各色枪口装置之防跳器、消焰器
前文回顾:各色枪口装置之制退器、助退器
枪口防跳器
大多数枪械枪管轴线高度都高于重心,因此在射击时,除了水平向后传递的后坐力外,还不可避免地有向上翻转力矩存在,也就是枪口跳动。
对单发武器来说,枪口跳动理论上不会影响正在发射的这发枪弹射击精度,因为当枪口跳动出现的时候弹头已经飞出枪口了;但连发武器就不一样,在连发射击中,上一发枪弹射击产生的跳动会影响到下一发子弹,下一发又影响到再下一发……跳动还会累积,造成射弹明显偏上,这时候可能就要加装枪口防跳器了。
常见的枪口防跳器基本结构是让一部分火药燃气朝上喷射,抵消部分枪口上跳力矩。例如苏联PPSh-41冲锋枪,其射速很高,有900-1000发/分,为降低枪口上跳,其枪管护筒前端故意做成斜面,顶端开口,让火药燃气冲击前端斜面后向上喷出,起到抵消上跳力矩的作用。
PPSh-41冲锋枪枪管护筒前端设计成斜面,顶部开口,底部不开口,让火药燃气冲击斜面后朝上喷射,抵消上跳力矩。
二战中苏联的另一种冲锋枪PPS-43冲锋枪枪口也有防跳器,用两块条状钢板十字交叉点焊在上机匣前端,用铆钉固定,并做折边,就起到了枪口定位板、枪口防跳器和准星护翼三个零件的作用,看似简单,实则简洁巧妙。射击时,火药燃气一方面向上泄出抵消部分上跳力矩,另一方面冲击防跳器前壁,产生前冲冲量,还起到部分制退器的作用。
PPS-43枪口防跳器特写,构成枪口防跳器的这块钢板下面宽,上面窄,射击时的火药燃气对下表面的冲击要比上表面大,抵消一部分枪口上跳的力量。
美国的汤姆森M1828冲锋枪枪口也装有防跳器,其结构很简单,在枪口帽上方开几道横槽,让部分火药燃气朝上喷出,起到防跳作用。
汤姆森M1928A1冲锋枪
汤姆森M1928A1冲锋枪的枪口防跳器特写,枪口帽上方有多道排气口,让部分火药燃气朝上喷出,抵消部分枪口上跳力矩。
二战爆发前的20世纪30年代,苏联枪械设计师西蒙洛夫设计过AVS-36自动步枪,该枪发射7.62x54mmR大威力步枪弹,能选择单、连发射击,其枪口也有一个防跳器,结构大致为圆柱体,上下都有开孔,但上方开孔比下方开孔大,故火药燃气更多地从上方喷出,能抵消部分上跳力矩。
AVS-36自动步枪和枪口防跳器特写
又一张AVS-36的枪口防跳器特写
枪口防跳器里最简单、也最有名的可能是苏联AKM突击步枪的斜口防跳器。这个斜口防跳器在1959年版AKM上还没出现,要到1962年版AKM上才有,但由于大多数AKM都是1962年以后生产的,所以该防跳器几乎成了AKM的标志性特征。其工作原理也极其简单,让部分火药燃气向上偏,抵消部分上跳力矩。考虑到大多数人是右撇子,端枪射击时右手握握把,左手托护木,枪口上跳时不可避免地朝右上方跳,所以这个防跳器的斜口是偏的,让火药燃气朝右上方偏转。实事求是地说,AKM的这个防跳器效率并不高,可有可无,但因为结构极其简单,几乎不增加任何成本,所以一直保留着。
AKM标志性的斜口防跳器
对单发射击的武器来说,如果性能上强调连续快速发射,比如速射比赛用手枪、实用射击比赛(IPSC)手枪,也会加装枪口防跳器以减小上跳,让射手尽快恢复瞄准动作快速发射下一发弹。
苏联Margolin运动手枪,这支是该系列中的速射型,打.22英寸短弹,枪口有防跳器,用于25m手枪速射项目。
Margolin速射运动手枪枪口防跳器特写
这是专为实用射击(IPSC)比赛定制的柯尔特M1911手枪,IPSC比赛需在规定时间内用各种姿势朝隐显目标快速射击,所以比赛用枪使用防跳器,便于射手多发速射。
还有就是一些单发射击的枪械发射的枪弹威力很大,枪口上跳实在太过猛烈,射手难以驾驭,这时候也会考虑加装枪口防跳器。比如史密斯-维森M500转轮手枪,发射威力极大的.500英寸史密斯-维森马格南转轮手枪弹,开枪时枪口上跳非常猛烈,故一些型号在枪口加装了防跳器。
一支史密斯-维森M500转轮手枪,枪管口有向上开缝的防跳器。
应当指出的是枪口防跳器并不能彻底消除枪口上跳力矩,因为射击时的枪口上跳在弹头尚未离膛时就发生了,而利用火药燃气反作用力工作的枪口防跳器要到弹头飞出枪口后才开始起作用,所以枪口上跳是一定的,防跳器只能减弱上调动作,无法彻底消除。
枪口消焰器
枪械在射击时火药燃气、燃烧颗粒从枪口喷出燃烧,在夜间会形成一团火光,枪口焰过大过亮会影响射手瞄准,并且暴露射手位置。那么强口火焰具体是怎么产生的呢?
