第一节 上部结构 

 
一般构�

常规火炮炮车(或炮架)上部结构的典型构造如图5.3所示。现将其各个主要部件的功能叙述如下。摇架用于承托炮身和承装反后坐装置，反后坐装置固定在身管上。摇架上有耳轴，当火炮进行高低瞄准时，炮身和摇架即绕耳轴转动。耳轴装在上架(鞍形部)的耳轴室中，使上架可支撑摇架。上架耳轴室上有耳轴盖，耳轴盖将耳轴牢牢地置于耳轴室中。上架本体由上架支架(鞍型部支架即下架)支承，上架支架是下部结构的一部分。当火炮作方向转动时，上架绕装在下架上的基轴转动。平衡机装在摇架和上架之间，有时也装在摇架和下部结构之间。在火炮作高低转动时，平衡机可修正可能出现的任何不平衡力矩。 

 
摇架 
　　最常用的摇架是“槽型摇架”。槽型摇架是一个装在炮身下边的“U”形箱，反后坐装置位于框槽内。图5.3中的摇架就是一个槽型摇架，在该摇架的上表面沿长度方向上有供火炮后坐部分使用的导槽。摇架前端用可卸下的盖板封闭，这个盖板叫摇架盖。反后坐装置的活塞杆连接在摇架盖上。槽型摇架的优点是它可为反后坐装置提供一定程度的防护，使其不受炮弹破片和轻武器的毁伤。 
　　其他类型的摇架还有筒型摇架(也叫轭形摇架)。筒型摇架通常是套在部分身管上的筒形铸件。在炮身的后坐和复进过程中，身管与摇架接触。在筒型摇架的内表面通常装有衬筒或衬垫，供身管滑动用。筒型摇架的设计应使衬筒或衬垫易于更换和加润滑油。筒型摇架的结构要适于把反后坐装置盛装在摇架外部，反后坐装置的活塞杆连接在身管凸缘上。与槽型摇架比较，筒型摇架结构更紧凑，断面刚度更大，更易于制造。筒型摇架的缺点除了对反后坐装置不能进行保护外，还包括在身管和摇架之间存在间隙。这个间隙在制造上要求很严，过小会使身管卡滞，过大又会使身管在摇架中晃动。筒型摇架的整个结构不利于身管冷却，特别是在身管与摇架之间的长度比很小时。

上架 
　　上架通常通过底部的中央基轴与炮架下部结构相连接。基轴必须能承受射击时突然产生的应力。上架的摇架耳轴室能使摇架俯仰自如；与此同时，耳轴盖板还能把耳轴牢牢地保持在耳轴室中，如图5.5所示。火炮在后坐、复进和行军过程中，上架不得在下架上出现倾斜；通常采用某种压紧装置防止上架倾斜。但是，当火炮作方向转动时，上架必须能在水平面上转动自如。有些火炮不需用任何形式的上架，它们通过十字轴进行方向回转。这种火炮使用大架支托摇架，火炮作方向转动时大架能越过十字轴。现代近接支援和纵深支援用火炮不采用这种结构。

稳定性 

 
问题 
　　在讨论反后坐装置以前，先通盘考虑一下火炮稳定性问题是很有必要的，火炮设计师总是力图保证火炮射击时产生的后坐能量能以一定的方式被吸收，以使炮架保持平稳。如果一门火炮在后坐和复进过程中其炮车或炮架的主要支撑部件能保持静止不动，这门炮就可以被认为是稳定性良好的火炮。“复进”一词用于表示火炮后坐部分在发射后回到其原来位置的动作。有时用“反后坐”一词代替“复进”。就象我们将在后面了解到的那样，如果对火炮重量不加任何限制的话，则火炮稳定性问题本来是不难解决的。但是，由于迫切要求高性能火炮尽可能轻以保持良好的战略、战术和战场机动性，因此这实际上与要求火炮具有良好的稳定性是有矛盾的。 
　　如果火炮发射时不稳定，则火炮提供的火力支援就会在好几个方面受到不利影响。首先，炮班成员会很快认识到每次射击前必须为自己找一个安全位置，这就会降低发射速度并会使炮手对自己的武器丧失信心。其次，由于在发射下一发弹前需要重新为火炮定位，就会增加炮班的工作负担。此外，火炮稳定性不好还有使火炮遭到毁坏的危险；即使不损坏火炮，也会影响火炮的精度和密集度。 

