榴弹工作原理

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几百年来,榴弹在战争中一直发挥着重要作用。榴弹最早是由中国人在公元1000年左右制造的,当时的榴弹只是将中国人的革命性技术—— 火药加以应用。到了15和16世纪,欧洲人也学会了制造榴弹,并极大地提高了榴弹的威力。

榴弹工作原理


美国海军陆战队供图,Lain A. Schnaible摄影

一名美国海军陆战队队员正在操演训练中投掷榴弹。

早期榴弹的典型设计是在一个中空的金属容器中填满火药。士兵只需点燃油绳,然后尽快将榴弹投掷出去。到了18世纪,这种武器逐渐被人们摒弃:在当时的战斗模式中,榴弹并不十分有用,其简易设计又使得它异常危险。

到了20世纪,随着新型战斗模式的出现,这种武器又逐渐复苏。在一战的 堑壕战中,士兵不用暴露自己的位置,即可用榴弹端掉敌方的机枪手。榴弹的机械点火系统使它变得相对安全实用。正是有了这种系统,榴弹才逐渐变成现代战争中一个不可或缺的部分。

在本文中,我们将考察一些典型榴弹的内部结构,来了解它们的引爆装置和爆炸发生机制。此外,我们还将了解一下榴弹中能够延迟爆炸的重要组件。

从广义上讲,榴弹就是一种专供近距离使用的小型 炸弹。炸弹的原理十分简单:通过点燃易燃材料来制造爆炸——气体体积急剧膨胀,从而产生强大的张力。因此,榴弹的重要组件就是 易燃材料和 点火系统。

名称的含义

榴弹工作原理


美国国防部供图

榴弹一词源自石榴的法语表达。在16世纪,法国士兵(以及其他欧洲军队)曾使用一种石榴大小的圆形炸弹,这种炸弹装有大颗粒火药,就类似于石榴的籽。法国军方组建了掷弹兵,这些士兵经过严格训练,专门向敌方阵营远距离投掷榴弹。

20世纪早期,这种武器被重新采用,“榴弹”一词便被传承下来。然而,在一战和二战期间,士兵们还为这种武器起了其他一些名字,例如菠萝,此名字源于榴弹的外型和粗糙的外壳。

榴弹中使用的易燃材料种类各异,产生的爆炸类型也不相同。有些爆炸会传播火焰,有些则只是释放大量烟雾。有些爆炸仅仅发出一声巨响,并伴有闪光。另外还有一些会释放有毒气体。

榴弹的点火系统也有很多种,但它们一般可分为两类: 延时点火装置和 碰撞引爆型点火装置。这两种系统的功能都是让榴弹在远离投掷者后发生爆炸。正如您想像的那样,碰撞引爆型榴弹中的点火装置是靠榴弹着地时的撞击力激活的。对于延时榴弹,投掷者需要引爆 引信,这种装置可在经过一定的时间(一般为几秒)后引燃榴弹。

一个装满 硝化甘油或其他受震易燃材料的容器便是一个简易的碰撞引爆型榴弹。此时,易燃液体本身就是碰撞引爆型点火装置。莫洛托夫鸡尾酒就是一个简易而有效的延时榴弹。这种易燃的液体装在瓶子中,瓶子外面还记着一个袋子。这个带子可充当天然的引信,投掷者可点燃带子,然后将酒瓶投掷出去。当酒瓶撞碎后,易燃液体将从瓶内流出并被燃烧的带子点燃。

这两种榴弹的问题在于,榴弹在被扔出之前很容易发生爆炸。士兵和警察配备的是特制榴弹,这些榴弹的点火系统更加安全精密。在下面的部分中,我们将对此进行详细介绍。

战场上最常见的一种榴弹是 延时碎片杀伤式榴弹。这种榴弹的主要功能是杀伤附近的敌军。为了保证获得最大杀伤力,这种榴弹在爆炸时会向四面八方射出很多小金属碎片。

在一战、二战、越南战争以及20世纪的很多其他冲突中,这种榴弹都发挥了重要作用。它非常耐用,使用和制造也很简单。其传统设计使用简单的化学延时装置。下图显示了这种系统的典型结构,这种结构可追溯至第一次世界大战。

榴弹工作原理

这种榴弹的外壳由锯齿状铸铁制成,它含有一个化学引信装置,周围则是一个炸药存储体。此榴弹有一个装药孔,用于填充炸药。

榴弹工作原理


美国国防部供图

投掷榴弹的正确方法:压下撞针杆,拉出保险销,然后投掷榴弹。

榴弹的引爆装置是由内部用弹簧加压的撞针触发的。在平时,撞针被榴弹顶部的 撞针杆固定,而后者又由 保险销固定。士兵需要紧握榴弹,以使撞针杆从弹体中翘起,接着应拉出保险销,然后再投掷榴弹。下面介绍榴弹在被投掷出去后的内部发生机制:

