CN101256062A

CN101256062A - 膨胀波枪炮

Info

Publication number: CN101256062A
Application number: CNA2007101146547A
Authority: CN
Inventors: 周林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2008-09-03

Abstract

本发明涉及一种膨胀波枪炮。其技术方案是：主要有位于枪炮武器身管管壁上的与枪炮膛相通的泄焰孔和与泄焰孔相连通的喷管构成推进气体排放结构，在内弹道开始以后到终结之前的过程中使推进气体从枪炮膛中经泄焰孔并通过与泄焰孔相连通的喷管向后喷射形成反作用力抵消后坐力。有益效果是：1.本发明不仅可以使用全可燃药筒弹药，而且可以使用现在最常用的金属药筒定装弹药。2.可以使用手动单发、半自动、自动等自动方式，象常规枪炮一样开锁、抽抛壳、再填装、闭锁待发等相关问题，可以使用弹夹、弹鼓、弹链等常用的再填装连发方式工作。3.可以应用于炮尾位于封闭炮塔内的传统自行火炮和坦克。

Description

膨胀波枪炮

一、技术领域：

本发明涉及一种膨胀波枪炮，特别是涉及一种不降低弹丸初速的低后坐力、轻型、高效的膨胀波枪炮。

二、背景技术：

传统的枪炮在发射时，被点燃的推进剂产生大量的高温、高压推进气体，但只有20％～30％以下的化学能被转化成弹丸的动能，使其高速飞出枪炮口，而其余70％～80％以上的能量被以枪炮口焰的形式释放，产生极大的后坐力。为了对抗极大的后坐力，传统枪炮使用了大量的制退、缓冲、复位装置导致武器的系统重量大增，严重的影响了武器的使用、携带和运输。而普通的无后坐力炮和火箭发射器是在弹丸开始向前运动的同时向后喷射炮尾焰来抵消后坐力，虽然解决了后坐力的问题，但推进效率低下，初速低、直射距离短，而且推进剂的用量传统火炮的3～6倍，炮尾焰巨大。

近年来美国有关专家在研制“未来战斗系统”(FCS)的过程中，发现了一种全新的火炮推进技术，并且应用这种技术研制出了一种新型火炮，膨胀波火炮，35毫米的膨胀波火炮进行试验发射初速为1650米/秒的脱壳穿甲弹时火炮后坐力减少了95％，发射初速为1150/秒的标准弹丸时火炮后坐力减少了80％，发射初速为686米/秒的大号弹丸时火炮后坐力减少了75％，在大幅度降低后坐力的同时弹丸的初速不受影响，武器系统的重量大幅减轻。

膨胀波火炮的原理是弹丸被推进气体推动在炮管内向前高速加速飞行，当弹丸通过1/3的炮管长度时突然打开炮尾即在内弹道过程中的适当时机打开炮尾，炮膛内膛压急剧下降，稀释化的推进气体从打开的炮尾通过一个扩张的喷口向后喷出，形成炮尾焰以其反作用力来抵消大部分后坐力，即在炮尾打开前弹丸已经在炮管内飞行了一段距离，此时火炮相当于普通火炮，当炮尾打开后又类似于无后坐力炮。打开炮尾时推进气体高速向后喷出，在炮膛内形成一个压力降低的波阵面——膨胀波，其传播方法是由低压到高压方向，即由炮尾向弹丸前进方向传播，膨胀波的传播速度为音速，由于打开炮尾时弹丸已经在炮管内向前加速飞行了一段距离，这样压力下降的膨胀波传递到弹丸底部时会有一个时间上的滞后，如果弹丸在内弹道内的速度已经大于或等于音速，则膨胀波在炮管内永远无法追赶上弹丸底部，即弹丸在炮尾打开后在内弹道内“感觉”不到膛压的下降，弹丸仍然象在传统火炮的密闭炮膛内一样由推进气体推动加速飞行，以原来的初速飞离炮口，在这种情况下打开炮尾不影响弹丸的初速。如果弹丸在内弹道内的速度为高亚音速，则膨胀波在炮管内有可能追赶上弹丸底部，如果膨胀波在弹丸底部刚好飞出炮口时追赶上弹丸底部，即弹丸在炮尾打开后在内弹道内也“感觉”不到膛压的下降，弹丸仍然象在传统火炮的密闭炮膛内一样由推进气体推动加速飞行，以原来的初速飞离炮口，在这种情况下打开炮尾也不影响弹丸的初速。如果膨胀波在炮管内追赶上弹丸底部则将影响弹丸的初速，但仍可以实现降低后坐力的目的。

