2.1 炮身结构

2.1.1 炮身的组成和分类

炮身是火炮的一个基础部件。它的主要作用是在发射时，承受火药气体压力和导引弹丸运动并赋予弹丸一定的初速和转速。炮身在枪械上对应枪管，为论述方便，不再特别指出。

1.炮身的组成

炮身主要的组成零件是身管、炮尾和炮闩，有时炮口装置（如炮口制退器等）也作为其组成零件，如图2-1所示。

身管是炮身的主要零件，发射时承受高压火药气体的作用。炮闩和炮尾则共同承受火药气体向后的作用力并使炮身后坐。炮身上还有进行后坐和复进导向用的相应结构，如定向环、导箍和光滑圆柱面等。炮口装置通常用螺纹固定于身管口部，并采用制转零件防止其旋转松动。

根据炮种不同，炮身上还可能有其他一些装置，如自行火炮炮身上有抽气装置，坦克炮炮身上有热护套，舰炮炮身上有冷却装置。

在枪械上，炮口装置对应膛口装置，炮闩对应枪机。

2.炮身的分类

按炮膛结构，炮身可分为线膛炮身和滑膛炮身。线膛炮身内有膛线，能使弹丸产生高速旋转运动，以保证弹丸飞行时的稳定性。滑膛炮身内没有膛线，主要用于迫击炮、无后坐力炮和滑膛反坦克炮，如图2-2所示。

按身管结构及应力状态，炮身可分为单筒炮身、紧固炮身和衬管炮身三类。

1）单筒炮身

单筒炮身的身管只有一层管壁，且发射前管壁内不存在预应力。由于其结构简单，加工方便，因而广泛用在目前的大部分制式火炮和枪械上。这种炮身在发射时，身管内层产生的应力很大，而外层的应力很小，也就是说，身管外层材料没有得到充分利用。

在小口径自动高炮和一些枪械中，由于身管长、射速高，刚度及散热问题较突出，常采用外表面均匀分布若干纵向沟槽的单筒星形断面炮身，如图2-3所示。这种炮身刚度大、质量小且易于散热。如我国某型35mm高炮和某型25mm高炮均采用这种炮身。

2）紧固炮身

紧固炮身又称增强炮身，通过工艺措施使身管在发射前，其管壁内层就存在与发射时方向相反的应力（预应力），而管壁的外层则存在与发射时方向相同的应力。这样，在发射时身管管壁内应力分布能趋于均匀，使材料得到充分利用，在同样壁厚、同样材料的情况下，使身管能承受更高的膛压，这种炮身称为紧固炮身。根据产生预应力的工艺措施不同，紧固炮身又可分为以下三种：

（1）筒紧炮身

身管由两层或两层以上的圆筒过盈地套合在一起，使内层产生压缩预应力，从而提高身管的强度。工艺上多用热套的方法来实现。现在已很少采用，制式武器中仅在我国某型14.5mm高射机枪上可以见到。

（2）丝紧炮身

以一定的拉力将钢丝或钢带缠绕在身管上，使身管内壁产生压缩预应力来提高身管强度。这种炮身现在也很少使用。近年来，为提高迫击炮和无后坐力炮等武器的身管强度并减轻其重量，有的已采用丝紧技术。如图2-4所示为我国某型火箭筒，其身管就采用了薄壁钢质内筒外缠玻璃纤维丝或碳纤维丝的工艺。

（3）自紧炮身

这种身管结构同单筒身管结构相同，只是在制造时对其内膛施加高压，使身管管壁由内到外部分或全部产生塑性变形。这样，当高压撤除以后，由于各层塑性变形程度不同，使外层对相邻内层产生压应力，即内层受压，外层受拉，就像多层筒紧炮身一样，从而使身管强度得到提高。这种身管结构简单、强度高、疲劳寿命长，现已广泛应用于新式高膛压火炮中，如我国某型155mm加榴炮和某型125mm坦克炮。

3）衬管炮身

由于对火炮初速、膛压、射速的要求不断提高，炮膛的烧蚀、磨损也就随之加剧，往往使火炮的寿命很快被终止，特别是在一些小口径自动炮中更为突出。因此在结构上采用一个便于更换的内层衬管，以便在身管寿命终止后换上新的内层衬管，快速恢复火炮战斗性能，这就是衬管炮身。衬管炮身分为活动身管、活动衬管和短衬管炮身。活动衬管与活动身管炮身的内、外管平时存在微小间隙，以便炮膛烧蚀磨损后更换内管，如图2-5和图2-6所示。发射时，内管产生塑性变形使该间隙消失，外管与内管一同承担膛内火药气体压力的作用。活动身管炮身管壁较厚，被筒较短，只覆盖身管后部烧蚀严重区域。

