膛口噪聲的來源

各種槍炮射擊時(shí)都會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲，射擊噪聲會(huì)嚴(yán)重影響聽覺、妨礙通信且易暴露目標(biāo)，因此在武器技術(shù)的發(fā)展過程中，人們一直在尋求降低射擊噪聲的方法。

在射擊噪聲中有３種不同類型的聲源，一種是射擊過程中運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)碰撞摩擦產(chǎn)生的機(jī)械噪聲，這種噪聲較低，在槍炮噪聲中影響不大。另一種是彈頭出膛口后飛行產(chǎn)生的彈道噪聲，超音速彈頭會(huì)形成彈頭激波，產(chǎn)生“轟”聲，在彈道附近這種“轟”聲會(huì)很響亮，而亞音速彈頭的彈道噪聲則要小得多?？傊瑥椀涝肼曈杏绊?，但還不是主要聲源。槍炮噪聲的主要聲源是火藥燃?xì)鉀_擊膛口后產(chǎn)生的氣動(dòng)力性噪聲，簡稱膛口噪聲，它遠(yuǎn)高于前兩種噪聲。一般槍炮膛口的聲壓級(jí)多在160dB以上，有的甚至超過180dB，這樣的一聲巨響?？芍氯硕@。迄今為止，由于所有的膛口消聲器僅對(duì)膛口噪聲起作用，而對(duì)機(jī)械噪聲和彈道噪聲幾乎沒有抑制作用，因此可以這樣給膛口消聲器下定義：它是降低膛口噪聲的膛口裝置。

膛口噪聲來源于膛口氣流流場，膛口流場結(jié)構(gòu)如圖1。而噪聲的主要來源是膛口沖擊波，它的壓力強(qiáng)度在膛口流場中是最強(qiáng)的，例如7.62mm步槍，在射手區(qū)其聲壓級(jí)約165dB；其次是膛口射流中的激波瓶系和邊界紊流環(huán)產(chǎn)生的聲響，如同上例的7.62mm步槍，這種聲響傳到射手區(qū)約為152dB，雖比膛口沖擊波的噪聲要小，但對(duì)膛口噪聲的影響也比較大，另外紊流環(huán)還容易產(chǎn)生二次焰，二次焰又會(huì)加強(qiáng)紊流噪聲。另一聲源是初始沖擊波，它是彈頭在膛內(nèi)加速運(yùn)動(dòng)時(shí)壓縮彈前空氣柱及少量泄漏的火藥燃?xì)庑纬傻?。初始沖擊波的強(qiáng)度較弱，例如在7.62mm步槍側(cè)向1m處只有約140dB。因此可以說，膛口噪聲的主要來源是膛口沖擊波以及射流中的激波瓶系和紊流區(qū)。

作為消聲的理論根據(jù)，還有一個(gè)重要結(jié)論就是膛口噪聲的聲功率與出口面積及燃?xì)獬隹趬毫退俣鹊某朔e成正比。綜上可知，膛口消聲器的關(guān)鍵技術(shù)是降低氣流壓力和速度，破壞或削弱膛口沖擊波、激波瓶系和紊流環(huán)，并盡可能地減小氣流出口面積。

消聲原理

為達(dá)到消除或降低膛口噪聲的目的，可采取多種技術(shù)途徑。自20世紀(jì)初第一個(gè)槍口消聲器問世以來，已有數(shù)百項(xiàng)這方面的發(fā)明專利，但各種消聲器就消聲原理來說，大致可分為以下幾類，即膨脹、多腔隔音、膨脹反射、渦流、小孔擴(kuò)散、吸熱與損耗、密閉及槍管開孔消聲原理(相關(guān)內(nèi)容見本刊2002年第7期“讀者點(diǎn)登”內(nèi)容)。

如果從聲學(xué)角度看，上述8類消聲原理可歸結(jié)為3種，即抗性消聲原理(第1、2、3類)、阻性消聲原理(第6類)、阻抗復(fù)合消聲原理(第4、5、7、8類)。這3種消聲原理都有各自的消聲特點(diǎn)和頻率特性。

