《火炮與自動武器原理》之花開花落

杜中華　劉海平

【摘 要】為深入了解《火炮與自動武器原理》課程中相關(guān)理論，對彈丸、發(fā)射藥、身管、膛線、反后坐裝置和自動機技術(shù)的發(fā)展軌跡進行了詳細闡述，揭示了其發(fā)展特點，對課程學習有較好的助力作用。

【關(guān)鍵詞】火炮與自動武器原理;技術(shù)發(fā)展軌跡;技術(shù)發(fā)展特點

中圖分類號： E924 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）01-0147-002

0 前言

隨著軍事科技的發(fā)展，火炮與自動武器技術(shù)也在不斷推陳出新，舊的技術(shù)隱去，新的技術(shù)日盛，更新的技術(shù)則遙現(xiàn)。大浪淘沙，優(yōu)勝劣汰，在兵器領(lǐng)域表現(xiàn)得更為明顯。靜觀兵器工程專業(yè)核心理論課程《火炮與自動武器原理》中相關(guān)技術(shù)的“花開花落”，細思其智慧涌動，對該課程的學習大有裨益。

1 彈丸的飛行

最早的彈丸為石彈，那時的火炮也叫做拋石機。中國出現(xiàn)黑火藥后，拋石機開始拋射盛裝黑火藥的罐子，火炮進入熱兵器時代，近代彈丸里面還裝入了炸藥，其威力發(fā)生了巨大的變化。早期的彈丸是球形的，為了使其飛得更遠，后來變成了長圓柱形，再后來彈丸前部越發(fā)尖銳，圓柱部越來越短，成為“棗核”形，非但如此，為減小空氣阻力，還開始在彈丸尾部設(shè)置空腔或者設(shè)置少量藥柱做成底凹彈和底排彈，甚至在彈丸后部設(shè)置大量的藥柱做成火箭增程彈，近年來，更是利用超壓發(fā)動機和沖壓發(fā)動機使彈丸能夠飛行到100km以上。早期的彈丸飛出炮膛后是不受控制的，當射程較遠時，彈丸彈著點通常有較大的散布，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，彈丸上面開始安裝翼片和控制器，可以在飛行中對其姿態(tài)進行控制，從而大大提高彈丸的射擊精度，使彈丸“點穴式”打擊成為可能。總體來看，彈丸的威力越來越大、射程越來越遠、精度也越來越高[1-3]。

2 發(fā)射藥的革命

將彈丸高速拋射出去是需要能量的，最早的拋石機是利用人力發(fā)射的。中國出現(xiàn)黑火藥后，黑火藥迅速成為槍炮的能量來源，黑火藥燃燒后生成大量氣體，將這些氣體聚攏在管狀容器中，可將彈丸高速拋出。要指出的是，黑火藥作為發(fā)射藥使用了近1000年的時間。由于黑火藥燃燒時產(chǎn)生煙霧，燃燒后有殘渣，近代被含能量更高、燃燒更為清潔的無煙火藥代替，無煙火藥是目前槍炮的主用發(fā)射藥，其主要成分是硝化棉和消化甘油。為進一步提高發(fā)射藥能量，人們還嘗試使用液體發(fā)射藥，正在研究硝氨等高能發(fā)射藥。隨著發(fā)射藥能量的提高，其燃燒時產(chǎn)生巨大的熱量已經(jīng)嚴重影響身管的性能，為此新的發(fā)射能量也在積極的探索之中，譬如電磁炮利用電磁能發(fā)射彈丸、輕氣炮利用壓縮氫氣或氦氣發(fā)射彈丸等。從人力做功到黑火藥和無煙火藥的化學能再到電磁能等，發(fā)射藥的發(fā)展并不快，但變化都是革命性的[1-3]。

3 身管的長征

彈丸、發(fā)射藥和身管是槍炮的三個基本特征，發(fā)射藥在身管中燃燒生成氣體并膨脹，彈丸在身管內(nèi)獲得加速，因而槍炮有時也被稱作身管武器。最早的身管是竹子做的，典型的武器就是北宋末年的火槍和南宋末年的突火槍。由于身管要承受發(fā)射藥燃燒生成氣體的高壓，竹子強度明顯不夠，在元代出現(xiàn)了使用青銅身管的火銃，中國出土的青銅火銃是中國發(fā)明槍炮的明證。為提高強度，后來的身管材料又逐步換成了鑄鐵、鋼，身管材料的發(fā)展與世界鋼鐵冶煉水平發(fā)展密切相關(guān)，通常身管都使用最好的鋼材。為增加身管的綜合性能，后來還在炮鋼材料中加入鉻、鎳、鉬、釩等合金元素，引入了能細化鋼材晶粒的電渣重熔技術(shù)，發(fā)明了利用殘余應(yīng)力提高身管強度的自緊身管技術(shù)。另一方面，為提高彈丸初速，增加槍炮射程，身管變得越來越長，以世界流行的155mm火炮身管為例，早期身管長度為39倍身管口徑，后來變?yōu)?5倍身管口徑，目前主流是52倍身管口徑，近年來一些國家已經(jīng)開始研發(fā)55倍身管口徑的火炮。由于身管變長會帶來重量問題和精度問題，火炮更遠的射程需要靠火箭彈來完成。身管的發(fā)展伴隨著材料的進步和身管長度的延展，是一條漫長的征途[1-5]。

