梁庆林 焦方金 马代武

摘要：本文主要研究如何削弱甚至消除火炮发射时产生的后坐力，以时间为主要线索，研究了超长和串联超长后坐技术、曲线与二维后坐技术、无后坐力炮技术、软后坐技术、膨胀波技术、电（磁）流变技术以及最新的电磁炮技术，为我们今后的研究方向提供了参考。

关键词：火炮；后坐力；消除

后坐力指的是枪弹、炮弹射出时的反冲力，其产生的原因是动量守恒。火炮在射击时，身管内的火药燃烧产生气体，进而形成强大的压力，这种压力一方面作用于弹丸，推动弹丸加速运动，使其达到所需的动能，最终射出炮口。另一方面，炮膛内的火药燃气也同时作用于炮身，产生一个向后的作用力，使得炮身等部件向后运动，形成后坐现象，这个向后的作用力就是火炮的后坐力。

火炮后坐力的危害

从火炮誕生起，后坐就一直伴随着火炮。后坐力给火炮带来了诸多危害，影响了火炮作战效能的发挥。降低了火炮射速和射击精度。增加了火炮重量，影响了火炮机动。增加了炮班人员，操作复杂困难。后坐给火炮带来的这些不利因素，直到19世纪末反后坐装置出现后，才得到改变。但是并没有完全消除。直到今天，人们依然在努力研究各种技术手段来降低火炮的后坐力。

归纳起来，目前普遍应用或重点研究的反后坐技术主要有以下几种：

增加长度-超长和串联超长后坐技术

在火炮后坐能量一定的情况下，为了降低后坐力，从而降低全炮质量，最常用的途径是在满足总体要求的前提下增加后坐长度，这就是目前普遍应用的超长和串联超长后坐技术。

为了进一步增加后坐长度，火炮需要改变总体部署以实现超长后坐。如美国的M777式155mm榴弹炮和新加坡的“飞马”155mm榴弹炮，通过下架落地、耳轴布置在摇架的后端、摇架加长、炮尾后端相对于耳轴前移等措施降低了火炮耳轴高度，满足了超长后坐的结构要求，获得了较低的后坐阻力和良好的射击稳定性。其中，M777的最大后坐长达到了1380mm。

改变方向-曲线与二维后坐技术

超长后坐技术虽然通过增加后坐长度，减小了后坐力，但是受火炮自身结构限制，后坐长度不能无限增加。为此，人们又把目光转移到了改变后坐方向上来，研究出了曲线后坐和二维后坐技术。

曲线后坐技术是一种利用火炮后坐能量来提高稳定性的技术，它不同于直线后坐之处在于火炮后坐部分是沿曲线轨迹而非直线运动的。与同口径直线后坐火炮相比，在相同全炮质量，火线高和后坐长度情况下，采用曲线槽式平面运动曲线后坐系统射击稳定性可以提高50%左右。

英国研制的LTH 155mm轻型牵引榴弹炮即采用了这一技术。曲线后坐火炮虽然能够提高火炮的后坐稳定性，但不能有效减小后坐阻力 在保证后坐稳定性的同时难以兼顾复进稳定性，复进减速时炮身转动所产生的惯性力矩加剧了火炮翻倒的可能。

二维后坐技术属于曲线后坐技术的一种，该技术将串联后坐与曲线后坐结合起来，充分利用了串联式后坐系统加大后坐长度，减小后坐阻力与曲线后坐能增加射击稳定性的优点，克服了曲线导轨“硬”式曲线后坐的缺点，使曲线后坐更加完善。

改变结构-无后坐力炮技术

除了增加长度、改变方向等方式外，在降低火炮后坐力的努力中，还有这样一种类型的火炮，它的后坐力降到了基本为零的地步，这就是无后坐力炮。

目前从喷口位置和工作方式的不同上看，无后坐力炮主要分为中心喷管无后坐力炮和喷口前置无后坐力炮两种。

中心喷管无后坐火炮

中心喷管无后坐火炮的工作原理是将喷口通过炮尾连接部同药室相连，在发射的弹药上安装炮炸隔板以控制喷管打开的时机，一般炮炸隔板的破坏压力同推动弹丸前进的气动压力相等，即在弹丸开始运动的同时使火药气体向后喷出，从而抵消推动弹丸产生的后坐力。中心喷管无坐力炮的主要缺点是：点火特性较差；发射时有部分未燃烧完毕的火药气体从喷管中喷出，即浪费了能量，降低了弹药初速，产生的冲击波又会对操作人员产生危险。

