形形色色的膛口装置
★枪械基础知识之二
枪械分类在枪械基础知识中,是最为人所熟知的部分。一个初学者也能较好的区分出手枪和步枪。而枪械的膛口装置,则是枪械上的一个小部件,看起来十分不显眼,专门介绍膛口装置的科普刊物也非常少,而且不全面,甚至有一些错误。笔者以兵器工业出版社的《自动机结构设计》一书为基准,尽量用通俗的语言介绍膛口装置。
◎ M82反器材步枪的制退器示意图,红色箭头为枪口方向,气体冲击制退器前壁(蓝色部分),会产生向前的力(绿色);气流沿侧壁喷出,向后的气流(黄色)产生反向推力(粉色),反向推力有向前(蓝色)、向右(白色)两个分力,制退器左右对称,向右的分力抵消,剩下向前的分力抵消后坐
◎ 正在发射的加装冲锋枪套件的格洛克手枪,膛口气流流场已经极不对称,这大多对精度产生不利影响
◎ 膛口装置大多位于枪械的最前方,不显眼,图为AKM步枪,防跳器位于红圈内
◎ 一部分比赛手枪上也会加装制退器,比如这支IPSC比赛版的M1911,加装了防跳制退器膛口装置,大致可以分为制退器、助退器、防跳器、消焰器、消声器五类。它们都是通过控制后效期火药燃气流量、气流方向和气流速度,来达到某种目的的能量转换装置。通俗地讲,就是通过改变枪管末端(枪口)的燃气的流量、方向和速度,完成减小后坐、增加后坐、减小上跳等一系列目的的装置。
制退器
顾名思义,制退器就是用来“制止后退(后坐)的器具”。制退器的意义在于可以降低枪械射击时对射手或者载体(飞机、坦克)造成的影响,降低对载具强度的要求,也可以减轻射手的疲劳。
一般说来,后坐力较小的武器,比如手枪、冲锋枪等很少加装制退器。后坐力较大的武器才会加装,并且随着后坐力的增大,制退器的体积和重量也会越来越夸张。最典型的是12.7毫米口径的反器材步枪上,无一例外全部加装制退器,而7.62毫米的狙击步枪,只是部分加装制退器,且体积都很小。
一般读者容易对制退器产生一个疑问:制退器会不会降低枪械的射击精度?的确,枪械加装制退器后,制退器会改变膛口(枪口)处的气流分布,使气流朝着人为设定的方向改变。这种“非自然”的气流确实会对枪弹的运动产生不利影响,影响精度。但制退器更坏的影响是严重干扰枪管的振动规律。实际射击时,枪管并非像我们想像的那样一动不动,而是在高速颤动和弯曲的。此时在枪管最前方加“挂”了一个重达几十克甚至上百克的制退器,工作时会产生很大力量,除了减轻后坐外,也会恶化枪管的振动规律,对精度产生很不利的影响。尤其是对于连发射击或者追求高精度的武器影响更为显著。
但制退器的作用就是为了降低后坐。如果射手和载体根本承受不了枪械的后坐力,就别想有效射击,更别提精度了。此时加装制退器,枪械可以有效射击,精度反而是提高了。因此制退器到底是有利于精度,还是不利于精度,要辩证地看。就表现而言,同样追求高精度的狙击步枪,7.62毫米口径的往往是尽量不加制退器,而12.7毫米口径的则是非加不可了。
制退器的结构五花八门,在枪械上最常见的加工方法就是向斜后方对称开孔,让火药燃气向前冲击制退器前壁,抵消一部分后坐力。此外,让火药燃气对称向侧后方喷出,产生一个向前的反力,也可以降低后坐力。这种制退器加工较为简单,在各类枪械、火炮中常见,比如大名鼎鼎的M777榴弹炮,就采用了这种制退器。◎ M777发射时明显可以看出燃气左右喷出
◎ MG34助退器特写,可见中间有一圈供调节用的凹槽,调节它就可以调节射速
◎ 助退器原理示意,红色的为枪口方向,气流在枪管和助退器之间膨胀,因为助退器固定,气流推动枪管向后运动
◎ 管退式原理的MG34机枪就有一个助退器(红圈)
◎ 美军的空包弹助退器大多涂成红色、黄色等比较醒目的颜色助退器
