枪械基本原理之一:枪械自动原理

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枪械基本原理之一:枪械自动原理

枪械基本原理之一:枪械自动原理 自动枪械之所以能够自动完成装填、击发、抛壳等机构动作,几乎都是以火药燃气作为动力来源的。根据其利用火药燃气的方式不同,可分为不同种类的枪械自动原理,枪械常见的自动原理大致可以分为管退式、导气式和枪机后坐式三大类。武器选用不同的自动原理,主要是由其战术要求和技术特点所决定的。

管退式,顾名思义就是通过枪管后坐带动机构动作的自动原理,1883年,美国人海勒姆·史蒂文斯·马克沁设计的世界上第一挺真正意义上的机枪——马克沁机枪采用的就是管退式原理,因此管退式原理是使用得最早的自动原理。采用这种原理的枪械枪管是浮动的,可以在机匣上前后移动,枪弹发射后后坐力推动枪管后坐,带动枪机等其他零件动作完成自动循环。按照枪管后坐的形成长短,可以分成枪管长后坐和枪管短后坐两类。

枪管长后坐的武器,当枪弹发射后枪管推动枪机一起后坐,在整个后坐过程中枪管与枪机始终不分开,枪管后坐距离等于枪机后坐的距离,只有当枪管与枪机后坐到位开始复进的时候,枪管与枪机才分开,抛出弹壳。复进过程中枪管先复进到位,然后枪机才开始复进,推第二发弹入膛,最后与枪管尾端扣合做好第二次击发的准备。因为枪管的后坐行程很长,后坐部分的质量较大,后坐速度较低,加上复进中是枪管先复进到位,枪机才开始复进,所以采用这种原理的武器射速较低,现在已经基本不见使用,只有在一些早期设计的自动武器中能见到这种设计原理,例如在一站中使用的法国绍沙M1915轻机枪。

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法国绍沙M1915轻机枪是少数几种采用枪管长后坐原理的步兵自动武器

枪管短后坐的武器,当枪管在后坐力驱动下后坐时,先是和枪机一起后坐一小段距离,然后与枪机脱开,枪机在惯性作用下继续后坐完成退壳、再装填动作。枪管与枪机脱离后,或在枪管复进簧的作用下复进到位(如美国M1919A4机枪),或在枪机复进时靠枪机推回初始位置(如我国54式手枪)。为了保证枪机有足够的动能带动其他零件运动,采用这种原理的武器常带有枪机加速装置,以增加枪机后坐速度和减慢枪管后座速度。例如美国M1919A4机枪的枪管节套后方就有左右两个对称的加速子,枪管后坐时枪管节套撞击加速子,加速子向后猛甩,使枪机加速后退。但采用枪管短后坐原理的手枪中,由于手枪初速小,枪管短而轻,枪机比枪管重,枪机后坐的动能足够带动其他零件动作,所以枪管短后坐原理的手枪不带有加速装置。

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美国M1919A4机枪上有加速装置(弯钩状的零件)加速枪机后坐枪械基本原理之一:枪械自动原理 - 砖家 - 砖家的军事博客
勃朗宁大威力手枪的枪管短后坐原理示意图,可以看到蓝色的枪管在和套筒(相当于枪机)一同后坐一小段距离后,在绿色的开锁突耳作用下与套筒脱离,停止后坐,而套筒继续后坐退出弹壳

枪管短后坐原理有许多明显的优点,比如动作可靠、后坐力较小,射速较高等,所以很多机枪都采用这种原理,但是因为这种原理的零件较多,结构比较复杂,再加上枪管在射击时会前后运动,时间长了因为磨损等原因,枪管和机匣之间的配合间隙会扩大,会影响到射击精度,所以那些对射击精度比较高的武器比如步枪采用这种结构的就很少。美国M1941约翰逊半自动步枪是少数几种采用枪管短后坐原理的步枪,但因为性能比采用导气式原理的M1伽兰德半自动步枪逊色不少,所以没有成为美军制式装备。

导气式原理是通过在枪管上开孔,引出部分火药气体推动枪机等零件动作的自动原理。根据火药气体推动枪机的不同方式,可以分为短活塞行程、长活塞行程、和导气管式三类。

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导气式原理的结构示意图:图中1为枪管通向导气管的导气孔,2为活塞头,3为活塞杆,4为枪机,5为枪机框,6为复进簧和导杆

