第四章 炮身部分J·W·瑞安 [英國] [出自《戰(zhàn)場武器系統(tǒng)與技術(shù)·第2冊 身管炮與無控火箭》] 1981-1985
引言 火炮的外觀及其組成部件視炮種及其用途而異。盡管有這些差別，然而所有火炮都是按照幾乎相同的方法制造的?；鹋谟袃蓚€(gè)或兩組主要部件，就是炮身部分和炮架部分。炮架部分用于支承炮身和保持火炮射擊時(shí)的穩(wěn)定性。炮架部分包括瞄準(zhǔn)裝置，在某些情況下它還可作為運(yùn)送炮身部分的手段。本書將在第五章對炮架部分作詳細(xì)介紹。炮身部分為發(fā)射藥燃燒產(chǎn)生的壓力提供容器；它使發(fā)射藥燃燒產(chǎn)生的能量安全地按預(yù)定方式傳送到彈丸上；它還具有賦予彈丸方向和穩(wěn)定性的手段。本章內(nèi)容是講解炮身部分的組成并介紹其主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)。構(gòu)成炮身部分的主要部件是身管及其附件，炮閂裝置和擊發(fā)裝置。
身管膛線 身管實(shí)質(zhì)上是一根發(fā)射時(shí)供彈丸通過的鋼管。身管內(nèi)表面稱作炮膛，通?？逃邪季€或膛線。也有沒有膛線的滑膛身管，但它們主要用在坦克炮上，特別是用在發(fā)射尾翼穩(wěn)定彈丸的火炮上。炮膛的膛線是按螺旋形刻制的，有等齊和漸速兩種纏度。 帶等齊纏度膛線的炮膛，其特征是陰線相對于炮身軸線的斜度是個(gè)常數(shù)。炮身軸線是沿炮膛中心貫穿炮膛全長的一條假想線。漸速膛線是指陰線與炮身軸線間的斜度是不斷變化的，越向炮口斜度越大。漸速膛線，在身管內(nèi)的火藥氣體壓力達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)，可用于減少彈帶作用到陽線上的壓力，從而保證彈丸在離開炮口前能獲得足夠的轉(zhuǎn)數(shù)。使用漸速膛線在理論上的好處是，比較短的身管不會降低彈丸飛行中的穩(wěn)定性。但是，正如我們將在后面了解到的一樣，在如何使身管的不同部位得到不同的壓力的問題上還存在著一些相互矛盾的要求。 凸起的膛線稱為“陽線”。不包括陽線深度的炮膛直徑就是用于衡量身管、也就是武器的口徑的尺度。膛線的用途是在彈丸穿越炮膛時(shí)使彈丸旋轉(zhuǎn)。彈丸上配有用比膛線軟一些的材料制成彈帶。當(dāng)彈丸向前運(yùn)動時(shí)，膛線嵌入彈帶，膛線在彈帶上刻出的凹槽的形狀與陽線斷面相應(yīng)。彈帶上被刻出的凹槽被迫沿膛線扭轉(zhuǎn)的路線運(yùn)動，從而使彈丸旋轉(zhuǎn)。在決定膛線深度時(shí)必須解決兩個(gè)彼此矛盾的要求。一方面，深陰線更有利于為彈丸穿過炮膛時(shí)導(dǎo)向并能減少膛線的磨損。但是另一方面，淺陰線更容易使彈帶嵌入膛線，而且由于彈丸飛出炮口時(shí)留在彈帶上的刻槽較淺，因而可減小彈丸在飛行中的空氣阻力。
射擊時(shí)的膛內(nèi)現(xiàn)象 射擊時(shí)在火炮內(nèi)發(fā)生的一系列現(xiàn)象正是彈丸膛內(nèi)運(yùn)動即內(nèi)彈道學(xué)所要研究的課題。內(nèi)彈道學(xué)還包括對發(fā)射藥彈道性能的研究，有關(guān)這方面的情況請見本叢書第3冊。 火炮發(fā)射時(shí)，燃燒的發(fā)射藥產(chǎn)生具有很高壓力的氣體，使彈丸加速穿過炮膛，直到以預(yù)定初速離開炮口。初速是具有一定質(zhì)量和形狀的彈丸最終要達(dá)到的整個(gè)射程的基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)火炮時(shí)必須進(jìn)行計(jì)算以保證最正常、最有效地產(chǎn)生所需要的初速。發(fā)射裝藥產(chǎn)生的能量用于完成好幾種工作。大部分能量用于賦予彈丸速度。能量還消耗在做下述功上：使彈丸旋轉(zhuǎn)，克服彈丸與膛壁之間的摩擦力，使發(fā)射藥和發(fā)射藥氣體在膛內(nèi)運(yùn)動以及使火炮后坐部分后坐。有些能量還以熱能的形式損失在身管、炮尾、彈丸和藥筒(如果使用藥筒的話)上。 在裝藥被點(diǎn)著的瞬間，發(fā)射藥開始在一個(gè)封閉的空間燃燒。這個(gè)空間前有彈丸的彈帶封閉，后有火炮所采用的緊塞裝置封閉，緊塞裝置用于防止火藥氣體從后面逸出。在發(fā)射藥氣體的壓力達(dá)到能使彈丸運(yùn)動的程度之前，發(fā)射藥的燃燒速度與膛壓增加的速度是成正比例的。所謂“彈丸啟動壓力”就是指使彈丸開始向前運(yùn)動的壓力。當(dāng)彈丸沿身管向前運(yùn)動時(shí)，供發(fā)射藥氣體占用的空間增大，因此膛壓的增加速度減小。當(dāng)空間增加所導(dǎo)致的壓力的增加相等時(shí)，膛壓達(dá)到最大值。自此以后膛壓開始下降，同時(shí)彈丸卻在繼續(xù)加速，甚至在發(fā)射藥全部燃盡后彈丸仍在繼續(xù)加速，只是加速度逐漸減小，彈丸一出炮口即變?yōu)闇p速。圖4.1說明膛內(nèi)壓力、彈丸膛內(nèi)行程和彈丸速度間的關(guān)系。
圖4.1 壓力/速度/空間曲線 彈丸在膛內(nèi)的運(yùn)動大約要消耗掉發(fā)射藥產(chǎn)生的能量的25-35%。其余的能量都在彈丸離開炮口后排入大氣。從圖4.1可以看出，通過增加身管長度以延長發(fā)射藥氣體作用于彈丸時(shí)間的方法，還有可能使彈丸初速增加。只是用這種方法增加初速也有其缺點(diǎn)，因?yàn)樵谏砉茉鲩L超過一定限度后所增加的初速與所帶來的缺點(diǎn)相權(quán)衡，是得不償失的。圖4.1也說明了這一點(diǎn)。從此圖可以很明顯地看出，從發(fā)射藥燃盡點(diǎn)開始，彈丸速度的增加是越來越平緩的。 在火炮設(shè)計(jì)中發(fā)射藥在膛內(nèi)的燃盡位置是很重要的。如果燃盡位置在膛內(nèi)過于靠前，則很可能會增加耀眼的炮口焰，從而增加被敵人發(fā)現(xiàn)的可能性。如果燃盡位置在炮口外，則炮閂在發(fā)射藥全部燃盡前有被打開的危險(xiǎn)。在設(shè)計(jì)火炮及其裝藥系統(tǒng)時(shí)，必須非常注意這種可能性，特別是對發(fā)射后自動開閂的火炮。使燃盡位置適當(dāng)靠后還有其他一些理由，其中比較重要的是，這樣做能減小各發(fā)彈之間的初速差異。很明顯，發(fā)射藥在膛內(nèi)的燃盡點(diǎn)還會影響應(yīng)力對身管的作用位置和大小。只要考慮到即使是一門105毫米野戰(zhàn)炮要以每秒幾百米的速度把彈丸推出炮口，其膛壓也會大大超過20噸/平方英寸，這就很易理解應(yīng)對身管應(yīng)力問題給予極大重視的道理了。
