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炮口制退器是谁发明的?有什么作用
火炮自诞生之日起就是主要的火力打击和压制武器,有战争之神的美誉。由于绝大多数火炮都是依靠火药燃烧产生的化学能来推动炮弹运动,根据牛顿第三定律和能量守恒定律,火炮在推动炮弹运动的过程中会产生后坐力。而炮口制退器就是通过在火炮炮口处加装腔室、挡板或侧孔等结构,降低火炮的后坐力,提升火炮的稳定性。
(火炮有战争之神的美誉)
早期的火炮由于没有采用炮口制退器和其他的缓冲装置,其自身后坐力极大,会对炮架、炮身等产生很大的影响,使火炮比较难控制。这就使得火炮经常在开火后需要重新推回炮位,不仅降低了火炮的精度和射速,还有可能对火炮和炮兵造成伤害。为了克服这一问题,人们将火炮的重量加大以减小后坐力,不过这也导致了火炮机动性的降低。而在1842年一位法国上校谢瓦利尔·特雷维尔·博利厄,发现在枪口上钻几个向后倾斜的小孔,可以有效降低步枪的后坐力,于是最早的枪口制退器出现了。而火炮的原理和步枪差别不大,1862年法国人随即便将制退器安装在了火炮上,效果非常明显。随后各国都开始研究炮口制退器相关技术,随着第一次世界大战的爆发,对于火炮的精度和射速要求越来越高,炮口制退器迎来了大发展。时至今日,炮口制退器依旧是火炮的重要组成部分。
(早期的火炮后坐力大,火炮的射速和精度都受到了很大影响)
炮口制退器的原理其实并不复杂,其主要是通过控制火炮发射时的气体流量分配和速度,使火炮产生向前的冲量,以此来减小火炮后坐力的。炮口制退器按原理可分为冲击式炮口制退器、反冲式炮口制退器和冲击-反冲式炮口制退器等。以冲击式炮口制退器为例,当火炮发射时,炮弹射出炮口后,高压燃气会流向炮口制退器。此时空间较大的制退器腔室,在流入高压燃气后,会迅速膨胀为高速气流。这些高速气流会流向制退器的发射面,产生一个向前的冲量,形成火炮的制退力以此产生对冲,减小火炮发射时的后坐力。而对于反冲式的炮口制退器,则是将高速气流经侧向扩张口向后喷出,以此来达到降低后坐力的目的。
(炮口制退器原理示意图)
(由上至下:冲击式炮口制退器、反冲式炮口制退器和冲击-反冲式炮口制退器)
炮口制退器可以有效降低火炮的后坐力,提高火炮的精度和射速,而且具备成本低廉的优势,得以大面积应用于各种类型的火炮上。不过,炮口制退器也存在一些问题。首先就是会产生较大的噪声。由于炮口制退器的原理是通过改变高速气体流量和分配来降低后坐力的,不可避免的会改变炮口的气体流场分布。而初始冲击波、超音速射流等会以压力波的形式向外传播,由此会带来较的炮口冲击波和噪声。这些冲击波和噪声会的人体的耳朵产生严重的损伤。其次,除了噪声以外,炮口也会产生较大的火焰。不仅火焰很容易暴露火炮的位置,还会干扰炮手的瞄准和操作,严重时可能会对炮手造成损伤。正因如此,炮兵在使用时还会采取一定的防护措施,保护自身的安全。
(炮口制退器附近的流场示意图)
(火炮开火时的火焰和噪声可能会损伤炮兵和火炮)
综合来看,炮口制退器是一种有效、便捷、廉价的设计,可以有效降低火炮的后坐力,提升火炮的精度和机动性。但它也不是完美的,也存在炮口噪声和火焰的问题,需要炮兵进行一定的防护才行。
美国那本《ENGINEERING DESIGN HANDBOOK GUNS SERIES MUZZLE DEVICES》(工程设计手册——枪炮膛口装置)一书中记载,世界上第一个炮口制退器是1842年由法军上校博留设计。
21年之后,法国人把这种炮口装置丢在了106mm炮上,它有36个60mm直径,向后方45度倾斜的孔。这种设计在当时取得了巨大成功,他让炮身射击时的后坐距离降低到只有之前的25%,而仅损失了6%的初速。
但这种制退器我没找到图片,根据描述,估摸着应该是长这样
而制退器的作用就很简单了,首先炮身的后坐力并不光是射出炮弹的反作用力,毕竟火药燃气从膛口往前喷射时也有会带来额外的后坐力,而制退器改变燃气出口方向(从前面改到侧面)就能很好的减少这种因燃气出膛带来的后坐力。
而且比较常见的冲击式制退器都有反射挡板,可以让燃气前冲到挡板长,形成一个前冲的力来抵消一部分后坐力。
至于为啥要用制退器?继续看动图老实的炮既没有制退器,也没有液气缓冲装置,开一炮之后整个炮会后退一大截(如果驻锄固定,也有可能导致炮身上跳),结果就是你想开第二炮又得重新归位,再瞄准。后坐力越小,二次瞄准速度越快