从字面上看,助退器是“帮助后退(后坐)的器具”。许多读者可能会问:我们都希望减小后坐力,所以才有了制退器,那这个助退器又是干嘛的呢?其实,这个助退器多用于管退式原理的武器上。
管退式武器利用枪管后坐赋予自动机能量,而枪管本身又大又沉,非常笨重,运动不便,因此管退式的武器很难达到很高的射频(射速)。为了增加射频,许多设计师都会给管退式武器安装一个助退器,把膛口火药燃气的能量导出一部分,用来推动枪管后坐,以此增加射频。这种机构在管退式武器上较为常见,比如德国的MG34机枪,就安装有这种助退器。
助退器的原理较为简单。以MG34机枪为例,枪口的火药燃气在助退器内膨胀,而助退器固定在枪管外的散热套上不可移动,火药燃气就只能推动枪管运动。前后调节助退器,就可以调节枪管和助退器之间的空腔体积,进而改变火药燃气推动枪管的能量大小。MG34机枪射速可调,就是如此实现的。
此外,还有一种名为“空包弹助退器”的膛口装置,但它不能和制退器一概而论。众所周知,空包弹是用来演习、训练、拍电影时的一种特殊枪弹,为了安全起见没有装弹头。枪械发射这种枪弹时,火药燃气没有了弹头的阻碍,就顺着枪管畅通无阻的“溜出”枪口。枪械“泄了气、没了劲”,膛压很低,后坐能量严重不足。此时的枪械,没法完成正常的自动动作,射手只能手动拉枪机完成抛壳、进弹等动作。此时的枪械就只能打一发拉一发了。但这种做法无法很好地模拟现代自动武器的特征,自然让人不满。于是人们开发了空包弹助退器。它的基本思路就是把枪管堵住一部分,以此增大膛压。这类似大家用手指堵住水管,水管内的水外流受阻,压力增大,喷出的水就更“有劲”了。空包弹助退器正是采用这个原理,通过减小截面积,增大武器的膛压,利用更“有劲”的燃气使枪械完成和发射实弹时相同的自动动作,保证了枪械在发射空包弹时,也像发射实弹一样操作。◎ 美军空包弹助退器特写
◎ 苏联枪械的空包弹助退器则偏爱银白色和灰 色 ,图 为AKS-74和它的空包弹助退器
◎ M855枪弹“全家福”,右起第五个就是空包弹
◎ 伯莱塔93R冲锋手枪的防跳器位于枪口,左右对称
◎ 非常独特的AKM防跳器,蓝色位置为正上方固定卡笋,可见制退器确实是偏置的
◎ 格洛克18手枪顶部共有4个开槽(被遮住了2个),利用气体上喷抑制枪口上跳防跳器
防跳器则是减少射击时枪口跳动的装置。它和制退器的思路基本一样,制退器是为了“抵消”一部分后坐,而防跳器则是抵消一部分的枪口上跳。它们的作用都是一样的——对精度,尤其是连发精度都十分有益。
正因为防跳器和制退器的目的基本相同,所以哥俩大多组合成防跳制退器使用。防跳器的布置方式同样多种多样,最“简单粗暴”的做法就是在枪口上方打洞,让一部分燃气上喷,产生的向下反力就可以减小枪口上跳。
如今,防跳器中最广为人知的就是AKM的制退器了。这个制退器斜向右上方斜切口,火药燃气会向右上方喷出,产生一个反向力,迫使枪口向左下方修正。但这是针对AKM步枪的特点设计的。更多国家的防跳器,只是向上方开孔/槽,或者对称布置,而不像AKM这样斜置。
消焰器
消焰器是减弱或消除枪口火焰的装置,现代枪械的标配,同时也是最容易被“误会”的一种膛口装置。许多人把枪口焰的成因简单化地理解为——“枪械射击时,尤其是连发射击时,枪口不完全燃烧的火药燃气,遇到空气会发生剧烈燃烧,发出明亮的火光”。这种观点实际上并不科学。
枪口焰的成因,一般而言有三个方面。1.在设计枪械内弹道时,火药燃气燃烧终点在膛口外。简单说就是,弹丸飞出枪口时,火药还没有燃烧完,在膛外继续燃烧,形成火焰。这个现象是由设计造成的,一般在短枪管步枪上出现。即使燃烧终点在膛内,有时仍有部分未燃尽的药粒在膛外燃烧形成火星,这是由火药质量造成的,不是普遍现象,有一定的偶然性。◎ 短枪管武器,尤其是手枪,枪口焰通常非常明显,比如这支FN57手枪,枪口焰比步枪还要“华丽”
