排煙器

發射葯燃燒產生的煙霧如果在炮閂打開後任其自然地進入乘員艙，就會給自行火炮帶來很多問題。排煙器裝在自行火炮的身管上，能確保煙霧全部或大部從炮口排出。排煙器是套裝在身管某段外表面上的圓筒，能在身管與筒壁間形成一個蓄氣室。身管上鑽有噴孔或氣門，使氣流得以進入蓄氣室。噴孔的鑽孔方向略為向炮口一側傾斜。火炮發射時，在彈丸後邊沿身管流動的發射葯氣體經噴孔流入蓄氣室。當蓄氣室內的壓力與炮膛膛內壓力相等時，發射葯氣體停止流入蓄氣室。

彈丸自炮口射出后，膛內壓力迅速下降至大氣壓力，結果使蓄氣室內的氣體被迫經噴孔向炮口迴流。被迫從蓄氣室向炮口迴流的氣體能清除殘留在葯室和排煙器後邊身管內的氣體。排煙器蓄氣室的大小以及噴孔的斜度和大小必須設計得能保證使清除周期在開閂前開始。

炮口制退器

概述

作為一種減小后坐的手段，炮口制退器最早出現在19世紀中葉，但是由於反后坐裝置的出現，它曾一度失寵。約在第二次世界大戰時，炮口制退器又再次出現在法國火炮上。所謂炮口制退器就是裝在身管炮口端的一個短的圓筒形附件。它有一個供炮彈從中飛出的、與炮膛同心的通孔，並有一個或多個氣室。炮口制退器通常是通過螺紋旋在身管上的，螺紋方向與膛線纏度相反，以防止炮口制退器在火炮發射時鬆動。炮口制退器上配有鎖緊裝置。某些火炮的炮口制退器被製成身管的一部分。

炮口制退器具有多種設計形式和製造方法(見圖4.11和圖4.12)。其開槽或氣室的數目不定，它既可以是縱向的又可以是橫向的。炮口制退器有多種製造方法；製造方法不同，生產出的炮口制退器的效率和耐用性也不同。組裝型炮口制退器由用螺栓固定在一起的若干金屬板組成，這些金屬板也可以焊接在一起。擠壓型炮口制退器是用整個的管狀鋼鍛件擠壓成型，然後加工而成的。其他製造方法還包括鑄造炮口制退器和把實心鍛件加工成炮口制退器。后一種製造方法雖然加工速度較慢、成本較高而且只能用於製造結構簡單的炮口制退器，但是卻能造出更為耐用的的炮口制退器。

圖4.11 組裝型炮口制退器

圖4.12 擠壓和鍛造型炮口制退器

炮口制退器的工作原理和用途

火炮射擊時在彈丸後面運動的火藥氣體衝擊炮口制退器的反射隔板，產生一個向前的作用力。這個向前的作用力能減少后坐能量(見圖4.13)。在火炮和彈藥一定時，炮口制退器的效率取決於火葯氣體的轉折角度和反射隔板的大小和數量。關於炮口制退器如何提高穩定性的問題請見第五章。除此以外，使用炮口制退器還有其他好處。第一，反后坐裝置可減小體積，因為供它吸收的后坐能量小了。第二，可以把同樣的炮架使用到口徑更大的火炮上或者使同一火炮能使用更大號裝葯。

圖4.13 炮口制退器的工作原理

效率

在彈丸快要離開炮口時，緊跟在彈丸后的火藥氣體以與彈丸同樣的速度向前運動。彈丸一離開炮膛，火藥氣體即膨脹。在此膨脹期中氣體速度增加；與此同時，這些氣體若經反射隔板轉折一個角度就會產生一個非常大的作用力。就理論上說，轉折角度越大，作用力也就越大，最好是轉折180°。

由於摩擦和渦流，折轉180°實際上是做不到的，而且即使能轉折180°，也會對炮班造成傷害。炮口制退器還可以通過增大直徑來提高效率，這就要求其直徑要足夠大，以在火藥氣體因膨脹而降到大氣壓力時要達到其最大速度。這實際上也是不可能做到的，因為這會使炮口制退器的直徑達到炮膛直徑的25倍左右。不過可以採用折衷的辦法，目前已經達到的最大折衷係數為五或小於五。此外，還有一個問題就是，尾隨在彈丸後邊的一部分火藥氣體不能被第一組反射隔板折轉，因此增加反射隔板將有助於折轉更多的氣體。但是，每個反射隔板僅能折轉到達該隔板的氣體的約60%。最後會得出這樣一個結論，即增加反射隔板所起的作用與火炮所增加的重量和成本相比是得不償失的。