膨胀波火炮正是以这种独特的方式在不影响弹丸初速的前提下，大幅减少了火炮的后坐力，同时减少了武器系统重量；解决了控制炮管发热的技术难题，使炮膛烧蚀大幅减轻，炮管寿命增加；大幅缩短后坐周期，实现更大射速。

目前较为合理的打开炮尾的方式主要集中在惯性炮尾驱动装置和主动式爆炸隔板，但都存在相应的缺陷。美国的膨胀波火炮的结构受M3A1式11.43毫米口径机枪的启发，其炮尾在扩张的药室内可以自由后坐运动，用以打开炮尾，由于炮尾打开装置是直接由在炮膛内推动弹丸飞行的推进气体直接驱动的，所以这种方法很可靠。

而目前美国的膨胀波火炮项目的缺陷是结构上的，由于其通过在内弹道的恰当时机通过炮尾后坐运动直接打开炮尾的炮闩排泄高温高压的推进气体，此种结构决定了它有三个缺陷：首先美国的膨胀波火炮只能采用全可燃药筒，而不能采用现有常规金属药筒定装弹，因为这种结构，如果采用普通金属药筒弹药，炮尾后坐运动直接打开炮尾的炮闩排泄高温高压的推进气体时，金属弹壳会被高温高压的推进气体部分击碎并以高速同炮尾焰一同向后喷出，对后方有一定的杀伤力，未被击碎的部分药筒变形使武器卡壳不能连发。其次炮尾在内弹道时段内的后坐运动并打开向后排放高温、高压的推进气体的结构使武器连续再装填的相关难题不能解决，不能使用常规的弹夹、弹链等供弹方法再装填连续击发，目前美国的膨胀波火炮只能采用转膛炮的设计初步解决了再装填的相关难题，但结构重量大增。最后炮尾后坐运动直接打开炮尾的炮闩排泄高温高压的推进气体的结构决定了其不能应用于炮尾位于封闭炮塔内的传统自行火炮和坦克，因为封闭的炮塔不能适应炮尾焰的排放，故目前美国的膨胀波火炮只能设想被使用在顶置式自行火炮和外挂式武器系统中。

三、发明内容：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种膨胀波枪炮，通过位于枪炮武器身管管壁上的泄焰孔在内弹道过程中的适当时机的开放，导泄出大量的推进气体并通过一个扩张的喷管向弹丸飞行的反方向喷射，形成反作用力来抵消75％～95％的后坐力，同时不降低弹丸初速的低后坐力、轻型、高效的新型枪炮。

其技术方案是：主要有位于枪炮武器身管管壁上的与枪炮膛相通的泄焰孔和与泄焰孔相连通的喷管构成推进气体排放结构，在内弹道开始以后到终结之前的过程中使推进气体从枪炮膛中经泄焰孔并通过与泄焰孔相连通的喷管向后喷射形成反作用力抵消后坐力。

所述的泄焰孔附近有与枪炮膛相通的导气孔，导气孔连通气室，气室内有活塞，泄焰孔的出口和喷管之间有活塞封堵。

所述的活塞可以在气室中由导气孔导入的推进气体推动向后移动，解除对泄焰孔出口的封堵，使泄焰孔和喷管相连通，推进气体从枪炮膛中经泄焰孔并通过与泄焰孔相连通的喷管向后喷射。

所述的活塞的形状为环套在身管外壁的管套形，活塞上有孔，带孔活塞在身管外壁的往复运动参与对泄焰孔出口的封堵和开放；活塞的后方接活塞复进簧，当弹丸向前飞出炮膛后，膛压剧降，推动活塞向后运动的动力消失，活塞在活塞复进簧的簧力的推动下复位重新封闭泄焰孔的出口，结束喷出推进气体，武器可以进入下一次射击循环。