◎ AKS-74U并非只要“喇叭口”,还有一段圆柱形膨胀室
◎ 消声器形式多种多样,但原理大同小异,图片左右是两“堆”消声碗2.负氧平衡。火药在膛内的燃烧生成物,有大量的一氧化碳、甲烷、氢气等氧化不完全的气体,占到膛口总气体量的60%左右。这些高温高压气体喷出枪管后,和空气中的氧气混合,混合后的气体达到点火温度后,立刻燃烧形成火焰。
3.高温的固体、液体粒子和气体分子产生热辐射,形成光亮。这其中的粒子,部分是火药残渣,部分是枪弹和枪管摩擦产生的金属微粒,这些微粒降温很慢,向外喷射时,就会形成明亮的火星。
此外,我国还将枪口焰划分为前期焰、一次焰、枪口辉光、中间焰、二次焰五部分,在此就不详细介绍了。
枪口焰轻则暴露射手的目标,黑夜条件下,甚至会造成射手的短暂性致盲。想要减小枪口焰,简单说就是“膨胀、遮蔽”。具体说来,一般有三种方法。
第一,屏蔽前期焰和一次焰。这种做法大家可以理解为,消焰器通过自身体积“遮”住了一部分枪口焰。
第二,降低膛口或压燃气温度。降低温度,多用膨胀的方法来解决。燃气出膛口前,先经过一段膨胀室,和较冷的空气充分混合降温,就可以降低燃气温度,失去了产生火焰的条件,起到降低枪口焰的作用,
第三,降低出口处的火药燃气压力。降低压力的做法,同样也可以通过膨胀来解决。气体进入膨胀室后,体积增大,压力自然减小,起到减压的作用。
除了膨胀室外,枪管最前方的“喇叭口”也是一种降压降温手段。气流流经喇叭口后,会被进一步扩散、分离,起到降温降压作用。此外,长枪管本身就是一个巨大的膨胀室和遮光罩,具备良好的消焰能力。二战时日本的三八式步枪枪口焰极小,就是拜超长枪管所赐。因此,消焰器虽是现代枪械的标配,但并非都是“刚需”。而短枪管枪械,由于枪管短,膛口(枪口)膛压较高,气体扩散得比较厉害,甚至火药根本来不及耗完(即燃烧终点在膛口外),短枪管枪械的枪口焰通常让人难以忍受。因此,消焰器是“刚需”。
消焰器中,较为著名的就是AKS-74U的这种带膨胀室的“喇叭口”消焰器了。这个膨胀室的功能还有很多。一般气体进入消焰器后,先在圆柱形膨胀室内膨胀,完成减压、降温的目的,再进入喇叭口中,气流进一步分散、喷出。同时,膨胀室串联喷口(喇叭口)长度很长,也能较好地遮蔽一部分的枪口焰。由于膨胀室体积大、消焰器长,外观并不讨喜,但效果很好,因此我国95式短步枪上也采用了这种消焰器。不过,由于枪管太短,即使加装了这种制退器,AKS-74U的枪口焰还是较为明显的。
消声器
消声器是可以消除或减弱枪械射击时枪械噪声的装置。不同于大家耳熟能详的消“音”器,消“声”器才是这类膛口装置的正确名称。毕竟,“声”才是“声光热电力”五大物理现象之一,而“音”则不是。但如今,“消音器”这个名字更加普及,比消声器更广为告知了。相形之下,消声器貌似成了错误名称。但严谨地说,还是应该称呼为“消声器”。
提起消声器,就不得不说现在的“抑制器”,抑制器来自消声器的英语“suppressor”,直译就是“抑制器”。很显然,这个直译的结果并不好,因为抑制器没有说明抑制的到底是什么。是枪口上跳?或者是后坐力?指代并不明显。而消声器这个名字就非常的精确、生动。
消声器体积都比较庞大,内部设计颇为复杂,其基本思路就是让膛口的“焦躁”气体在消声器内多膨胀、多做功,以便“平淡”地走出消声器。由于消声器巨大的体积,气体在其内可以很好的膨胀,因此一个消声器的消声效果可能并不佳,但消焰、消烟效果还是会很好的。
这里面就牵涉到一个认知误区了,以为消声器只能消声。消声器最大的任务固然是消声,但同时也要消焰、消烟,最好达到无声、无烟、无焰的“三无”效果。一支良好的微声枪械,它的“三无”特征往往都要很好。比如我国的85式微声冲锋枪,就可以做到夜间单发射击时,距枪口50米处看不到光;白天单发射击时,距枪口50米处看不到烟。◎ 消声器结构示意图,其内部有复杂的消声瓦,真实的消声器结构更复杂