 
影响火炮稳定性的因素 
　　影响火炮稳定性的主要因素是炮重、大架长度、耳轴高度和“耳轴拉力”。耳轴拉力是指火炮后坐部分对耳轴的作用力，它与炮膛轴线平行，其方向与后坐方向相同。在其它条件一样时，火炮越重、大架越长，耳轴高度越低，则火炮将越稳定。但是，由于火炮后坐能量毕竟太大，若不使用反后坐装置吸收后坐能量，单靠增加炮重、增加大架长度和降低耳轴高度将不可能使火炮保持稳定。

在图5.6中，可以看出，如果（下图�

上或者WL＞RH，则火炮将保持稳定。另一个应考虑的因素是R在平面上的方向。由于大架是炮架的一个组成部分，因此被反后坐装置、车轮和其它支撑部件吸收后余下的后坐力将通过大架传入地面。如果后坐方向线在火炮“基本框图”之外通过，后坐产生的倾覆力矩将成为严重问题。所谓基本框图就是指火炮与地面的各个最远的接触点之间用直线连接起来后所形成的轮廓框图。 
　　如果后坐方向线在基本框图以外，就将存在一个耳轴拉力极限值，超过这个值火炮就会不稳定。尽管火炮在不稳定时就有可能倾覆，但是实际存在的力量通常还做不到这一点。在实际使用中，如果火炮有一个炮轮或一个大架离地，该火炮就可被认为是不稳定的。火炮设计师力图通过限制火炮的方向射界来把火炮的后坐方向线限制在基本框图之内，结果就会产生这样一种情况：在对火炮方向射界之外的目标射击时，就必须移动大架。 
　　在计算反后坐装置对炮架的总阻力时，以地面对大架的支点为准计算的火炮和炮架的重量力矩必须大于同一点对后坐阻力的力矩。假定火炮位于平坦地面上而且射角为零，其总后坐阻力的极限值可表示如下：

取Ws=作用在重心1上的火炮不动部分重量； 
　　 Wr=作用在重心2上的火炮后坐部分重量； 
　　 R=总后坐阻力； 
　　 Lr=Wr的力臂长； 
　　 Ls=Ws的力臂长； 
　　 H=相对于驻锄压力中心的后坐部分高度； 
　　 d=在后坐过程中任一点的后坐距离。 
　　假定在后坐时炮轮离地，就可以认为火炮不稳定，那么若要使火炮保持稳定，可象图5.7那样列出力矩的等式，即可求出R的值。