考虑到炮膛烧蚀严重的部位仅在膛线起始部向前一段长度上，更换整根内管是不经济的，于是出现了短衬管炮身。其在炮膛烧蚀比较严重的部位，采用高强度炮钢或特殊的耐热合金作为衬管，如图2-7所示。我国某型30mm舰炮即采用短衬管炮身。

另外，一些榴弹炮的炮身（如图2-8所示），虽也带有被筒，但该被筒与炮身之间的间隙较大，射击时间隙不消失，被筒不承受内压的作用，实质上是单筒炮身，称为带被筒的单筒炮身。采用被筒的目的是增加后坐部分质量，从而减小射击时炮架受力，使炮架质量减小；另外，被筒还可与摇架配合作为后坐部分的运动轨道。被筒与身管之间间隙较大，更换身管较为方便。我国某型122mm榴弹炮就采用这种结构。

2.1.2 身管内膛结构

一般将身管的内部称为炮膛。炮膛通常由药室、坡膛和导向部组成。导向部可能有膛线，也可能没有膛线。枪械身管的内部称为枪膛。枪膛和炮膛的构成类似，只不过通常把药室称为弹膛。

1.药室的分类和结构

药室是容纳发射药和保证发射药燃烧的空间，其结构形式主要取决于武器战术技术要求和弹丸装填方式，目前常见的药室结构有：药筒定装式、药筒分装式和药包装填式三种。

1）药筒定装式药室

中、小口径火炮及各种枪械的弹丸、发射药和药筒的重量都比较轻，可将三者装配成一个整体，射击时一次性装入炮膛，有利于提高射速，这种炮弹称为药筒定装式炮弹。

装填药筒定装式炮弹的药室即药筒定装式药室。其形状结构与药筒形状结构基本相同，即其由药室本体、连接锥和圆柱部（常带有很小锥度）组成，如图2-9所示。

为了装填和抽筒方便，药室本体除了具有一定的锥度，药室与药筒间还要有适当的间隙，间隙的大小与药筒强度有关。为使装填方便，间隙应留得大一些，但间隙过大就会使药筒塑性变形过大甚至发生破裂。为了便于抽筒，一些高射速小口径火炮的药室内还开有一些纵向浅槽，称为退壳槽。

2）药筒分装式药室

大口径加农炮和榴弹炮由于要用多种装药质量（变装药）来实现弹道机动，同时由于大口径的弹丸、药筒和装药重量都比较大，一次装填很难实现。所以，一般大口径火炮采用药筒分装式炮弹，即在发射时，先将弹丸装入炮膛，然后再装入选定装药号的药筒，其缺点是降低了发射速度。

药筒分装式药室通常只有药室本体和圆柱部，其结构如图2-10所示。药室本体具有一定锥度，以便射击后抽出药筒。

3）药包装填式药室

大口径火炮如大口径舰炮、西方国家155mm榴弹炮常采用药包装填，可以不用重量过大的药筒，节省贵重的有色金属。这种药室一般由紧塞圆锥、圆柱本体和前圆锥（有的火炮无前圆锥）组成，其结构如图2-11所示。紧塞圆锥用来与专门的紧塞具相配合以密闭火药气体，防止射击时火药气体从身管后端泄漏。应指出的是，目前流行的模块化装药也采用这种药室。

2.坡膛

坡膛是连接药室和导向部的过渡圆锥。对线膛炮来说，发射前还用其来容纳弹带，发射时弹带由此切入膛线。坡膛锥度范围较宽（1/60~1/5），常用锥度为1/10~1/5。大口径火炮为了减小坡膛的磨损而又要确保弹丸定位可靠，常采用双锥度坡膛，见图2-12。第一锥段锥度大一些，一般为1/10；第二锥段锥度小一些，一般取1/30~1/60。膛线起点在第一锥段上。

3.膛线的分类和结构

导向部是引导弹丸运动的部分，一般分线膛和滑膛两种。这里着重介绍线膛的膛线。

膛线的作用是赋予弹丸保证飞行稳定所需的旋转速度。膛线是在身管内表面上制出的与身管轴线有一定倾斜角度的螺旋槽。膛线对炮膛轴线的倾斜角叫作缠角，通常用 α 表示；膛线绕炮膛旋转一周，沿轴向移动长度相对口径 d 的比例称为膛线的缠度，通常用 η 表示。如图2-13所示，缠角与缠度的关系为

