火炮原动力:原动力

　　现代火炮发射时，炮口火光冲天、轰鸣声响彻云霄、弹丸风驰电掣般飞向目标。而这一切的动力源泉就是火炮的发射装药。了解不同火炮发射装药的结构差别，对我们深入了解现代火炮有着重要意义。
　　
　　不同种类火炮的发射装药结构千差万别，但是都可以分成以下几个部分：
　　发射药容器 它是容纳火药和其他辅助元件的构件，用于保持发射装药形状和结构强度，防止火药受潮和遭受意外冲击，按结构可分为药筒和药包两大类。
　　传统药筒由金属材料（一般使用材质较软、易于加工的黄铜）冲压制成，这种药筒结构强度高，能够方便地密闭火药燃气，发射后退出炮膛还可以进行回收利用，使用非常广泛。但是传统药筒会占用大量宝贵的金属资源，而且发射后的退壳和抛壳动作还限制了火炮射速的提高，大量废旧药筒的回收处理也给后勤部门带来巨大压力。随着技术的进步，出现了所谓的全可燃和半可燃药筒。这些药筒具有与金属药筒相近的结构强度和密封性能，但是药筒部分主体可以在火炮药室内燃烧殆尽，从而省去上面的各种麻烦。全可燃药筒因为无法密闭火药燃气，所以需要在炮闩上增加专用的密封紧塞具，而半可燃药筒则在药筒底部增加了一个很短的金属弹底解决燃气密闭问题，采用这种结构药筒的炮弹主要用在射速较高、体积有限的坦克炮上。除了可燃药筒装药以外，近年来我国还针对大口径压制火炮可燃药筒加工生产困难的问题，研制开发了塑料药筒技术。同样作为金属药筒的替代产品，塑料药筒在解决了结构强度和抗烧蚀问题后，生产成本和技术难度都要低于金属及可燃药筒。药筒本身结构重量较轻，而且与金属药筒相比成本极低，使用后可以直接抛弃，无需回收。塑料药筒装药已经在国产新型155毫米自行加榴炮武器系统上成功应用，对其他采用药筒装药的火炮（特别是大中口径火炮）来说，也具有较高的推广价值。
　　对于155毫米以上的大口径火炮来说，如果仍然采用药筒装药，其体积和重量会很大，所以这类大型火炮的炮弹通常采用药包作为装药容器。药包由丝、麻等易于燃烧且残留物很少的物质编制缝制而成。这种类型的装药制造成本较低，但是结构柔软、容易受潮，储藏运输时需要装在专用密封容器之内，而且同样需要紧塞来密闭火药燃气。药包装药可以方便地实现发射药分级，需要使用不同标号装药发射弹丸时，只需将预定数量的药包填入药室即可，因此装药号数较多的榴弹炮和加榴炮多采用药包装药。目前最先进的模块化装药则是药包装药进一步发展的产物，它用刚性可燃外壳代替了传统布制药包，既维持了原有药包装药的优点，又增加了装药的结构强度和可存储性，因此发展很快，使用范围日益广泛。
　　发射药发射药就是通过燃烧产生能量、推动弹丸前进和火炮后坐的火药，是火炮发射装药中最重要。也是直接实现其功能的部分。其种类、尺寸、形状、质量及在药筒和药室中的配置形式对火炮的那弹道性能起着决定性作用。
　　现代火药有颗粒状和长管状两种形状结构，多孔粒状火药装填密度大，而且具备明显的增面燃烧特性，燃气生成速率比较稳定。它加工生产非常简单，用一种牌号的粒状火药就能广泛适应多种火炮的需求。但是粒状火药在药筒（药包）内成无规则排列，弹底发射药点燃以后容易造成传火不畅现象的发生，进而影响发射药燃烧的稳定性。比较而言，长管状装药虽然加工成本较高，容易产生侵蚀燃烧和燃烧残留现象，但是特别有利于传火，而且在低温环境下引燃稳定。所以，76毫米以下中小口径航炮、高射炮、舰炮可以全部采用粒状装药；而100毫米高射炮、120/152毫米火炮等药室长度大、装药量多的大口径火炮一般都采用管状装药。以上分类主要针对药筒装药的火炮，对于采用药包装药或模块化装药的榴弹炮、加榴炮来说，虽然总装药量较大，但是单一药包（模块）体积有限，故仍然采用粒状装药。
　　点传火机构 点传火机构就像爆竹的火捻一样，利用最简单的外部击发冲量产生足够的热量点燃发射药，顾名思义，由点火器件和传火器件组成。