各類消聲器及其消聲效果

作為膨脹消聲的典型例子是捷克斯洛伐克M617.65mm沖鋒槍的消聲器，其結(jié)構(gòu)如圖2。該消聲器有一大的膨脹室，長度為222mm，比槍管(長112mm)還長，口部用橡膠墊密封。火藥燃?xì)膺M(jìn)入膨脹室得到較充分的膨脹，這對(duì)消聲有利，但巨大的內(nèi)腔沒有其他消聲元件配合，加之彈孔的密閉墊性能不良，致使消聲效果不夠理想。

圖3是法國的一種多腔隔聲消聲器，其后段有60mm長的膨脹室，前段裝有10個(gè)彼此相隔11mm的隔音板，形成10個(gè)小室。此消聲器結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量很輕，只有113g，在小口徑武器上使用效果很好，可降低聲壓級(jí)17dB。

膨脹反射消聲器最早是由德國人在“二戰(zhàn)”時(shí)研制的，它應(yīng)用了關(guān)于高速高壓氣體膨脹和反射性質(zhì)的理論，是目前武器上最常用的消聲方式之一。圖4是德國HK公司為MP5SD9mm沖鋒槍研制的消聲器，它采用了5個(gè)不同形狀的錐體漏斗元件，并采用了多腔隔音和金屬絲網(wǎng)等多種消聲方法與之配合，可消聲20dB，效果很不錯(cuò)。圖5是華爾特公司為MPK9mm沖鋒槍研制的實(shí)驗(yàn)型消聲器。該消聲器由膨脹室、渦輪葉片、臺(tái)階式錐形體等構(gòu)成，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜?；鹚幦?xì)馐紫仍谂蛎浭遗蛎?，繼而由渦輪葉片使其在貯氣室產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，燃?xì)庠俳?jīng)幾個(gè)錐體元件多次被膨脹、反射、壓縮，消聲效果甚隹，達(dá)22dB。據(jù)稱，武器射擊聲與一般的氣手槍相當(dāng)。

渦流消聲器是世界上第一個(gè)實(shí)用消聲器，它是由自動(dòng)武器之父?！に埂ゑR克沁的兒子、美國著名發(fā)明家?！ょ辍ゑR克沁于1908年研制成功的，在第一次世界大戰(zhàn)中被美國陸軍用于斯普林菲爾德M1903步槍上。該消聲器后部有膨脹室，前部等距離裝有19個(gè)金屬膜片，膜片中心部向后鼓起，周邊向后翻卷。這種膜片使火藥燃?xì)猱a(chǎn)生渦流，消耗能量，減小中心壓力，延緩氣流流出。該消聲器尺寸小、質(zhì)量輕，便于在武器上使用。其消聲效果很好，發(fā)射亞音速彈時(shí)消聲能力達(dá)24dB，即使發(fā)射能量大的步槍彈噪聲也不大。小馬克沁開創(chuàng)的渦流消聲原理應(yīng)用很廣，直至現(xiàn)代著名的MAC消聲器也采用這種原理。MAC消聲器(圖6)有一部分環(huán)繞著槍管，消聲器的主體是一螺片系統(tǒng)，螺片可用3根螺桿串聯(lián)起來，螺片之間相隔3～5mm。燃?xì)馔ㄟ^螺片系統(tǒng)在整個(gè)長度上產(chǎn)生渦流，部分火藥燃?xì)饪捎少A氣室的氣孔排出，在靠近消聲器口部的氣室，燃?xì)饪稍俅闻蛎洸a(chǎn)生渦流。該消聲器是現(xiàn)代最有效的消聲器之一，可供多種武器使用，如英格拉姆M10、M11沖鋒槍，魯格M10小口徑卡賓槍、M16步槍以及雷明頓700警用和特種用途狙擊步槍等。據(jù)稱，此消聲器幾乎可完全消除膛口噪聲，并可減小后坐和槍口上跳。