谁发明的不知道。
作用可以讲讲:
其实就一个作用,抵消部分后坐力,减少后座量,从而保持火炮整体稳定。
我见过且动手拆装过的火炮炮口制退器有2种,一种叫烟管式,05式155自行榴就是,57高好像也是烟管式的。还一种是喷气窗式,66式152加榴、59-1式130加农就是喷气窗式的制退器。
值得一提的是,此次参加阅兵的pcl181型车载155加榴炮,其试验期间使用的是烟管式制退器,但列装后改为喷气窗式,明显是南理工后来进行了改进,原因不明。
以66式152加榴炮炮口制退器为例,自重大概是80公斤左右(记不太清楚了,反正比152闩体轻不了多少),它的效率是非常高的,最大可抵消高达42%的后座动能。
值得一提的是,火炮在完成大修或反后坐装置分解修理之后,往往需要试射来检验反后坐装置的修理质量,这时候是要取下炮口制退器进行射击的,所有后座动能全部作用在反后坐装置上,这样都不漏液漏气那肯定就是修好了。
最早的炮口制退器是法国人在1842年应用的,其实用发明这个词不是很准确,因为火炮是慢慢发展到如今这个样子的,炮口制退器应该是火炮发展到某个点后出现的。当初法国人的炮口制退器很简单,就是在炮口处开一组斜孔,这样一来就能大幅降低火炮产生的后坐力,也能提高射击精度。而且那时候火炮采用的还是刚性炮架,炮口制退器的作用就尤为重要了,但是炮口制退器被大量应用,还得等到上世纪30年代。下面我就从作用、缺点以及分类来浅谈一下炮口制退器。
炮口制退器的作用
炮口制退器可以控制火药燃气在炮口处的流量,方向和速度,在刚性炮架上面能够大幅减小后坐力,提高射击频率。在弹性炮架上则更多的体现在减轻反后坐装置以及炮架的压力上面,因为压力一旦减少,那么炮架的尺寸,后座的距离以及反后坐装置的结构重量都会减小,这样一来整门炮的质量就会降下来,从而提高了机动性。所以现代的绝大多数炮口制退器都能够起到缓解火炮威力和机动之间矛盾性的作用。此外炮口制退器一般应用在大口径火炮上面,因为对于+++火炮来说炮口制退器减少的那些质量对机动性的影响不大。此外在一些坦克上面也会大量应用炮口制退器,因为炮塔空间本来就小,再加上坦克使用的都是定装弹药,所以后座距离应该是越小越好。
炮口制退器的缺点
▲上世纪法国为了应对苏联开发的140毫米炮版本的勒克莱尔,别看只是增加了20毫米,但是对于反后坐装置、输弹以及炮塔结构来说都是个不小的挑战,于是在坦克上已经消失了很久的炮口制退器就再次出现了,虽然法国人也知道这样做的弊端,但是为了让勒克莱尔能扛起这门巨炮,也只能这样了
当然炮口制退器也并不是百利而无一害,因为它控制着火药燃气的速度,方向、体积等,所以在发射的过程中容易产生大面积的烟雾、冲击波以及噪音,这些对炮手的视野,承受能力以及火炮的隐蔽性都会产生影响,而且无缘无故在炮口多出了一个铁疙瘩,增加的质量倒是其次,炮管有可能发生微量的变形,对于一些远程火炮来说几微米的形变都有可能造成极大的偏差,而且在火药燃气的作用下,带有炮口制退器的炮身更加容易产生振动,从而影响火炮的射击精度。此外炮口制退器会影响弹丸后续的飞行过程,这对于常规火炮来说并不算什么,但是属于追求极致精度(尤其是首发命中率)的坦克炮来说,炮口制退器的弊绝对是大于力的,这也是战后很多坦克取消了炮口制退器的重要原因。
炮口制退器的分类
▲上图分别为冲击式炮口制退器和反冲击式炮口制退,两者在外观上差距较大,发冲击式的侧孔又小又多而且必须是向后的斜孔,所以加工难度较大,而冲击式的侧孔又大又少,如今多使用冲击式的炮口制退器,下图就是两者的事物对比图
从作用效果上来说炮口制退器可以分为两种:冲击式炮口制退器和反冲击式炮口制退器。冲击式炮口制退器就是利用火药燃气给予炮口制退器一个向前的力,这一来这个力就能抵消一部分的后坐力,最后一部分的火药燃气通过侧孔流出,一部分的火药燃气从炮口流出,为了利用这股从炮口流出的火药燃气便诞生了多室的炮口制退器,这样一来几乎所有的火药燃气都会作用到炮口制退器,从而有效的减少后坐力。反冲式的炮口制退器则完全不同,当火药燃气进入炮口制退器后就会从大量细小的喷孔向后喷出产生一个反推力,在这股反推力的作用下炮管得到一个向前的推力,从而抵消了一部分的后坐力。
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