枪械作为发射动能弹丸的工具,在牛顿定理的理论框架下运行,作用力和反作用力作用在不同物体上,同生同灭,不可能抵消。但可以去平衡。从事武器设计的工程师一辈子都在思考如何利用作用力,如何化解反作用的问题。
根据现有文献记载,最早发明无后坐力炮的是列奥纳多·达·芬奇(Leonardo da Vinci)。他设计了一种双向发射炮,将发射的反作用力由向后的平衡体来承担,将人或固定平台转为第三方,实现了无后坐力发射。当1687年牛顿在论文《自然定律》中揭开运动定律相关的理论后,成天琢磨造武器打仗的技术人才立即将此应用于作战武器,既然作用力与反作用不能彼此抵消,那么找个第三方来背锅,通过平衡的方式化解火炮射击时产生的反作用力或后坐力(这两个概念是有差别的,但又相近,在这里就混谈吧)。
在军事装备爱好者的认知范畴内,无后坐力炮的概念颇为熟知,然而,对于无后坐力枪的了解则相对较少。尽管枪与炮都是通过火药燃气产生的压力来发射弹丸的武器,它们在本质上存在着共通之处。无后坐力炮的诞生,主要是为了减轻或消除发射时产生的反作用力对操作人员或发射平台的不利影响。鉴于炮作为重型武器,其发射时产生的反作用力远远超出了单兵所能承受的生理极限,为了获取强大的战术效果,人们开始致力于研究如何有效抵消这种反作用力,而无后坐力炮的研制便是这一努力下的重大成果。然而,对于枪械而言,由于其设计轻便,单兵能够轻松手持操作,因此似乎没有必要去研发无后坐力枪械。也正因如此,我们迄今为止尚未见证过无后坐力枪的实际存在。
追溯枪械发展的历史脉络,一个贯穿始终的核心议题是人类不断探索枪械与人类能力之间的动态平衡。结合当前枪械设计的现状来看,设计理念已从传统的“人适应枪械”模式,显著转变为“枪械迁就人”的现代理念。现实中,人能够适应枪械,那么还有必要研究无后坐力枪械吗?虽然比较冷门,但这是非常有必要的事情,因为研究本身就是探索,或许真的成功了,无后坐力枪成为现实,人或机器就会过的更为舒适。
论文公开的技术方案
在《高初速无后坐力枪设计与内弹道稳定性》这篇研究论文中,作者设计了7.62mm无后坐力发射系统方案。它的原理是在弹膛尾部增加一个拉瓦尔喷管,在点燃底 火后,待弹膛内压力上升至一定范围后打开拉瓦尔 喷管阀门,将火药气体从拉瓦尔喷管中加速喷出, 从而抵消弹丸向前运动的冲量。
从原理图来看,将弹药采用无壳方案,弹头被发射,感应点火与封口等器件从拉瓦管向后排,其余要么燃烧成气,要么被烧的尽光。枪体由枪管、弹膛和拉瓦管,枪弹装入弹膛后拉瓦管完成闭锁,猜测就是枪机上钻出一个拉瓦洞。弹药击发采用了感应点火,内弹道过程可以分三个阶段,分别是点火与闭膛燃烧、尾喷打开和开膛燃烧。整个发射过程中,膛内的火药气体出现平衡,在两端反向流窜,一部分经弹膛尾部从拉管喷出,另一部分随弹丸移动,过程与单兵导弹完全不同,火药气体作用力推动弹丸运动,反作用喷射的气流又对枪体产生前推,这个过程有一股发射枪的魔幻,不用说,绝对实现无后坐力发射,但枪也被推着往前跑,搞傻读者啊!。什么是后坐力?后坐力就是发射过程中产生的反冲力,发射过程中枪体向后运动,后坐力向后,要是枪体向前运动,这个应该也算后坐力吧!
带着疑问继续阅读论文,看看枪体有没有被发射。
从上图可知,在优化的设计参数下内弹道时间约为1.4ms,最大膛压为365.4MPa,弹丸初速为960m/s。无后坐发射过程后坐力在起始阶段基本为0,随着时间的增加后坐冲量逐渐增大(正值表示向弹丸运动的反方向),在0.4ms后坐冲量达到最高,为1.35N•s,随后由于拉瓦尔喷管的推力大于向前推力,造成后坐冲量的降低,直至后效期结束(1.4ms)后,后坐冲量降低为-0.06N•s(负号表示前冲)。
从上述测试情况来看,枪体并没有被发射,而是朝着与弹丸相反的方向运动,文中内容已经讲得很清楚了。
在这样的技术方案下,要通过拉管实现对弹丸的发射,必须要多多多吃药,要不然达不到效果。从内弹道参数两看,可燃药筒的质量为8.5g。为了验证模型与内弹道稳定性,分别装入3g、5g、5.2g、5.4g发射药进行试验,整个发射药的总质量超过弹丸质量。发射弹丸的V10依次为740m/s、820m/s、880 m/s、900m/s。从测试的压力曲线来看,当装药量为5.2g时,内弹道设计参数达到了较为稳定的状态,装药量至5.4g以上时,弹丸能够达到900m/s(V5),可以在实现无后坐力发射的基础上提高弹丸侵彻威力。
论文中没有对枪体的后坐力测试内容,但开展了悬吊后坐试验,将弹道枪悬吊在空中,测试了在发射冲击下弹道枪在枪管轴向的位移量,文中内容对悬吊后坐测试相关情况比较保守,没有给出悬吊系统试验的详细参数,就是一句话晃过:测试数据表明弹道系统在枪管轴向的晃动量最大值为1.8cm,根据机械能守恒定律可计算得到后坐冲量为1.5N•s,达到了后坐力的抑制效果。从内弹道膛压曲线来看,整个发射过程3ms,后坐冲量为1.5N•s时,计算出平均后坐力约500N。
用户11xxx87
开枪也要清空后方?