短活塞行程的武器,活塞和枪机框是分离的,活塞在火药气体下只运动一小段距离推动枪机框,枪机框在惯性的作用下继续后坐带动枪机开锁,抛出弹壳。采用这种原理的武器因为活塞和枪机框枪机组件分离,活塞轴线和枪机导轨的平行度要求不高,生产装配比较容易,射击精度也较好,因此很多自动步枪、班用机枪都采用这样的原理,例如德国G36枪族、俄国的SKS半自动步枪(中国的56式半自动步枪),中国的81式枪族等。

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这是国产81-1自动步枪的不完全分解图,图中可以看到活塞(1)和枪机框(2)是分离的两个零件,活塞并不和枪机框一起完成后坐复进全程。

长活塞行程则相反,它的活塞和枪机框是连在一起的整体,共同运动。这种原理的武器结构简单,分解擦拭容易,可以将枪机框和活塞一并取出,但是活塞轴线和枪机框导轨的平行要求就比较高,而且因为后坐复进的零件总质量较大,运动质心与枪管轴线的偏离也较大,所以后坐力对射击精度的影响也较大。苏联的AK系列枪族、郭留洛夫SG-43重机枪、美国的M60通用机枪等武器采用这样的动作原理。

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这是苏联郭留洛夫SG-43重机枪(我国仿制的称为53式重机枪)的发射机组件(右)和枪机枪机框组件(左),可以看到枪机框和活塞是一个整体

活塞式原理还有一个变种,那就是活塞筒式结构。采用这种结构的武器没有其他导气式自动武器都有的导气管和导气活塞,而是在枪管外有一个环形的活塞筒,枪弹发射后火药气体进入这个环形的活塞筒,推动环形活塞后坐。这种原理和其他活塞式导气结构没有本质区别,只是将与枪管平行的活塞改成了环绕枪管的,但这种结构活塞筒容易变形损坏,所以很少有武器采用。使用过这种结构的武器有德国二战时期少量生产的瓦尔特G41半自动步枪和捷克斯洛伐克生产的VZ52/57半自动步枪。

导气管式和活塞式完全不同,它没有活塞组件,只有一个导气管,枪弹发射后火药气体不是通过活塞,而是通过导气管直接吹入机匣气室,推动枪机后坐开锁。使用导气管式原理最典型的武器就是美国的AR-15系列步枪。导气管式结构最大的问题就是火药气体直接进入机匣,容易在机匣内积碳,还会造成机匣内产生锈蚀,因此导气管式结构的可靠性要逊色一些。在越南战争时期,由于M16自动步枪刚刚投入使用,一些设计和生产中的问题没有解决,热带丛林环境又相当恶劣,加上配用的弹药发射药被更改(AR-15步枪原本配用的民用的.223英寸步枪弹装的是火药残渣很少,燃速较高的发射药,而选为制式后,枪弹改用原本配用于7.62x51北约弹的发射药,改用的发射药火药残渣较多),一度造成故障频发。虽然后期通过一系列改进AR-15系列步枪的可靠性已经大大提高,但一般还是认为可靠性不如使用活塞式导气结构的自动武器。

有一些枪械,为了调节射速或者满足武器在不同环境中的工作可靠性,导气装置是可调的,通过调整导气孔通道的流量、气室的初始容积或者气室的漏气量来调节火药气体的能量。第一种比较典型的是英国布伦轻机枪、苏联RPD班用机枪、SG-43重机枪;第二种比较典型的是德国STG44突击步枪,美国M1伽兰德半自动步枪;第三种比较典型的是英国L1A1半自动步枪。

枪机后坐式是靠枪弹发射后作用在弹壳底上的后坐力直接推动枪机后坐完成自动循环的,具体可分为自由枪机式和半自由枪机式两种。

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苏联PPsh41冲锋枪采用的就是自由枪机式原理,图中银白色带有拉机柄的就是枪机,枪机后面有复进簧,射击时的后坐力直接推动枪机压缩复进簧后坐