首先,发射药在枪管内燃烧时由于膛内缺氧,燃烧时间极短,一部分发射药颗粒未能燃烧完全,当弹头飞出枪口时,这些燃烧着的火药颗粒一起喷出,在枪口持续燃烧形成枪口焰。这种由火药燃烧颗粒形成的枪口焰称为一次焰。
其次,发射药在膛内燃烧时会产生大量可燃气体,包括一氧化碳、氢气、甲烷等,这些气体喷出枪口后温度仍超过400℃,压强超过480个大气压强,与空气混合后在枪口燃烧,形成枪口焰。这种由发射药燃烧产生的可燃气体在枪口再次燃烧而产生的枪口焰称为二次焰。
再有,枪弹击发时,喷出的燃气温度很高,还混有一些高温固体颗粒,如金属碎屑等,这些高温气体和固体颗粒辐射放热也是枪口焰的来源之一。
所以枪口消焰器的基本原理就是在枪管前端加装一个喇叭形或者圆柱形零件,让未烧尽的火药颗粒(一次焰)和出膛后点燃的可燃气体(二次焰)在消焰器内燃烧,把一次焰和二次焰罩起来,不让人看到;此外,火药燃气进入消焰器内部时,由于体积急速膨胀,温度下降,燃气和高温固体颗粒的温度也快速下降,也减小了高温辐射产生的枪口焰。
常见的最简单的消焰器是喇叭形的,比如郭留洛夫SG-43重机枪的枪口消焰器就是一个简单的喇叭形。
郭留洛夫SG-43重机枪枪口的喇叭形消焰器
捷克ZB30轻机枪也是用喇叭形消焰器,消焰器侧面还打了许多孔,部分火药燃气从侧孔流出,进一步降低燃气压力和温度,减小枪口焰(记得曾经有读者老爷问过我为什么要打孔,今天解答了)。
除了喇叭形消焰器,还有一种圆柱形消焰器,原理和喇叭形消焰器是一样的,让火药颗粒和可燃气体在消焰器内燃烧,通过扩容、降压将火药燃气温度降下来。英国L1A1步枪、苏联SVD狙击步枪、美国M16步枪使用的就是圆柱形消焰器。
英国L1A1步枪(英国仿制的FAL步枪)的圆柱形消焰器,侧面开长侧孔,让部分火药燃气排出,减压,用处和ZB30机枪喇叭形消焰器上的侧孔一样。
AR-15步枪使用的消焰器,外形为圆柱形,内部成喇叭形,侧面开口。
拆下的AR-15步枪消焰器
这也是AR-15系列步枪使用的枪口消焰器,该消焰器外表有螺纹,可旋接枪口消声器。
对一些短突击步枪来说,由于枪管很短,发射药还未充分燃烧完毕弹头就飞出枪口了,枪口焰会非常大非常亮,严重影响射击。这些短突击步枪的枪口消焰器往往带膨胀室,火药燃气从枪管口喷出后先在膨胀室内膨胀、减压、充分燃烧,再由膨胀室前的喇叭口进一步抑制枪口焰,典型的武器就是苏联AKS-74U短突击步枪,中国的56C短突击步枪、QBZ95B短突击步枪也有类似结构的枪口消焰器。另外这个带膨胀腔的枪口装置还有部分制退和消声功能。
AKS-74U短突击步枪带膨胀腔和喇叭口的消焰器
使用消焰器后也带来两个副作用,一是增加了枪口前方的噪声。因为火药燃气进入消焰器膨胀、降温的同时,火药燃气向前的流速增大,产生的空气振动也会增大,所以枪口前方噪声会增大;二是火药燃气经过消焰器后流动的横截面积增大,产生的反作用力也增大,武器的后坐力也会增大。当然这是对纯粹的枪口消焰器而言的,一些现代枪口装置设计得较好,能在消焰的同时少许兼顾制退与消声,比如前面提到的AKS-74U的枪口装置。
多功能枪口装置
现代枪械上的枪口装置往往有多个功能,如兼顾消焰和消声、兼顾制退与防跳,通过多种手段达到性能上的均衡兼顾。例如苏联AK74突击步枪有个标志性的大型枪口装置,其外形为圆柱形,前后两室,靠近枪管的后室四周有3个泄气孔,前端的前室开有2个大型方孔。它的工作原理是火药燃气先进入后室膨胀,一部分燃气从3个泄气孔内排出泄压,降低了燃气压力;从后室进入前室后,燃气进一步膨胀减压,并冲击前室前壁,抵消一部分后坐力;由于前室的2个方孔是带偏角的,有一股火药燃气是朝右上方喷射的,能抵消一部分枪口上跳的力量,起到防跳器的作用。5.45x39mm小口径步枪弹后坐冲量本来就小,再加上这个枪口装置的作用,使AK74连发射击时的后坐力、枪口上跳明显下降,点射精度比AK47、AKM突击步枪有明显提高,但该装置的缺点是放大了枪口焰,在夜间尤其明显。
AK74突击步枪的枪口装置
AK74突击步枪枪口装置工作慢镜头
还有一个典型的例子是美国XM177短突击步枪,该枪是AR-15系列中的短管突击型,在越南战争时期装备美军特种部队。由于该枪枪管很短,发射时枪口火焰相当大、枪口噪声也相当刺耳,难以忍受,为了让XM177的枪口焰、枪口噪声尽量柔和一些,特意给该枪设计了一个多功能枪口装置。这种管状枪口装置不但能消焰,内部还有类似枪口消声器的隔板,让火药燃气逐级膨胀减压,能一定程度上降低枪口噪声。虽然XM177配用这种“消焰消声器”并不能达到微声武器的枪口噪声水平,甚至比标准枪管的M16步枪还响很多,但好歹比没有好,射手能够忍受了。
XM177短突击步枪,注意其枪口有个管状枪口装置
该管状枪口装置剖面,内部有类似消声器的隔板,能让火药燃气逐级膨胀减压,前方有喇叭形开口,兼具消声器和消焰器的功能。