《火炮与自动武器原理》之花开花落

杜中华　刘海平

【摘 要】为深入了解《火炮与自动武器原理》课程中相关理论，对弹丸、发射药、身管、膛线、反后坐装置和自动机技术的发展轨迹进行了详细阐述，揭示了其发展特点，对课程学习有较好的助力作用。

【关键词】火炮与自动武器原理;技术发展轨迹;技术发展特点

中图分类号： E924 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）01-0147-002

0 前言

随着军事科技的发展，火炮与自动武器技术也在不断推陈出新，旧的技术隐去，新的技术日盛，更新的技术则遥现。大浪淘沙，优胜劣汰，在兵器领域表现得更为明显。静观兵器工程专业核心理论课程《火炮与自动武器原理》中相关技术的“花开花落”，细思其智慧涌动，对该课程的学习大有裨益。

1 弹丸的飞行

最早的弹丸为石弹，那时的火炮也叫做抛石机。中国出现黑火药后，抛石机开始抛射盛装黑火药的罐子，火炮进入热兵器时代，近代弹丸里面还装入了炸药，其威力发生了巨大的变化。早期的弹丸是球形的，为了使其飞得更远，后来变成了长圆柱形，再后来弹丸前部越发尖锐，圆柱部越来越短，成为“枣核”形，非但如此，为减小空气阻力，还开始在弹丸尾部设置空腔或者设置少量药柱做成底凹弹和底排弹，甚至在弹丸后部设置大量的药柱做成火箭增程弹，近年来，更是利用超压发动机和冲压发动机使弹丸能够飞行到100km以上。早期的弹丸飞出炮膛后是不受控制的，当射程较远时，弹丸弹着点通常有较大的散布，随着信息技术的发展，弹丸上面开始安装翼片和控制器，可以在飞行中对其姿态进行控制，从而大大提高弹丸的射击精度，使弹丸“点穴式”打击成为可能。总体来看，弹丸的威力越来越大、射程越来越远、精度也越来越高[1-3]。

2 发射药的革命

将弹丸高速抛射出去是需要能量的，最早的抛石机是利用人力发射的。中国出现黑火药后，黑火药迅速成为枪炮的能量来源，黑火药燃烧后生成大量气体，将这些气体聚拢在管状容器中，可将弹丸高速抛出。要指出的是，黑火药作为发射药使用了近1000年的时间。由于黑火药燃烧时产生烟雾，燃烧后有残渣，近代被含能量更高、燃烧更为清洁的无烟火药代替，无烟火药是目前枪炮的主用发射药，其主要成分是硝化棉和消化甘油。为进一步提高发射药能量，人们还尝试使用液体发射药，正在研究硝氨等高能发射药。随着发射药能量的提高，其燃烧时产生巨大的热量已经严重影响身管的性能，为此新的发射能量也在积极的探索之中，譬如电磁炮利用电磁能发射弹丸、轻气炮利用压缩氢气或氦气发射弹丸等。从人力做功到黑火药和无烟火药的化学能再到电磁能等，发射药的发展并不快，但变化都是革命性的[1-3]。

3 身管的长征

弹丸、发射药和身管是枪炮的三个基本特征，发射药在身管中燃烧生成气体并膨胀，弹丸在身管内获得加速，因而枪炮有时也被称作身管武器。最早的身管是竹子做的，典型的武器就是北宋末年的火枪和南宋末年的突火枪。由于身管要承受发射药燃烧生成气体的高压，竹子强度明显不够，在元代出現了使用青铜身管的火铳，中国出土的青铜火铳是中国发明枪炮的明证。为提高强度，后来的身管材料又逐步换成了铸铁、钢，身管材料的发展与世界钢铁冶炼水平发展密切相关，通常身管都使用最好的钢材。为增加身管的综合性能，后来还在炮钢材料中加入铬、镍、钼、钒等合金元素，引入了能细化钢材晶粒的电渣重熔技术，发明了利用残余应力提高身管强度的自紧身管技术。另一方面，为提高弹丸初速，增加枪炮射程，身管变得越来越长，以世界流行的155mm火炮身管为例，早期身管长度为39倍身管口径，后来变为45倍身管口径，目前主流是52倍身管口径，近年来一些国家已经开始研发55倍身管口径的火炮。由于身管变长会带来重量问题和精度问题，火炮更远的射程需要靠火箭弹来完成。身管的发展伴随着材料的进步和身管长度的延展，是一条漫长的征途[1-5]。