身管特性身管壽命 火炮身管所要具備的主要特性是壽命長、強(qiáng)度大、剛度強(qiáng)、重量適度和重心合適。身管的使用壽命應(yīng)盡可能長，這就是說身管在由于磨損而不能以所要求的初速正常地發(fā)射能穩(wěn)定飛行的彈丸前，應(yīng)能發(fā)射大量炮彈。然而，在要求身管具有較長壽命方面，有一些考慮是相互矛盾的。采用身管特別冷卻技術(shù)、冷燃發(fā)射藥或價(jià)格昂貴的膛面光潔材料來增長身管壽命，都是很不經(jīng)濟(jì)的。這里需要優(yōu)先考慮的是作戰(zhàn)要求，特別是所需要的發(fā)射速度和估計(jì)多久換一次身管最合適；但是，還必須將這些作戰(zhàn)方面的要求與制造成本和難易性相權(quán)衡比較。
強(qiáng)度 不言而喻，身管強(qiáng)度必須能承受射擊應(yīng)力而不致在作戰(zhàn)情況下出現(xiàn)故障。這種強(qiáng)度要求可通過許多方法來實(shí)現(xiàn)，如在鋼中添加合金元素、給身管施加預(yù)應(yīng)力或依靠身管本身的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。一般是綜合采用這三種方法。身管的重量主要取決于對其強(qiáng)度的要求，但是也考慮剛度和整門火炮射擊時(shí)的穩(wěn)定性。
剛度 身管必須具有足夠的剛度，或通常所說的“梁強(qiáng)度”，以使其在自重作用下不致彎曲。這一特性對長身管火炮來說尤其重要。在身管使用的鋼材品位確定以后，身管的梁強(qiáng)度要求通過選擇合適的身管外形來滿足，即，使身管的厚度從炮尾到炮口逐漸減薄。
重心 現(xiàn)代火炮多采用后耳軸。身管重心離耳軸越遠(yuǎn)，由于身管和炮尾不能繞平衡點(diǎn)旋轉(zhuǎn)而引起的身管的不平衡力矩也越大。因此，身管重心盡可能靠近耳軸是最理想的?，F(xiàn)代火炮一般使用平衡機(jī)來解決這個(gè)問題。詳細(xì)情況可見第五章。另一個(gè)解決辦法是增加炮尾重量，形成配重平衡。這種方法的缺點(diǎn)是增加了火炮重量，然而重量增加也有好處，即可以提高火炮的穩(wěn)定性。關(guān)于火炮穩(wěn)定性的問題請見第五章。身管的炮口端過重傾向還可以通過調(diào)整身管全長的重量分布來解決。但是，一般認(rèn)為，其它一些因素包括前面幾段提到的那些問題在內(nèi)，在決定身管外形上更為重要。
身管結(jié)構(gòu)纏絲身管 纏絲身管現(xiàn)在已經(jīng)過時(shí)，但是它使用過的工藝還是值得注意的。用這種工藝制造身管就是把鋼絲緊緊地纏繞在身管上。從炮尾往前纏絲部分的長度取決于承受射擊應(yīng)力的需要。纏絲身管具有某些優(yōu)點(diǎn)，主要優(yōu)點(diǎn)是所使用的鋼絲的強(qiáng)度可以在生產(chǎn)過程中嚴(yán)格控制。另外，鋼絲中的任何故障往往只具有局部影響，與身管上產(chǎn)生裂紋不一樣。這種工藝的缺點(diǎn)是，需要把某種形式的外管或被筒冷縮到身管上，以使身管具有足夠的梁強(qiáng)度。整個(gè)工藝過程是比較耗費(fèi)時(shí)間的，而且費(fèi)用昂貴。使這種工藝過時(shí)的主要原因是現(xiàn)在已有更好的制造預(yù)應(yīng)力身管的工藝。
套筒身管 制造身管的另一種方法是把兩個(gè)或兩個(gè)以上的圓管套在一起，形成套筒式身管。套裝之前，外管的直徑應(yīng)稍小于內(nèi)管。把外管加熱后，再把冷內(nèi)管裝入外管里。冷卻后兩個(gè)管子的貼合面被壓在一起。結(jié)果內(nèi)管所受的切向壓縮應(yīng)力和外管所受的張力在兩個(gè)管子間產(chǎn)生了壓力。這種套筒身管的總的效果是，身管內(nèi)腔表層存在的壓力使這種身管比用相同厚度的單個(gè)金屬管做成的身管能承受更大的射擊應(yīng)力。當(dāng)然這種比較只有在這種單層金屬身管沒有采用其它方法如自緊工藝進(jìn)行預(yù)應(yīng)力處理時(shí)才是正確的。自緊工藝將在本章后面部分介紹。套筒身管技術(shù)過去曾經(jīng)顯示出某些優(yōu)越性，特別是在制造極大型身管時(shí)用其他方法提高身管強(qiáng)度在當(dāng)時(shí)存在著不可克服的制造困難。
松裝身管或松裝襯管 另一種增加身管強(qiáng)度的方法是在身管的某一部分上安裝被筒以提高身管承受高應(yīng)力部位的強(qiáng)度。被筒還對身管起縱向支撐作用?！八裳b身管”一詞容易使人誤解，其實(shí)身管和被筒是緊密結(jié)合件，兩者被牢牢地固定在一起，以防止彈丸在膛內(nèi)運(yùn)動時(shí)身管在被筒中旋轉(zhuǎn)。松裝身管的好處在于更換身管時(shí)和把身管分解成馱運(yùn)件時(shí)，身管比較容易卸下。松裝襯管是松裝身管的前身。兩者的主要不同是整個(gè)松裝襯管全被被筒套住。因此，與松裝身管比較，松裝襯管更加笨重。發(fā)射18磅或25磅彈的速射火炮使用松裝襯管，而其后繼型火炮則使用松裝身管。
組合身管 組合身管是由各段身管組合而成的，除身管各段用不同牌號鋼材制成外，與松裝身管相似。身管各段的鋼號選擇取決于其所承受的發(fā)射藥氣體壓力的大小。組合身管可以做成線膛；也可以把炮口端做成滑膛，以延長身管長度，增加初速。這種似乎很復(fù)雜的身管的好處是可根據(jù)內(nèi)膛的磨損情況來更換身管。組合身管的缺點(diǎn)在于它的復(fù)雜性，在于如何保證各段身管的完全密封，還在于身管的各相鄰兩段間如何做到準(zhǔn)確的膛線對接。然而，組合身管已成功地為高射炮和反坦克炮生產(chǎn)出來。與上述各種身管制造技術(shù)一樣，組合身管目前也已被單肉身管所取代。
