加特林转管机枪及其典范

□张森 杨鹏 苏光雄   2017-04-14 22:56:01

美国加特林转管机枪从诞生之日起,以射速高、火力猛等优势而闻名于世。现今,采用加特林转管机枪工作原理的武器已遍及世界,不仅应用于地面、舰载武器,也应用到航空机枪和航炮上。

美国米尼岗M134转管机枪是加特林机枪工作原理成功应用的典范,其结构形制如何?有哪些关键技术?请看——

18卓越的轻武器设计师加特林。其发明的加特林转管机枪从诞生之日起,以射速高、火力猛等优势而闻名于世

加特林与他发明的早期型转管机枪。图中可见,早期型加特林转管机枪采用手摇驱动方式加特林转管机枪的诞生

1818年9月12日,理查德·乔丹·加特林出生于美国北卡罗来纳州哈德福县,1909年去世,享年91岁。

加特林的父亲在机械方面很内行,加特林从小就跟着父亲在作坊里打杂学习技术,不到20岁就成为一名熟练的技工,并且发明了一台“万能播种机”,该机器在美国各州农场非常畅销,为加特林家赚了不少钱,加特林家在哈德福县逐渐成为富裕户。

加特林青年时期,美国有几个州流行天花病,而且是周期性的,很多人病后成为麻子,他的家人和邻里也难以幸免。加特林是个有社会责任感的人,为了对付天花病,保护家人和乡亲,他决心学医,并考入印第安纳州拉波特市医科学校学习两年,然后又考入俄亥俄州医学院进修一年,被授予学士学位。家乡人称他为“道克特”(Doctor的读音,是大夫、博士的意思),他听到这样的称呼很高兴。一直到去世,他都喜欢在姓氏前加上“Dr”这个称呼,这也是后人传称他为医生的原因。但是加特林从医学院毕业后没有从事医学工作,而是干他的老本行农业机械。

加特林青壮年时期,战乱频繁,社会上充满枪支。很多美国人都玩枪,加特林也喜欢玩枪,他一直都想发明一种新的武器以制止战争。他的机械式速射机枪方案构思始于1851年,样枪于1862年研制成功并于同年获得专利,加特林转管机枪从此面世。

经过多次改进,加特林机枪的结构进一步完善,口径有0.5英寸、0.58英寸及1英寸的,枪管有6管和10管的。1866年,被美国陆军正式采用的加特林机枪有M1865、M1866两种型号。M1865加特林机枪有6根枪管,口径为1英寸;M1866加特林机枪有10根枪管,口径为0.5英寸。这两种加特林机枪均采用手摇驱动方式,枪管在摇架上绕一中心轴转动,完成供弹、进膛、击发及抛壳动作。

1871年,加特林对机枪进行改进,改进后的机枪在野战中不用工具就可以分解。1872年,加特林为机枪设计出一种新的供弹漏斗装置,并在机枪上附加一个振动装置,以便于供弹具顺畅地为机枪供弹。

经数次靶场考核对比试验后,美国陆军部于1873年认定加特林机枪是一种可怕的、可靠的、可产生巨大杀伤效果的武器。之后,美国陆军决定大量装备M1874 11.43mm加特林机枪(美国当时的制式步枪口径为11.43mm)和少量的M1873型12.7mm加特林机枪。

加特林转管机枪的作战应用

据史料记载,加特林转管机枪诞生之后,在美国及其他国家均有装备使用。

在1861~1865年的美国南北战争中,加特林机枪曾经装备美国陆军。

1871年,俄国曾向美国采购400挺加特林机枪。

1877年,俄土战争中普列文一役(在保加利亚境内),俄国及土耳其的军队均装备有加特林机枪。

1878年,在美西战争中,美军的派克上尉指挥一个加特林机枪连,在古巴的圣地亚哥战役中,打得西班牙人招架不住。

1879年,美国在祖鲁战争中用加特林机枪的火力阻止祖鲁人(南非以畜牧为生的部落)的疯狂进攻,显示出加特林机枪在防御作战中的巨大军事价值。

1891~1899年,美国在侵略菲律宾的战争中使用了加特林机枪。

1884年,以火药燃气完成自动循环的马克沁机枪研制成功之后,加特林机枪就显得落后了。加特林不甘就此止步,已经75岁(1893年)的他仍在雄心勃勃地改进他的发明。他采用电动机作动力取代手摇式驱动装置,使加特林机枪的射速达到3 000发/分。但由于那时这种机枪不适于野战,于是加特林机枪便逐渐被冷落下来。

