膛口裝置之一·製退器篇

《輕兵器》  王秉義


開篇語
　　
　　膛口裝置是安裝在槍(炮)口的製退器、消焰器、消聲器、助退器和防跳器等機械裝置的總稱。在談膛口裝置之前先了解一下槍(炮)彈射出膛口後發生的一係列負麵效應是必要的。

　　據估算,在槍(炮)口處,火藥燃氣剩餘能量約占火藥總能量的45%,槍(炮)彈飛出膛口瞬間,有巨大能量的火藥燃氣也隨之噴出,槍(炮)口處的燃氣壓力高達幾百個大氣壓,溫度近1800~C,膛口初速等於音速,在膛口膨脹區氣流速度還可加速到超音速。這些高能量的火藥燃氣,除了有一小部分能量在後效期內繼續推動彈頭做有用功外,其他絕大部分能量都變成有害的了,如高速氣流的反作用加大了槍(炮)的後坐力,高溫高壓燃氣在槍(炮)口突然膨脹產生強烈的爆轟波和眩目的火光等。槍(炮)後坐會影響武器的穩定性和射擊精度;爆炸產生的衝擊波和巨大聲響會傷害射手;衝擊波揚起的塵土和耀眼的火光會影響射擊瞄準並暴露陣地等等。怎樣消除這些不利影響呢?武器設計師們采取了因勢利導的辦法,即利用膛口氣流本身,讓它在各種簡單而巧妙的結構中改變氣流狀態,變有害功為有用功,這就是製退器、消焰器、消聲器、助退器和防跳器等膛口裝置的由來,所以我們也可把膛口裝置叫作能量轉換器。

　　在膛口裝置中,製退器、消焰器和消聲器是應用最廣泛的裝置,筆者在此逐一為讀者介紹這3種裝置。

　　製退器的發展及作用
　　
　　早在1842年法國就出現了炮口製退器的雛形,其結構很簡單,就是在炮管上臨近炮口處開了一組向後傾斜的孔(圖1),炮彈通過後使部分火藥燃氣經後傾斜孔排出,後噴燃氣的反作用力使後坐力減小。這實際就是反作用式製退器的始祖。21年後法國人把該裝置成功地應用在106mm火炮上,據記載,它使火炮後坐距離減至原來的1/4,射擊精度也比原來提高1倍,但因炮管上開孔,初速損失了6%。另一種傘形製退器(圖2)大約也是在19世紀60年代出現的,它是用螺栓聯結在80mm野戰炮的膛口上,這是另一種基本形式——衝擊式製退器的最早代表。它是利用炮口的高速氣流衝擊在傘形鈑上,以抵消部分後坐力。據稱效果也不錯,它使野戰炮的後坐距離減至原來的2/5。

　　到第一次世界大戰期間,炮口製退器的概念已廣為流行,不少國家在製退器設計技術方麵取得進展,出現了不同類型的製退器。第二次世界大戰期間,由於坦克等裝甲目標的大量出現,反坦克武器發展極為迅速,如出現了反坦克加農炮和大口徑機槍等,這些武器具有高初速,在這種情況下,製退器發揮了極大作用。如德國的PK38 50mm加農炮,因安裝有兩個反射鈑的製退器,不僅威力大,而且有很好的機動性。這種製退器就是後來廣泛流行的中等效率製退器。

　　“二戰”結束後的一段時期內,在步兵武器中,除大口徑武器外,其他武器如小口徑機槍、步槍、衝鋒槍,還很少有采用槍口製退器的,隻有像蘇聯托卡列夫7.62mm半自動步槍及托卡列夫1940式半自動/全自動步槍等有槍口製退器,而且主要是采用多層擋鈑製退器和雙側孔製退器。這個時期沒有廣泛采用槍口製退器的原因是由於當時製退器本身的缺點,即側後噴燃氣產生的強烈噪聲和火光嚴重地影響了射手,使其難以操作。

　　20世紀60年代後,由於對步兵武器的機動性要求愈來愈高,武器質量大為減輕,各國都積極研製適用於小口徑武器的槍口製退器,而且多數是複合型的,即除了製退作用外,還兼有消焰、防跳或消聲等功能。如蘇聯AK74 5.45mm突擊步槍安裝的製退、消焰、防跳器(圖3),美國M14A17.62mm步槍上的製退防跳器,美國格倫德爾SRT 7.62mm狙擊步槍上的製退消聲器等。

　　單一型的高效槍口製退器也有發展,但大多用於大口徑機槍和步槍上,如美國巴雷特M90 12.7mm狙擊步槍裝上雙側孔高效製退器後,其後坐力大為減小,射手射擊時感覺到與射擊7.62mm NATO彈差不多,且精度相當好。另一種是波紮P50式狙擊步槍上的製退器,原來采用多孔形式,效果不佳,後改為類似巴雷特M90的上下扁平的雙側孔結構,射擊時揚起的塵土很少,精度也很好。有趣的是還有一種12.7mm口徑的馬迪—格裏手槍,也使用了大側孔高效製退器,大大減小了後坐力,連十幾歲的少女也可無依托射擊,但噪聲很大,射手必須帶護耳。用在較小口徑武器上的製退器極少,我們所見到的是美國拉弗朗斯M14K 7.62mm突擊步槍上的高效槍口製退器,它使該武器的後坐力減至與5.56mm步槍差不多的水平,且大大減小了槍口跳動,射擊精度得到提高。
　　
　　製退器的類型及工作原理
　　
　　從19世紀40年代至今,出現的製退器結構形式很多,常見的大致可分為以下幾類。