前置喷口无后坐火炮

1950 美国通用动力公司Frigidaire分部在传统无坐力炮基础上开发出了前置喷口无坐力炮，其主要原理就是通过弹丸运动来打开喷口，实现火药燃气后喷，抵消后坐。前置喷口无坐力炮一定程度上克服了普通无后坐炮的部分缺陷，但是增加了系统的重量和复杂度，而且还需要复杂的弹性托架来调节最初的后坐效应。因此没有出现定型产品，但是在轻武器领域，这种技术却得到了广泛应用，比如克罗地亚的RT-20反器材狙击步枪就通过喷管前置减后坐技术使后坐力将至人体承受的范围之内。

前冲后坐-软后坐技术

软后坐技术也称为前冲技术、待发状态发射技术，是指火炮发射后，在炮身复进过程中击发，利用炮身复进时的前冲能量抵消部分后坐能量。简单的说，就是炮身先前冲，再后坐，从而实现降低后坐力的目的。

采用软后坐技术的火炮炮身通过前冲机与炮架连接。前冲机的构造与火炮的反后坐装置基本相同。发射前，炮身被卡锁卡在炮架后方。发射时，卡锁解脱，前冲机利用炮身后坐时所贮能量使炮身前冲。炮身前冲到一定位置时击发炮弹。击发后，炮身受到前冲惯性作用的同时，受到炮膛合力的作用，首先使炮身前冲得到制动，继而使炮身后坐。在这一过程中，前冲机抵消一部分后坐能量，使炮身后坐得到控制。炮身后坐终止，重新被卡，装填下一发炮弹，开始下一次射击循环。

世界上最早应用软后坐技术的是法国1906年生产的施耐德M1906式65毫米山地榴弹炮，

软后坐技术的主要优点是减小了耳轴拉力和减少了后坐周期所用的时间。从理论上讲，在相同后坐长度的条件下，采用软后坐技术可使火炮的平均后坐阻力降至常规平均后坐阻力的四分之一，而在实际应用中也可降到二分之一至三分之一的水平。如M204式105毫米榴弹炮（见图二十七）采用软后坐技术后，后坐时间由2.5秒降为1.4秒，后坐距离由1184毫米降至430毫米。

采用软后坐技术的火炮，由于后坐小，炮身振动小，在360°的方向射界内以任何装药射击时都是稳定的，极大的提高了火炮射击的稳定性和射弹密集度。又因炮身后坐行程短，射击循环时间短，火炮在整个高低射界内都能以较高的射速进行射击，而且炮班操作安全，在炮尾后无任何限制，能明显提高火炮射速和炮手的操作安全性。由于炮身后坐能量小，可以采用较轻的炮架，有利于减轻火炮全重。

此外，软后坐原理也普遍应用于高速自动炮，这时候与一般前冲炮所不同的是后坐终了时炮身不挂卡，即刻复进，因此射击循环时间短，射速高。又因为没有后坐挂卡时的撞击，炮身振动小，有利于提高火炮射击的平稳程度和射击密集度，目前普遍应用于小口径高射炮。

软后坐技术在大口径火炮上应用却并不广泛，原因主要是软后坐技术增加了火炮系统的复杂程度。

适时“放气”-膨胀波技术

膨胀波火炮是在无后坐力火炮基础之上，运用膨胀波理论通过推迟后喷装置的打开时间来达到在不影响弹丸初速的前提下，有效地减少后坐冲量和膛内热量的新型火炮。

其工作原理为：在发射药燃烧产生高温高压的火药燃气推动弹丸运动的过程中，当弹丸运动到身管某一位置而未脱离炮口时，突然打开药室底部的后喷装置，使火药燃气迅速向后喷出，药室内的压力随之下降，这种现象被称为膨胀波或“火药气体稀释”现象。膨胀波在炮膛内的扩展速度和声波传播速度是相同的，因此这种压力下降现象传递到弹丸的弹底会有一个时间上的滞后，膨胀波火炮就是利用这一滞后现象，精确控制炮尾开口的时机和速度，使弹丸在燃气后喷的同时感觉不到压力的降低，仍然像在密闭的炮膛内飞行，以原来的初速飞离炮口。如果能适当推迟喷口开口的时间，使膨胀波恰好在弹丸刚刚脱离炮口的瞬间追赶上弹丸底部，则实现了所谓的“定时同步”，从而达到最大的功效。

此外，膨胀波火炮还在炮尾部装有一个扩张喷嘴，从炮尾释放出来的火药气体通过该喷嘴高速向后排出。此时扩张喷嘴对火药气体起到降温降压作用，火炮的内部热能转变成了后喷气流的动能，并在喷嘴处形成作用于火炮的反向压力，大大抵消了火炮的后坐能量。