其具体过程是(如图1、2)枪炮击发后弹丸10在推进气体8的推动下在枪炮膛9内加速前飞，当弹丸10底部刚好通过身管管壁上位于近药室前端处的导气孔2所在的位置时，部分推进气体8从枪炮膛9通过导气孔2进入气室3中，气室3中压力升高，推动位于气室3内在枪炮身管外壁封堵身管管壁上的位于导气孔2附近的泄焰孔1出口的活塞4，在气室3内克服活塞复进簧5的簧力向后运动，活塞4上有孔11，活塞4向后运动一段距离后活塞4上有孔11和泄焰孔1位置重合，即自动解除了对活塞4对泄焰孔1出口的封堵，高温、高压的推进气体8从枪炮膛9内经泄焰孔1泄出，通过扩张的喷管6向后喷射，以其反作用力来抵消大部分的后坐力。在这一过程中弹丸10在推进气体8的推动下在枪炮膛9内继续加速前飞，当推进气体8从枪炮膛9内经泄焰孔1开始泄出并通过进入扩张的喷管6向后喷射时，弹丸10已在枪炮膛9内向前运动了一段距离，但弹丸尚未飞出炮膛。内弹道开放的时机与身管上导气孔2的大小、活塞4的质量、活塞复进簧5的簧力等因素有关，可以人工调节。

当弹丸10飞出炮膛后，膛压剧降，推动活塞4向后运动的动力消失，活塞4在活塞复进簧5的簧力的推动下复位重新封闭泄焰孔1，结束喷出推进气体8，武器可以进入下一次射击循环。

这种结构可以实现在内弹道过程中打开泄焰孔1实现推进气体8从泄焰孔1泄出，通过扩张的喷管6向后喷射，以其反作用力来抵消大部分的后坐力。这是一种控制延时开放泄焰结构，其目的是使弹丸10在身管内向前运动了一段距离后(如身管总长度的30％～50％)才开始泄出并向后喷射推进气体8向后喷射形成反作用力来抵消大部分的后坐力。这种结构完全可以替代炮尾惯性后坐的内弹道打开炮尾泄焰的结构，实现膨胀波火炮的工作原理。

活塞4的形状可以是套在身管外壁的管套形活塞也可以是其它形状，活塞4的横截面的外壁形状可以不是圆形或有凹凸处可以使活塞4在相配合的气室3内往复运动时不产生旋转，活塞4往复运动的前后界的身管上或气室3内壁可以有限位突起以限定活塞行程，活塞4上有孔11。泄焰孔1的位置可以位于近药室的前端处的身管侧壁上，也可以在身管的其它部位。如果泄焰孔1位于身管的近出口处(近炮口处)时，发射后由于此时弹丸10的速度已经很快，弹丸10和大部分推进气体8高速飞过泄焰孔1所在的位置，此处推进气体的排放也符合膨胀波的规律，即使泄焰孔1直接开放通过扩张的喷管6向后喷射推进气体8来抵消大部分的后坐力，也对弹丸的炮口初速影响微乎其微，并且弹丸的速度越快对弹丸的炮口初速的影响越小，在这种情况下也可以不用活塞4等泄焰孔1开放控制装置(如图四)。通过对喷管6的喷射方向进行设计，使其向后喷射的推进气体8