單肉身管 單肉身管用整段鍛件制成，沒有任何被筒或襯管。由于單肉身管容易制造和冶金學(xué)的發(fā)展為身管的制造提供了能可靠地承受極高膛壓的合金鋼材，因此單肉身管技術(shù)目前已成為普遍采用的技術(shù)。制造單肉身管的現(xiàn)代工藝是非?？焖俚摹，F(xiàn)有的旋鍛機(jī)床已經(jīng)能把空心和實(shí)心棒鋼經(jīng)熱鍛或冷鍛做成長達(dá)十米以上的身管。由于使用數(shù)控系統(tǒng)以程控完成整個(gè)操作，整個(gè)工藝過程已不象過去那樣依靠操作者的個(gè)人技術(shù)。鍛壓成一根105毫米身管只需要十來分鐘。在使用冷鍛工藝時(shí)，膛線成形也可以包括在身管成形工藝中。這時(shí)可使用一個(gè)具有所需要的膛線深度和纏度鏡象的芯棒裝置來使身管成形。 如果鋼號一定，要想在制造單肉身管時(shí)不施加預(yù)應(yīng)力而獲得更大強(qiáng)度，就必須加厚管壁。增厚管壁的做法除使身管更重、使其價(jià)格更貴外，其效用也是很有限的。身管鋼材的外層與內(nèi)層相較往往應(yīng)力不足。當(dāng)身管直徑與炮膛直徑之比超過某一比值時(shí)，強(qiáng)度的增加將是有限的。由于身管壁在承受膛壓時(shí)壓力大小不均，因此內(nèi)表面受到的壓力會達(dá)到極限，而外層受到的壓力卻極小，這是單肉身管的基本缺點(diǎn)之一。增大身管強(qiáng)度的措施是使用具有更大抗張強(qiáng)度的鋼材或者給身管施加預(yù)應(yīng)力或者兩者兼施。目前被廣泛接受的方法是通過自緊工藝取得預(yù)應(yīng)力身管。
自緊工藝身管所受應(yīng)力 共有五種不同類型的應(yīng)力作用在身管上。它們是梁應(yīng)力、徑向應(yīng)力、圓周應(yīng)力、縱向應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。梁應(yīng)力是身管自身的重量和長度作用在身管上而引起的一種撓曲應(yīng)力。因此，身管必須具有足夠大的剛度以防止自重引起的彎曲。發(fā)射時(shí)，發(fā)射藥氣體在膛內(nèi)向身管壁施加一個(gè)向外的徑向應(yīng)力。發(fā)射藥氣體還產(chǎn)生一個(gè)圓周應(yīng)力，圓周應(yīng)力沿切向作用在炮膛圓周的任何一點(diǎn)上。當(dāng)彈丸在膛內(nèi)運(yùn)動時(shí)，它還產(chǎn)生另外兩種應(yīng)力：其一是縱向應(yīng)力，其二是扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。縱向應(yīng)力是由彈帶在膛內(nèi)的向前運(yùn)動和彈帶前后的壓力差引起的?？v向應(yīng)力的作用是縱向拉長身管，但是這種應(yīng)力的作用范圍很小，只限于局部且隨彈丸向前移動。與彈丸的膛內(nèi)運(yùn)動有關(guān)的第二種應(yīng)力是扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。扭轉(zhuǎn)應(yīng)力是由于彈丸在膛內(nèi)運(yùn)動時(shí)扭轉(zhuǎn)而引起的。扭轉(zhuǎn)應(yīng)力產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)作用，其方向與膛線纏度方向相反。
圖4.2 身管中的應(yīng)力 要弄清自緊工藝到底是誰發(fā)明的是很困難的。大多數(shù)人認(rèn)為是法國人在20世紀(jì)初期發(fā)明的；但是有些法國人卻認(rèn)為早在19世紀(jì)60年代就發(fā)明了，這就更難證實(shí)了。顯然“autofrettage”(自緊)一詞源出法文，其英譯為“self-hooping”。不管人們對該技術(shù)的源起日期如何懷疑，第一門自緊火炮是1913年法國人制造的140毫米火炮，則是確實(shí)無疑的。 現(xiàn)將自緊工藝過程概述如下。首先選擇一根內(nèi)徑略小于所需要的口徑的鋼管，然后從里面對鋼管施加足夠大的壓力，使其內(nèi)膛擴(kuò)大。在這個(gè)過程中鋼管內(nèi)層金屬被伸展超過其彈性極限。這意味著內(nèi)層金屬已伸展到在膛內(nèi)壓力一旦消失后不能恢復(fù)其原狀的程度。在施加內(nèi)壓過程中鋼管外層也會伸展，但內(nèi)壓的大小被控制在不使鋼管外層金屬伸展超過其彈性極限的范圍。之所以出現(xiàn)這種現(xiàn)象，是因?yàn)楣鼙趹?yīng)力分布不均；鄰近壓力源的金屬層所受應(yīng)力最大，到鋼管外層應(yīng)力顯著減小。在彈性極限內(nèi)應(yīng)變(或者說尺寸變化)與施加的壓力成正比，因此鋼管外層的伸展小于內(nèi)層。由于外層金屬擴(kuò)展是在彈性極限內(nèi)，因此外層金屬力圖恢復(fù)原狀，而同時(shí)被永久性伸展的內(nèi)層則極力阻止其這樣做。結(jié)果使內(nèi)層金屬處于外層金屬的壓縮之下，非常象外層金屬被收縮在內(nèi)層上一樣。下一步是對已應(yīng)變的內(nèi)層金屬進(jìn)行低溫?zé)崽幚?，使?nèi)層金屬的彈性極限至少提高到與在自緊工藝的第一階段所施加的壓力一樣大。最后是再次施加內(nèi)壓以試驗(yàn)身管彈性。但是這次施加內(nèi)壓時(shí)必須非常小心，必須保證內(nèi)層金屬的擴(kuò)展不超過其新的彈性極限。 采用自緊工藝的第一個(gè)好處是，在最大發(fā)射壓力一定時(shí)，可以選用一種價(jià)格比較便宜的低牌號鋼材做身管。另一個(gè)好處是，在鋼材牌號一定時(shí)，可減薄身管壁厚，從而可減少炮重并降低成本。例如，一個(gè)外徑比內(nèi)徑大50%的身管，經(jīng)過自緊處理后其強(qiáng)度相當(dāng)于將壁厚增加約50%的同樣的非自緊單肉身管。自緊身管的再一個(gè)好處是，若對身管內(nèi)膛加壓，則有可能彌合內(nèi)膛表面的細(xì)微裂縫，從而減少身管在使用期內(nèi)因疲勞而發(fā)生故障的可能性。就較輕型身管而言，其疲勞壽命可增加一倍以上。自緊工藝有幾種不同的工藝形式，其主要區(qū)別是在對炮膛施加內(nèi)壓的方法上。這些工藝方法可分作兩類，即液壓自緊和擠壓自緊。
液壓自緊工藝 液壓自緊工藝是通過往膛內(nèi)引入高壓液體來獲得所需要的應(yīng)力的。通常使用的高壓液體是甘油和水的混合液，因?yàn)檫@種液體在高壓下具有穩(wěn)定性。國家不同則使用的液壓自緊裝置也有所不同。圖4.3為美國使用的一種液壓自緊裝置。
圖4.3 液壓自緊裝置 某些高強(qiáng)度鋼材的屈服點(diǎn)接近70噸/平方英寸，使這類鋼材獲得必需的液壓力是很困難的。即使能產(chǎn)生這樣的壓力，在密封自緊裝置上也存在很大的問題。另外，液壓自緊還有一個(gè)先天不足之處，那就是由于沿身管長度上壁厚不同，因此就會產(chǎn)生不同的預(yù)應(yīng)力。前面說過在身管全長上具有同樣壁厚是不必要的，因此如果火炮重量是個(gè)問題，則就非常需要在自緊后的拋光工序中減小身管厚度，越到炮口減的應(yīng)越多。擠壓自緊工藝是克服上述某些困難的有效方法。
