杜中華　劉海平

【摘 要】為深入了解《火炮與自動(dòng)武器原理》課程中相關(guān)理論，對(duì)彈丸、發(fā)射藥、身管、膛線、反后坐裝置和自動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展軌跡進(jìn)行了詳細(xì)闡述，揭示了其發(fā)展特點(diǎn)，對(duì)課程學(xué)習(xí)有較好的助力作用。

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

中圖分類(lèi)號(hào)： E924 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）01-0147-002

0 前言

隨著軍事科技的發(fā)展，火炮與自動(dòng)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(dòng)武器原理》中相關(guān)技術(shù)的“花開(kāi)花落”，細(xì)思其智慧涌動(dòng)，對(duì)該課程的學(xué)習(xí)大有裨益。

1 彈丸的飛行

最早的彈丸為石彈，那時(shí)的火炮也叫做拋石機(jī)。中國(guó)出現(xiàn)黑火藥后，拋石機(jī)開(kāi)始拋射盛裝黑火藥的罐子，火炮進(jìn)入熱兵器時(shí)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(yuǎn)，后來(lái)變成了長(zhǎng)圓柱形，再后來(lái)彈丸前部越發(fā)尖銳，圓柱部越來(lái)越短，成為“棗核”形，非但如此，為減小空氣阻力，還開(kāi)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(lái)，更是利用超壓發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)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(dāng)射程較遠(yuǎn)時(shí)，彈丸彈著點(diǎn)通常有較大的散布，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，彈丸上面開(kāi)始安裝翼片和控制器，可以在飛行中對(duì)其姿態(tài)進(jìn)行控制，從而大大提高彈丸的射擊精度，使彈丸“點(diǎn)穴式”打擊成為可能。總體來(lái)看，彈丸的威力越來(lái)越大、射程越來(lái)越遠(yuǎn)、精度也越來(lái)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(jī)是利用人力發(fā)射的。中國(guó)出現(xiàn)黑火藥后，黑火藥迅速成為槍炮的能量來(lái)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(shí)間。由于黑火藥燃燒時(shí)產(chǎn)生煙霧，燃燒后有殘?jiān)?，近代被含能量更高、燃燒更為清潔的無(wú)煙火藥代替，無(wú)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(jìn)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(shí)產(chǎn)生巨大的熱量已經(jīng)嚴(yán)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(wú)煙火藥的化學(xué)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(zhǎng)征

彈丸、發(fā)射藥和身管是槍炮的三個(gè)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(shí)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(qiáng)度明顯不夠，在元代出現(xiàn)了使用青銅身管的火銃，中國(guó)出土的青銅火銃是中國(guó)發(fā)明槍炮的明證。為提高強(qiáng)度，后來(lái)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(lái)還在炮鋼材料中加入鉻、鎳、鉬、釩等合金元素，引入了能細(xì)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(qiáng)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(lái)越長(zhǎng)，以世界流行的155mm火炮身管為例，早期身管長(zhǎng)度為39倍身管口徑，后來(lái)變?yōu)?5倍身管口徑，目前主流是52倍身管口徑，近年來(lái)一些國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始研發(fā)55倍身管口徑的火炮。由于身管變長(zhǎng)會(huì)帶來(lái)重量問(wèn)題和精度問(wèn)題，火炮更遠(yuǎn)的射程需要靠火箭彈來(lái)完成。身管的發(fā)展伴隨著材料的進(jìn)步和身管長(zhǎng)度的延展，是一條漫長(zhǎng)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(kāi)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(lái)，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(wú)后坐力炮、火箭炮、反坦克炮一般沒(méi)有膛線。早期的坦克炮都是有膛線的，后來(lái)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(qiáng)下，膛線極易磨損，為此，現(xiàn)在大部分國(guó)家的坦克炮不再采用膛線，但是英國(guó)的主戰(zhàn)坦克仍然保留著膛線。目前也有一些無(wú)后坐力炮和極少數(shù)迫擊炮采用了膛線，我國(guó)較新的300mm遠(yuǎn)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(méi)有“一統(tǒng)山河”，在一些槍炮類(lèi)型上仍然存在有無(wú)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(shí)也給身管一個(gè)很大的向后作用力，對(duì)于大口徑火炮來(lái)說(shuō)，這個(gè)力可能達(dá)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(jī)動(dòng)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(lái)，射擊時(shí)通過(guò)身管的后坐運(yùn)動(dòng)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(shí)也具有良好的機(jī)動(dòng)性，鑒于反后坐裝置給火炮設(shè)計(jì)帶來(lái)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(jī)動(dòng)性之間的矛盾，使得“小車(chē)架大炮”成為可能，極大地推動(dòng)了目前輪式、車(chē)載、超輕型大口徑火炮的發(fā)展[2-6]。

6 自動(dòng)機(jī)的挖掘

自動(dòng)機(jī)是自動(dòng)武器（自動(dòng)槍械、高炮、航炮、小口徑艦炮等）完成連續(xù)射擊動(dòng)作的核心機(jī)構(gòu)。目前自動(dòng)機(jī)類(lèi)型主要是后坐式和導(dǎo)氣式，譬如沖鋒槍就是明顯的槍機(jī)后坐式，AK步槍就是明顯的導(dǎo)氣式，我國(guó)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(dǎo)氣式。近年來(lái)，我國(guó)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(shì)，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(shí)的動(dòng)作序列并行起來(lái)從而可以大大提高射速，譬如我國(guó)11管30mm火炮射擊速度已經(jīng)超過(guò)10000發(fā)/分鐘，被稱為“萬(wàn)發(fā)炮”。進(jìn)一步的，近年來(lái)我國(guó)還引進(jìn)了鏈?zhǔn)阶詣?dòng)機(jī)火炮裝備于直升機(jī)和裝甲戰(zhàn)車(chē)上，引進(jìn)雙管聯(lián)動(dòng)式自動(dòng)機(jī)火炮裝備于戰(zhàn)斗機(jī)上?？梢钥闯?，近年來(lái)我國(guó)自動(dòng)武器技術(shù)發(fā)展迅猛，除了傳統(tǒng)的后坐式和導(dǎo)氣式，其他自動(dòng)機(jī)類(lèi)型如轉(zhuǎn)管式、轉(zhuǎn)膛式、鏈?zhǔn)?、雙管聯(lián)動(dòng)式都得到了充分的“挖掘”，并在新式自動(dòng)武器上加以應(yīng)用[2-8]。

系統(tǒng)地了解《火炮與自動(dòng)武器》課程中相關(guān)技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)，思考其特點(diǎn)，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(shí)也極大地增加了課程學(xué)習(xí)過(guò)程中的趣味性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]馬福球，陳運(yùn)生，朵英賢.火炮與自動(dòng)武器[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2003.

[2]談樂(lè)斌.火炮概論[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2014.

[3]張小兵.槍炮內(nèi)彈道學(xué)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2014.

[4]張相炎，鄭建國(guó)，袁人樞.火炮設(shè)計(jì)理論[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2014.

[5]潘玉田.炮身設(shè)計(jì)[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2007.

[6]高躍飛.火炮反后坐裝置設(shè)計(jì)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2010.

[7]張相炎.火炮自動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2010.

[8]易聲耀，張競(jìng).自動(dòng)武器原理與構(gòu)造學(xué)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2009.