《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》課程中相關理論，對彈丸、發射藥、身管、膛線、反后坐裝置和自動機技術的發展軌跡進行了詳細闡述，揭示了其發展特點，對課程學習有較好的助力作用。

【關鍵詞】火炮與自動武器原理;技術發展軌跡;技術發展特點

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

隨著軍事科技的發展，火炮與自動武器技術也在不斷推陳出新，舊的技術隱去，新的技術日盛，更新的技術則遙現。大浪淘沙，優勝劣汰，在兵器領域表現得更為明顯。靜觀兵器工程專業核心理論課程《火炮與自動武器原理》中相關技術的“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置空腔或者設置少量藥柱做成底凹彈和底排彈，甚至在彈丸后部設置大量的藥柱做成火箭增程彈，近年來，更是利用超壓發動機和沖壓發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，隨著信息技術的發展，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?？傮w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射的。中國出現黑火藥后，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，黑火藥作為發射藥使用了近1000年的時間。由于黑火藥燃燒時產生煙霧，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射藥，其主要成分是硝化棉和消化甘油。為進一步提高發射藥能量，人們還嘗試使用液體發射藥，正在研究硝氨等高能發射藥。隨著發射藥能量的提高，其燃燒時產生巨大的熱量已經嚴重影響身管的性能，為此新的發射能量也在積極的探索之中，譬如電磁炮利用電磁能發射彈丸、輕氣炮利用壓縮氫氣或氦氣發射彈丸等。從人力做功到黑火藥和無煙火藥的化學能再到電磁能等，發射藥的發展并不快，但變化都是革命性的[1-3]。

3 身管的長征

彈丸、發射藥和身管是槍炮的三個基本特征，發射藥在身管中燃燒生成氣體并膨脹，彈丸在身管內獲得加速，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。由于身管要承受發射藥燃燒生成氣體的高壓，竹子強度明顯不夠，在元代出現了使用青銅身管的火銃，中國出土的青銅火銃是中國發明槍炮的明證。為提高強度，后來的身管材料又逐步換成了鑄鐵、鋼，身管材料的發展與世界鋼鐵冶煉水平發展密切相關，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，發明了利用殘余應力提高身管強度的自緊身管技術。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，后來變為45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開始研發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

早期槍炮的身管內膛是光滑的，近代開始在身管內壁刻出旋轉的螺旋槽，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起來，旋轉飛行的彈丸具有良好的飛行穩定性，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，現在大部分國家的坦克炮不再采用膛線，但是英國的主戰坦克仍然保留著膛線。目前也有一些無后坐力炮和極少數迫擊炮采用了膛線，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從而提高射擊精度。膛線的出現是槍炮技術發展中的一次革命，但是可以看出膛線并沒有“一統山河”，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

發射藥在身管內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）完成連續射擊動作的核心機構。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，我國的轉管炮技術得到迅速發展，大有引領世界潮流趨勢，6管、7管和11管轉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膛炮技術，并在新式輪式35mm高炮上采用。轉管炮和轉膛炮將連續發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火炮射擊速度已經超過10000發/分鐘，被稱為“萬發炮”。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車上，引進雙管聯動式自動機火炮裝備于戰斗機上?？梢钥闯?，近年來我國自動武器技術發展迅猛，除了傳統的后坐式和導氣式，其他自動機類型如轉管式、轉膛式、鏈式、雙管聯動式都得到了充分的“挖掘”，并在新式自動武器上加以應用[2-8]。

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

【參考文獻】

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