1911年,加特林机枪在美国军队服役45年后退役,许多退役的加特林机枪被彻底销毁,另一些湮没在积满灰尘的仓库中,或被博物馆和个人收藏。

图为在美国南北战争时期,美国枪械技师正在调试加特林机枪

M134转管机枪安装在直升机上,作为舱门机枪使用

M134转管机枪安装在军用车辆上,作为机械化步兵的车载武器使用

M134转管机枪安装在舰艇上,作为海军的舰载武器使用加特林转管武器发扬光大

在加特林机枪退役后,固定翼飞机、直升机、步兵战车逐渐进入军事领域,战争形式也随之发生了巨大变化。二战接近尾声时,美国武器专家开始关注未来战斗机、直升机、步兵战车等机动平台所使用的武器。当时主要是将普通机枪改进后安装在这些机动平台上,但它们的缺点是火力不足,射速太低,在攻击时无法给对手致命的打击。要想在攻击中占据火力优势,武器必须能以高于当时现役机枪数倍的射速发射弹药才能给对手致命的打击,而能满足这种要求的武器只有加特林转管武器。

美国从1946年开始致力于多管旋转航炮的研制,其采用早期加特林转管机枪的原理,使航炮的射速数倍提升。经过10年的研制工作,“火神”M61转管航炮于1956年装备美国空军。该航炮有6根炮管,口径为20mm,射速可达6000发/分。

在随后的几十年中,美国通用电气公司在M61航炮的基础上,又先后研制出口径为5.56mm、7.62mm、12.7mm、20mm、25mm、30mm,身管数量为3、4、5、6、7的一系列加特林式转管武器(转管机枪、转管炮),并广泛应用于飞机、舰艇及装甲车辆上。加特林式转管武器的登场具有划时代意义,再次引发了世界各国对这种武器的兴趣。

M134转管机枪的6根枪管呈圆周排列,每根枪管前部插入圆形枪管箍对应的孔内,枪管尾部插入旋转体的对应孔中

机匣主要由机匣体、机匣盖、保险块等组成。机匣体用于容纳旋转体。机匣体内壁上设有曲线槽,用于容纳枪机滚轮,引导枪机运动。机匣盖前部安装有保险块,保险块内壁上设有直线槽,该直线槽用于确保枪机闭锁到位

旋转体是枪身的主要部件,使用滚柱轴承置于机匣内。旋转体外表面设有6条枪机导槽,用于容纳枪机。每条枪机导槽的底面上还设有一段曲线形的击发导槽,用于使击针待发和击发“米尼岗”M134转管机枪结构解析

在转管武器中,最具代表性的是美国“米尼岗”(Minigun)M134 7.62mm转管机枪。该枪有6根枪管,以电动机驱动枪管旋转,是美国通用电气公司在越南战争期间以“火神”M61 20mm航炮为基础研制的机枪,主要装备在直升机上作为舱门机枪使用,也作为机械化步兵的车载武器和海军的舰载武器使用,主要用于杀伤地面集群有生目标和对空中低、慢、小目标实施打击。

M134转管机枪高速旋转的枪管会因离心力的作用导致射击散布增大,但射速高、火力强这两个优点能弥补其射击精度的不足,从而使该转管机枪成为一种十分有效的杀伤集团有生目标武器。