可以说，膨胀波技术就是通过发射时，在炮尾适时“放气”-释放火药燃气，从而对火炮形成反作用力的方式来降低火炮后坐力的。

主动控制-电（磁）流变技术

传统的反后坐装置中，制退机主要利用制退液的空隙节流来产生阻力，通过节流孔面积的连续变化来调节后坐阻力的大小，其后坐规律无法实现实时的动态调整。电（磁）流变技术的出现，为人们主动、实时的控制火炮后坐力的大小提供了希望。

电（磁）流变技术是一种运用电（磁）流变效应降低火炮后坐力的新技术。电（磁）流变效应是指特殊流体的流变性能（表观粘度、剪切应力等）在施加外电（磁）场以后，随着电（磁）场场强的变化而急剧变化，如果电（磁）场强度足够高而剪切速率恒定时，流体能够固化为粘弹性类固体，即液体的性质由液态向类固态转变，液体的粘度及抗剪切力明显增大，而这种变化时间极短，并且可逆，变化是无级连续的。这种变化可由外加电（磁）场实时控制。这种液固瞬时的、可逆的、连续的快速反应，构成了一种以内移式为主的力学控制新方式，极大地改善了传动系统的动态品质。目前这一技术已开始进入应用研究，主要用于各种减震和阻尼系统。

彻底革命-电磁炮技术

不管是着眼改变后坐距离的超长后坐技术、着眼改变方向的二维后坐技术还是软后坐、膨胀波、无坐力炮、电（磁）流变等着眼其他角度的降低后坐力技术，都是立足于火药燃烧产生的气体推动弹丸这一基础之上的，属于温和的“改良派”。相比而言，抛弃化学能，改用电能的电磁炮可以说是一种彻底革命性的技术。

电磁炮又称脉冲电源电磁炮，是应用电磁加速技术发射弹丸的一种“纯”电能武器，由于其彻底抛弃了传统的火炮发射原理和方法故又被称之为新概念武器。其工作原理主要是通过高频率的脉冲电源产生强大的电流，继而产生强磁场通过电磁力使弹丸加速并飞离身管。由于其推进主要依靠的是电磁力，而电磁波的传播速度接近于光速，其发射过程短暂，同时弹丸与身管的摩擦很小，几乎不会产生后坐。

电磁炮按驱动形式的不同，可分为线圈炮、轨道炮、重接炮三类。目前，在电磁炮的研究进展方面，美军同样一马当先。陆、海、空三军均有多个电磁炮项目在平稳推进。其中以美国海军研究实验室（NRL）的海军研究局（ONR）电磁导轨炮（EMRG）项目实验室规模电磁导轨炮系统进展最快，该系统在10月31日就完成了1000次试射，而在12月10日的两次试射中这门电磁轨道炮将23磅（10.4千克）的射弹加速到2500米/秒左右，先后实现了33兆焦和32兆焦的实际发射，根据计算，33兆焦的动能可以将这枚射弹发射到至少110海里（203公里）以外。

电磁炮虽然原理简单，但是其在技术方面还存在一些难以克服的障碍，主要体现在脉冲电源、发射轨道、一体化发射装置和系统的集成，以及身管材料的选取方面，故目前还没有实际产品投入应用。尽管如此，电磁炮的独特性能仍然吸引着各国投入大量资金研究开发，在不远的将来，电磁炮必将在军事领域的各个方面发挥重要作用。

结语

纵观火炮发展史，自火炮出现起，后坐问题就伴随左右，在火炮威力“倍增器”和火炮发展“瓶颈”之间交替转换角色。刚性炮架时代，尽管火炮是战场上的神兵利器，拥有莫大的威力，但是人们却始终无法随心所欲的驾驭和使用它，其威力的发挥也自然大打折扣。直到进入弹性炮架时代，反后坐装置出现后，火炮才正式成为了各国军人手中的“雷神之锤”，以强大的力量决定着战争的走向。而超长后坐，串联后坐，曲线后坐，软后坐，膨胀波、电（磁）流变等诸多降低后坐力技术的出现使得火炮的性能日益先进，重量更轻、射速更快、精度更高。电磁炮技术的研究进展更是为“战争之神”指明了未来的发展方向。有效消除后坐力的技术会产生高性能的火炮，高性能的火炮反过来会进一步要求更合理、更高效的消除后坐力。这种相互制约、相互促进的关系将始终推动着消除后坐力技术不断向前发展。或许等到激光、粒子束等定向能武器修成正果、一统天下的时候，火炮后坐力问题才会逐渐淡出人们的视野。

参考文献

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[6]《某型地面火炮后坐过长故障分析与排除》，徐红歌，《軍械士官》，2013年第003期16页

（作者单位：1.预备役步兵第二四七团；

2.陆军步兵学院石家庄校区）