擠壓自緊工藝 擠壓自緊工藝就是用液壓頂桿迫使一個(gè)體積比鋼管內(nèi)膛大的沖頭或心軸通過內(nèi)膛。使身管內(nèi)層產(chǎn)生超限應(yīng)變所需要的壓力的大小，取決于身管所需要的鋼材牌號、身管壁厚、身管內(nèi)膛初始直徑與沖頭的直徑差以及內(nèi)膛與沖頭的接觸面積。就產(chǎn)生同樣大的預(yù)應(yīng)力而論，推動沖頭穿過身管內(nèi)膛所需要液壓力比液壓自緊所需要的液壓力更容易獲得。另外，擠壓自緊為設(shè)計(jì)師提供了僅對需要施加預(yù)應(yīng)力的那段身管進(jìn)行自緊處理的能力。圖4.4中的示意圖說明了擠壓自緊工藝原理。
圖4.4 擠壓自緊工藝示意圖
身管磨損 盡管在身管制造技術(shù)上取得了若干進(jìn)展，但是身管磨損問題仍然存在。身管磨損起因于膛內(nèi)發(fā)射藥產(chǎn)生的高溫、高壓氣體在膛內(nèi)的化學(xué)作用和彈帶穿越身管時(shí)的摩擦作用。磨損的結(jié)果會造成相對于射彈起動壓力的初始阻力的減小，從而使最大膛壓下降，使初速減小。由磨損引起的初速減退量是可以計(jì)算出來的，并且可在火炮上進(jìn)行修正或在計(jì)算射擊諸元時(shí)進(jìn)行修正。如果身管磨損過大，就有可能出現(xiàn)沒法接受的初速偏差。此外，如果膛線磨損嚴(yán)重，彈帶可能失靈，彈丸飛行就會不穩(wěn)定。如果彈丸不能穩(wěn)定地沿彈道飛行，就會使空氣阻力增加，從而產(chǎn)生近彈。這種后果是很難預(yù)測的，因而不能象修正初速減退量那樣進(jìn)行修正。 由高溫、高壓發(fā)射藥氣體造成的磨損稱為燒蝕。燒蝕常常是局部性的，在這種情況下燒蝕被稱為燒痕。在身管的有缺陷處，燒痕就會出現(xiàn)并會很快擴(kuò)展。在彈帶和膛線之間密封不嚴(yán)的地方，也會出現(xiàn)燒痕。還有一種燒蝕叫環(huán)形燒蝕，環(huán)形燒蝕表現(xiàn)為在速射火炮藥室中的藥筒前沿處身管局部的圓形擴(kuò)展。由彈丸與炮膛表面摩擦形成的磨損叫磨蝕。磨蝕將會逐漸磨掉炮膛表面的金屬，陽線上使彈帶旋轉(zhuǎn)一端的機(jī)械摩擦將逐漸把陽線磨圓。用改變彈藥設(shè)計(jì)、減少膛內(nèi)摩擦的方法可以防止磨蝕。通常，燒蝕是最嚴(yán)重的一種膛內(nèi)磨損，特別是對射程遠(yuǎn)、射速高的火炮來說。 可選用下面四種方法的一種或多種來解決炮膛磨損問題，這四種方法是：使用防磨損添加劑在炮膛表面形成絕熱層、使用冷燃發(fā)射藥、使用抗燒蝕性更高的鋼材和使用身管冷卻技術(shù)。使用防磨損添加劑的主要問題是，最好在每發(fā)彈發(fā)射前都放添加劑；當(dāng)然，這是可以做到的?？砂押线m的添加劑如硅酸鎂和石蠟的混合物放在彈丸后邊的藥室中。射擊時(shí)，身管內(nèi)表面將覆蓋一層添加劑，它可以保護(hù)炮膛免受高溫發(fā)射藥氣體的燒蝕。直到今天，使用防磨損添加劑的效果都是非常令人滿意的，但是還需要對其作進(jìn)一步的研究。使用冷燃發(fā)射藥會給火炮設(shè)計(jì)師帶來其它約束，因?yàn)闉榱耸⒀b更多的冷燃發(fā)射藥以獲得一定的最大膛壓，就必須增大火炮藥室。與此相似，使用耐燒蝕材料做身管也同樣有其缺點(diǎn)。大多數(shù)耐燒蝕材料，如鉬和鉻，都很昂貴，而且加工不易。鍍鉻身管是近年來廣為研究的課題，但是彈丸的摩擦作用能使鉻層遭到破壞，因此鍍鉻身管直到今天仍主要用于小口徑武器。 剩下的唯一的一個(gè)選擇是采用某種方法使身管冷卻。就炮兵武器目前存在的射速、特別是持續(xù)射速越來越高的趨勢來說，對解決身管過熱問題的要求已變得越來越緊迫。解決這個(gè)問題的途徑有兩個(gè)，就是水冷和氣冷。水冷已經(jīng)成功地應(yīng)用于高射炮和艦炮，因?yàn)閷@兩種火炮來說，重量不是應(yīng)考慮的主要因素。這種水冷方式對提供近程和中程支援的火炮來說是成問題的，肯定不適用于牽引火炮。為使水冷有效，冷卻水或其它冷卻劑必須緊靠身管。冷卻系統(tǒng)必須能為來自某種形式的蓄水器的冷卻水提供循環(huán)條件并向蒸氣提供排放條件。水冷應(yīng)用于自行火炮是可能的。在自行火炮上，可把水冷系統(tǒng)作為自行火炮的一部分，但是水冷系統(tǒng)占用空間并會增加自行火炮的重量和復(fù)雜性也是一個(gè)問題。氣冷是解決這個(gè)問題的很有吸引力的途徑，因?yàn)闅饫渑c水冷比較，其系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單而重量輕。 火炮采用氣冷的困難之處是身管散熱面積過小，常常不能足夠快地降低溫度以抵銷由于持續(xù)射擊而增加的熱量。以一門105毫米輕型火炮為例，先以每分鐘四發(fā)的射速連續(xù)射擊15分鐘，接著再以每三分鐘四發(fā)的射速持續(xù)射擊15分鐘，這時(shí)其身管溫度可達(dá)160℃左右。甚至在射擊中斷了90分鐘以后，身管溫度仍有60-70℃，視當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度而定。顯然，如果再以同樣的射速進(jìn)行射擊，身管溫度將會更快地達(dá)到并超過160℃。在炮膛表面溫度超過675℃左右時(shí)，燒蝕速度將會穩(wěn)定地增加；超過980℃后，燒蝕速度將顯著加快。當(dāng)然，使用防磨損添加劑和拋光炮膛表面會部分地解決這個(gè)問題。盡管通過上述措施可降低身管溫度，但是對高性能火炮來說它產(chǎn)生的熱量是很大的，身管的最高膛溫主要是由火炮一天中在戰(zhàn)場上發(fā)射的所有炮彈造成的。對于現(xiàn)代炮兵武器系統(tǒng)來說，尤其如此，可能要求它們每天發(fā)射近千發(fā)炮彈，至于是否能進(jìn)行爆發(fā)射關(guān)系不大。 曾經(jīng)對通過增加散熱面積來冷卻身管的方法進(jìn)行過試驗(yàn)。在這些方法中包括使用散熱片、散熱環(huán)和散熱肋等。一般地說，增加散熱面積的做法在火炮設(shè)計(jì)中還沒有引起重視。在身管上裝帶槽或帶翼片的被筒并在身管和被筒間注入冷空氣是可以做到的；但是這樣做又會帶來使火炮增重和變得更復(fù)雜的缺點(diǎn)。身管厚度的任何增加肯定也會有助于降低炮膛溫度，因?yàn)樵龊駥⒃黾由砉艿娜轃崮芰Α＿z憾的是，對提供近接支援和縱深支援的炮兵武器來說，它們不能采用使自己增重的方法。 對炮膛溫度的考慮遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了磨損問題。炮膛溫度也涉及安全問題。在發(fā)射速度很高時(shí)，炮膛溫度也會很高，就有可能引起發(fā)射裝藥爆燃或自燃，甚至在極端條件下會引起彈丸爆炸。隨著火炮發(fā)射速度的日益提高，在火炮上設(shè)置膛溫監(jiān)測裝置是非?？扇〉?。美國M198式155毫米榴彈炮就配有這種測溫裝置。
