消焰器

科技 | 工業產品 | 機械配件 | 用于減小槍口火焰的裝置

消焰器指槍口的部位,發射時減少膛口火光的裝置。膛口安裝消焰器后,一部分沒燃盡的火藥微粒在流入消焰器內得到燃燒,因此減少了一次焰;同時氧化不完全的氣體在消焰器內,使二次焰在消焰器內部形成,不致暴露在外界,達到隱蔽自己的目的。

發展歷史

自13世紀第一支手持火器打響以來,火器的每一次發射都伴隨著明顯的火光和聲響。20世紀以前,人們并沒有認識到槍(炮)口火光帶來的嚴重問題,直到兩次世界大戰中,槍炮射擊陣地的火光常被敵方所利用,特別是在夜間和連續射擊時,強烈的火光使陣地暴露無疑。由此,戰爭要求解決槍(炮)口焰的問題已經非常迫切了。

最早的解決辦法是在 發射藥 中加入消焰劑,這是一種化學消焰法。法國人首先用在機槍彈藥中,接著德國人也用在火炮發射藥中。消焰劑主要是 有機鹽 類和其他化合物,最常用的是堿金屬鹽如 硫酸鉀亞硝酸鉀 等。消焰劑能阻止火藥中可燃成分與氧氣的化學反應,同時又能提高可燃氣體的點火溫度,使可燃氣體不易被點燃。消焰劑能在一定程度上抑制槍(炮)口焰,但它卻使槍(炮)口煙增加了,并使彈道性能變差。這種化學消焰法仍在研究之中,并且取得新的進展。

在膛口安裝機械式消焰器是抑制槍(炮)口焰的物理方法。最早的消焰器是在研制 炮口制退器 時,發現有的結構對消焰有利,于是一種叫遮光罩的圓錐形裝置成了最早的消焰器,但它只能對初次焰和炮口輝光起作用,因此只是部分地遮避槍(炮)口焰。

“一戰”和“二戰”期間,對消焰器的研究一直在進行,但進展不大。這時的消焰器主要是錐形的,它曾被廣泛地應用在機槍和小口徑炮上,例如 捷克 ZB26輕機槍和 ZB53重機槍 采用的消焰器,以及 蘇聯 DP機槍、德國MG34和MG42機槍的消焰器等等。MG34和MG42機槍的消焰器還兼有 助退器 的作用,它是靠槍口端的一個小氣室使高壓燃氣對槍管起助退作用的,這是管退式武器中常見的一種形式。這時的消焰器性能均不理想。主要原因是當時人們對槍(炮)口焰產生的機理了解不夠,同時也缺乏必要的測試手段。

“二戰”后,美國、 聯邦德國 和蘇聯等國對膛口焰的形成機理及抑制技術做了長期系統的研究。這一時期,除了改進錐形消焰器外,還出現了各種類型消焰器。現代消焰器已能較顯著地消除膛口焰,有的甚至在 夜間射擊 也不易暴露陣地。

產生原理

槍(炮)口焰統稱膛口焰。膛口焰是從膛口流出的高溫火藥燃氣因熱輻射以及與可燃混合氣體燃燒而產生的可見光。其既有物理屬性也有化學屬性。從物理屬性上看,火藥燃氣因有足夠高的熱量而 輻射發光 ;從化學屬性上看,它經歷了燃燒過程。

膛口焰按時間和空間的順序分為五種,即前期焰、初次焰、膛口輝光、中間焰和二次焰。其中初次焰、中間焰和二次焰具有一定的獨立性,是消焰器抑制的主要對象。初次焰是指剛出膛口的火藥燃氣因熱量非常大、溫度非常高而輻射出的可見光。中間焰是指燃氣通過激波瓶[注]后,原來已膨脹的燃氣又經過激波的壓縮,壓力和溫度突然升高,因而產生燃燒的可見光。二次焰是指火藥燃氣在膛口氣流區外圍的紊流區,與周邊空氣混合后燃燒產生的強烈火光,這是膛口焰中最強烈的。

由膛口焰產生的原因可知,抑制膛口焰主要是避免或限制膛口火藥燃氣產生的激波加熱和燃燒。因此消焰器的原理就是首先使火藥燃氣在消焰器內充分膨脹,降低出口處的壓力和溫度,以減小初次焰。同時使火藥燃氣通過膨脹、收斂和分流等過程,改變火藥燃氣在消焰器出口的狀態,破壞或減弱激波,以消除或減小與周邊空氣混合燃燒的程度,達到消除或減弱中間焰和二次焰的目的。

類型

按照消焰器的結構特點,可將消焰器大致分為以下幾種。

遮光罩

這是一種圓錐角大而短的錐形 膛口裝置 ,如圖1所示。由于圓錐張角大,使出口的火藥燃氣膨脹度大,壓力、溫度下降較快,因而減小了初次焰和膛口輝光。但也因其錐角大尺寸短,使消焰器出口處產生了較強的激波,反而加大了中間焰和二次焰。由于其消焰效果不佳,后來被錐形消焰器所取代。

錐形

錐形消焰器,其結構與錐形遮光罩看似相同,但其圓錐角小,錐形尺寸長,這從根本上克服了錐形遮光罩的缺點。因激波強度與膛口出口的 錐度 有關,出口錐角愈大產生的激波愈強,激波波陣面后的溫度和壓力也愈高,因而對消焰不利。實驗證明,當錐角為8°~20°時激波的影響較小,因此過去的錐形消焰器的錐角一般都在這個范圍內。由于消焰器的錐度有限制,長度也不能太長,為了增加膨脹度,提高消焰效果,就在消焰器側壁上開許多小孔,使部分氣流自側孔排出,這樣就加大了總的膨脹度。

