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混合导气原理的应用探讨

归档日期:06-28       文本归类:导气式      文章编辑:爱尚语录

  自动化轻武器一般采用导气式原理,常见的有吹气式(M16)、短行程导气活塞式(长杆:G36、SVD;短杆:Ultimax、95式)、长行程导气活塞式(AK47/74)。一般来说,吹气式的精度最好,短行程导气活塞式次之,长行程导气活塞式最差。

  吹气式在实质上是将活塞和汽缸后置于枪机内部,其轴线与枪管轴线重合,利用较长的导气管为其输送高压燃气。因此,相对普通的导气活塞式结构,其枪管不受在非轴线方向的活塞反作用力的影响,有利于枪管的在发射过程中保持自由浮动状态,从而更有利于完全发挥枪管的射击精度。但是吹气式也付出了导气管容易被异物和积炭堵塞、枪机和机匣内部容易积炭导致动作不良等代价,需要经常维护以保证其正常使用,加重了士兵的负担和降低了对恶劣环境的适应能力。

  HK416是利用G36的短行程导气活塞式结构来改造M16的产物。虽然可靠性和维护性有了大幅度的提高,但是也不可避免地略微降低了射击精度。当然 HK416作为自动步枪和卡宾枪来说算是很不错的,但是它和同胞兄弟HK417作为精确步枪/半自动狙击步枪的线及其兄弟逊色不少。对于导气式自动武器来说,浮置枪管不但包括静态浮置,而且也应包括动态浮置。

  混合导气原理是将吹气式和导气活塞式原理混合使用,取长补短。其主要特征为短吹气管和卸载式汽缸。主要是将导气活塞式原理的汽缸从枪管上分离开来,转移到螺接在机匣上的前伸圆管(导引管)的前端,并由取自吹气式原理的、可拆卸式的、更短的导气管为其输送高压燃气。汽缸和导引管布置于导气箍 /准星座与机匣前端面之间,与枪管平行。导气管很短,较原吹气式的导气管不易积炭而且更容易清理。导气管垂直插入汽缸前壁中央的接引孔,可以通过变通结构(类似81式的自带导气管的汽缸)来将其尽量缩短甚至省略,只要保证导气汽缸与导气箍/准星座之间在轴线方向不是刚性连接即可。

  导气汽缸从枪管上分离以后,不会在发射子弹过程中对枪管施加非轴线方向的平行拉力以对枪管施加偏转力矩,从而对射击精度造成不良影响。该拉力转而由导引管和机匣共同承担。从枪管导气孔中引导出来的高压燃气,先经过导气结构内的阶梯孔的一次膨胀和90度转向,再经过导气管的二次膨胀后,进入导气汽缸驱动活塞运动。为了降低活塞急加速时的瞬间冲击,可以将活塞前壁改成喇叭口状,对高压燃气进行第三次膨胀和延迟。至于活塞是采用长行程还是短行程,那就无所谓了。虽然短行程的汽缸轴线略低,但是长行程更简洁。

  导引管承受汽缸传递来的轴向拉力,受力状态稳定,不易变形。除前端汽缸部位完全封闭外,其他左右侧面部分开有泄压孔,沿用现有长行程活塞或短行程活塞结构的泄压处理方式,防止废气窜入机匣内部。为了更好地保护导引管,可以从机匣前端上下两面向前延伸出框架式结构。该结构的上下端面可以作为战术导轨的安装面,左右两端面可以作为浮置护木的安装面,其前端下方可以安装两脚架。

  如果想要调节气体流量,可以使用类似81式步枪的气体调节装置。导气管圆柱段侧面相对位置分别开有大小气体流量调节孔,前端面有回转式调节/拆卸法兰式手柄。打开导气管前端的螺塞就可以用推杆把导气管中的积炭轻易推到汽缸里面,并在导气工作过程中排出汽缸,从而快速完成简易维护导气管。