　　(1)單室單排製退器(圖4)。其特點是隻有一個直徑較大、長度較短的內腔,有一排側孔。膛口噴出的火藥燃氣在製退器內腔膨脹。部分氣流從側孔排出,其餘氣流從中央彈孔排出。國產54式12.7mm高射機槍製退器就采用這種形式。

(2)單室多排製退器(圖5)。這類製退器的結構特點是有一個較大、較長的內腔,有多排側孔。國產57mm高射炮製退器和美國P50式12.7mm狙擊步槍上的製退器就是這種類型。

　　(3)雙室雙排製退器。這類製退器的內腔被中間隔鈑分成兩室,每室都有一排側孔。氣流經膛口噴出先在第一室膨脹,部分氣流經第一室側孔排出,其餘氣流經隔鈑中央彈孔流入第二室再進行膨脹,又有部分氣流經第二室側孔排出,其餘氣流經中央孔排出。各種口徑的火炮多用此類型製退器,如德國蘇羅通47mm高炮、國產85mm加農炮製退器[圖6(a)]以及國產122mm加農炮、152mm榴彈炮製退器[圖6(b)]都屬這種結構類型。

　　(4)多室多排製退器(圖7)。製退器內腔被隔鈑分割成若幹室(一般最多為4室),各室都有一排側孔。隔鈑中央多呈內凸形,便於使衝向隔鈑的氣流向側孔分流。丹麥麥德森20mm高射炮製退器和美國6管火神20mm航空炮製退器就采用這種結構。

　　(5)無室型製退器(圖8)。這種製退器的外形多為扁平形狀,內腔直徑較小,故稱無室形。有多排側孔,側孔道較長。這類製退器,燃氣在內腔的膨脹很小,一般為高壓燃氣,到側孔內或側孔口部燃氣才膨脹並加速噴出。美國巴雷特M82 12.7mm狙擊步槍的製退器即是這種結構。

　　除上述外,還有其他結構形式的製退器,如倒錐形製退器和T形製退器等等。

　　從工作原理上分,製退器又可分為兩大類型,即衝擊式製退器和反作用式製退器。衝擊式製退器的工作原理是:進入製退器的火藥燃氣,在製退器腔內加速膨脹,形成高速氣流衝擊製退器的前壁(反射麵),從而使大部分燃氣改變速度和方向,經側孔向側方或側後方排出。在燃氣衝擊前壁反射麵時,發生了動量的傳遞,產生了製退力。這種製退器要獲得大的製退力(或效率)主要是依靠較大尺寸的製退器內腔、大的反射麵積和足夠大的側孔麵積,

　　反作用式製退器的工作原理是;氣流在製退器內僅產生不大的膨脹,與衝擊式製退器比較,氣流是以較高的壓力和較低的速度從內腔進入側孔的,並在側孔或側孔口部產生二次膨脹,使氣流進一步加速,由此產生反作用力。這種製退器的結構特點是:製退器內腔較小,沒有或隻有較小的前反射麵,但要有足夠大的側紮入口麵積,以獲得較大的側孔秒流量。有的側孔麵積由裏向外增大,形成擴張噴管,以利於氣流的二次膨脹,這樣可產生較大的反作用力。實際應用中,製退器很少是單純的衝擊式或反作用式,往往是兩種類型的混合型,隻不過有所側重罷了。

　　評價製退器通常是以製退器的效率為指標來衡量。製退器效率有能量效率和衝量效率之別。能量效率表示製退器所吸收的能量與武器原有後坐能量之比,衝量效率是表示有無製退器的動量之比。這兩種效率有一定韻數量關係。人們常用的製退器效率是能量效率,製退器的能量效率範圍一般為20—65%。效率在55%以上的即可稱為高效製退器。

　　我國輕武器界曾為提高槍口製退器的效率做過不少工作,中國兵器工業第208研究所於20世紀60年代曾研製出2種高效率槍口製退器(圖9、圖10),其效率都在60%以上;原太原機械學院也研製出高效率的戴反射帽倒錐形製退器。但這些高效率製退器噪聲都較大。製退器的效率愈高噪聲愈大,這是一對矛盾。如何解決這一矛盾,一直是製退器研究的主要問題。當前采取的是一種折衷的辦法,即用適當降低效率的辦法,使噪聲也降到可接受的程度。為解決54式12.7mm高射機槍製退器噪聲大的問題,208研究所曾研製出一種較好的製退器(圖11),這種製退器外加罩筒以減小噪聲。經試驗,該製退器效率比原54式12.7mm高射機槍製退器下降3%,但噪聲降低了5～6dB(噪聲每圖11 帶小側孔罩筒的高效製退器減小6dB聲能就降低一半),而且射擊精度比加裝原製退器有所提高。

　　由於製退器的設計和計算方法已較成熟,同時上世紀末已有不少有關膛口製退器衝擊波和膛口噪聲的理論成果,利用計算機和優化設計方法,相信一定會有更好的槍口製退器問世。