◎ 近年比较流行的一体消声器,消声瓦直接加工出来,结构更紧凑,但也更难加工
◎ M4卡宾枪的膛口装置,内壁是喇叭口,可以消焰;侧壁有6根开槽,小股气流由此排出,进一步降温降压,利于消焰;气流冲击6根槽前端,理论上有部分制退效果,是典型的多功能膛口装置
◎ 一支从未清理过的消声器,里面已经堆积大量残渣
◎ SCAR-H膛口装置尾端的太阳环在安装消声器时,充当消声器固定装置,防止消声器旋转,实现快拆快装
◎ 头部为锯齿形的消焰器可以当做破窗器使用关于消声器还有一个误解,就是“消声器完全没有声音”。其实,除了使用专用特制微声枪弹的专用微声武器,大部分加装消声器的普通枪械,枪口噪声还是相当可观的。一般说来,普通枪械加装消声器后,可以把枪口噪声降低20到30分贝左右,这已经是一个相当好的效果了。
因此,许多人说道,枪声高达140分贝,降低20分贝又有何用?消声器岂不是没有什么效果了?其实,造成这个“误解”的原因,就是大家对声音响度的量纲——分贝的误读。
分贝单位不是简单的十进制运算。理解分贝值需知道高中学到的lg函数。分贝的定义是声源功率(P)与基准声功率(P0)比值的常用对数乘以10。简单说来,分贝本身表示的是倍率,声源功率相比于基准声功率大10倍,则分贝数为10,大100倍,则为20分贝,大1 000倍,则是30分贝。也就是说,分贝每增加10,声源功率相比于基准功率增加10倍。
因此,50分贝相比25分贝的噪声,绝对不止大了一倍,消声器降下来20分贝是极其有意义的。消声器绝不像有些人所说的那样,加不加都一样。
消声器的具体结构多种多样,但基本思路大同小异,都可以概括为“多级减速、多级耗能”。以消声器结构图为例:从枪口喷出的火药燃气经过消声碗时,受到阻力,在碗内膨胀、减速,把气体的能量消耗掉。火药燃气依次经过每个消声碗,流出消声器时,气体的速度、压力已很小了,气流对大气的冲击减小,达到了消声的目的。当然,这仍然是最简单化的消声过程。
同时,由于火药燃气在消声器内减速,火药残渣外排受阻,消声器内极易“藏污纳垢”。因此,消声器的清理向来很麻烦。为此,各国多用防锈蚀的合金材料制作消声器,即使如此,消声器的寿命仍然很难达到枪械本身的寿命。
多功能膛口装置
前文介绍MG34的助退器时,细心的读者可能会发现,燃气除了推动枪管向后运动,还冲击了助退器前壁,起到缓冲后坐的作用,事实就是如此。MG34的膛口装置是一个助退、制退、消焰器,是典型的多功能膛口装置。实际上,绝大多数的膛口装置,都不止有一个功能,都是多功能的膛口装置。文中为了讲解,把许多膛口装置的功能剥开了。
但所谓的多功能膛口装置,并不是功能越多越好。一个膛口装置,可能有消焰、防跳、制退等多个功能,但实际上,能完成一个功能就颇为不易。比如前文出现的AKS-74U的消焰器,气流冲击膨胀室前壁,也可以起到一定的制退作用,但由于没有侧壁开孔,制退效果微乎其微,因此仍认为AKS-74U的膛口装置只是一个消焰器。
此外,近些年国外也出现了一些新的膛口装置,比如非常流行的“攻击头”,可以用来破窗,应急时还可以进行格斗。一些枪械的膛口还加装了一圈“太阳环”,用来配合安装消声器。但这些显然只是辅助功能,并不能从5种膛口装置中再独创一个类别来。
枪械的膛口装置至此介绍完了。下一节中,笔者将为大家介绍一系列关于枪弹的知识。
[编辑/何 懿]
《兵器知识》2017年3月第3期 目录
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