  混合导气原理的设计目的是为了提高导气活塞式半自动精确步枪的单发射击精度,使其达到吹气式精确步枪的水平,而可靠性和维护性不会明显降低。轻机枪和自动步枪也可以从中获益。其导气时的工作状态与非导气式步枪和关闭了导气孔的导气活塞式轻武器接近。其卸载式导气管的理论受力状态优于吹气式的导气箍前半部分不对称承压的受力状态。由于混合导气原理部分沿用导气活塞式的结构,所以对动力偶的降低不如吹气式。

  现役导气活塞式自动步枪和机枪可以通过改装来验证短吹气式暨卸载式汽缸的导气结构的实际性能,因为它对导气活塞式结构拥有着良好的继承性和兼容性。其中SVD、G36和米尼米轻机枪最容易进行此类改装。对于卡宾枪来说,就没有改装的必要了。

  不过我在此怀疑此设计的可行性。因为现在的导气管式和导气式其实在工作时并没有让气体经过很长的路径就开始做功(如各种导气式步枪),而且也没有让气体膨胀太多(如M16)。楼主的设计自然减缓了燃气的流速,提高了稳定性,也降低了压力,可能会让做功能量不足吧?这是其一。第二是时机问题,如果导气管有一定长度,那么气体经过路径太长并且正在膨胀,弹头经过引气孔并快速出枪口后,膛压骤减,此刻参与自动循环能量的气体是否充足?能否继续完成推动枪机体的作用?第三是位置问题,如果象楼主所言细导气管很短,那么导气装置必然靠近机匣,此时燃气尚未完全燃烧,就要做功,难道不发生M16那样积炭的毛病?第四是泄压孔问题,看图示这些孔好象很靠近机匣,这样对射手的影响和危害是否会增大?

  最后是图示的问题,出于严谨的考虑,我希望楼主能将零件名称指示于图上,这样就更直观地供大家分析。

  不过我毕竟是业余军迷,只能推导一下相对简单的理想力学问题,专业问题是不懂的。

  既然M16的长管导气系统能正常工作,那么短吹气管暨卸载式汽缸的工作也不会有问题。

  可能会积炭。由于管子短而直,所以较M16的导气管不易积炭。而且清理很方便,不必打开机匣,只要拧开导气管前端的螺塞,用细杆捅捅就行。

  只对低基线的导气活塞短行程有所影响,适当前移汽缸位置即可。而且其原本就是为半自动精确步枪优化的,在低射速下该问题可以忽略不计。

  我相信更合理的结构方案可以很容易被开发出来。我所能做的就是尽力从朦胧中打开一个小小突破口而已。起步瞬间就耗尽了体力和积淀,我只能冲过起跑线,然后遥望着终点线。

  如果把轻机枪改造成混合导气原理的话,也许轻机枪就能有更高的单发射击精度,效果更接近吹气式精确步枪,可以临时客串精确步枪。这对与光瞄和夜视仪紧缺的TG来说也许能更有效益。

  从楼主的思路来看,似乎就是为了实现枪管浮动,要完全实现枪管浮动,恐怕就不是单纯导气管这方面因素了,还与护木等有关。护木的重量远比导气系统要大许多。所以现在出现了一些导轨,不与枪管接触,希望实现枪管的浮动。

  就导气管的重量和活塞短后座的结构重量相比,俺感觉不是很大。许多强调精度的枪械,除了M16和M16系列发展来的狙击枪外,采用导气管结构的也不是很多,所以俺感觉活塞短后座应该还是一个比较好的方案。

  我仅仅是针对导气过程中的各个部件的受力状态而设想的,尽可能消除影响精度的因素,至少是我个人看来比较明显的。

  我要实现的是枪管的动态浮置。静态浮置比较容易被重视和实现,动态浮置不易被重视而已。这是我认为HK416的精度不如M16的症结所在,二者绝大多数零部件特别是闭锁方式完全相同。

  在我的设想中,精确步枪是用短吹气管对导气活塞短行程的增强。当然影响精度的因素很多,只能说能控制一个是一个,更何况是瞬间对枪管的强力扰动。

  虽然结构越简单越好,但是精确步枪对精度的追求付得起这样相对有限的代价。至少混合导气方式在纯力学分析方面甚至比吹气式的卸载效果更彻底--连导气管都是卸载式的。

  正如某大佬所说:同国外相比,中国军工既不能拼材料,也不能拼工艺,拼成本也不行。因陋就简,那么凭什么赶超先进呢?