身管的疲勞問題 最新一代的炮兵武器既需要具有比以往更遠(yuǎn)的射程，同時(shí)又需要足夠輕便，以滿足戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)場機(jī)動性要求。為滿足射程遠(yuǎn)、重量輕的要求，身管都是用具有更高屈服強(qiáng)度的鋼材制造的，以適應(yīng)能產(chǎn)生更遠(yuǎn)射程的高膛壓。煉制屈服強(qiáng)度約為1200兆帕的鋼材是可以做到的，但是這會大大降低其斷裂韌度。采用這樣的鋼材制造身管已使這樣一種趨勢越來越嚴(yán)重：使身管因燒蝕和磨蝕而報(bào)廢之前就會提前報(bào)廢。換句話說就是，現(xiàn)在使用的身管由于受到低于抗張強(qiáng)度的應(yīng)力水平上的應(yīng)力的反復(fù)作用而發(fā)生疲勞和斷裂的情況越來越多。 在多數(shù)火炮的炮膛中都可以發(fā)現(xiàn)膛面上有密如蛛網(wǎng)的裂紋和龜裂現(xiàn)象。在目前通常使用的高膛壓的作用下，龜裂會很快地?cái)U(kuò)展成較大的裂紋。這種疲勞性龜裂最終會在射擊時(shí)造成身管的嚴(yán)重?fù)p壞。不難理解，這種現(xiàn)象正越來越引起重視，顯然這個(gè)問題有兩個(gè)方面。其一是要預(yù)計(jì)在身管疲勞成為嚴(yán)重問題之前火炮能發(fā)射多少發(fā)炮彈。其二是確定哪種鋼材的斷裂韌度最佳和抑制疲勞裂紋生成速度的能力最佳。目前存在的困難是不能提供精確的數(shù)據(jù)，主要原因是對溫度對于自緊身管疲勞的影響和裂紋的擴(kuò)展還缺少充分的資料。
炮閂裝置概述 炮閂裝置是一種閉鎖炮膛藥室的機(jī)械裝置。它具有下述功能：承受火炮射擊時(shí)發(fā)射藥氣體壓力的向后推力和容納擊發(fā)機(jī)構(gòu)。在后膛裝填火炮中，炮閂還具有密閉火藥氣體的功能。在速射火炮中，炮閂還用于在藥筒裝填后抵拉藥筒和在火炮射擊后抽出藥筒。在設(shè)計(jì)炮閂時(shí)必須使它能滿足下述五個(gè)要求。在各種氣候和作戰(zhàn)條件下使用時(shí)，它必須作用可靠、經(jīng)久耐用。它必須操作安全，特別是必須保證開關(guān)閂可靠——關(guān)閂不到位火炮不能發(fā)射，射擊中不能突然開閂。其設(shè)計(jì)必須保證裝填、退彈和發(fā)射迅速而簡便。在滿足上述各項(xiàng)要求的情況下，炮閂的構(gòu)造應(yīng)盡可能地簡單。最后，炮閂的設(shè)計(jì)還必須使其適于大量生產(chǎn)和易于更換部件。
炮閂的種類 炮閂可分為兩種，一種是螺式炮閂，另一種是楔式炮閂。螺式炮閂一般用于后膛裝填火炮，楔式炮閂一般則用于速射火炮。在這兩種基本的炮閂中還有不少變種。此外，還可以為后膛裝填火炮設(shè)計(jì)楔式炮閂。本章將討論各種不同的炮閂。
螺式炮閂圖4.5 螺式炮閂 螺式炮閂的主要部件見圖4.5。螺式閂體裝在固定在炮尾一側(cè)的鎖扉上，可以在開、關(guān)閂時(shí)自由回轉(zhuǎn)。在圖4.5中，鎖扉是固定在炮尾右側(cè)的；但是需要時(shí)，它也可以固定在能在裝填作業(yè)時(shí)進(jìn)行上下轉(zhuǎn)動的地方。關(guān)閂時(shí)，閂體上的螺紋與炮尾內(nèi)表面上相應(yīng)的螺紋相嚙合。閂體的螺紋面被分作若干偶數(shù)區(qū)段，每隔一個(gè)區(qū)段將螺紋切除。炮尾內(nèi)表面上的螺紋也是同樣處理的，只是被切除螺紋的區(qū)段正好與閂體上被切除螺紋的區(qū)段彼此錯開。在通過閂柄關(guān)閂時(shí)(見圖4.5)，閂體沿弧線轉(zhuǎn)動直到閂體和炮尾上的螺紋都完全嚙合為止。這種形式的螺紋被稱為“斷隔”螺紋或“開槽”螺紋，它是現(xiàn)代螺式炮閂上最常用的一種螺紋。這種螺紋的螺距必須保證產(chǎn)生足夠的摩擦力，以防止閂體在火炮射擊過程中轉(zhuǎn)動或打開。為了一壓閂柄就能使螺式閂體解脫和打開，炮閂上還需配有某種形式的傳動裝置。 在圖4.5中沒有畫出一般螺式炮閂的緊塞裝置，但是在圖4.6中卻可以看到。象這樣的后膛裝填火炮，發(fā)射裝藥多裝在某種形式的可燃物中，一般是裝在藥包中。緊塞具是一種用氯丁橡膠做的彈性墊，通常以玻璃纖維作填料。彈性墊裝在錐形座中，通過一個(gè)帶中心孔的螺桿和蘑菇頭固定在螺式閂體上。發(fā)射時(shí)火藥氣體迫使蘑菇頭后移，把彈性墊擠壓在閂體前端上；火藥氣體還迫使彈性墊四向伸張，從而密封住向后逃逸的火藥氣體。
圖4.6 后膛裝填火炮的緊塞裝置 與楔式炮閂比較，螺式炮閂的優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)兩者的性能相同時(shí)，其重量要輕得多，原因是在發(fā)射時(shí)火炮氣體產(chǎn)生的縱向應(yīng)力分布在所有螺紋上。螺式炮閂的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是，緊塞裝置是這種炮閂的一個(gè)組成部分，使火炮不再需要藥筒了。但是，螺式炮閂也有缺點(diǎn)：其一是由于比較復(fù)雜，因此難以制造；其二是操作緩慢，不適用于自動和半自動裝填的火炮。
楔式炮閂 楔式炮閂的主要部件包括：閂體、炮尾、閂柄、抽筒子和保險(xiǎn)器。閂體可設(shè)計(jì)成立楔式或橫楔式兩種，即在炮尾中作垂直滑動或水平滑動的兩種。圖4.7為垂直滑動的閂體。這種閂體也叫下落式閂體。