　　不同结构的火炮装药所采用的点传火器件也各不相同，采用金属药筒（也包括带金属弹底的半可燃药筒）的发射装药都以火帽或者底火作为基本点火具。它们一般都安装在火炮药筒底部中心，内部装有少量对冲击非常敏感的雷汞等化学物质作为击发剂，只要火炮击针撞击底火，就会引燃击发剂。对于25毫米口径以下的火炮弹药，使用只含有击发剂的火帽就足够了，37毫米口径以上的火炮弹药因为装药量较多，需要更大的击发能量，这时就需要少量黑火药作为辅助点火剂，辅助点火剂和火帽的结合体就是底火。采用全可燃药筒和药包（模块）装药火炮弹药因为结构强度不足，无法在底部安装底火，所以采用击发门管作为基本点火具。其基本结构和底火相同，但是做成了黄铜外壳的独立器件，使用时直接放到火炮炮闩的击发门管室里。早期火炮的击发门管需要炮手人工装填，费时费力，目前需要使用击发门管击发的火炮一般都会在炮闩上安装门管自动装填机构，从而缩短了火炮弹药的装填时间。
　　
　　大口径火炮装药还需要进一步增大击发能量才能保证发射药正常点火，这就用到了传火器件，也就是点火药包和传火管。点火药包是一小包放置在药筒底部或者缝制在药包底部的黑火药，它和底火紧密相连，由底火直接点燃，燃烧后产生足够的能量引燃全部发射药。传火管是一个开有很多传火孔的中空细管，内部装满黑火药，一头直接连接到底火上，另一头则深深插入发射药粒中，传火管在密实的发射药粒内提供了一条火药最初的燃烧通路，有力地保证了发射药点火的均一性和稳定性，因此装填密实的大药量粒状发射药一般都会用到传火管作为传火器件。
　　辅助元件 在火炮发射装药的组成机构中，还有很多结构不同、功能各异的辅助元件。它们虽然不是装药结构的主要部分，但是都为装药效能的充分发挥起着重要作用。这些辅助元件主要包括护膛剂、消焰剂、除铜剂、紧塞具、密封盖等。
　　护膛剂是大威力火炮发射装药必不可少的元件，它是一层包裹在发射药外层的低燃点物质，射击时能够在高温火药燃气和炮膛内壁之间形成一个低温夹层，有效保护火炮内膛不被火药燃气烧蚀，提高了身管寿命。
　　火药燃气在炮口/炮尾与空气中的氧气发生二次燃烧产生强烈火焰，这些炮口/炮尾火焰不但会暴露火炮发射阵地，还会对炮手造成伤害。以硫酸钾为主要成分的消焰剂就是消除这些火焰影响的装药元件。
　　使用紫铜弹带的线膛炮由于弹带材质较软，会在发射时产生“挂铜”现象。膛线上的残铜积攒过多就会对弹丸前进产生额外阻力，导致火炮初速下降，膛线磨损加剧。因此这类火炮的发射装药内都会添加专门的除铜剂元件，消除“挂铜”现象。
　　紧塞具和密封盖不是参加膛内燃烧化学反应的辅助元件，但是对于药筒结构的发射装药来说同样必不可少。它们都放置在药筒装药的最上部，紧塞具用于固定装药元件，防止在存储运输过程中位置发生窜动，保护发射药粒不受外力损坏，同时在发射药燃烧起始阶段阻止燃气外泄，形成良好的点火条件。密封盖则用于药筒分装式发射装药的口部密封，防止异物进入药筒，同时保护发射药不会受潮失效。这两种元件一般都是纸质结构，为保证密封效果密封盖还要经过油浸处理。密封盖在装药使用前需要取出，而紧塞具则在发射药燃烧时一起烧掉了。
　　装药辅助元件的使用需要经过仔细选取，不恰当的添加剂不但不能起到预期效果，反而会严重恶化膛内燃烧状况。随着技术的进步，装药辅助元件正在向小型化、高效化、多功能化和低残留物方向发展。
　　
　　火炮发射装药的类型
　　
　　目前实际使用的身管火炮发射药结构主要有两种类型：一是采用粒状装药结合传火管点火的结构，二是采用粒状药加长管状装药，或全部采用长管状装药用点火药包点火的结构。但也有少数弹药，比如采用分装式结构的俄制坦克炮用125毫米脱壳穿甲弹会同时采用传火管和点火药包构成的混合结构。
　　针对不同的弹道要求，火炮的发射装药可分成以下几种构造形式：
　　药筒定装式发射装药药筒定装式炮弹的发射装药通过药筒和弹丸连接成一个整体，这种装药类型的炮弹结构最为紧凑、弹体强度最高，整个弹药部分的装填可以一次完成，并且能够承受火炮自动机在装弹和退弹过程中的各种冲击。高装填效率的优势使药筒定装式炮弹广泛应用于各种中小口径加农炮、自动炮、坦克炮、高射炮和其他对射速有较高要求的火炮。其中最极端的例子就是美国最后一种火炮巡洋舰――“德梅因”级重巡洋舰的MK16型三联装203毫米主炮，为了达到10发/分的高射速，在如此大口径的火炮上也采用了黄铜药筒定装式发射药结构。
