dǎo)氣體的集氣器與槍管不是一個整體。槍口集氣式的伽蘭德步槍在部隊(duì)中口碑并不好,由于活塞筒與槍口罩連接不牢固,刺刀固定不穩(wěn),準(zhǔn)星可移動,影響精度,軍方要求約翰·伽蘭德(John Cantius Garand)“重新設(shè)計”。伽蘭德對導(dǎo)氣方式進(jìn)行了改進(jìn),增加槍管長度,在槍管下方開導(dǎo)氣孔,并改進(jìn)了導(dǎo)氣管,使其成為一支極為可靠的長行程活塞導(dǎo)氣式半自動步槍。
劉慶恩(1869~1929年),中國近代著名武器設(shè)計師,設(shè)計出中國第一支半自動步槍,為中國輕武器事業(yè)做出重要貢獻(xiàn)
劉氏半自動步槍的槍口集氣筒和拉桿滑座。轉(zhuǎn)動集氣筒使凸筍與滑座解除扣合,該槍即可變?yōu)槭謩由咸挪綐?/p>
劉氏半自動步槍的槍機(jī)拉桿、小轉(zhuǎn)動杠桿和槍機(jī)。槍機(jī)拉桿向前運(yùn)動,使小轉(zhuǎn)動杠桿向后運(yùn)動,帶動槍機(jī)后坐
辛亥革命后,孫中山委任劉慶恩出任漢陽兵工廠第一任總辦。1914年,他研發(fā)出中國第一支半自動步槍。劉氏半自動步槍也采用槍口集氣式自動原理,彈頭飛出槍口后,火藥燃?xì)庀蚯巴苿訕尶诩瘹馔?,集氣筒下方兩個凸筍帶動拉桿滑座前移,滑座拉動槍機(jī)拉桿前移,槍機(jī)拉桿后端連接一個小轉(zhuǎn)動杠桿的下端,轉(zhuǎn)動杠桿上端與槍機(jī)接觸,拉桿向前運(yùn)動帶動槍機(jī)后坐。將槍口集氣筒旋轉(zhuǎn)使凸筍與拉桿滑座脫離接觸,就不能帶動槍機(jī)后坐,這成為劉氏半自動步槍的“快慢機(jī)”,這類似于把95式自動步槍的氣體調(diào)節(jié)器調(diào)到“0”檔,使火藥燃?xì)獠慌c自動機(jī)發(fā)生接觸,只能進(jìn)行手動退彈、上膛。
MAS38/39步槍結(jié)構(gòu)圖,可以看到在槍管中間向上引出一根細(xì)長的導(dǎo)氣管(29)通向機(jī)匣
“沙漠之鷹”手槍透視圖。注意其槍管下方有一條細(xì)長的導(dǎo)氣管,是典型的氣吹式原理特征
M16A1剖面圖,槍管上方有一根細(xì)長的導(dǎo)氣管,具備典型的氣吹式原理特征
在膛壁上開孔的導(dǎo)氣式原理可分為氣吹式和活塞導(dǎo)氣式兩大類。
20世紀(jì)初,法國人羅西尼奧爾(Rossignol)設(shè)計了6mm口徑的ENT B-5半自動試驗(yàn)步槍,首次將氣吹式原理應(yīng)用于槍械上,為后續(xù)研制的MAS系列步槍奠定了基礎(chǔ)。MAS系列步槍繼承了氣吹式原理,在槍管上開導(dǎo)氣孔,引導(dǎo)火藥燃?xì)庵苯油苿訕寵C(jī)框后坐,帶動槍機(jī)開鎖進(jìn)行自動循環(huán)。
氣吹式,即火藥燃?xì)馔ㄟ^導(dǎo)氣管直接進(jìn)入機(jī)匣作用到槍機(jī)上。典型的如AG42楊曼步槍、AR15系列步槍,其特點(diǎn)是能量傳導(dǎo)層級少,導(dǎo)氣機(jī)構(gòu)零件少,槍支整體質(zhì)量輕。但氣吹式導(dǎo)氣原理也有固有的缺陷,一是不適應(yīng)雨水環(huán)境,如果水滴進(jìn)入非常細(xì)的導(dǎo)氣管內(nèi),水滴會阻塞火藥燃?xì)?,可能會引發(fā)炸膛等;二是火藥燃?xì)庵苯舆M(jìn)入機(jī)匣作用到槍機(jī)上,射擊時會有較多廢氣從拋殼窗涌出,機(jī)匣和槍機(jī)也會有較為嚴(yán)重的積碳,不便于清理維護(hù),保養(yǎng)不及時會造成零部件運(yùn)動不暢,甚至發(fā)生閉鎖不到位等故障。