圖4.7 立楔式閂體 楔式炮閂的主要優(yōu)點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)簡單，使用安全，操作容易而迅速。說它比較安全是因?yàn)殛P(guān)閂時(shí)它把裝填手的手卡住的機(jī)會比螺式炮閂少。楔式閂體的橫向或垂直移動能安全地把放在炮尾入口處的人手推開。楔式炮閂結(jié)構(gòu)簡單和操作迅速的優(yōu)點(diǎn)使它很適用于自動操作。 現(xiàn)用的楔式炮閂的缺點(diǎn)是，它需要使用藥筒來起后緊塞作用，而且為了在發(fā)射時(shí)能承受一定的后推力，它需要比螺式炮閂重，其原因?qū)⒃诒菊律院筇帞⑹?。楔式炮閂已廣泛地使用于發(fā)射速度較高的火炮，特別是口徑為105毫米或小于105毫米的火炮。對這樣的火炮來說，藥筒重量不影響已達(dá)到的射速。 使用立楔式炮閂還是橫楔式炮閂取決于在火炮的整個(gè)高低射界內(nèi)裝填作業(yè)所需要的空間的大小。立楔式炮閂通常能為裝填作業(yè)提供更大的活動范圍，因?yàn)樗顒拥钠矫嬗绊懷b填的機(jī)會比較少。另一方面，橫楔式炮閂只需要較小的操作力，而且不管身管高度如何所需要的操作力都是一樣的。橫楔式炮閂和立楔式炮閂目前仍然都在使用中這一事實(shí)說明，還沒有出現(xiàn)二者擇一的趨勢。 與楔式炮閂配用的炮尾有封口和開口兩種類型，如圖4.8所示，封口炮尾的強(qiáng)度比開口炮尾要大得多，因?yàn)榉饪谂谖驳男螤罡欣谔峁┏惺苌鋼魰r(shí)產(chǎn)生的作用力所需要的剛度。這兩種炮尾都刻有導(dǎo)槽，導(dǎo)槽用于在開關(guān)閂時(shí)與閂體上的肋條相配合。肋條和導(dǎo)槽稍呈傾斜，使閂體在關(guān)閂時(shí)可稍向前移。這一設(shè)計(jì)特點(diǎn)可確保閂體緊緊地抵住藥筒。這種設(shè)計(jì)可采用一對或多對導(dǎo)槽和肋條。在開口炮尾中，其表面承受向后的射擊作用力；但在封口炮尾中，只有在發(fā)射過程中肋條與炮尾接觸時(shí)，其表面才承受向后的射擊作用力。 肋條的數(shù)量越多，向炮尾上分配射擊作用力的止推面的數(shù)量也就越多。具有多個(gè)止推面的楔式炮閂的缺點(diǎn)是，按精度公差加工止推面以確保所有止推面都承受部分射擊作用力，是很難做到的。不論止推面的數(shù)量多少，這種炮閂都不能與螺式炮閂的斷隔螺紋分配射擊作用力的效率相匹配。因此，作用力一定時(shí)，楔式炮閂必須比螺式炮閂重。
圖4.8 與楔式炮閂配用的開口型和封口型炮尾
圖4.9 速射緊塞裝置 如前所述，速射緊塞裝置就是一般楔式炮閂采用的緊塞形式。火藥氣體的后逸是通過將裝藥封閉在一個(gè)圓錐形金屬藥筒里來阻止的。這種藥筒通常用黃銅或鋼制成，具有足夠的彈性，能在火炮發(fā)射時(shí)膨脹貼住藥室壁，從而形成密封，并在發(fā)射后收縮，能很容易地從炮尾抽出。瑞典陸軍在155毫米火炮上使用帶銅底的塑料藥筒。英軍則多用全銅藥筒，其銅合金為30%的鋅和70%的紫銅。其他國家的軍隊(duì)特別是美軍則一直采用鋼制藥筒。藥筒的點(diǎn)火手段是裝在藥筒筒底中的底火。圖4.9為速射緊塞裝置的示意圖。 增加射程的要求會帶來高膛壓，高膛壓將使今后繼續(xù)使用金屬藥筒出現(xiàn)困難?，F(xiàn)代自緊身管可以承受的內(nèi)壓會使藥筒發(fā)生過度應(yīng)變，以致使抽筒極其困難。使用長藥筒時(shí)會使抽筒問題更為突出。抽筒困難將會大大降低發(fā)射速度，結(jié)果會使作為楔式炮閂主要優(yōu)點(diǎn)之一的操作容易而迅速被抵銷掉。 解決藥筒問題的一個(gè)主張是，保留楔式炮閂的優(yōu)點(diǎn)而用藥包式裝藥取代藥筒。這樣，就必須用其他方法來解決緊塞問題。例如，可通過在閂體內(nèi)放置一個(gè)襯墊并使襯墊與固定在藥室端面上的金屬環(huán)或金屬墊密貼來提供金屬對金屬的緊塞。這種設(shè)想已經(jīng)應(yīng)用到FH70式155毫米牽引榴彈炮上。 裝在普通楔式炮閂中的抽筒子具有兩種作用：一是使藥筒在火炮發(fā)射后離開原位；二是抽出已經(jīng)用過的藥筒。在有些火炮上，抽筒子還用于將閂體固定在開閂位置上。抽筒子的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下述要求： 1. 其開始的運(yùn)動必須平穩(wěn)有力并且應(yīng)比較緩慢，以使藥筒離開原位； 2. 使藥筒自藥室中抽出時(shí)與炮膛軸線在一條直線上； 3. 應(yīng)能使藥筒離開原位，并從藥室抽出，而不會損壞藥筒底緣； 4. 其抽筒的最后動作應(yīng)足夠迅速，以能安全地把藥筒從炮尾拋到所要求的距離處。 5. 開閂時(shí)，抽筒子不應(yīng)出現(xiàn)反跳現(xiàn)象。
擊發(fā)裝置 擊發(fā)裝置按其操作形式可分作三類，即“擊發(fā)”、“電擊發(fā)”和“擊發(fā)及電擊發(fā)”三類。有些國家的軍隊(duì)還用“機(jī)械發(fā)火”作“擊發(fā)”的代用詞。美國人把擊發(fā)裝置稱為擊發(fā)機(jī)或擊發(fā)鎖。但是，美軍與英軍不同，不管是把擊發(fā)裝置稱為擊發(fā)機(jī)還是稱為擊發(fā)鎖，它們都與火炮的緊塞方式無關(guān)。英軍則把擊發(fā)機(jī)一詞專用于速射武器，而把擊發(fā)鎖專用于后膛裝填武器。為了更能說明問題，本章將采用英軍的叫法。擊發(fā)機(jī)是通過擊針撞擊底火底部來使底火發(fā)火并引燃發(fā)射裝藥的。“電擊發(fā)”機(jī)則是通過導(dǎo)線把電荷通到底火來點(diǎn)燃發(fā)射藥?！皳舭l(fā)與電擊發(fā)”機(jī)，顧名思義是兩種擊發(fā)方式兼用。 在后膛裝填火炮中，擊發(fā)鎖裝在螺式閂體中心孔后邊(見圖4.6)。點(diǎn)火手段是位于閂體中心孔后邊的點(diǎn)火管。擊發(fā)鎖靠擊錘撞燃點(diǎn)火管。在引燃階段，點(diǎn)火管點(diǎn)燃球形黑色火藥，通過閂體中心孔再點(diǎn)燃發(fā)射裝藥。在速射火炮上，擊發(fā)機(jī)裝在閂體中，并且采用擊針(電擊發(fā)機(jī)則用絕緣擊針)點(diǎn)燃裝藥。一拉發(fā)射桿或一拉拉火繩，擊針即自閂體前端面沖出，撞擊裝在藥筒底部中央的底火上(見圖4.9)。所有的擊發(fā)機(jī)和擊發(fā)鎖都裝有某種安全裝置，而電擊發(fā)機(jī)則有使電路中斷的裝置。擊發(fā)機(jī)在擊發(fā)后需要撥回?fù)翎槪允蛊湓俅翁幱诖l(fā)狀態(tài)?；謴?fù)待發(fā)狀態(tài)可自動完成，可手工完成，也可采用“脫扣裝置”完成。使用脫扣裝置的好處是，能使擊發(fā)裝置總是處于非擊發(fā)狀態(tài)。拉發(fā)射桿時(shí)，脫扣裝置使擊針前沖并立即將它拉回，使它停在安全位置。美國的M2A2式105毫米榴彈炮(速射火炮)就是使用這種具有脫扣作用的擊發(fā)鎖。另一種采用同樣原理的美制擊發(fā)裝置是一種擊針和擊錘式裝置。這種擊發(fā)裝置用于如美國8寸(203毫米)榴彈炮之類的后膛裝填火炮上。 依靠擊發(fā)和電動操作的擊發(fā)裝置都是很便于使用的。與擊發(fā)機(jī)比較，電擊發(fā)機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)： 1. 構(gòu)造更簡單，重量更輕，而且結(jié)構(gòu)更緊湊； 2. 更容易對其功能進(jìn)行檢測； 3. 對射擊反應(yīng)更快，其反應(yīng)時(shí)間為0.001秒；而具有脫扣作用的某些擊發(fā)機(jī)的反應(yīng)時(shí)間為0.5秒； 4. 機(jī)械作用可靠，不易磨損。 與擊發(fā)機(jī)比較，電擊發(fā)裝置的缺點(diǎn)是： 1. 電接點(diǎn)必須干凈； 2. 對氣候條件比較敏感，容易受潮和進(jìn)入砂土。
