槍械的後坐式自動原理主要包括三種,槍機後坐原理、槍管後坐原理、導氣式原理。
後坐式自動原理對槍械的威力、射速、精度、可靠性相互影響,也相互制約。
1. 槍機後坐原理
廣義地講,就是槍機元件在整個射擊過程中沒有被閉鎖住,可以自由運動。運動過程是純粹利用子彈發射時對彈殼的反作用力去推動槍機向後運動,以完成抽殼動作,再靠復進簧完成復進和重新上膛的動作。在這個過程中,槍管是固定不動的,只有槍機是運動件。狹義地講,槍機後坐原理包括自由槍機原理和半自由槍機原理。
1.1. 自由槍機原理
子彈彈頭在火藥燃燒之後到離開槍膛之前,槍膛中會有很高的膛壓,在這個過程中抽殼,膛壓會使彈殼緊緊壓著槍膛,抽殼阻力很大,而且彈殼在完全抽離槍膛之前,會由彈殼而不是槍膛來承擔膛壓,所以高膛壓可能會衝裂彈殼,還可能引發炸膛。所以自由槍機原理不能用來發射大威力槍彈,一般用於發射手槍彈的手槍和衝鋒槍,例如中國的64式手槍,德國的P40衝鋒槍和蘇聯的PPSH-41衝鋒槍(波波沙衝鋒槍)。
為了保證抽殼的時候膛壓已經有所下降,就需要減慢抽殼速度,根據動量守恆,就需要增加槍機重量,另外也可以增加復進簧剛性,就是讓復進簧更硬一些,使得槍機後坐的阻力更大一些。但是槍機變重、復進簧變硬之後,使得射擊時不穩定,增大後坐力,影響精度。
1.2. 半自由槍機原理
除了增加槍機重量、加硬復進簧的措施之外,還有另外一種方式來提高效能,即半自由槍機原理,也叫延遲開鎖方式。延遲開鎖就是利用一個機構,增加槍機後坐的阻力,讓槍機晚一點後坐,這時候膛壓也降低了,後坐力也會降低,還可以採用輕槍機、軟復進簧,降低運動件的質量,提高精度和射速。
延遲開鎖方式最出名最常見的是滾柱延遲開鎖,還有一種比較少見的是導氣式延遲開鎖。
滾柱延遲開鎖是德國毛瑟公司將MG42通用機槍上的滾柱閉鎖原理進行了簡化,把滾柱閉鎖中用來卡住滾柱的閉鎖槽開淺一些,就可以實現祛除剛性閉鎖,實現延時開鎖。比較著名的採用滾柱延遲開鎖的槍械有世界第一款突擊步槍-德國Stg.45突擊步槍,西德HK公司的G3自動步槍,MP5衝鋒槍,PSG-1狙擊步槍,以及法國軍隊現役的FAMAS自動步槍等。
滾柱延遲閉鎖利用滾柱增大了槍機後坐的阻力,但是依舊有槍機質量大、復進簧硬的特點,而且手動上膛時要克服滾柱閉鎖,復進時還要保證滾柱可靠閉鎖。所以G3或者MP5上膛時一般都是先將槍機柄後拉掛到槽裡,上彈匣,然後用手橫向一拍,利用復進簧的力量實現滾柱的可靠閉鎖。
另外在G3發射大威力突擊步槍彈的時候,抽殼的時候膛壓依舊很高,為便於抽殼,在槍膛內開有縱槽,利用火藥燃氣降低彈殼與槍膛摩擦力。
這種自動方式不需要在槍膛上開孔,所以可以在狙擊步槍上實現懸浮槍管,提高精度。
導氣式延遲開鎖,就是在槍管中開一個孔,利用火藥燃氣推動連著槍機的活塞向前,就可以減緩槍機後坐速度,從而達到延遲開鎖的效果。目前使用這種原理的不多,主要是HK公司的P7手槍。
2. 槍管後坐原理
槍管後坐原理,就是子彈擊發之後,槍管和槍機共同後坐,然後槍管和槍機分離,槍管復進,槍機繼續後坐去完成上膛工作。根據槍管後坐的距離(是否超過彈殼長度)又可以分為槍管短後坐方式和槍管長後坐方式。槍管長後坐主要是因為子彈威力太大,需要比槍管短後坐再等一下才能開鎖。
槍管後坐原理的本質也是延遲開鎖,就是在子彈擊發後膛壓比較高的時候,讓槍管和槍機一起動作,稍後再開膛、退殼。由於在這個原理中槍管也屬於動作件,但是在子彈擊發的時候槍管是不能動的,會影響精度。所以就需要機構來將槍管進行閉鎖,常見的閉鎖方式有槍管偏移閉鎖、卡鐵擺動式閉鎖和槍管旋轉閉鎖。
槍管長後坐在子彈擊發之後,槍管和槍機一同後坐到底,然後兩者分開,槍管復進過程拋殼,然後槍機復進,一邊追槍管一邊上膛。這種方式可以降低後坐力,但是對射速和精度都不友好,目前已經基本不採用。比較著名的應用是法國紹沙Mle.1915自動步槍。
槍管短後坐應用還是比較多的,比如馬克沁重機槍,勃朗寧M1919槍系,巴雷特狙擊步槍,毛瑟C96手槍,德國盧格P08手槍以及當代的絕大多數手槍。