　　
　　大中口径定装式发射药炮弹的主要问题是对弹体长度和重量的控制，一旦超出炮手手动装填的能力范围，就必须为火炮配置自动输弹系统，导致火炮战斗全重和技术成本的增加。而且定装式炮弹产生大量废旧弹壳，其回收处理也是比较大的问题。解决它的有效方法就是采用可燃药筒技术，该技术已经在现代坦克炮弹药上广泛采用。随着可燃底火、激光点火等新技术的不断发展成熟，药筒式定装发射药正向全可燃的方向发展。埋头弹技术的出现，也为解决现代定装式炮弹长度过大的问题指明了方向。
　　药筒定装式炮弹的发射装药都是定装药，在出厂后就无法调整装药量，所以中小口径加农炮和榴弹炮的定装式炮弹都会分为全装药炮弹和减装药炮弹，两者的弹体标识不同，需要分别取用。
　　药筒分装式发射装药 药筒式分装药的发射装药自成一体，采用金属（塑料）或可燃药筒作为装药容器。分装式发射药最大的特点是可以通过增减药筒内药包数量灵活调整发射药装药量，使弹丸达到不同的炮口初速，即所谓的变装药。因此火力机动范围大、初速分级多的大中口径榴弹炮和加农榴弹炮都无一例外地采用了分装式装药结构。此外，大口径加农炮因为定装弹长度、重量过大，一般也采用分装式结构。采用炮塔吊篮装弹机的中、俄两国主战坦克因为受到装弹机弹盘尺寸限制，同样采用了药筒分装式发射药。
　　因为炮兵装备传统的缘故，药筒分装药式炮弹在中、俄等东方国家使用较为普遍。其优点是装药结构强度较好，只需要在药筒口部盖上密封盖就能用普通包装箱存储运输。现代半可燃和全可燃药筒分装药因为采用了可燃式密封结构，甚至连防潮盖都不需要，从弹药箱内取出就可以发射。药筒分装式发射药最大的缺点是使用比较繁琐，虽然在发射药包外面增加刚性药筒有利于运输和存储，但是使用前人工从药筒内增减药包的步骤对火炮射速的提升影响很大。半可燃或全可燃分装药筒只适用于加农炮或坦克炮，无法从根本上解决上述矛盾，况且采用炮塔吊篮装弹机的药筒分装式坦克炮弹本身还存在弹药安全性问题。总之，随着模块化发射药的成熟和炮塔尾舱式自动装弹机的普及，药筒分装这种装药形式正在被逐渐淘汰。
　　药包分装式/模块化发射装药 药包分装式发射药本质上和药筒分装式发射药一样，都是为了在使用时灵活调整装药量以实现火炮初速分级。只不过药包分装式发射药完全省略了药筒结构，直接用丝质或布质包装袋作为发射药容器。在模块化全可燃发射药发展成熟以前，药包装药几乎是大中口径压制火炮解决废弃药筒堆积问题的唯一出路，被西方国家广泛采用。除了陆地火炮以外，早期203毫米以上的大口径舰炮因为装药量很大，也普遍采用多个药包分装的装药形式。
　　药包分装式发射装药的缺点也有不少，首先它不耐存储，每个装药都需要独立的密封桶进行包装，否则很容易受潮或受外力冲击而破裂。其次，药包式装药本身无法实现弹底气密，而且必须使用单独的击发门管进行击发，因而对火炮炮尾部分的结构提出了较高的要求。再次，药包分装式装药上的附件比药筒装药多，装药外部需要很多带子和套圈对多个药包进行固定，这些附属物降低了装药有效部分质量，燃烧后产生的杂质也对燃烧稳定性不利。最后，也是最重要的一点，药包分装式发射药因为本身过于柔软，完全无法实现自动装填，对大口径压制火炮射速的提升产生很大的负面影响。