排煙器 發(fā)射藥燃燒產(chǎn)生的煙霧如果在炮閂打開后任其自然地進(jìn)入乘員艙，就會給自行火炮帶來很多問題。排煙器裝在自行火炮的身管上，能確保煙霧全部或大部從炮口排出。排煙器是套裝在身管某段外表面上的圓筒，能在身管與筒壁間形成一個(gè)蓄氣室。身管上鉆有噴孔或氣門，使氣流得以進(jìn)入蓄氣室。噴孔的鉆孔方向略為向炮口一側(cè)傾斜?；鹋诎l(fā)射時(shí)，在彈丸后邊沿身管流動的發(fā)射藥氣體經(jīng)噴孔流入蓄氣室。當(dāng)蓄氣室內(nèi)的壓力與炮膛膛內(nèi)壓力相等時(shí)，發(fā)射藥氣體停止流入蓄氣室。 彈丸自炮口射出后，膛內(nèi)壓力迅速下降至大氣壓力，結(jié)果使蓄氣室內(nèi)的氣體被迫經(jīng)噴孔向炮口回流。被迫從蓄氣室向炮口回流的氣體能清除殘留在藥室和排煙器后邊身管內(nèi)的氣體。排煙器蓄氣室的大小以及噴孔的斜度和大小必須設(shè)計(jì)得能保證使清除周期在開閂前開始。 圖4.10說明一種典型的排煙器的工作過程。
圖4.10 排煙器的工作情況
炮口制退器概述 作為一種減小后坐的手段，炮口制退器最早出現(xiàn)在19世紀(jì)中葉，但是由于反后坐裝置的出現(xiàn)，它曾一度失寵。約在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)，炮口制退器又再次出現(xiàn)在法國火炮上。所謂炮口制退器就是裝在身管炮口端的一個(gè)短的圓筒形附件。它有一個(gè)供炮彈從中飛出的、與炮膛同心的通孔，并有一個(gè)或多個(gè)氣室。炮口制退器通常是通過螺紋旋在身管上的，螺紋方向與膛線纏度相反，以防止炮口制退器在火炮發(fā)射時(shí)松動。炮口制退器上配有鎖緊裝置。某些火炮的炮口制退器被制成身管的一部分。 炮口制退器具有多種設(shè)計(jì)形式和制造方法(見圖4.11和圖4.12)。其開槽或氣室的數(shù)目不定，它既可以是縱向的又可以是橫向的。炮口制退器有多種制造方法；制造方法不同，生產(chǎn)出的炮口制退器的效率和耐用性也不同。組裝型炮口制退器由用螺栓固定在一起的若干金屬板組成，這些金屬板也可以焊接在一起。擠壓型炮口制退器是用整個(gè)的管狀鋼鍛件擠壓成型，然后加工而成的。其他制造方法還包括鑄造炮口制退器和把實(shí)心鍛件加工成炮口制退器。后一種制造方法雖然加工速度較慢、成本較高而且只能用于制造結(jié)構(gòu)簡單的炮口制退器，但是卻能造出更為耐用的的炮口制退器。
圖4.11 組裝型炮口制退器
圖4.12 擠壓和鍛造型炮口制退器
炮口制退器的工作原理和用途 火炮射擊時(shí)在彈丸后面運(yùn)動的火藥氣體沖擊炮口制退器的反射隔板，產(chǎn)生一個(gè)向前的作用力。這個(gè)向前的作用力能減少后坐能量(見圖4.13)。在火炮和彈藥一定時(shí)，炮口制退器的效率取決于火藥氣體的轉(zhuǎn)折角度和反射隔板的大小和數(shù)量。關(guān)于炮口制退器如何提高穩(wěn)定性的問題請見第五章。除此以外，使用炮口制退器還有其他好處。第一，反后坐裝置可減小體積，因?yàn)楣┧盏暮笞芰啃×?。第二，可以把同樣的炮架使用到口徑更大的火炮上或者使同一火炮能使用更大號裝藥。
圖4.13 炮口制退器的工作原理
效率 在彈丸快要離開炮口時(shí)，緊跟在彈丸后的火藥氣體以與彈丸同樣的速度向前運(yùn)動。彈丸一離開炮膛，火藥氣體即膨脹。在此膨脹期中氣體速度增加；與此同時(shí)，這些氣體若經(jīng)反射隔板轉(zhuǎn)折一個(gè)角度就會產(chǎn)生一個(gè)非常大的作用力。就理論上說，轉(zhuǎn)折角度越大，作用力也就越大，最好是轉(zhuǎn)折180°。 由于摩擦和渦流，折轉(zhuǎn)180°實(shí)際上是做不到的，而且即使能轉(zhuǎn)折180°，也會對炮班造成傷害。炮口制退器還可以通過增大直徑來提高效率，這就要求其直徑要足夠大，以在火藥氣體因膨脹而降到大氣壓力時(shí)要達(dá)到其最大速度。這實(shí)際上也是不可能做到的，因?yàn)檫@會使炮口制退器的直徑達(dá)到炮膛直徑的25倍左右。不過可以采用折衷的辦法，目前已經(jīng)達(dá)到的最大折衷系數(shù)為五或小于五。此外，還有一個(gè)問題就是，尾隨在彈丸后邊的一部分火藥氣體不能被第一組反射隔板折轉(zhuǎn)，因此增加反射隔板將有助于折轉(zhuǎn)更多的氣體。但是，每個(gè)反射隔板僅能折轉(zhuǎn)到達(dá)該隔板的氣體的約60%。最后會得出這樣一個(gè)結(jié)論，即增加反射隔板所起的作用與火炮所增加的重量和成本相比是得不償失的。 最常用的有關(guān)炮口制退器的效率的術(shù)語有總效率、實(shí)際效率和自由后坐效率三種?？傂适侵赣捎谘b上炮口制退器后，反后坐裝置吸收后坐能量百分?jǐn)?shù)減少程度的量度，其中沒考慮炮口制退器本身重量的影響。實(shí)際效率是指對炮口制退器重量影響進(jìn)行修正后的總效率。實(shí)際效率的值比總效率小，因?yàn)樵跍p少的總能量中有一部分是由后坐部件的重量(其中包括炮口制退器的重量)引起的。低效率炮口制退器的實(shí)際效率為20-30%，然而重量比較輕。高效率炮口制退器的實(shí)際效率可達(dá)70-80%。實(shí)際效率可用下式表示：
其中： I=實(shí)際效率 Rb=配有炮口制退器的火炮的后坐能量 R0=沒裝炮口制退器的火炮的后坐能量 Mb=火炮后坐部分及炮口制退器的重量 M0=沒有炮口制退器的火炮后坐部分的重量 “自由后坐效率”是指能使火炮在火藥氣體作用下自由后坐并修正了炮口制退器重量后的后坐能量百分?jǐn)?shù)減少程度的量度。該效率考慮了反后坐裝置的后坐部件的重量所引起的后坐能量的減少。自由后坐效率可用下式表示：
