50个简单的科学小制作【复杂而前卫的“小炮弹”】

  动作原理详解      由于结构原理比较独特,八九式杀伤榴弹的发射和动作方式与一般的迫击炮弹不同,必须从弹体本身和引信动作两个方面来具体详解。   弹体动作
  八九式杀伤榴弹在发射前将引信安装到弹体上,拔掉引信上的保险销,将整个榴弹从掷弹筒口部装入发射筒内,弹体由于重力作用下滑,其底部抵住发射筒中心的调节杆顶端。此时,射手用左手握住发射筒,然后用右手拉动击发杆,击发杆带动击针压缩击针簧,最后释放击针。击针撞击底火点燃底火座内的传火药,进而点燃药囊内的发射药,发射药在药囊盒内燃烧。当压力到达一定值以后,火药燃气会冲破药囊盒与发射药室之间的孔,并向两个方向运动:一部分燃气冲破发射药室上的8个排气孔,并作用到发射药室外部的弹带上,使弹带发生径向均匀膨胀并嵌进膛线;另一部分燃气从底部的8个排气孔进入发射筒内,形成低压室,以较低的压力推动榴弹旋转,并飞出发射筒。通过调节杆伸入发射筒的尺寸,可以控制榴弹底部与发射筒之间的空间大小,进而改变发射时的压力,以此来调节射程远近。即调节杆伸入发射筒内越多,榴弹底部与发射筒的空间就越小,发射时压力越大,由此初速越高,射程也越远。
  八九式杀伤榴弹正是采用这种发射原理,实现了在后坐力可控的前提下发射较大质量的掷弹,同时使得调节射程变得更加容易。
  引信动作
  八八式瞬发引信的动作原理非常复杂。在发射瞬间,惯性保险筒在惯性力的作用下向引信体下部运动,带动击针簧隔片压缩下击针簧并逐步压下离心子保险筒上的3个弹性爪,直到下引信体底部停止运动。而此时弹体还在身管内处于加速运动状态,因此惯性保险筒会紧紧压在下引信体底部,不能解除保险,确保不会发生膛炸。惯性保险筒下降到下引信体底部后,3个弹性爪卡在惯性保险筒内部的环槽内。当弹体飞出筒口后,惯性力消失,惯性保险筒会在下击针簧力的作用下逐步上升,并带动离心子保险筒上升。离心保险筒回到初始位置后,不再罩住4个离心子,离心子便在弹体旋转的离心力作用下径向散开,解除对击针的限制,引信自此进入待发状态。此时弹体已经飞出筒口一段距离,由此形成了“炮口保险”。在飞行过程中,击针体由上击针簧隔离开,确保飞行过程中的安全,避免早炸。当弹体碰撞到目标后,击针体压缩下击针簧,击针尖刺入火帽,引爆雷管和传爆管,最终引爆主装药,从而毁伤目标。
  曾经有资料在介绍八九式杀伤榴弹和八八式瞬发引信时,描述其可以不拔除保险销直接发射,以起到延期爆炸的作用。但通过分析,这种说法是绝无可能的。八八式瞬发引信上的保险销是直径1.8mm的钢丝制成的U形销,若不拔除保险销,由引信自动解除保险,就需要在发射瞬间完全依靠惯性保险筒本身的惯性力,同时剪断钢丝。但是,无论从引信内部的空间和惯性体的质量,还是八九式杀伤榴弹发射时的最高初速来看,这都是无法实现的。另外,当弹体射出之后,必须依靠击针击发火帽,如果惯性保险筒无法剪断保险销,就不能下降到下引信体最底部,这样也就无法带动离心子保险筒上升,释放出离心子。也就是说,如果不拔除保险销,引信根本无法解除离心子保险,即使碰撞目标后引信头部受到强烈的撞击,但4个离心子合在一起形成的铜环依然挡在击针体下部,而击针体无论如何也不可能将径向宽度1.63mm、厚达3.56mm的这样一个铜环完全压扁,进而无法让击针尖能够刺发火帽。因此,不拔除保险销就直接发射只会有一个结果,那就是会导致引信失效,最终造成哑弹。
  其实,日本在二战期间使用的多种火炮炮弹,其引信结构和原理都与八八式瞬发引信类似,比如八八式野山加引信、八八式榴臼引信和八八式短延期引信。这类引信均为非保险型机械引信,击针保险均由离心子组成,解除保险均靠惯性保险筒释放离心子来实现,而为确保平时存放和携带的安全性,在惯性保险筒上均加装了保险销。
  