4 膛线的彷徨

早期枪炮的身管内膛是光滑的，近代开始在身管内壁刻出旋转的螺旋槽，此即为膛线。步枪的英文翻译rifle就有膛线的意思。膛线作用于弹丸使其旋转起来，旋转飞行的弹丸具有良好的飞行稳定性，即弹头始终向前，这样一方面使弹丸具有良好的射击精度，一方面也能确保某些弹丸头部的引信先着地从而引爆弹丸。非但如此，膛线和弹丸的弹带作用可以更好地密封弹后的火药气体，从而提高弹丸的射程。目前大部分枪炮都具有膛线，迫击炮、无后坐力炮、火箭炮、反坦克炮一般没有膛线。早期的坦克炮都是有膛线的，后来坦克炮为了发射初速极高的合金穿甲弹采用了极高的膛压（700MPa以上），在这样高的压强下，膛线极易磨损，为此，现在大部分国家的坦克炮不再采用膛线，但是英国的主战坦克仍然保留着膛线。目前也有一些无后坐力炮和极少数迫击炮采用了膛线，我国较新的300mm远程火箭炮上也能看出明显的膛线特征，这些一般不采用膛线的火炮采用膛线后可以使弹丸微微旋转从而提高射击精度。膛线的出现是枪炮技术发展中的一次革命，但是可以看出膛线并没有“一统山河”，在一些枪炮类型上仍然存在有无膛线的“彷徨”[2-5]。

5 反后坐装置的惊喜

发射药在身管内燃烧后生成气体推弹丸向前的同时也给身管一个很大的向后作用力，对于大口径火炮来说，这个力可能达到700余吨，这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别大，从而降低了火炮的机动性。反后坐装置的“横空出世”彻底改变了这种状况，反后坐装置将炮身和炮架连接起来，射击时通过身管的后坐运动使得作用在炮架上的力大大减小（减小为身管上作用力的1/20左右），使火炮具有大威力的同时也具有良好的机动性，鉴于反后坐装置给火炮设计带来的巨大“惊喜”，其被称为火炮的“心脏”。非但如此，其与高效率炮口制退器配合，可以将炮架受力再减小一半以上;其采用前冲发射，炮架受力可以再减小60%以上。反后坐装置携手炮口制退器和前冲发射方式，很好地缓解了火炮威力和机动性之间的矛盾，使得“小车架大炮”成为可能，极大地推动了目前轮式、车载、超轻型大口径火炮的发展[2-6]。

6 自动机的挖掘

自动机是自动武器（自动枪械、高炮、航炮、小口径舰炮等）完成连续射击动作的核心机构。目前自动机类型主要是后坐式和导气式，譬如冲锋枪就是明显的枪机后坐式，AK步枪就是明显的导气式，我国的37mm高炮和57mm采用身管短后坐式，25mm高炮和35mm高炮则采用导气式。近年来，我国的转管炮技术得到迅速发展，大有引领世界潮流趋势，6管、7管和11管转管火炮在海军舰船上大量列装，非但如此，我们还把眼光盯向转膛炮技术，并在新式轮式35mm高炮上采用。转管炮和转膛炮将连续发射时的动作序列并行起来从而可以大大提高射速，譬如我国11管30mm火炮射击速度已经超过10000发/分钟，被称为“万发炮”。进一步的，近年来我国还引进了链式自动机火炮装备于直升机和装甲战车上，引进双管联动式自动机火炮装备于战斗机上。可以看出，近年来我国自动武器技术发展迅猛，除了传统的后坐式和导气式，其他自动机类型如转管式、转膛式、链式、双管联动式都得到了充分的“挖掘”，并在新式自动武器上加以应用[2-8]。

系统地了解《火炮与自动武器》课程中相关技术的发展脉络，思考其特点，可以更好地理解目前我军枪炮装备的结构原理，为使用、维修和革新装备奠定良好的基础，同时也极大地增加了课程学习过程中的趣味性。

【参考文献】

[1]马福球，陈运生，朵英贤.火炮与自动武器[M].北京：北京理工大学出版社，2003.

[2]谈乐斌.火炮概论[M].北京：北京理工大学出版社，2014.

[3]张小兵.枪炮内弹道学[M].北京：北京理工大学出版社，2014.

[4]张相炎，郑建国，袁人枢.火炮设计理论[M].北京：北京理工大学出版社，2014.

[5]潘玉田.炮身设计[M].北京：兵器工业出版社，2007.

[6]高跃飞.火炮反后坐装置设计[M].北京：国防工业出版社，2010.

[7]张相炎.火炮自动机设计[M].北京：北京理工大学出版社，2010.

[8]易声耀，张竞.自动武器原理与构造学[M].北京：国防工业出版社，2009.