当火炮后坐某一距离d后，Wr的力臂变作Lr-d，于是可得R的极限值：

从上述两个表达式中可以看出，使火炮保持稳定的后坐开始时的R值将随后坐部分的后移和后坐部分力矩的减小而减小。因此，在后坐开始时能保证火炮稳定的R值，在后坐部分继续后坐中就可能不足以阻止炮轮从地面跳起。 
　　这种情况在决定R的某一给定值所允许的后坐长度时，是计算的基础；或者说，若R值可变时，也可相应地减小后坐长度。如果这些计算不正确，后坐长度要么过长以至降低发射速度，要么过短以至影响火炮稳定性。即使火炮不稳定的程度很小，也会对花在重新瞄准上的时间和炮班对自己武器的信心产生不利的影响。 
　　如果后坐长度能使火炮在零射角上保持稳定，那么火炮在更大射角上也会稳定。这种情况有利于火炮设计，许多现代火炮都配有在火炮射角增大时自动减小后坐长度的装置。其它火炮则通过另外一些形式来利用仰角越大火炮越稳定的优点，它们按所规定的最小射角发射大号装药。 
　　要求现代火炮具有更远的最大射程意味着弹丸必须以更大的初速来发射。由于炮口能量增加而带来的火炮稳定问题，只能依靠增加全炮重量来解决。由于机动性的制约，增加火炮重量的方法在某些情况下要么是不可能的，要么是不能接受的。面对这个难题，唯一可行的办法是在飞行中增加弹丸推力或者减小弹丸在飞行中的阻力。 
　　在火炮稳定性方面还有两个因素需要考虑：一个是发射时身管的“跳动”，另一个是身管绕其轴线旋转的倾向。身管跳动是指发射前后炮膛轴线的位置不同。发射时发射药产生的推力是作用在炮膛轴线方向上的。如果后坐部分的重心不能保持在炮膛轴线上，那就会产生一个力偶，从而会使后坐部分在包含炮膛轴线和后坐部分重心的平面上产生移动。身管跳动是可以预测的，并可以对火炮诸元进行修正，以使身管跳动对射击精度和密集度的影响减至最小。此外，火炮设计师在设计火炮时会尽力使后坐部分和重心保持在同一平面上。 
　　身管绕其轴线旋转的倾向是由于弹丸通过炮膛时旋转而引起的。身管的旋转倾向在方向上与弹丸的旋转方向相反。它可用一个力偶来表示：

其中：D=炮膛直径； 
　　 T=作用在膛线上的推力。 
　　如果要使火炮稳定，就必须用一个相等的力矩来抵销这个力偶。 

 
减小耳轴拉力 
　　通过下述方法减小耳轴拉力是有好处的：在仍然保持火炮稳定性的条件下改变火炮的其他设计参数，如减轻火炮重量和减小大架长度。减小耳轴拉力还可通过使用炮口制退器、增加后坐部件重量或增加后坐长度来实现。 
　　炮口制退器已经在第四章讨论过了，这里再简单重复一下。炮口制退器的作用是通过使在弹丸后边向炮口运动的火药气体产生偏转来减少后坐部分向后的动量。在这个过程中，炮口制退器被火药气体向前推进从而减小了耳轴拉力。 
　　增加后坐部分重量可减小耳轴拉力的理由可解释如下。按动量守恒定律： 
　　 MpVp=MrVr 
　　或

其中：Mp=弹丸质量； 
　　 Vp=弹丸速度； 
　　 Mr=后坐部分质量； 
　　 Vr=后坐部分速度。 
　　后坐部分动能可用下式表示�

代入Vr得：

因此，可以说随着后坐部分质量的增加，传给后坐部分的动能将减少，结果使耳轴拉力也减小了。应该指出，使用炮口制退器除了使发射药气体偏转而减小了耳轴拉力外，还因为增加了后坐部分的质量而减小了耳轴拉力。 
　　如果后坐长度增加，作用在耳轴上的拉力也会减小：能量就是做功的能力，功是作用力及其作用距离的乘积。如果不能用其他方法来进一步提高稳定性，则增加后坐长度将是一个可供选择的办法。但是，增加后坐长度也有其不利之处，即它会降低发射速度并会为火炮带来其它问题，如限制了炮班在所有时间都能占用的炮尾后的安全工作面积。出于这一原因，通过增加后坐长度来提高火炮稳定性的方法，更多地使用在牵引火炮上。对自行火炮来说，火炮全重是保证火炮稳定性的重要因素，火炮设计师力求使后坐长度尽可能短，以增加乘员的工作空间。 