2.1. 槍管偏移閉鎖
槍管偏移閉鎖就是槍管在擊發之後,槍管一邊短後坐一邊依靠槍管的某個傾斜面(一般在尾部)使自身傾斜被卡住,就與槍機解除接觸了。使用這種閉鎖原理的手槍,最主要的特徵就是套筒後坐的時候能看到槍管是傾斜的,比如格洛克系列、柯爾特M1911、TT-30手槍等。
2.2. 槍管旋轉閉鎖
槍管旋轉閉鎖就是槍管一邊後坐一邊被套筒的旋轉槽帶動旋轉再被卡住,停止後坐,然後就與槍機解除接觸。義大利伯萊塔Px4“風暴”手槍、俄羅斯Gsh-18手槍、中國QSZ92式9mm手槍、以及前段時間成為熱點的奧地利Glock46手槍都使用類似的結構。
2.3. 卡錘擺動式閉鎖
卡錘擺動式閉鎖就是槍管後坐的時候推動另外一個器件,用這個器件來卡住並阻止槍管繼續後坐。毛瑟C96自動手槍、德國瓦爾特P38/P1手槍、義大利伯萊塔92手槍(美國M9手槍)、俄羅斯謝爾久科夫SPS手槍等也是使用該原理。
相比栓動步槍或者導氣式原理中的槍機閉鎖,槍管後座式原理中的槍管閉鎖方式不是剛性閉鎖,是“閉而不鎖”,可以被彈殼後坐力推開的,所以也叫柔性閉鎖。
3. 導氣式原理
子彈擊發的時候具有向前的衝量,也具有向後的衝量。向後的衝量被利用來實現自由槍機原理和槍管後座式原理,向前的衝量中的燃氣,讓它拐個彎兒向後,就是導氣式原理中動力的來源。
在這種原理中,槍管固定不動,子彈擊發時槍機透過閉鎖機構實現剛性閉鎖,子彈燃氣在推動彈頭出膛的過程中,部分燃氣透過槍管的排氣孔,沿導管向後運動,推動槍機框向後運動。槍機框在向後運動的過程中解鎖槍機並帶動槍機後坐。
根據氣體推動槍機框的方式,可以分為直接氣吹式、活塞短行程和活塞長行程三種方式。
不同於槍管後坐原理當中的槍管閉鎖,這個原理中槍管是固定,子彈擊發時槍機是剛性閉鎖的。根據槍機閉鎖方式,主要有槍機迴轉式閉鎖和槍機偏移式閉鎖。
3.1. 直接氣吹式
直接氣吹式就是用燃氣直接推動槍機框。這種方式省零件,但是燃氣會汙染槍機進而汙染槍膛,尤其是火藥燃燒不乾淨的子彈。AR系列的步槍就是使用這種原理。早期的M16就是用燃氣直接吹動槍機框,後期改良版本是用燃氣吹進槍機框中的一個小室,避免汙染槍膛。
直接氣吹式有個缺點,就是導氣管進水之後在開槍會對槍支造成嚴重損壞,也就是AR系列步槍不能在水下開槍的原因。
3.2. 活塞短行程
短活塞行程就是在導氣管中放置一個短杆,燃氣進入導氣管中首先推動短杆向後運動一小段距離,由短杆推動槍機框後坐。這種方式下運動件比較少,而且不汙染槍機。典型的活塞短行程武器有比利時FN FAL自動步槍、蘇聯SKS半自動卡賓槍(56式半自動步槍)、德國HK G36自動步槍、HK416自動步槍、中國81式自動步槍、95式自動步槍等。
3.3. 活塞長行程
活塞長行程是槍機框前段固定一個長杆活塞,深入到導氣管中,子彈燃氣推動這個活塞運動,從而帶動槍機框後坐。該原理比較可靠,但是運動件質量比較大,後坐力比較大,對射擊精度不夠友好。典型的活塞長行程導氣式武器就是AK系列突擊步槍,除此之外,蘇聯PKM通用機槍、SG-43、SGM重機槍,美國M1加蘭德半自動步槍、勃朗寧BAR自動步槍、英國布倫輕機槍等也是活塞長行程自動武器。
3.4. 槍機迴轉式閉鎖
槍機迴轉式閉鎖就是槍機框與槍機之間用一個螺旋槽相連,將槍機框的前後運動轉換為槍機的旋轉+後坐運動。槍機在於槍管相接的位置處於閉鎖狀態,燃氣推動槍機框後坐的時候,槍機框帶動槍機一邊旋轉開鎖一邊後坐。槍機與槍管之間閉鎖的結構最經典的就是AR系列,類似高壓鍋鍋蓋與鍋體之間的那種結構。
3.5. 槍機偏移式閉鎖
槍機偏移式閉鎖就是槍機框向後運動的過程中帶動槍機沿某個斜面運動,脫離閉鎖狀態,然後再向後運動。在不同的槍械上實現槍機偏移的方式不同,有的是上下偏移,有的是左右偏移,有的是槍機尾部偏移,也有槍機頭部偏移。比如蘇聯的SKS半自動步槍,用的就是槍機尾部向下閉鎖、向上解鎖。