最常用的有關炮口制退器的效率的術語有總效率、實際效率和自由后坐效率三種。總效率是指由於裝上炮口制退器后，反后坐裝置吸收后坐能量百分數減少程度的量度，其中沒考慮炮口制退器本身重量的影響。實際效率是指對炮口制退器重量影響進行修正後的總效率。實際效率的值比總效率小，因為在減少的總能量中有一部分是由后坐部件的重量(其中包括炮口制退器的重量)引起的。低效率炮口制退器的實際效率為20-30%，然而重量比較輕。高效率炮口制退器的實際效率可達70-80%。實際效率可用下式表示：

其中：

I=實際效率

Rb=配有炮口制退器的火炮的后坐能量

R0=沒裝炮口制退器的火炮的后坐能量

Mb=火炮后坐部分及炮口制退器的重量

M0=沒有炮口制退器的火炮后坐部分的重量

「自由后坐效率」是指能使火炮在火藥氣體作用下自由后坐並修正了炮口制退器重量后的后坐能量百分數減少程度的量度。該效率考慮了反后坐裝置的后坐部件的重量所引起的后坐能量的減少。自由后坐效率可用下式表示：

其中：

Fr=自由后坐效率

Eb=帶炮口制退器的火炮的自由后坐能量

E0=沒有炮口制退器的火炮的自由后坐能量

Mb=包括炮口制退器在內的后坐部分重量

M0=沒有炮口制退器的火炮的后坐部分重量

實際效率是個更符合實際的性能指標，因為自由后坐效率是以彈道擺和炮口制退器常數進行測量的，這些常數都與炮架或炮車無關，而炮架中的摩擦作用是很大的，可能比火炮后坐部分的滑動摩擦大得多。

炮口制退器的缺點

火炮採用炮口制退器也有某些缺點，它們會增加火炮的重量和複雜性。如系舊炮添裝炮口制退器，就需要在耳軸后增加配重，以保證火炮的正確平衡。在添裝炮口制退器后，還可能需要對火炮的初速、定起角和下垂偏差進行修正。從炮口制退器噴出的發射葯氣體會造成火炮的能見度不良(在火炮行直接瞄準射擊時就會成為問題)並影響炮陣地的隱蔽。使用炮口制退器所帶來的更嚴重的問題是會產生衝擊波超壓。

炮口制退器造成的衝擊波超壓會對炮班造成傷害。原因在於增加了炮口制退器后雖然減少了炮口前方的衝擊波超壓，但是卻增加了向後的衝擊波超壓。不管使用何種類型的炮口制退器，在離炮口約30倍口徑的距離內，在某個方向上肯定會有衝擊波的峰值。在這個距離之外，衝擊波超壓開始下降，衝擊波會變成聲波。

炮後區域的衝擊波超壓的大小是非常重要的，因為它是炮班成員的活動區域。炮尾附近的衝擊波超壓是隨所使用的炮口制退器的氣動指標的增加而直線增加的。人體所能承受的最大衝擊波超壓約為2磅/平方英寸，超過這個值就會震壞耳朵鼓膜。當超壓達20-30磅/平方英寸時，就會損壞炮手肺臟。按分貝計，20-30磅/平方英寸相當於173和196-200分貝。在極端情況下，當超壓達到500磅/平方英寸左右時，可即刻造成炮手死亡。

由於聽覺損壞是超壓對人體可能造成的損傷的下限，因而人類所能接受的最大超壓取決於人耳所需要的防護水平。即使暴露在2磅/平方英寸以下的超壓下，也會造成暫時性耳聾。長期暴露在較高超壓下會導致人的某種程度的永久性聽力損傷。常用的聽覺防護方式是佩戴耳罩或耳塞，這些措施可使超壓衰減達35分貝左右。火炮防盾也可對超壓起到一定的防護作用，但是對高性能的現代牽引火炮來說，它是遠遠不能起到防護作用的。而且，防盾使火炮增重也是一個缺點，特別是對靠直升機空運的火炮來說更是如此。過去還對使衝擊波偏離的其它一些措施進行過試驗，但是效果有限。在這些措施中包括在炮口制退器上或者在身管上更靠後一些的地方裝設反射隔板並使反射隔板垂直於炮膛軸線(見圖4.14)。

圖4.14 使炮口衝擊波偏轉的措施

最新的牽引火炮都產生使人關切的衝擊波超壓，而且這些火炮大都配有炮口制退器。時至今日，這個問題尚未完全解決。唯一的解決方法似乎是正確地進行耳部防護，人們還不得不接受這樣一個事實，即起碼在作戰時不得不面對某些危險。在射擊訓練時，可視需要限制大號裝葯的射擊。