 
反后坐装置 
　　所有火炮都有反后坐装置，以在适当的距离内使其后坐部分停止后坐。反后坐装置还能完成其它功能：使炮身复进到原发射位置，控制炮身复进(或反后坐)的速度、在火炮的整个高低射界内都能使炮身保持在复进后的位置上。 
　　现将后坐周期叙述如下。发射装药被点着后，火药气体压力开始迅速上升，然而开始时，火炮和弹丸都不运动。在火药气体上升到足以使弹丸运动时，也就是达到启动压力时，弹丸才开始运动。与此同时，后坐开始。后坐将一直持续到弹丸离开炮口、火药气体停止作用时为止。然后，后坐周期中的复进阶段开始。在复进的最后阶段，复进受到严格控制，速度减慢，以使炮身平稳复进到原发射位置，使炮架不产生震动，并使炮身原有的高低角和方向角无变动。在后坐部分停止运动后，后坐周期结束。反后坐装置主要由驻退机和复进机组成。另外，根据前面已提到的主要部件的设计和炮架类型，反后坐装置还有两个可用、可不用的部件。这两个部件就是复进控制装置和变后坐装置。 

 
驻退机 
　　驻退机的用途是控制后坐部分的向后运动。在最早的火炮上，驻退机为摩擦式，但是现代驻退机则为液压式。图5.8为结构简单的驻退机的工作原理示例。

火炮后坐时，连接在后坐部分上的驻退杆带动驻退杆头通过驻退筒里的驻退液。驻退杆头的移动迫使驻退液经驻退杆头上的小孔从一侧流向另一侧。驻退杆头上的小孔尺寸不大，使驻退液不能迅速穿过小孔来解除驻退杆头后边的压力。驻退机制止后坐的能力就来自以这种形式产生的压力。这个压力减缓驻退杆头的运动，因此后坐能量被转换成使驻退液运动的动能，并最后以热能形式散失。 
　　在图5.8的简图中没有说明后坐速度如何才能均匀地减小。驻退液使驻退杆头停止运动所做的功等于驻退液穿过小孔所产生的反作用力。如果小孔的尺寸是可变的，即在驻退杆头的运动速度增大时小孔变大，在驻退杆头的运动速度减小时小孔变小，则驻退筒内的驻退液压力在整个后坐过程中就可保持恒定不变。与此相似，小孔大小的改变还可产生所需要的任何压力值。 
　　在设计驻退机时，有多种方法可改变驻退液的流动。仅举常用的几种方法如下：使驻退液穿过驻退杆头流动，或使驻退液绕驻退杆头流动，还可通过改变驻退筒筒壁的形状、改变驻退杆头的形状、使用锥形驻退杆或在筒壁上加槽等方法来改变驻退液的流动。 
　　需要时，也可使后坐长度随射角而变化：射角小时，采用长后坐，以使火炮射击平稳；射角大时，采用短后坐，以防止炮尾触地或碰击炮架。有些炮架较重的火炮不需要增加后坐长度来使火炮在小射角时保持平稳，它们在整个高低射界范围内都采用短后坐。后坐长度变换装置多半是把驻退机的液流控制与火炮俯仰变化联系起来。 

 
复进机 
　　复进机是使火炮后坐部分回到其原来位置并使其保持在该位置直待发射下一发弹的装置。复进机的简单结构见图5.9。 
　　图5.9中的复进机由复进筒、复进簧和复进杆组成。火炮后坐时，尾端连在炮身上的复进杆被向后拉。此时，复进杆头压缩复进簧。后坐结束时，复进簧伸张，向前推动复进杆，复进杆带动炮身回到原发射位置。复进机有许多不同类型，一些使用复进簧，一些使用压缩气体，一些两者兼用。但是，不论哪种类型的复进机，其工作原理都是利用后坐能量压缩弹簧。压缩气体或者压缩弹簧和气体，然后利用储存的能量使炮身回到原发射位置。直到现在，驻退机和复进机仍然是被分为两个筒；但是，把它们的功能结合到一个筒里是完全可能的。