AR15 工作示意圖,注意火藥燃?xì)庵苯舆M(jìn)入槍機(jī)框的氣室內(nèi)
拉開機(jī)體的87式自動榴彈發(fā)射器,注意圖中右側(cè)桶狀氣體調(diào)節(jié)器,火藥燃?xì)鈱?dǎo)入導(dǎo)氣箍后,通過該氣體調(diào)節(jié)器進(jìn)入機(jī)體的氣室
87式自動榴彈發(fā)射器發(fā)射瞬間
AR15系列步槍在槍管上方有一根細(xì)長的導(dǎo)氣管,將火藥燃?xì)庵苯訉?dǎo)入槍機(jī)框的氣室內(nèi),推動槍機(jī)框后移并使機(jī)頭旋轉(zhuǎn)開鎖,爾后整個槍機(jī)后坐,實(shí)現(xiàn)自動循環(huán)。由于火藥燃?xì)庵苯舆M(jìn)入槍機(jī)框的氣室內(nèi),氣室發(fā)揮了類似活塞的作用,因此一些學(xué)者認(rèn)為AR15是“內(nèi)置活塞”結(jié)構(gòu),不是嚴(yán)格意義上的氣吹式原理。
上圖為OC-14 Groza自動步槍送彈上膛瞬間,下圖為OC-14 Groza自動步槍不完全分解,注意其槍管上方有一根細(xì)長的導(dǎo)氣管
中國的85式高射機(jī)槍和87式35mm榴彈發(fā)射器(簡稱“35榴”)也采用了氣吹式自動原理。發(fā)射“35榴”時,當(dāng)榴彈彈頭越過導(dǎo)氣孔后,部分火藥燃?xì)馔ㄟ^導(dǎo)氣孔、導(dǎo)氣箍進(jìn)入氣室,推動機(jī)體向后運(yùn)動一段自由行程,彈頭飛出身管后膛壓降至安全值,機(jī)頭帶動閉鎖卡鐵后移脫離閉鎖卡槽,因慣性繼續(xù)后坐完成自動循環(huán)。“35榴”的閉鎖卡鐵工作時一開一合,非常像魚的腮蓋。
氣吹式原理在手槍上也有應(yīng)用,典型代表就是“沙漠之鷹”手槍?!吧衬棥笔謽尀獒鳙C而研發(fā),發(fā)射大威力槍彈,不適宜采用管退式或槍機(jī)后坐式原理,設(shè)計人員在彈膛前部下方開導(dǎo)氣孔(這點(diǎn)與P7手槍很像),射擊時火藥燃?xì)庋刂M長的導(dǎo)氣管(與槍管一體)進(jìn)入槍管前下方的氣室,火藥燃?xì)庠跉馐抑邢蚝笸苿踊钊?,活塞推動槍機(jī)后坐壓縮復(fù)進(jìn)簧,機(jī)框上的定型突筍引導(dǎo)機(jī)頭向左旋轉(zhuǎn)開鎖,實(shí)現(xiàn)抽殼、拋殼等動作。由于采用了導(dǎo)氣式原理,“沙漠之鷹”手槍射擊時氣密性好,動作安全有力,但其質(zhì)量大、后坐力大、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,因此并沒有軍隊(duì)和執(zhí)法部門大量采購列裝。
與“沙漠之鷹”手槍的導(dǎo)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類似的還有俄羅斯OC-14 Groza武器系統(tǒng),其自動步槍也是在彈膛前上方開設(shè)導(dǎo)氣孔,向前引出一根細(xì)長的導(dǎo)氣管,火藥燃?xì)饨?jīng)過這根導(dǎo)氣管進(jìn)入導(dǎo)氣箍內(nèi)再推動活塞向后運(yùn)動。這樣的設(shè)計主要是為了保證火藥燃?xì)庥凶銐虻膲毫κ箻寵C(jī)完成自動循環(huán)。(待續(xù))