4 膛線的彷徨

早期槍炮的身管內(nèi)膛是光滑的，近代開始在身管內(nèi)壁刻出旋轉(zhuǎn)的螺旋槽，此即為膛線。步槍的英文翻譯rifle就有膛線的意思。膛線作用于彈丸使其旋轉(zhuǎn)起來，旋轉(zhuǎn)飛行的彈丸具有良好的飛行穩(wěn)定性，即彈頭始終向前，這樣一方面使彈丸具有良好的射擊精度，一方面也能確保某些彈丸頭部的引信先著地從而引爆彈丸。非但如此，膛線和彈丸的彈帶作用可以更好地密封彈后的火藥氣體，從而提高彈丸的射程。目前大部分槍炮都具有膛線，迫擊炮、無后坐力炮、火箭炮、反坦克炮一般沒有膛線。早期的坦克炮都是有膛線的，后來坦克炮為了發(fā)射初速極高的合金穿甲彈采用了極高的膛壓（700MPa以上），在這樣高的壓強下，膛線極易磨損，為此，現(xiàn)在大部分國家的坦克炮不再采用膛線，但是英國的主戰(zhàn)坦克仍然保留著膛線。目前也有一些無后坐力炮和極少數(shù)迫擊炮采用了膛線，我國較新的300mm遠程火箭炮上也能看出明顯的膛線特征，這些一般不采用膛線的火炮采用膛線后可以使彈丸微微旋轉(zhuǎn)從而提高射擊精度。膛線的出現(xiàn)是槍炮技術(shù)發(fā)展中的一次革命，但是可以看出膛線并沒有“一統(tǒng)山河”，在一些槍炮類型上仍然存在有無膛線的“彷徨”[2-5]。

5 反后坐裝置的驚喜

發(fā)射藥在身管內(nèi)燃燒后生成氣體推彈丸向前的同時也給身管一個很大的向后作用力，對于大口徑火炮來說，這個力可能達到700余噸，這么大的力如果直接作用在炮架上，炮架的尺寸和重量必然特別大，從而降低了火炮的機動性。反后坐裝置的“橫空出世”徹底改變了這種狀況，反后坐裝置將炮身和炮架連接起來，射擊時通過身管的后坐運動使得作用在炮架上的力大大減?。p小為身管上作用力的1/20左右），使火炮具有大威力的同時也具有良好的機動性，鑒于反后坐裝置給火炮設(shè)計帶來的巨大“驚喜”，其被稱為火炮的“心臟”。非但如此，其與高效率炮口制退器配合，可以將炮架受力再減小一半以上;其采用前沖發(fā)射，炮架受力可以再減小60%以上。反后坐裝置攜手炮口制退器和前沖發(fā)射方式，很好地緩解了火炮威力和機動性之間的矛盾，使得“小車架大炮”成為可能，極大地推動了目前輪式、車載、超輕型大口徑火炮的發(fā)展[2-6]。

6 自動機的挖掘

自動機是自動武器（自動槍械、高炮、航炮、小口徑艦炮等）完成連續(xù)射擊動作的核心機構(gòu)。目前自動機類型主要是后坐式和導氣式，譬如沖鋒槍就是明顯的槍機后坐式，AK步槍就是明顯的導氣式，我國的37mm高炮和57mm采用身管短后坐式，25mm高炮和35mm高炮則采用導氣式。近年來，我國的轉(zhuǎn)管炮技術(shù)得到迅速發(fā)展，大有引領(lǐng)世界潮流趨勢，6管、7管和11管轉(zhuǎn)管火炮在海軍艦船上大量列裝，非但如此，我們還把眼光盯向轉(zhuǎn)膛炮技術(shù)，并在新式輪式35mm高炮上采用。轉(zhuǎn)管炮和轉(zhuǎn)膛炮將連續(xù)發(fā)射時的動作序列并行起來從而可以大大提高射速，譬如我國11管30mm火炮射擊速度已經(jīng)超過10000發(fā)/分鐘，被稱為“萬發(fā)炮”。進一步的，近年來我國還引進了鏈式自動機火炮裝備于直升機和裝甲戰(zhàn)車上，引進雙管聯(lián)動式自動機火炮裝備于戰(zhàn)斗機上?？梢钥闯?，近年來我國自動武器技術(shù)發(fā)展迅猛，除了傳統(tǒng)的后坐式和導氣式，其他自動機類型如轉(zhuǎn)管式、轉(zhuǎn)膛式、鏈式、雙管聯(lián)動式都得到了充分的“挖掘”，并在新式自動武器上加以應(yīng)用[2-8]。

系統(tǒng)地了解《火炮與自動武器》課程中相關(guān)技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)，思考其特點，可以更好地理解目前我軍槍炮裝備的結(jié)構(gòu)原理，為使用、維修和革新裝備奠定良好的基礎(chǔ)，同時也極大地增加了課程學習過程中的趣味性。

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