减小大口径武器后坐力的技术研究

胡孙滢

【摘 要】减小武器后坐力可以改善武器的稳定性和射击精度，减少射手的疲劳，针对减后坐力问题，探讨多种现有的结构设计，包括膛口制退器、枪管短后坐、缓冲杠杆等，并着重研究了将浮动发射原理运用到武器的设计方案。基于内弹道学理论，对武器的击发过程与反后坐装置的后拉过程建立了大口径单自由度系统的数学物理模型进行了分析，并针对现阶段浮动发射武器的情况提出关键问题。浮动技术的研究与成熟对促进步兵武器装备的发展有着重要的意义。

【关键词】后坐力；减后坐结构设计；浮动发射技术

0 前言

自古以来，步兵就是军队的主要力量，承担了战争场上的大部分火力输出及战略部署，也是军队最基本、最重要的机构单位。未来战争的必然趋势依然是以步兵为主要核心力量的各兵种协同作战。在未来高科技条件下的现代战争中，战争突发性强，作战范围宽阔，同时国内外的反恐形势日趋严峻。其作战条件势必对部队使用的武器提出了新的要求，要求更大的威力，能够进行更精准地射击，更轻便地携带，在保证其威力以及可靠性不减少的情况下尽量地做到轻型化[1]。这也就要求了武器的后坐力要尽可能小。

所谓武器的后坐力，是指武器击发后，火药燃气推动子弹前进的同时对枪械产生的向后的作用力。一直以来，减小武器的后坐力，提高武器的射击精度是进行武器研发的一项长期并且极其重要的课题[2]。后坐力大小与武器的口径息息相关，故本文主要针对的是后坐力影响较大的大口径武器。同时武器本身的机构设计与合理改进对其影响更为显著。后坐力减小不仅可以使得武器的稳定性得到极大的改善，还可以减少射手的疲劳，特别是通过浮动发射原理减小后坐，是解决枪械威力与机动性、精度之间矛盾的有效技术途径。

下面本文将对几种减小武器后坐力的结构进行探讨。

1 减后坐力结构设计

1.1 膛口制退器

膛口装置是安装在枪口利用喷出的火药燃气对枪械产生某种预期效果的装置，包括制退器、助退器、消焰器、消声器等。制退器是专家、研究者们早期就研究出来并且效果较好的减后坐装置。装置通过减少通过中央孔道的火药燃气的质量和速度，改变部分火药燃气从变孔道喷出的质量和方向，对枪身产生向前的反力，从而减少了火药燃气对枪身的后坐能量[3]。目前常见的制退器包括身管式制退器、半开腔式制退器、开腔式制退器，管式制退器，制退腔较小，使得其几乎成为身管的延长部分，结构相对紧凑。

1.2 枪管短后坐

枪管短后坐式一种应用较为广泛的结构，其主要特点是枪机与枪管具有一段较短的相互成闭锁状态的行程。此结构主要是利用枪管的部分能量转化为枪机的工作能量，自弹丸脱离后枪机完全解脱，经过闭锁的一段短行程后，枪管停止运动，但枪机由于惯性继续运动并完成后面的工作。因此，枪管通过将部分后坐能量转化为枪机、枪机框的工作能量减小了后坐。

1.3 缓冲杠杆式

当枪械中没有任何缓冲装置，当运动机构（枪机框）后坐到位时会直接撞击机匣，枪机框在撞击前后动量急剧变化，由于 ，那么机枪内部承受巨大的冲击力，极其容易受到损坏。缓冲杠杆安装在机匣尾端，当枪机框后坐到接近机匣尾端的时候，先撞击缓冲杠杆，并推动杠杆使之压缩缓冲簧，枪机框在时间 内先正向减速再反向加速，大大减小了撞击力从而减小后坐力的最大值。

枪机

1.4 浮动原理

在减后坐的长期研究中，研究者们作了诸多尝试，包括前面介绍的膛口制退器、枪管短后坐结构设计等，结果发现其中把浮动原理用于枪械的方式使其后坐力有大幅的降低，射击精度显著提高。并且，随着浮动技术的日益发展，其在枪械上的应用也愈发广泛、成熟。