M134转管机枪主要由枪管、机匣、旋转体、枪机、供弹机、电动机、枪座、弹箱及控制箱组成。

枪管

该枪的6根枪管呈圆周排列,每根枪管前部插入圆形枪管箍对应的孔内,枪管尾部插入旋转体的对应孔中。6根枪管也可采用锥状排列,从而改变射弹散布,集中对付某一确定射程上的目标。

机匣

机匣主要由机匣体、机匣盖、保险块等组成。机匣体用于容纳旋转体。机匣体内壁上设有曲线槽,用于容纳枪机滚轮,引导枪机运动。机匣盖前部安装有保险块,保险块内壁上设有直线槽,该直线槽用于确保枪机闭锁到位。

旋转体

旋转体是枪身的主要部件,使用滚柱轴承置于机匣内。旋转体外表面设有6条枪机导槽,用于容纳枪机。每条枪机导槽的底面上还设有一段曲线形的击发导槽,用于使击针待发和击发。

枪机

6个枪机分别配属于对应的枪管,闭锁方式为机头回转式。枪机两侧设有长条形凹槽,与位于旋转体表面的枪机导轨扣合,而枪机上部的滚轮卡入机匣内壁的曲线槽中,所以枪机随旋转体一起转动的同时又在旋转体的枪机导槽中作直线运动。

枪机由机头、机体、击针等组成。机头上设有刚性抽壳钩。机体上设有滚轮。击针后部设有击针簧,用于压缩击针,为打击枪弹底火提供能量。击针后端下部设有突起,其卡入旋转体枪机导槽底面的曲线形击发导槽内。

供弹机供弹机的结构很复杂,零部件较多,其主要由输弹轮、脱链转轮、推杆及导板等组成,其供弹动作是在旋转体后部的齿轮传动作用下完成的,枪弹脱链方式为纵向直推式。

当带弹链的枪弹从柔性输弹带进入供弹机后,枪弹受脱链转轮的带动而随之转动。随着脱链转轮的转动,推杆从后向前将枪弹推出弹链,此时枪弹沿圆周方向转动了约半周。而后,枪弹在推弹导引器的作用下进入输弹轮的容弹槽内。此时,枪弹在供弹机内沿圆周方向转动约一周。随后,枪弹暂停向前运动,但仍随输弹轮转动。当枪弹转动约一周半时,将沿着耳形突缘渐离供弹机。因旋转体与供弹机装配在一起,枪弹被导板送入旋转体上的枪机导槽中。至此,供弹机完成供弹动作。

导板固定在机匣上,它是一个重要零件。其作用有两个:一是使枪弹准确地从供弹机进入旋转体并卡入抽壳钩内;二是在枪弹击发后使弹壳脱离旋转体,以完成抛壳动作。

枪机两侧设有长条形凹槽,与位于旋转体表面的枪机导轨扣合

枪机由机头、机体、击针等组成。上图为枪机分解状态,下图为枪机组合状态

机头上设有刚性抽壳钩,击针后端下部设有突起,其卡入旋转体枪机导槽底面的曲线形击发导槽内

供弹机外观图。图中左侧为从供弹机上卸下的柔性输弹带,右侧为柔性输弹带与供弹机安装在一起电动机

该枪以电动机驱动旋转体旋转,从而带动6根枪管旋转,故名“外能源转管机枪”。由于靠电能驱动电动机,所以该枪的射速可以通过控制电动机的转速进行调节。只要改变电流大小,就能获得300~6 000发/分之间的任意射速,但在大多数情形下,该机枪的射速只设定在2 000~4 000发/分的范围内。

枪座

枪座主要由摇架、托架、立柱、底座等组成。摇架上装有机械瞄具和握把,握把上设有电击发按钮。

弹箱

弹箱的容弹量为4 000发,带弹链的枪弹在柔性输弹带内进入供弹机。

“米尼岗”M134转管机枪动作过程

M134转管机枪采用加特林机枪的工作原理。其由电动机带动6根枪管旋转,当每根枪管依次转到12点钟位置时击发。在每根枪管旋转一圈的过程中,它所对应的枪机在旋转体的枪机导槽内作往复直线运动,依次进行输弹入膛、闭锁、击发、开锁、退壳、抛壳等一系列动作。