圓筒形

圓柱形消焰器內截面積較大,燃氣能充分膨脹,溫度容易降低,這是對消焰有利的一面;但火藥燃氣從槍口進入消焰器是突然膨脹,容易產生激波,而且截面愈大激波愈強,又對消焰不利。因此要合理選擇內徑尺寸。為了改善消焰效果和減小內截面,有的圓柱形消焰器在側壁上開長槽或孔,消焰效果良好。中國79式半自動狙擊步槍的消焰器就是此例,它還具有制退作用。

在圓柱形消焰器的底部開有向后的通氣道,這種前后貫通的消焰器就叫筒形消焰器。蘇聯3Y-23雙管高炮和我國85式25mm雙管高炮就采用這種消焰器。不在側面開孔而在底部開孔,是為了避免雙炮管上2個消焰器 排出氣 流的相互干擾,從而影響射擊精度。這種消焰器也是通過改變燃氣的膨脹和流向,控制激波強度,以達到減小中間焰和二次焰目的的,但也容易點燃消焰器筒內的混合氣體,增大初次焰,所以消焰效果不夠理想。

叉形

叉形消焰器是“二戰”后發展起來的,美國M165.56mm步槍、“愛國者”沖鋒手槍等采用的就是這種消焰器。叉形消焰器的內腔一般有錐形過渡段,其內角約為20°,叉的數目最好是奇數,以免產生共振。火藥燃氣在叉形消焰器中先經錐形段穩定膨脹,再經圓內腔和若干條縫槽連續膨脹,后經側孔和前孔流出。這樣可控制燃氣的膨脹和流量,消弱激波,有效地消減中間焰和二次焰。適當選擇叉條和縫槽的尺寸和方位,還可使消焰器兼有制退和防跳的作用。

組合式

組合式消焰器也是“二戰”后出現的新型消焰器,其綜合利用上述幾類消焰器的特點,將其中2種或2種以上的結構形式組合起來,故稱為組合式消焰器。這類消焰器一般兼有制退、防跳或消聲的功能。其種類較多,有圓錐狹縫組合消焰器、混合狹縫組合消焰器、收斂狹縫組合消焰器、收斂錐形組合消焰器、多腔錐形組合消焰器和收斂擴張錐形組合消焰器等。

圓錐狹縫組合消焰器就是錐形消焰器和叉形消焰器的組合,其外形是圓柱狀,內腔為圓錐形,側面開有狹縫縱槽,縱槽由里向外有一定張角。該裝置集中了錐形和叉形兩種消焰器的優點,尺寸不大但消焰效果良好。狹縫側流使其兼有制退作用,采用不對稱的下方不開槽結構又可起防跳作用。美國和歐洲各國的 步槍 、沖鋒槍和機槍廣泛采用這種消焰器,如美國的M16A1突擊步槍、 M16A2突擊步槍輕機槍 以及英國的L1A1半自動步槍等等。

美國曾對組合消焰器與錐形、叉形消焰器進行對比試驗。他們用如下的消焰效率特征數作為評價指標,即:

η值越大消焰效果越好。試驗結果如表。

試驗表明,不同結構的組合式消焰器差別很大。收斂狹縫組合消焰器和混合狹縫組合消焰器結構復雜,消焰效果并不好,與錐形和叉形消焰器差不多;而多腔錐形組合消焰器和收斂擴張錐形組合消焰器,消焰效果很好,特別是收斂擴張錐形組合消焰器,其η值高達300,并兼有較好的消聲性能。

我國原 華東工學院 在組合式消焰器研究方面曾取得較大突破,例如他們曾為5.8mm短自動步槍研制的內插管擴張型多功能膛口裝置,就有很好的消焰效果,其消焰率達95%(這里的消焰率是指膛口焰面積減少的百分比)。經射擊現場觀察,在夜間連續3發射擊,只見到微弱的火星,而5.8mm短自動步槍不帶消焰器射擊時,則是一片耀眼的火光。該裝置還有良好的消聲效果,可降低噪聲5~6dB,另外它也有一定的制退作用。

各國消焰器的研究盡管有很大進展,但能成功地用于實戰武器上的還為數不多。在戰場上膛口焰仍是可被敵人利用的一個因素,特別是短管武器和自動武器,更需要高性能的消焰器與之相配。因此消焰器的研制任重而道遠。

◆注:激波瓶是膛口氣流形成的激波系的核心部分,因形狀似瓶狀,故稱激波瓶。

區別

消焰器是用于減小槍口火焰的裝置。槍口焰的產生主要來自兩個方面: 槍彈 發射后未燃盡的火藥粒在膛口燃燒產生的槍口焰;未完全氧化的火藥燃氣在膛口繼續燃燒產生的槍口焰。因此,消焰器一般為前方開放式的罩形結構(錐形或筒形),使未燃盡的火藥燃氣在罩內繼續燃燒,并從側面擋住槍口焰,以達到隱蔽的效果。

消聲器是用于減小槍口噪聲的裝置,主要是減小彈頭飛出槍口時火藥燃氣與大氣接觸產生的氣動力噪聲。槍口消聲器無論是膨脹式、渦流式、吸熱式、密閉式,還是槍管開孔式、多孔材料式,都是先使火藥燃氣在密閉的消聲器里降溫、降壓并消耗能量,然后再緩慢地釋放出去,以達到降低槍口噪聲的目的。因此,槍口消聲器幾乎都是整體封閉式的筒式結構。

中文名
消焰器
功能
減少膛口火光的裝置
位置
槍口的部位
物理屬性
火藥燃氣有足夠高的熱量輻射發光
化學屬性
經歷燃燒過程