在简要分析浮动情况时可先考虑理想浮动情况，即为射角为0°时，只考虑膛内气压、导气室内气压、浮动簧力和复进簧力，而忽略摩擦阻力和其他附加阻力及膛底合力。

当击针击打弹丸的前一刻浮动部分复进速度。在理想浮动情况下，不利用浮动原理的机构的后坐动能是采用了浮动原理的机构的后坐动能的四倍，故浮动原理减小后坐力效果非常显著。

同时，浮动自动机在附近运动中击发，连发射击时不会发生后坐、复进到位的撞击现象，从而大大提高了其射击稳定性，射击精度也相应提高。

由于浮动技术为目前大口径武器减后坐的重要有效技术方法，接下来本文将对浮动发射技术作展开讨论。

2 浮动发射技术发展与应用

2.1 浮动技术实现

机枪浮动技术的实现主要通过浮动机，即一般安装在浮动自动机的浮动部分与架座之间的装置。

2.1.1 按弹性介质分类

浮动机按照弹性介质可分为弹簧式结构、弹簧-液压式结构和液压-气压式等。其中弹簧-液压式结构在大口径武器上应用广泛，技术也比较成熟，但是结构比较复杂，而弹簧式结构具有工作性能稳定、结构简单、制造、维修方便等特点，可以满足現有机枪所要求的结构尺寸及战术指标、技术性能等[4][5]。

2.1.2 按浮动部分分类

浮动机按照浮动部分可分为身管浮动式和机匣浮动式。身管浮动式只有身管浮动，循环动作在身管后坐与复进过程中完成，如瑞典L70式40mm高炮。机匣浮动式是机匣及整个自动机都进行浮动，可应用于各类自动武器，包括身管短后坐式武器、导气式武器等。

2.2 内弹道研究

浮动技术要应用于大口径武器必须要解决的关键问题有两个：首发启动及防瞎火，首发启动以保证首发浮动能量，防瞎火是为确保在武器出现哑火时能就正常击发。在解决这两个关键问题前需研究其内弹道过程作准备。浮动式发射系统的内弹道过程时一个集物理运动和化学反应的复杂运动过程，需要建立一个合理且简化的数学物理模型。由于浮动发射过程中有几个特殊时刻，所以，可以以此为点，将整个内弹道过程划分为三个时期进行分析。

第一时期：从外力撞击机针点火到机枪发动机后喷口打开的瞬间。在这个时期，机枪发动机装药在高压室内作定容燃烧，浮动发射系统没有运动。

第二时期：从机枪发动机后喷口打开的瞬间到机枪发动机与弹丸分离的瞬间。其中还包括低压室喷口打开，火药气体从高压室流入低压室的过程。在这个时期，由于机枪发动机和弹丸没有分离，它们将以相同的速度和加速度一起向前运动。

第三时期：从机枪发动机与弹丸分离的瞬间到弹丸出炮口瞬间。这个时期是整个发射过程中最复杂的一个时期，它包括了火药燃烧、火箭发动机工作、火药气体流动、弹丸和火箭发动机各自运动等各种现象，同时在这一时期将出现火药燃烧分裂点、燃烧结束点及最大压力点。

3 结语

为了解决大口径武器的减小后坐力问题，本文探讨多种已有的结构设计，包括膛口制退器、枪管短后坐、缓冲杠杆等，并着重研究了将浮动发射原理运用到武器的设计方案。基于经典内弹道学原理，对武器的击发过程与反后坐装置的后拉过程建立了大口径单自由度系统的数学物理模型，用能量法根据已知条件反求出后拉距离，计算出为后拉过程提供化学能的无战斗部弹丸的火药用量。并针对现阶段浮动发射武器的情况提出关键问题，可在今后的研究中继续进行设计与探讨。

【参考文献】

[1]郝宇.大口径单管高射机枪浮动问题研究[D].南京：南京理工大学，2006.

[2]姚养无.自动武器浮动技术[J].轻兵器1997（1）：20-23.

[3]陆家鹏，谭兴梁，雷志义等.自动武器气体动力学[M].北京：兵器工业出版社.1991.

[4]黎春林.自动榴弹发射器的发展方向[J].现代兵器，1996（1）：4-6.

[5]赵华.气压传动式软发射原理与技术研究[D].南京：南京理工大学，2007.

[责任编辑：张涛]endprint