首先闭合控制箱上的总电源开关,然后按压握把上的击发按钮。通电后,电动机运转,通过齿轮传动,旋转体与6根枪管一起作旋转运动。同时,旋转体的后齿轮带动供弹机齿轮转动。

每个枪机都随着旋转体转动,同时由于各枪机上部的滚轮都受到机匣内壁曲线槽的约束,下部都受到旋转体上的枪机导槽约束,所以各枪机只能在枪机导槽内作前后直线运动,从而完成一系列动作。

各枪机依次从供弹机上获取一发枪弹,并使枪弹卡入枪机的抽壳钩,而后推弹入膛。在机体的闭锁斜面作用下,机头回转闭锁。与此同时,击针尾部下方的突起受到旋转体曲线形击发导槽的约束,使击针处于待发状态(击针簧被压缩)。当枪机随旋转体转到正上方12点钟位置时,机头完全闭锁,击针尾部下方的突起从曲线形击发导槽中解脱,击针在击针簧作用下前移,击发枪弹。

机匣前部设有保险块,保险块内壁设有一段直槽,枪机在这段直槽内运动时,一直保持闭锁状态,即枪机只随旋转体转动,而不能开锁和后退,由此起到击发后的机械保险作用。

当枪机滚轮越过这段直槽后,就进入曲线槽的反向部分,机体后退,带动机头回转开锁。而后枪机带动弹壳后退,完成抽壳出膛动作。枪机后退的同时,仍随旋转体旋转。当转到下方位置时,导板使弹壳脱离旋转体,弹壳被向下抛出。

至此,一个枪机就完成了360°的自动循环,并准备获取另一发枪弹。6个枪机依次重复上述动作。 当带弹链的枪弹从柔性输弹带进入供弹机后,枪弹受脱链转轮的带动而随之转动。随着脱链转轮的转动,推杆从后向前将枪弹推出弹链,此时枪弹沿圆周方向转动了约半周

而后,枪弹在推弹导引器的作用下进入输弹轮的容弹槽内。此时,枪弹在供弹机内沿圆周方向转动约一周

随后,枪弹暂停向前运动,但仍随输弹轮转动。当枪弹转动约一周半时,将沿着耳形突缘渐离供弹机。因旋转体与供弹机装配在一起,枪弹被导板送入旋转体上的枪机导槽中。至此,供弹机完成供弹动作供弹机内部结构及其供弹动作示意图“米尼岗”M134转管机枪的关键技术

M134转管机枪射速非常高,因此可靠性要非常高。设计这样一挺转管机枪需解决攻克诸多技术难题,以下从曲线槽设计、同步精准供弹、防膛外炸壳、防高速旋转卡死等四方面来看这挺转管机枪的关键技术。

曲线槽设计技术

M134转管机枪机匣内壁上的曲线槽设计是非常关键的技术。该曲线槽用于约束枪机顶部的滚轮,赋予枪机的运动规律,使枪机完成输弹入膛、闭锁、击发、开锁、退壳、抛壳等一系列动作。所以曲线槽尺寸的设计及加工生产质量是转管机枪的重点。此外,曲线槽的优化设计,可以较大幅度减小电动机的驱动功率。

曲线槽的曲线主要由前直线段、后直线段、2条斜直线段及4条过渡段共8条线段组成。前直线段保证枪机闭锁击发和在安全膛压下开锁,能够有效避免枪弹迟发火造成的危害;后直线段是为了抛壳和进弹可靠;在这两条直线段上,枪机无纵向移动。枪机的等速纵向运动是靠2条斜直线段来保证的,其余4个“拐弯”的位置是过渡段,是枪机加速和减速运动段。另外,曲线槽直线段设有保险块,打开保险块时,枪机不能运动到闭锁位置,无法完成闭锁、击发等动作,保证了机枪在运输与行军状态时的安全性。