  其他辅助弹药
  
  八九式重型掷弹筒配用了多种辅助弹药,如九五式发烟弹、九四式代用弹以及其他训练用弹等。
  九五式发烟弹
  九五式发烟弹用于释放烟幕和对目标进行指示。该弹由弹体和八九式小型烟火时间引信组成。
  弹体 该弹弹体外形、结构与八九式杀伤榴弹相似,其中发射药室组件完全相同,弹体也分为上、中、下三段,但不同的是中弹体和下弹体不是靠螺纹连接,而是中弹体下部套在下弹体上部,然后用4个螺钉将中弹体和下弹体进行固定。这种连接方式能保证基本的发射强度要求,而发射后又能通过火药燃气的压力断开连接螺钉,使弹体分离,释放出内部的发烟元件。
  九五式发烟弹的弹体内部自上而下依次装有紧塞板、发烟剂筒、支撑筒、吊索、吊环、隔板和碗状减速板。发烟剂筒是圆柱形的薄壁黄铜零件,直径40mm,高60mm,内部空腔用来填充发烟剂。其顶部有锡板制成的紧塞板,紧塞板下方有圆柱形的薄铅板冲压成的传火剂室,内装传火剂。发烟剂筒底部向内卷边形成一个杯形底部,底部内装有加强用底板,而底板和发烟剂筒底部由一个吊环压紧在一起,吊环上拴有一段吊索,与下部的吊环相连,下部吊环和碗状减速板相连。支撑筒为半圆形的两瓣,合在一起刚好是一个完整的薄壁圆筒,包裹在发烟剂筒周围,用于承受引信发火后产生的压力。底部的隔板也由两个半圆形的厚板组成,用于与支撑筒配合,将压力传递到下弹体上。
  在发射过程中,当延时到期的引信发火后,会点燃弹体发烟筒内的点火剂和传火剂,火药燃气的压力作用在紧塞板和支撑筒上,剪断弹体下部的4个连接螺钉,迫使弹体上、下两部分离,进而将发烟筒从弹体中脱离出来。发烟筒尾部的吊索继而伸展开来,减速板发挥作用,发烟筒缓缓落地并释放烟幕,直至发烟剂燃烧完毕。
  引信 八九式小型烟火时间引信是一种使用烟火药达到延迟效果的引信,该引信全长44.45mm,最大直径36.5mm。其主要零部件由黄铜制成,共有上、下两个时间药盘,可以根据外表的刻度来选择所需的延期时间,每0.5s一个刻度,可以在0~20s之间装定。
  该引信外面有一个薄锡板冲压成的锥形保护罩,内部有一个铜丝制成的横向保险销,下部穿过击针体,上部沿着引信体外沿一直到底部后弯成一个便于手指拉动的圆环,这样当拉出保险销的同时,保护罩也一并被撕开。引信由上至下依次由压螺、碟形弹簧(2件)、上药盘及其纸垫和绒垫、下药盘及其纸垫和绒垫、引信体组成。其中,蝶形弹簧、上药盘及其纸垫和绒垫、下药盘及其纸垫和绒垫均套在引信体上端,并由压螺将它们固定为一体。上药盘为固定式,下药盘可以转动。绒垫和纸垫用于保护药盘药槽内的延期药,防止燃气泄漏或燃烧不匀。蝶形弹簧可以避免压螺将药盘压死而无法旋转调节。引信体中部自上而下则依次装有击针体、击针尖、击针隔离簧、针刺火帽。下引信体下端为传火药室,内装小粒发火药,用来点燃弹体内部的发烟剂。传火药室底端拧有螺盖,其中心部分很薄,便于火药燃气冲破螺盖。引信体一侧加工有一个“�”形截面的通孔,以便下药盘上的火焰能传到传火药室内,而引信体上专门设计了一个侧向堵螺,将孔口部分封住,防止下药盘传火时燃气外泄以及传火药因接触空气而变质。
  八九式时间引信的延期计时原理是,当下药盘位于刻度“0”位置时,下药盘一侧倾斜的空心管形药与上药盘一侧的空心管形药以及下引信体一侧的空心管形药均对正,发射后击针因惯性作用压缩击针隔离簧,并刺发火帽。火帽产生火焰后,通过下引信体一侧的传火孔导入上药盘侧面的管形药内,经过下药盘一侧的管形药再到下引信体一侧,直接引燃下引信体内的发火药并使引信发火,此时无任何延时。当下药盘旋转到最大刻度即“20”位置时,下药盘的传火药尾端与下引信体一侧的管形药对正,而下引信体另一侧的管形药则与上药盘下部传火药的尾端对正,当火帽发火引燃上药盘一侧的管形药后,接着引燃上药盘的传火药,直至燃烧到尾端才能继续引燃下药盘一侧的管形药,接着引燃下药盘的传火药,燃尽后再接着点燃下引信体一侧的管形药,进而点燃下引信体内的发火药使引信发火,此时上、下两个药盘内的传火药是依次燃完的,引信延时达到最长。而当下药盘旋转装定在中间位置时,下药盘的管形药对准上药盘的传火药的某一位置,而引信体下部一侧的管形药则对准下药盘传火药的另一位置,其中上下药盘错开的刻度,决定了引信延期的时间长短。
  不过,八九式时间引信虽然设计有“0”刻度位置,但装定时要尽量避免“0”刻度以及较小刻度位置,以免造成事故。
  这种引信结构简单,装定容易,但计时误差较大,对药盘装药工艺和引信存储条件要求较高,而且夜间装定不够方便。
  九四式代用弹
  九四式代用弹是一种供八九式重型掷弹筒训练和演习使用的辅助弹种。全弹基本结构和八九式杀伤榴弹相同,弹体结构也一样,但弹体内装的是砂子,只是在雷管周围装有一个小型药包,目的是在着地后显示炸点,不会产生过多破片而造成误伤,比较安全。
  其他训练用弹
  八九式重型掷弹筒配用的其他射击训练用弹,还包括木质操练弹和空包弹。其中操练弹由整根圆木车制出弹体和引信室形状,主要用于训练射手安装引信以及练习装填动作,不能实际发射。其弹体内部不装填任何物质,头部引信为整体车制出来,只具外形而无实际功能,但其上可以安装保险销,用以模拟实弹发射前拔除保险销的动作。
  空包弹则是一种可供八九式重型掷弹筒以及十年式掷弹筒发射的特殊训练弹,整体外形很像九一式三用手榴弹,只是弹体顶部为平顶,无突起的引信部分。其底部为细圆柱形,内装底火和发射药,上部为较粗的圆柱形,主体为空心圆筒,内装多层厚纸板,顶部有加强板和薄金属冲压成的加强帽。上下两部分中间有一个木质连接座,然后利用冲压成的圆筒连接成一体。连接座顶部有一个小型药室,内装少量黑火药,两侧各有一个装有延期药的传火孔。当底火击发后,发射药筒内的发射药被点燃,火药燃气冲破四周密封锡片,进入发射筒,将弹体发射出去。在发射的同时,连接座内传火孔中的延期药也被点燃,当弹体飞行出40m左右时,延期药点燃连接座上部的黑火药,黑火药燃烧产生的燃气将弹体前部的纸板抛散出去,因此不会造成误伤。
  