与炮尾方向形成一定的夹角7，其目的是使向后喷射的推进气体8避开对火炮炮塔的冲击。

本发明的有益效果是：由于本发明采用了独特的通过身管管壁向后排放推进气体的结构在内弹道过程中向后喷射推进气体来抵消大部分后坐力，而非美国膨胀波火炮的惯性炮尾驱动装置打开炮尾的泄焰结构，所以本发明的膨胀波枪炮在内弹道过程中向后喷射推进气体来抵消大部分后坐力的过程中其尾部一直是闭锁的，因此本发明除了完全具有美国目前在研的膨胀波火炮的优点之外，还有其独特的优点：1、本发明不仅可以使用全可燃药筒弹药，而且可以使用现在最常用的金属药筒定装弹药。2、可以使用手动单发、半自动、自动等自动方式，象常规枪炮一样开锁、抽抛壳、再填装、闭锁待发等相关问题，可以使用弹夹、弹鼓、弹链等常用的再填装连发方式工作(这些相关技术有多种方式可供选用均为成熟公知技术，不在本发明具体叙述之列)。3、对身管武器的内部结构特别是炮闩、枪机等基本无需改动或重新设计，可以大大加快膨胀波枪炮的研发速度，降低其研发难度和风险，使其尽快形成装备。4、可以应用于炮尾位于封闭炮塔内的传统自行火炮和坦克。

四、附图说明：

附图1是本发明处于待发时泄焰孔1处于封堵状态的结构示意图；

附图2是本发明处于发射时泄焰孔1处于开放状态的结构示意图；

附图3是本发明的膨胀波大口径反器材狙击步枪的示意图；

附图4是本发明处于发射时泄焰孔1处于开放状态的膨胀波大、中口径自行火炮身管泄焰结构示意图。

上图中：1泄焰孔，2导气孔，3气室，4活塞，5活塞复进簧，6喷管，7夹角，8推进气体，9枪炮膛，10弹丸，11孔。

五、具体实施方式：

实施例1：膨胀波大口径反器材狙击步枪(12.7～25毫米口径，如图三)。

以本发明为基础设计的膨胀波大口径反器材狙击步枪(可以是12.7～25毫米口径)其外形如图三，其发射方式类似肩射火箭筒和美国巴雷特公司为对付战场上的直升飞机为主要目标的M82A2式12.7毫米大口径反器材狙击步枪，为无托枪结构，护木前有小握把，通常会配有光点瞄准器，以便捕捉运动目标，可以扛在肩上进行无依托射击，肩撑前移至武器全长的后1/3左右，射击时在内弹道过程中推进气体向后推动活塞4使推进气体由位于药室前端附近的泄焰孔1通过扩张的喷管6向后喷射，抵消75％～95％的后坐能量，而剩余的25％～5％的后坐能量再由高效枪口制退器抵消50％左右，使其最终的后坐能量降低为原总后坐能量的10％左右甚至10％以下，使大口径反器材狙击步枪的进一步大口径化、大能量化、轻型化和低后坐力化成为可能，同时由于后坐力的大幅减小可以使武器射击时的振动减小，提高大口径反器材狙击步枪的射击精度。

本发明的膨胀波大口径反器材狙击步枪(12.7～25毫米口径)可以是手动单发，也可以是半自动(手动单发或半自动有多种闭锁方式可以应用，均为公知成熟技术，不在本发明的讨论范围，但对导气式的半自动方式可有一定影响)。

以最简单的手动单发方式(如撅把式猎枪的手动单发方式)和以平均厚度为10毫米的钢制冷精锻枪管为例，本发明的膨胀波大口径反器材狙击步枪(12.7～25毫米口径)的参数如下：

口径(毫米)全枪长(毫米)枪管长(毫米)全枪重(千克)弹药(毫米)

12.7 1300 1100 9～10 12.7×108

14.5 1400 1100 10～11 14.5×114

20 1400 1100 11～12 20×110

23 1400 1100 12～13 23×？

25 1500 1200 13～15 25×137

当然对于12.7～14.5毫米口径的膨胀波大口径反器材狙击步枪如果以半自动方式，则更为有利于对运动中的直升机等目标进行连续单发射击以提高命中率和毁伤力。

实施例2：膨胀波机关炮(如12.7～37毫米口径)。

将本发明应用于机关炮制造出膨胀波机关炮，再配合高效炮口制退器，可以使其后坐力减少90％左右，并可减轻其重量，这样机关炮的后坐力被其射击反方向的推进气体形成的反作用力大部分抵消，使后坐力对直升机飞行的不利影响大幅降低，同时也使相同型号的直升机外挂更大口径的机关炮成为可能(如35～37毫米或更大口径)，以提高射程和打击威力。