其中： Fr=自由后坐效率 Eb=帶炮口制退器的火炮的自由后坐能量 E0=沒有炮口制退器的火炮的自由后坐能量 Mb=包括炮口制退器在內(nèi)的后坐部分重量 M0=沒有炮口制退器的火炮的后坐部分重量 實(shí)際效率是個(gè)更符合實(shí)際的性能指標(biāo)，因?yàn)樽杂珊笞适且詮椀罃[和炮口制退器常數(shù)進(jìn)行測量的，這些常數(shù)都與炮架或炮車無關(guān)，而炮架中的摩擦作用是很大的，可能比火炮后坐部分的滑動摩擦大得多。
炮口制退器的缺點(diǎn) 火炮采用炮口制退器也有某些缺點(diǎn)，它們會增加火炮的重量和復(fù)雜性。如系舊炮添裝炮口制退器，就需要在耳軸后增加配重，以保證火炮的正確平衡。在添裝炮口制退器后，還可能需要對火炮的初速、定起角和下垂偏差進(jìn)行修正。從炮口制退器噴出的發(fā)射藥氣體會造成火炮的能見度不良(在火炮行直接瞄準(zhǔn)射擊時(shí)就會成為問題)并影響炮陣地的隱蔽。使用炮口制退器所帶來的更嚴(yán)重的問題是會產(chǎn)生沖擊波超壓。 炮口制退器造成的沖擊波超壓會對炮班造成傷害。原因在于增加了炮口制退器后雖然減少了炮口前方的沖擊波超壓，但是卻增加了向后的沖擊波超壓。不管使用何種類型的炮口制退器，在離炮口約30倍口徑的距離內(nèi)，在某個(gè)方向上肯定會有沖擊波的峰值。在這個(gè)距離之外，沖擊波超壓開始下降，沖擊波會變成聲波。 炮后區(qū)域的沖擊波超壓的大小是非常重要的，因?yàn)樗桥诎喑蓡T的活動區(qū)域。炮尾附近的沖擊波超壓是隨所使用的炮口制退器的氣動指標(biāo)的增加而直線增加的。人體所能承受的最大沖擊波超壓約為2磅/平方英寸，超過這個(gè)值就會震壞耳朵鼓膜。當(dāng)超壓達(dá)20-30磅/平方英寸時(shí)，就會損壞炮手肺臟。按分貝計(jì)，20-30磅/平方英寸相當(dāng)于173和196-200分貝。在極端情況下，當(dāng)超壓達(dá)到500磅/平方英寸左右時(shí)，可即刻造成炮手死亡。 由于聽覺損壞是超壓對人體可能造成的損傷的下限，因而人類所能接受的最大超壓取決于人耳所需要的防護(hù)水平。即使暴露在2磅/平方英寸以下的超壓下，也會造成暫時(shí)性耳聾。長期暴露在較高超壓下會導(dǎo)致人的某種程度的永久性聽力損傷。常用的聽覺防護(hù)方式是佩戴耳罩或耳塞，這些措施可使超壓衰減達(dá)35分貝左右?；鹋诜蓝芤部蓪Τ瑝浩鸬揭欢ǖ姆雷o(hù)作用，但是對高性能的現(xiàn)代牽引火炮來說，它是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能起到防護(hù)作用的。而且，防盾使火炮增重也是一個(gè)缺點(diǎn)，特別是對靠直升機(jī)空運(yùn)的火炮來說更是如此。過去還對使沖擊波偏離的其它一些措施進(jìn)行過試驗(yàn)，但是效果有限。在這些措施中包括在炮口制退器上或者在身管上更靠后一些的地方裝設(shè)反射隔板并使反射隔板垂直于炮膛軸線(見圖4.14)。
圖4.14 使炮口沖擊波偏轉(zhuǎn)的措施 最新的牽引火炮都產(chǎn)生使人關(guān)切的沖擊波超壓，而且這些火炮大都配有炮口制退器。時(shí)至今日，這個(gè)問題尚未完全解決。唯一的解決方法似乎是正確地進(jìn)行耳部防護(hù)，人們還不得不接受這樣一個(gè)事實(shí)，即起碼在作戰(zhàn)時(shí)不得不面對某些危險(xiǎn)。在射擊訓(xùn)練時(shí)，可視需要限制大號裝藥的射擊。
自我測驗(yàn)題 1. 炮車或炮架是火炮的主要部件之一，火炮的其他主要部件是什么？ 2. 何謂“漸速膛線”？ 3. 何謂“口徑”？ 4. 在身管中膛線深度是可以變化的。在決定膛線深度時(shí)需要考慮哪兩個(gè)方面的問題？ 5. 簡述射擊時(shí)膛內(nèi)發(fā)生的各種現(xiàn)象。 6. 彈丸在膛內(nèi)的整個(gè)階段大致消耗了多少由發(fā)射裝藥產(chǎn)生的能量？ 7. 如果火藥裝藥的“燃盡點(diǎn)”在身管內(nèi)過于靠前時(shí)會出現(xiàn)什么問題？ 8. 身管應(yīng)具備的主要特性是什么？ 9. 何謂“梁強(qiáng)度”？在身管設(shè)計(jì)中如何滿足梁強(qiáng)度要求？ 10. 身管重心的理想位置應(yīng)在何處？ 11. 試列舉可用于解決身管炮口端過重問題的措施。 12. 試列舉制造身管的四種方法。 13. 試列舉火炮發(fā)射時(shí)作用在身管上的五種不同的應(yīng)力。 14. 何謂“扭轉(zhuǎn)應(yīng)力”？ 15. 何謂“自緊工藝”？ 16. 自緊工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？ 17. 自緊工藝有哪兩種主要工藝途徑？ 18. 何謂“燒蝕”？ 19. 火炮身管的“磨蝕”是什么原因引起的？ 20. 制造水冷式火炮身管是可能的，但是它有哪些問題？ 21. 火炮身管采用氣冷的主要障礙是什么？ 22. 何謂“自燃”？ 23. 在解決身管疲勞的問題上有哪兩個(gè)問題值得著重考慮？ 24. 試列舉炮閂的主要功能？ 25. 炮閂裝置可分為哪兩大類？ 26. 什么是閂柄？ 27. 何謂緊塞？在后膛裝填和速射火炮中如何進(jìn)行緊塞？ 28. 與楔式炮閂比較，螺式炮閂有什么優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？ 29. 試列舉“具有多個(gè)止推面”的楔式炮閂的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？ 30. 試說明對楔式炮閂抽筒子的三個(gè)設(shè)計(jì)要求。 31. 火炮擊發(fā)裝置主要有哪三種？ 32. 與擊發(fā)機(jī)比較，電擊發(fā)機(jī)有哪些優(yōu)點(diǎn)？ 33. 排煙器有何用途？如何工作？ 34. 炮口制退器的用途是什么？它如何工作？ 35. 為什么說增加炮口制退器氣室的數(shù)量其效果是有限的？ 36. 一個(gè)具有100%效率的炮口制退器的理論直徑大約需要有多大？ 37. 炮口制退器的效率可用若干種方法表示，試列其名并作說明。 38. 如果在舊炮上添加炮口制退器，可能會出現(xiàn)哪些問題？ 39. 試列舉炮口制退器的主要缺點(diǎn)。 40. 火炮發(fā)射時(shí)產(chǎn)生的炮口沖擊波超壓會對炮班成員的安全造成危險(xiǎn)，而配用炮口制退器又會增加這種危險(xiǎn)，試說明對人體可能造成傷害的沖擊波超壓的限度。 41. 試說明在火炮發(fā)射時(shí)可用于保護(hù)炮班成員免受沖擊波傷害的三種措施?！?投筆從戎 [掃描] 2003正版松鼠妖 [OCR] 2003投筆從戎 [校對制作] 2005