同步精准供弹技术

M134转管机枪由于结构复杂,一旦发生枪械故障,排除故障很耗时。如果在战斗中发生故障,就意味着要退出战斗,这是非常严重的事情。因此,该枪必须具有很高的可靠性,对其故障率要求必须小于0.01%~0.05%。根据统计,转管机枪90%以上的故障都发生在供弹系统,因此同步精准供弹技术是设计该转管机枪的关键技术之一。

该转管机枪的供弹过程,需要考虑三方面的问题:一是整个供弹路线中枪弹的运动需平稳、顺畅、不受阻、无卡滞;二是枪弹进入枪机弹底窝的过程在纵向和圆周向均需要做到精准同步,全约束、无卡滞;三是枪弹进入弹底窝后,向前推入弹膛的过程中,弹头尖部的摆动量一般不得超过弹膛尾端直径的2/3。

导板固定在机匣上,它是一个重要零件。其作用有两个:一是使枪弹准确地从供弹机进入旋转体并卡入抽壳钩(上图);二是在枪弹击发后使弹壳脱离旋转体,以完成抛壳动作(下图)

摇架上装有机械瞄具和握把,握把上设有电击发按钮

枪机在曲线槽上完成输弹入膛、闭锁击发、开锁抽壳、抛壳动作的示意图防膛外炸壳技术

转管机枪在射击时,枪管进行连续不断地旋转,每一个枪机依次完成闭锁、击发、开锁等动作。如果遇到迟发火的枪弹,机构也不会停止运动,而是在高膛压下进行开锁,将迟发火的枪弹抽出弹膛,此时,膛外炸壳故障就不可避免了。

膛外炸壳故障是非常严重的故障,弹壳被炸碎,枪机可能被炸变形。如果枪弹迟发火的时间较长,达到严重迟发火的程度,那么枪弹将完整地被抛到机枪之外,弹头将从弹壳中发射飞出,后果难以预料。因此,防膛外炸壳技术也是该机枪设计的关键技术之一。

为了防膛外炸壳故障,必须从以下几方面采取措施。

一是不使用过期枪弹;二是提高枪弹批量生产的质量稳定性,避免出现迟发火的枪弹;三是提高击针打击枪弹底火的速度和力度,确保枪机闭锁后,击针立即打击枪弹底火;四是合理设计曲线槽前直线段的长度,使枪机保持闭锁状态的时间尽量长;五是确定机枪的射速时,要进行充分论证,不要盲目追求高射速,射速越高,膛外炸壳故障的发生概率越大。

防高速旋转卡死技术

枪机是转管机枪的核心。射击时,枪机的运动性质是复合的,既随旋转体作旋转运动,同时还进行前后直线运动。如果枪机的高速运动受阻卡死,那么机枪将停止射击。因此,防高速旋转卡死技术无疑也是关键技术之一。

转管机枪的枪机在复进、后坐运动过程中,机体是枪机运动中的主动件,枪机中其他零件的运动均由机体带动,也就是说机体的运动决定着机头等其他零件的运动。所以,一般情况下,只要机体的受力情况无异常,整个枪机的运动就会是正常的。机体在前后运动过程中会受到旋转体上枪机导轨施加给它的压力,这个压力直接决定着枪机与枪机导轨之间摩擦力的大小,摩擦力的大小又直接影响着机体前后运动的灵活性。所以在设计过程中应选择合适的枪机导轨结构,既要考虑枪机受摩擦力的大小,又要考虑其受力稳定性。

为了防止机枪高速旋转卡死,应从以下几方面采取措施。

一是优化枪机各零件之间的运动,使其协调匹配、无干涉;二是设计好枪机两侧的长条形凹槽、旋转体表面的枪机导轨,使两者之间相互配合顺畅;三是选择合适的枪机导轨材料,兼顾其强度和硬度;四是选择使用合适的枪机导轨润滑油;五是消除枪机、旋转体与周围零部件之间的一切干涉,留有足够的间隙。

编辑/曾振宇

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