由于本发明的膨胀波枪炮，其排泄推进气体的结构均在身管管壁上，以近药室前端的通过身管管壁可控向后排放推进气体的结构更好，对枪炮本身的内部结构基本无需改变，所有可以利用利用现有机关炮的结构并在其基础上很容易的改造成膨胀波机关炮，其使用弹药、自动方式等不变。

本发明的膨胀波机关炮还可以应用于各种外置式自行高炮、无人遥控武器站、顶置式机关炮、战斗机器人的自动机关炮武器系统中等。

实施例3：膨胀波大、中口径自行火炮。

由于本发明的膨胀波枪炮采用位于身管上的泄焰孔通过扩张的喷管向后喷射推进气体的结构来抵消大部分的后坐力，而无需通过炮尾的惯性后坐来喷射推进气体，发射过程中其炮尾一直是闭锁的。所以本发明的膨胀波枪炮还可以应用于炮尾位于封闭炮塔内的传统自行火炮(如图四)，例如PLZ05式155毫米52倍口径身管榴弹炮，如果将泄焰孔及推进气体喷管设计在39～45倍口径身管处，并且不需要安装活塞等泄焰孔开放控制装置，由泄焰孔通过扩张的喷管向后直接喷射推进气体来抵消大部分的后坐力，由于此处已经接近炮口，开始泄焰时弹丸和大部分的推进气体已经高速飞过泄焰孔处，推进气体的排放仍按膨胀波方式进行，对弹丸的初速影响轻微，通过对喷管的喷射方向进行设计，使其向后喷射的推进气体与炮尾方向形成一定的夹角，其目的是使向后喷射的推进气体从炮塔两侧附近经过，避开对常规自行火炮炮塔的冲击。这样炮尾位于封闭炮塔内的传统自行火炮和坦克也能使用膨胀波火炮，而且仅需对近末段的炮管进行改造就可以实现，如果配合使用高效制退器再降低剩余的后坐力，就可以最大化的减少传统自行火炮和坦克开炮时的后坐力，大幅减小炮尾在炮塔内的后坐行程，减少了炮尾后坐所需占用的宝贵装甲防护空间，且后坐行程的缩短有利于提高射速。

Claims

1、一种膨胀波枪炮，其特征是：主要有位于枪炮武器身管管壁上的与枪炮膛(9)相通的泄焰孔(1)和与泄焰孔(1)相连通的喷管(6)构成推进气体(8)排放结构，在内弹道开始以后到终结之前的过程中使推进气体(8)从枪炮膛(9)中经泄焰孔(1)并通过与泄焰孔(1)相连通的喷管(6)向后喷射形成反作用力抵消后坐力。

2、根据权利要求1所述的膨胀波枪炮，其特征是：所述的泄焰孔(1)附近有与枪炮膛(9)相通的导气孔(2)，导气孔(2)连通气室(3)，气室(3)内有活塞(4)，泄焰孔(1)的出口和喷管(6)之间有活塞(4)封堵。

3、根据权利要求1所述的膨胀波枪炮，其特征是：所述的活塞(4)可以在气室(3)中由导气孔(2)导入的推进气体(8)推动向后移动，解除对泄焰孔(1)出口的封堵，使泄焰孔(1)和喷管(6)相连通，推进气体(8)从枪炮膛(9)中经泄焰孔(1)并通过与泄焰孔(1)相连通的喷管(6)向后喷射。

4、根据权利要求2所述的膨胀波枪炮，其特征是：所述的活塞(4)的形状为环套在身管外壁的管套形，活塞上有孔(11)，带孔活塞在身管外壁的往复运动参与对泄焰孔(1)出口的封堵和开放；活塞(4)的后方接活塞复进簧(5)，当弹丸(10)向前飞出炮膛后，膛压剧降，推动活塞(4)向后运动的动力消失，活塞(4)在活塞复进簧(5)的簧力的推动下复位重新封闭泄焰孔(1)的出口，结束喷出推进气体(8)，武器可以进入下一次射击循环。