　　正因为这样，传统的药包分装式发射装药也正在被淘汰，取而代之的是全新的刚性模块化发射药(在模块式发射装药成熟以前，80年代西方国家曾一度使用刚性全可燃容器容纳发射药包或早期的全等模块装药，组合后的发射药容器其实就是一个全可燃药筒，使用上也和药筒分装药类似。90年代，真正的模块化发射药技术成熟以后，这种装药形式即遭淘汰)。它用标准的刚性全可燃发射药模块取代了药包，各装药模块均按照相同的规格进行工业化生产，成本低、产量大。目前已经实用化的双模块发射药系统包括基本装药和减装药两种发射药模块，通过简单组合就可以实现火炮全部标号的初速分级（1、2号装药使用减装药模块，3～6号装药使用基本装药模块）。模块装药的组合方式有插接式和非插接式两种，插接式的模块装药两端分别加工有凹凸卡口，各模块可以连接成一个整体以利于自动装填。插接式模块装药的缺点是只能用人工组合（插接），无法实现弹舱自动分药。非插接式模块可以比较方便地实现发射药舱自动化管理，但是因为模块间缺少连接结构的支撑，为保证装填过程安全可靠，对送弹和输弹机结构的设计提出了更高的要求。
　　
　　和传统意义上的发射装药相比，模块化发射药具备极为明显的优势。其标准化程度在借助可变药室容积火炮技术后，甚至可以实现各种口径的压制火炮共用一套发射药模块，由此为简化陆军火炮弹药后勤保障而作出的贡献是不可估量的。刚性模块装药的另一个优势是可方便实现大口径压制火炮射击装填的全面自动化。现在，采用模块化发射药的新型155毫米自行加榴炮已经能够达到与采用药筒定装式弹药的中小口径压制火炮比肩的高射速了。
　　特殊弹种的发射装药
　　在身管火炮家族内有两位特殊成员，它们的发射装药虽然基本元件和常规身管火炮相同，但是在结构形式上各具特点，因此有必要单独加以介绍。
　　迫击炮装药 迫击炮主要用于对付近距离隐蔽目标，身管短、药室大，射击时有大量气体流失，绝大多数迫击炮都采用前装滑膛式炮弹，其对应的发射装药也有独特的弹道性能。
　　迫击炮装药通常采用尺寸小、形状简单、燃烧速度快的球状或粒状火药，由基本药管和附加药包两部分组成，也属于可以调整初速分级的变装药发射装药。基本药管装在迫击炮弹开有传火孔的尾管内，本身带有击发用的火帽，它一方面必须满足迫击炮最小号装药发射的初速、膛压要求，另一方面又必须对附加装药起到良好的点火作用。附加装药是一系列等重药包，能够按初速分级进行调整。
　　早期迫击炮的附加装药都采用细麻布药包，有带状、环状片状等多种外形，使用时需要将它们用细绳绑在炮弹尾管上，或者插在炮弹尾翼之间。这类附加装药也和药包分装式发射药一样存在结构落后、使用繁琐、无用部分质量大等缺点。借助模块化发射药思想的发展，现代迫击炮弹的附加装药都使用可燃有机材料包裹发射药粒后冲压成带有一定刚性的C字形圆片，使用时只需要将预定数量的附加装药片卡在迫击炮弹尾管上就可以了。新的刚性附加装药片因为结构性能先进，已经被世界各国广泛采用，逐渐取代了传统布质附加药包。
　　无后坐力炮装药 无后坐力炮是一种炮膛尾部有气流流出的低膛压、低初速轻型火炮。因为炮尾喷出的火药燃气抵消了绝大部分的火炮后坐能量，所以这种火炮不需要复杂的炮架和反后坐装置，主要用于装备步兵，近距离打击坦克、工事等点状坚固目标。
　　无后坐力炮也分为线膛和滑膛两种，都采用定装式装药炮弹。线膛无后坐力炮拥有金属药筒，药筒表面开有很多小圆孔用于喷射燃气。为了弥补火药燃气外泄造成的推力损失，线膛无后坐力炮基本都采用高装填密度的粒状发射药，而且装药量很大（达到一般线膛炮的两倍），药筒中心带有很长的传火管以保证点火效果。药筒内部需要用牛皮纸包裹发射药粒，纸筒在燃烧初始阶段密闭火药燃气，防止它们过早的泄漏出药筒，以维持一定的点火压力。
　　滑膛无后坐力炮的炮弹没有药筒，而是直接将管状发射药束捆扎在开有传火孔的炮弹尾管周围，这种结构类似于迫击炮弹的装药形式，但是无后坐力炮的尾管内部没有基本药管，只装填有少量黑火药起到点火元件的作用。滑膛无后坐力炮通过炮弹尾翼和火炮尾部燃气喷口之间的薄板密闭火药燃气，当主装药燃气达到预定压力时就会冲破薄板，从炮尾喷出。通过调整薄板的厚度可以控制炮膛内压力和弹丸的初速。
　　因为无后坐力炮发射时尾部会有大量高温燃气喷出，很容易暴露发射阵地并使炮手受到伤害，因此正在被结构更为简单，使用更加安全、隐蔽的单兵火箭筒逐步取代，与之相配的弹药现在也基本上停止发展了。
　　（编辑/王路）