  综合评述
  
  由于八九式重型掷弹筒口径仍为50mm,因此除了能发射上述弹药外,还能发射九一式三用手榴弹以及十年式掷弹筒、十年式燃烧弹、十年式信号弹和十一年式发烟弹等各种弹药,只是效果不及专门设计的“小炮弹”系列。总体说来,八九式掷弹筒弹结构设计紧凑,弹种相对较多,能够满足不同环境下的使用要求,特别是杀伤榴弹的威力比同口径的迫击炮弹要大,而且线膛身管的射击精度更高,加上其高低压发射原理和可调节长短的发射杆设计,后坐力得到有效控制,射程调节也更加方便和准确,使该型掷弹筒在西方获得了“膝上迫击炮”的称号(当然并非真的可以在膝上发射,发射必须保证后坐钣驻地)。
  日军之所以设计和装备掷弹筒,主要是想获得一种携行方便且火力精准的步兵伴随武器。但不可否认的是,八九式掷弹筒弹结构较复杂,加工和装配均比较繁琐,比起同等口径及体积的铸造迫击炮弹来说,其对工艺和材料的要求要高得多,引信、弹带的制造也要耗费较多铜材,尽管后来八八式瞬发引信改为钢制,但对于日本这样一个资源较为匮乏的国家来说仍不是很合适。另外,尽管八九式重型掷弹筒身管设有膛线,但其并没有设计支撑脚架,射击角度要靠射手自行掌控,只能曲射而不能平射,瞄具设计也比较简单,实际精度更多地依赖射手技术;而在实际战斗中,特别是在对方火力的压制下,射手往往不能有效瞄准。再者,八九式重型掷弹筒的最大射程较近,掷弹筒射手往往必须进入对方迫击炮和重机枪的火力范围内才能使用。
  正因为存在一些固有缺陷,因此除了日本外,广泛应用掷弹筒这种武器的国家屈指可数,更多国家还是选择50~60mm口径的滑膛迫击炮。
  不过进入1970年代以后,以美国M79为代表的新一代直瞄榴弹发射器相继兴起,在八九式重型掷弹筒弹上得以成功应用的高低压发射原理焕发生机――这并不排除美国人参考了其设计的可能,因为早在二战期间,美国就对缴获的日本八九式重型掷弹筒进行了详尽深入的研究。此外,掷弹筒轻便的优势也被部分特种作战武器生产厂商看好,结合对发射痕迹消除技术的研究,一些新型的“三无”榴弹弹射器相继出现,比如比利时研制的NR8111榴弹弹射器以及我国的QLT89榴弹弹射器,它们都是新一代“掷弹筒”的升华。
  尽管日本八九式重型重掷弹筒及其配用的系列弹药已经成为历史,但就技术来说,“小炮弹”独特而巧妙的设计原理和结构方式还是获得了各国的认可,并以新的方式在现代轻武器设计中得到了传承与应用。(全文完)
  编辑/郑双雁