減小大口徑武器后坐力的技術研究

胡孫瀅

【摘 要】減小武器后坐力可以改善武器的穩定性和射擊精度，減少射手的疲勞，針對減后坐力問題，探討多種現有的結構設計，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發射原理運用到武器的設計方案。基于內彈道學理論，對武器的擊發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的數學物理模型進行了分析，并針對現階段浮動發射武器的情況提出關鍵問題。浮動技術的研究與成熟對促進步兵武器裝備的發展有著重要的意義。

【關鍵詞】后坐力；減后坐結構設計；浮動發射技術

0 前言

自古以來，步兵就是軍隊的主要力量，承擔了戰爭場上的大部分火力輸出及戰略部署，也是軍隊最基本、最重要的機構單位。未來戰爭的必然趨勢依然是以步兵為主要核心力量的各兵種協同作戰。在未來高科技條件下的現代戰爭中，戰爭突發性強，作戰范圍寬闊，同時國內外的反恐形勢日趨嚴峻。其作戰條件勢必對部隊使用的武器提出了新的要求，要求更大的威力，能夠進行更精準地射擊，更輕便地攜帶，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，是指武器擊發后，火藥燃氣推動子彈前進的同時對槍械產生的向后的作用力。一直以來，減小武器的后坐力，提高武器的射擊精度是進行武器研發的一項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，故本文主要針對的是后坐力影響較大的大口徑武器。同時武器本身的機構設計與合理改進對其影響更為顯著。后坐力減小不僅可以使得武器的穩定性得到極大的改善，還可以減少射手的疲勞，特別是通過浮動發射原理減小后坐，是解決槍械威力與機動性、精度之間矛盾的有效技術途徑。

下面本文將對幾種減小武器后坐力的結構進行探討。

1 減后坐力結構設計

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氣對槍械產生某種預期效果的裝置，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氣的質量和速度，改變部分火藥燃氣從變孔道噴出的質量和方向，對槍身產生向前的反力，從而減少了火藥燃氣對槍身的后坐能量[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，結構相對緊湊。

1.2 槍管短后坐

槍管短后坐式一種應用較為廣泛的結構，其主要特點是槍機與槍管具有一段較短的相互成閉鎖狀態的行程。此結構主要是利用槍管的部分能量轉化為槍機的工作能量，自彈丸脫離后槍機完全解脫，經過閉鎖的一段短行程后，槍管停止運動，但槍機由于慣性繼續運動并完成后面的工作。因此，槍管通過將部分后坐能量轉化為槍機、槍機框的工作能量減小了后坐。

1.3 緩沖杠桿式

當槍械中沒有任何緩沖裝置，當運動機構（槍機框）后坐到位時會直接撞擊機匣，槍機框在撞擊前后動量急劇變化，由于 ，那么機槍內部承受巨大的沖擊力，極其容易受到損壞。緩沖杠桿安裝在機匣尾端，當槍機框后坐到接近機匣尾端的時候，先撞擊緩沖杠桿，并推動杠桿使之壓縮緩沖簧，槍機框在時間 內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

1.4 浮動原理

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、槍管短后坐結構設計等，結果發現其中把浮動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，隨著浮動技術的日益發展，其在槍械上的應用也愈發廣泛、成熟。

在簡要分析浮動情況時可先考慮理想浮動情況，即為射角為0°時，只考慮膛內氣壓、導氣室內氣壓、浮動簧力和復進簧力，而忽略摩擦阻力和其他附加阻力及膛底合力。

當擊針擊打彈丸的前一刻浮動部分復進速度。在理想浮動情況下，不利用浮動原理的機構的后坐動能是采用了浮動原理的機構的后坐動能的四倍，故浮動原理減小后坐力效果非常顯著。

同時，浮動自動機在附近運動中擊發，連發射擊時不會發生后坐、復進到位的撞擊現象，從而大大提高了其射擊穩定性，射擊精度也相應提高。

由于浮動技術為目前大口徑武器減后坐的重要有效技術方法，接下來本文將對浮動發射技術作展開討論。

2 浮動發射技術發展與應用

2.1 浮動技術實現

機槍浮動技術的實現主要通過浮動機，即一般安裝在浮動自動機的浮動部分與架座之間的裝置。

2.1.1 按彈性介質分類

浮動機按照彈性介質可分為彈簧式結構、彈簧-液壓式結構和液壓-氣壓式等。其中彈簧-液壓式結構在大口徑武器上應用廣泛，技術也比較成熟，但是結構比較復雜，而彈簧式結構具有工作性能穩定、結構簡單、制造、維修方便等特點，可以滿足現有機槍所要求的結構尺寸及戰術指標、技術性能等[4][5]。

2.1.2 按浮動部分分類

浮動機按照浮動部分可分為身管浮動式和機匣浮動式。身管浮動式只有身管浮動，循環動作在身管后坐與復進過程中完成，如瑞典L70式40mm高炮。機匣浮動式是機匣及整個自動機都進行浮動，可應用于各類自動武器，包括身管短后坐式武器、導氣式武器等。

2.2 內彈道研究

浮動技術要應用于大口徑武器必須要解決的關鍵問題有兩個：首發啟動及防瞎火，首發啟動以保證首發浮動能量，防瞎火是為確保在武器出現啞火時能就正常擊發。在解決這兩個關鍵問題前需研究其內彈道過程作準備。浮動式發射系統的內彈道過程時一個集物理運動和化學反應的復雜運動過程，需要建立一個合理且簡化的數學物理模型。由于浮動發射過程中有幾個特殊時刻，所以，可以以此為點，將整個內彈道過程劃分為三個時期進行分析。

第一時期：從外力撞擊機針點火到機槍發動機后噴口打開的瞬間。在這個時期，機槍發動機裝藥在高壓室內作定容燃燒，浮動發射系統沒有運動。

第二時期：從機槍發動機后噴口打開的瞬間到機槍發動機與彈丸分離的瞬間。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。在這個時期，由于機槍發動機和彈丸沒有分離，它們將以相同的速度和加速度一起向前運動。

第三時期：從機槍發動機與彈丸分離的瞬間到彈丸出炮口瞬間。這個時期是整個發射過程中最復雜的一個時期，它包括了火藥燃燒、火箭發動機工作、火藥氣體流動、彈丸和火箭發動機各自運動等各種現象，同時在這一時期將出現火藥燃燒分裂點、燃燒結束點及最大壓力點。

3 結語

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構設計，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發射原理運用到武器的設計方案。基于經典內彈道學原理，對武器的擊發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的數學物理模型，用能量法根據已知條件反求出后拉距離，計算出為后拉過程提供化學能的無戰斗部彈丸的火藥用量。并針對現階段浮動發射武器的情況提出關鍵問題，可在今后的研究中繼續進行設計與探討。

【參考文獻】

[1]郝宇.大口徑單管高射機槍浮動問題研究[D].南京：南京理工大學，2006.

[2]姚養無.自動武器浮動技術[J].輕兵器1997（1）：20-23.

[3]陸家鵬，譚興梁，雷志義等.自動武器氣體動力學[M].北京：兵器工業出版社.1991.

[4]黎春林.自動榴彈發射器的發展方向[J].現代兵器，1996（1）：4-6.

[5]趙華.氣壓傳動式軟發射原理與技術研究[D].南京：南京理工大學，2007.

[責任編輯：張濤]endprint