  我希望借助混合导气原理能使较轻和便宜的枪管达到短行程导气活塞原理下昂贵的加重枪管的精度。

  其实我对高轴线的导气活塞长行程演示方案比较满意,短行程的演示方案的确是比较复杂。如果借用长行程演示方案并压低轴线的话,也许更简单可靠。

  短行程演示方案借鉴自M16,是对精确步枪导气孔距离机匣距离过长的、对重量方面的折中;而长行程演示方案由81式和加利尔演化而来,虽然简洁可靠,但是重量较大,最适合对现行轻机枪的改装。

  依我看楼主的设计基本就是传统的导气式结构的某种形式,仍然没有跳出导气式的原理框架。M16枪族其实也是低置的导气管式设计,和楼主的设计相似。

  在这里我想强调国内枪械设计师们的一点结论:导气孔的上下位置会影响枪的跳动力矩。常见的说明只指出导气路径与枪管轴的距离,以及枪机质心与枪管轴的距离。而“导气孔的上下位置会影响枪的跳动力矩”这点很少被提及,其原理是以枪管为假设不动参照物,气体向上喷出时导气孔时对枪管的反作用力,和火箭的反冲原理相似。所以,我一直怀疑导气强烈的AK47点射第二发偏下的原因就在于此。

  以AUG为典型的双导气活塞结构其实一定程度上减少了导气孔位置引发的跳动,但是不完整,除非两个导气孔完全出于相隔180度的水平位置并且导气孔轴心连线与枪管轴相交。

  我的设想只是在现有导气理论和架构下,尽可能地消除枪管的侧向力,从而实现基本的枪管动态浮置。

  至于180度对置双导气活塞方案,我其实也设想过。不过感觉问题太多和结构复杂,至少我现有知识水平不足以对其进行进一步的实用化设想。

  2、导气孔位置位于枪口附近,采用M1步枪1939年后的导气方式或者在膛线区开孔。

  2、受力对称,合成力的作用方向与枪管轴线重合或接近,有利于枪管发挥精度。即便有扰动也来不及对子弹产生影响。

  3、可以大幅度削减枪口处的燃气压力,削弱由枪口燃气喷射造成的枪口焰、噪声和后坐力,而且有利于消音器更好地发挥作用。

  双导气孔设计的复杂化注定了不能成为枪械的主流,而使用小口径冲锋枪弹的自卫武器也没多大必要使用导气式原理。这些基本上是枪械研究界的共识。MP7的设计其实只是为了满足尺寸设计要求的妥协而已。我们的无托冲锋枪目前的主要指标之一连发精度已经高于95短突的水平,光从枪机设计来说是性价比很高的选择。

  图好看与否不是我的能力,而是软件的效果。比它更好更加逼线精简版,据说以后的版本更强大更漂亮,输出可达照片级。

  说起来早在SOLIDWORKS2000的时候我就会基本操作了,可是直到2008我的水平还是业余的。因为我工作用不着它,玩具而已。

  楼主,SW早就已经是世界排名第一的中端三维设计软件了,NASA的火星车也是用它设计的。从SW2008开始,solidworks公司已经把它称为大型三维软件而不是中型了,并且他们还想进军汽车制造领域。

  窃以为,solidworks、inventor这类软件是设计枪械的最佳选择,CATIA、UG或ProE有点浪费,毕竟枪械比较简单。

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