上式说明缠角的正切与缠度成反比，当缠角增大时，缠度就要减小。

1）膛线的分类

根据缠角沿轴线变化规律的不同，膛线可分为等齐、渐速和混合膛线三种。

（1）等齐膛线。这种膛线的缠角为一个常数。如将炮膛展开成一平面，则等齐膛线展开成一直线，如图2-13所示。这种膛线的优点是加工工艺性好；缺点是弹丸在膛内运动时，弹带与膛线导转侧间的最大作用力在最大压力点处出现，与烧蚀磨损最严重的膛线起始部比较接近，不利于延长身管寿命。等齐膛线的缠角不宜过大，一般 α <8°。这种膛线多用在初速较大的火炮和枪械上，其弹丸出炮口所需的旋转角速度由较大的初速来保证。

（2）渐速膛线。这种膛线的缠角是一个变数，在膛线起始部缠角小，有时甚至取为零，以便减小起始部磨损，向炮口方向缠角逐渐增大，以保证炮口处有足够大的缠角以满足弹丸飞行稳定的要求。若将炮膛展开成平面，渐速膛线即为一曲线，如图2-14a）所示。常用曲线方程有二次抛物线（ y ＝ ax ² ）、半立方抛物线（ y ＝ ax ^3/2 ）等，其中 a 为膛线参数。渐速膛线的缺点在于炮口部膛线导转侧作用力较大，弹丸飞离炮口的起始扰动相应增大；较等齐膛线易于出现挂铜现象；加工工艺相对较为复杂。初速较小的榴弹炮，为了保证弹丸出炮口的旋转速度，膛线缠角就不能太小，如果选等齐膛线，则膛线起始部磨损严重，故采用渐速膛线。

（3）混合膛线。等齐膛线与渐速膛线相组合，综合了等齐膛线与渐速膛线的优点。在膛线起始部采用起始缠角较小的渐速膛线，以减小膛线起始部磨损；炮口处采用等齐膛线，以减小炮口扰动，如图2-14b）所示。混合膛线加工较为困难，过去较少采用。为提高身管寿命，近年来在火炮中有应用增多的趋势。我国某型35mm高炮和某型155mm加榴炮即采用混合膛线。

2）膛线的结构

膛线在炮膛横截面上的常见形状如图2-15所示，阳线宽度用 a 表示，阴线宽度用 b 表示，膛线深度（阴线深度）用 t 表示。膛线的条数 n 通常取4的倍数以便于加工和测量， n 值与火炮威力、炮膛寿命及弹带结构、材料有关。由于弹带材料相对于炮钢强度较弱，为了保证弹带强度，一般膛线阴线宽度均大于阳线宽度，但阳线宽度过窄也容易造成因阳线磨损而致使身管寿命终止。

应注意的是，身管的口径 d 通常被用作衡量身管长度的单位，如我国某型155mm加榴炮采用52倍口径身管长度。

矩形截面的优点是加工制造方便，缺点是内角近似为直角，易造成应力集中，受高温、高压火药燃气的冲刷，阳线棱角容易磨圆，内角处残留的火药燃气烟垢不易擦拭干净。为此，一些国家正在积极研究梯形、圆形、弓形、多弧形、多边弧形等膛线截面。

3）发射时膛线的受力

弹丸在膛内运动时，弹带与膛线导转侧间的相互作用力为 F _n ，摩擦力为 fF _n 。对膛线导转侧来说，正压力 F _n 沿膛线的法线方向指向导转侧，摩擦力 fF _n 与弹带运动方向相同。对弹丸来说则刚好相反。如图2-16所示，上、下部分受力对象分别为弹丸和膛线。

内弹道学给出了膛线导转侧力的计算公式：

式中 n ——膛线条数；

m _q ——弹丸质量；

ρ ——弹丸的惯性半径；

r ——炮弹半径；

α ——膛线缠角；

v ——弹丸速度；

f ——摩擦系数；

p _d ——弹底压力；

x ——弹丸行程；

S ——炮膛断面积；

φ ₁ ——只考虑旋转和摩擦时的次要功计算系数，通常火炮取 φ ₁ ＝ 1.02，枪械取 φ ₁ ＝ 1.10。

式中 a 、 b ——阳线、阴线的宽度；

d ——阳线直径；

d ₁ ——阴线直径。

由于通常 α <8°， φ ₁ （cos α－f sin α ）≈1，故

对于等齐膛线， α 为常数，则

式中， 的值与弹丸类型有关，实心穿甲弹的值为0.48，杀伤爆破弹的值为0.56~0.58，爆破弹的值为0.66。

由式（2-1）和式（2-2）可以计算出等齐、渐速和混合膛线的 F _n 的变化规律，如图2-17所示。可以看出：等齐膛线作用力 F _n 的变化规律与膛压的变化规律相同，在最大膛压瞬间， F _n 也达最大值，这对身 f ；渐速膛线则可通过选用不同的曲线来控制 F _n 的变化规律，使 F _n 最大值位置向炮口移动，从而可以减小膛线起始部附近的磨损，但炮口部的 F _n 会增大；混合膛线则吸取了二者的优点。