自由枪机式是最简单的一种自动原理,它的枪机是“自由”的,也就是不需要其他零件带动,也没有闭锁装置,完全依靠枪弹射击后的后坐力推动后退。由于发射瞬间“闭锁”(实际上这种原理没有真正的闭锁机构)是依靠较重枪机的惯性和复进簧的力量实现的,因此只能发射威力较小的枪弹,如果枪弹威力大了,势必就要加重枪机质量和复进簧力量,否则射击时枪弹弹头还未飞出枪口,膛压还很高的情况下后坐力就推动枪机后退了,内部压力还很高的弹壳被抽出枪膛后薄薄的弹壳壁无法承受高膛压会造成炸壳事故,而加重枪机质量和复进簧力量,就会增大射击时武器的质心变化,增大射击时的振动和后坐力。正因为这样的特点,所以自由枪机式原理一般用在对射击精度要求不高的冲锋枪上,例如英国的斯登冲锋枪、美国的M3盖德冲锋枪、苏联的PPsh41冲锋枪等。一些小型手枪和运动枪支因为发射的枪弹威力较小,往往也采用自由枪机式原理,例如64式、77式手枪、建卫20半自动运动步枪等。

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一些半自动的小口径运动步枪比如这把建卫-20也使用自由枪机式原理,因为它们发射的.22英寸运动步枪弹威力很小

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其实使用自由枪机式原理的武器也并非都是“小威力”的,比如这个厄利空20毫米舰用高射炮就是一个例外,20毫米炮弹的威力可是一点都不小,但因为20毫米高射炮炮身较大较重,又有稳固的炮架支撑,弹药威力大,相应地使用更大更重的枪机(也许应该叫炮闩了)就能可靠地发射大威力的20毫米炮弹。也就是说,自由枪机式原理需要的“小威力”弹药其实是相对而言的

有一些使用自由枪机式原理的枪械,为了减少枪机后坐速度太快造成的一系列问题比如射击时震手、抛壳速度太快等,采用了一些增大抽壳阻力的方式让枪机抽壳、后坐的速度变得慢一点,最典型的就是64式手枪在弹膛内开的螺旋槽,螺旋槽能增大抽壳阻力,一定程度上能缓解射击震手、抽壳速度太快的缺点。在64式手枪击发后抛出的弹壳上,就能看到弹膛内的螺旋槽留下的螺旋形痕迹。

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64式手枪发射过的弹壳,上面有明显的螺旋槽痕迹

半自由枪机式原理是通过特定装置,使枪机后坐得以延迟,使膛压降低到安全程度再后坐的一种自动原理。和自由枪机式原理一样,它也没有真正意义上的闭锁装置,只是通过增加枪机后坐的摩擦阻力、改变后坐部件质量等方法使枪机延迟一定时间再后坐。这类武器对枪弹的适应性要比自由枪机式武器广泛,不论是大威力弹药还是小威力弹药都能适用。使枪机延迟后坐的办法有很多,例如使用滚柱(德国G3自动步枪)、利用斜面和摩擦力(美国M1928汤姆逊冲锋枪、M50莱辛冲锋枪)、利用火药气体压力(德国P7手枪)等。

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这是德国G3自动步枪的滚柱延迟结构示意图,射击后机头后坐,将卡入两侧凹槽内的两颗滚柱挤出凹槽,然后机头和枪机一起后坐,滚柱起到了延迟枪机后坐的作用。德国在G3自动步枪上运用这种原理成功后,又利用该原理设计了著名的MP5冲锋枪。因为使用这种原理的武器射击精度很高,所以MP5冲锋枪成为反恐怖部队使用最广泛的近战武器。不过滚柱延迟半自由枪机结构比较复杂,加工难度大,所以只有德国、捷克等少数国家才使用这种闭锁结构。

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美国M1928A1汤姆逊冲锋枪的枪机上有一个H型的黄铜滑块,黄铜滑块在枪机和机匣对应位置的斜槽内滑动,利用摩擦力来延迟枪机后坐。不过也有人认为,这个H型的黄铜滑块纯属多余,因为在去掉了H型滑块后,M1928A1冲锋枪依然能够安全地射击,只是理论射速稍微提高了一点。二战爆发后大量生产的M1、M1A1汤姆逊冲锋枪为了简化生产,将这个H型滑块取消,适当加重了枪机,将半自由枪机式原理改成了更简单的自由枪机式原理。

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