小孔擴(kuò)散消聲器是以現(xiàn)代多孔金屬材料和制造工藝為前提，是一種新型消聲器。法蘭克福兵工廠為0.22英寸高級(jí)標(biāo)準(zhǔn)手槍研制了這種消聲器。該消聲器的多孔材料是把熔化了的金屬鋁澆在鹽粒上使鹽溶解，待金屬固化后，經(jīng)漂洗而形成金屬微孔結(jié)構(gòu)，其密度為2.63g/cm3。消聲器有大小兩個(gè)腔室，直徑分別為16mm和11.2mm，彈頭通道直徑僅5.8mm，內(nèi)部容積只有92cm3。為了與槍管連接牢固，消聲器后段為實(shí)心鋁。槍彈擊發(fā)后，火藥燃?xì)庀仍趦蓚€(gè)腔室膨脹，當(dāng)彈頭在消聲器中心通道運(yùn)行時(shí)，由于孔徑是最小許可直徑，燃?xì)馐軓楊^阻止被迫向周圍的微孔逸出，耗損能量并分散成微小噴注。這種消聲器效果優(yōu)異，經(jīng)試驗(yàn)可消聲28dB，而且質(zhì)量輕、成本低。美國另一種小孔擴(kuò)散消聲器是用小孔管和金屬絲網(wǎng)制成的，其消聲值為22dB，效果也不錯(cuò)。

吸熱損耗消聲原理與密閉消聲原理通常都是與其他消聲原理配合使用的，例如吸熱消聲原理就常用于槍管開孔消聲器中。圖7是貝爾實(shí)驗(yàn)室為美國M311.43mm沖鋒槍研制的槍管開孔消聲器。該槍槍管開12排孔，孔徑6.4mm，后腔(容積118cm3)有纏繞槍管的銅絲網(wǎng)筒，前腔(容積180cm3)也有疊壓在一起的銅絲網(wǎng)筒，筒內(nèi)的彈頭通道公差很小。射擊時(shí)大量火藥燃?xì)饨?jīng)過槍管氣孔進(jìn)入后腔膨脹并經(jīng)銅絲網(wǎng)吸熱冷卻，后再進(jìn)入前腔進(jìn)一步膨脹和冷卻。該消聲器效果優(yōu)異，消聲值達(dá)30dB。槍管開孔消聲原理應(yīng)用較廣，英國、德國以及我國都有性能優(yōu)良的槍管開孔微聲武器。如英國在“二戰(zhàn)”中大量使用的MKⅡS9mm司登沖鋒槍配用的消聲器，是綜合應(yīng)用了槍管開孔、膨脹和多腔隔音3種消聲原理。該槍槍管上開有6個(gè)孔，前消聲腔由30個(gè)隔片組成多個(gè)膨脹反射室，容積為180cm3，前腔前后兩端有金屬絲網(wǎng)，后消聲腔容積為72cm3。該消聲器消聲效果顯著，消聲值達(dá)30dB。我國64式7.62mm微聲沖鋒槍的消聲器綜合應(yīng)用了槍管開孔、膨脹和膨脹反射等消聲技術(shù)，消聲效果也很好。該槍發(fā)射64式微聲槍彈，在槍口側(cè)前方約1.7m處，聲壓級(jí)只有84dB，比普通的成市環(huán)境噪聲略高，如果環(huán)境噪聲較大或距離稍遠(yuǎn)，就完全聽不到槍聲了。

使用與槍管連成一體的槍管開孔消聲器效果雖好，但不如根據(jù)需要可自由裝卸的槍口消聲器靈活方便。對(duì)于槍口消聲器來說，由于體積不能太大，消聲值能達(dá)20dB以上就算是高效消聲器了，如果想要獲得更高的消聲水平還須進(jìn)一步探索研究。在這方面，中國兵器工業(yè)第208研究所曾進(jìn)行過探索研究，并取得了較好的成效。其研制了一種綜合應(yīng)用膨脹、螺旋、吸熱與彈孔封閉原理的消聲器，消聲值達(dá)24dB；另一種是經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的膨脹與螺旋消聲器，消聲值高達(dá)30dB。不過這些都屬實(shí)驗(yàn)型，要達(dá)到實(shí)用還有一定的距離。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的膛口消聲技術(shù)也在不斷地涌現(xiàn)，例如有一項(xiàng)新發(fā)明，是采用鋰潤滑劑冷卻火藥燃?xì)獾臐窦夹g(shù)，有的稱它為環(huán)境模擬技術(shù)，實(shí)際上它可歸屬于前文談到的吸熱損耗消聲原理。這種技術(shù)可將消聲器做得很小，而且很有效。但使用起來很繁瑣，需要頻繁地再裝填，對(duì)維護(hù)要求也很高。目前這項(xiàng)新技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用還有不少困難，但它終歸會(huì)逐漸完善的。(全文完)

（編輯／王曉濤）