由于保险销已被拉出,撞针杆将处于自由状态,那么弹簧加压的撞针也就失去了撞针杆的束缚。这样,撞针将被弹出并撞击 火帽。这种撞击会点燃火帽,从而产生少量的火花。

火花将点燃引信中的缓燃材料。在大约四秒钟后,延时材料将全部烧尽。

延时材料的末端与 引爆器相连,这是一个填充了更多易燃材料的管子。延时材料烧完后,将点燃引爆器中的材料,这样就在榴弹内部进行了一次引爆。

此爆炸会点燃榴弹四周的炸药,进而产生规模更大的爆炸并将榴弹炸碎。

外壳的金属碎片将以高速飞向四面八方,附近的任何人和物体都难逃一劫。这种榴弹还可以包含其他锯齿状金属线或金属小球,以提高碎片的杀伤力。

延时榴弹具有很大的杀伤力,但它们也有一些重大缺陷。一个问题就是它们的 不可预知性:对于某些化学引信,其延迟时间可能会从2秒到6秒不等。延时榴弹的最大问题就在于此,敌人将有机会利用延迟时间进行反击。如果士兵投掷榴弹过早,敌人可能会在榴弹爆炸前将其捡起并重新扔回去。

因此在某些情况下,士兵必须使用碰撞引爆型榴弹。碰撞引爆型榴弹一旦触地,就会发生爆炸,这样敌人便没有机会实施反击。在下一部分中,我们将介绍这种榴弹的工作原理。

碰撞引爆型榴弹与从飞机上投掷的炸弹的原理相同——一旦碰到目标,就会发生爆炸。通常,士兵们并不是用手投掷碰撞引爆型榴弹和延时榴弹,而是使用 榴弹发射器将它们以高速发射出去。

美国陆军使用的榴弹发射器一般装在突击步枪上。在传统的枪携式(附着在机枪上面的)发射器设计中,榴弹是由引爆空弹而产生的气压发射出去的。一些发射器型榴弹(自带发射功能的榴弹)还拥有自己内置的底火和发射药。


榴弹工作原理

美国国防部供图

一名士兵正准备引爆装在M-16突击步枪上的M-203榴弹发射器。美军通常使用与此类似的步枪携带式榴弹发射器。

阿富汗士兵以及世界上的很多其他军队都使用火箭助飞式榴弹发射器,这种发射器曾一度由前苏联批量生产。与导弹一样,这种榴弹也有内置的火箭推进系统。

在真正发射碰撞引爆型榴弹之前,必须让它们处于保险状态,因为任何意外触碰都可能引爆它们。由于它们通常是通过发射器发射的,因此它必须配备一套 自动保险解除系统。在一些设计中,保险解除系统是由将榴弹射出发射器的发射药触发的。而在其他设计中,榴弹在飞行过程中将利用它的加速或旋转来解除引爆器的保险。

下图显示了一个简易碰撞引爆型榴弹内的各个组件,它带有一个旋转式保险解除装置。


榴弹工作原理

该榴弹采用流线型设计,具有前端、尾部和两个飞行翼。 碰撞启动装置位于榴弹的前端,它包含一个可移动的嵌板,上面装有弹簧以及一个朝向内部的 击针。与延时榴弹相同,其引信装置也包括一个火帽以及用于引燃主体炸药的引爆炸药。但是,它并不包括化学延时组件。


榴弹工作原理

美国国防部供图

一名库尔德难民正在手握一个前苏联RPG-7榴弹发射器,这是小型部队和抵抗力量常用的一种武器。

当榴弹处于保险状态时,引信装置将处于靠近尾端的位置,但有一个弹簧会对其施加向前的推力。引信装置由一些 带弹簧的平衡销固定于此。当引信处于这一位置时,击针的长度将不足以接触到 火帽。如果意外撞到了触发板,击针将在空气中来回滑动,而不会引爆榴弹。

榴弹在被发射出去后将开始旋转(就像一个有技巧的投球)。这种运动是由飞行翼的形状和位置导致的。此外,榴弹发射器的筒内螺旋槽也是产生这种运动的一个因素。

榴弹的旋转运动会产生一个很大的离心力,进而向外推挤平衡销。当平衡销向外移开一定的距离后,引信装置将被释放并弹到榴弹的前端。当榴弹撞到地面上时,前端的嵌板将被挤入,从而推动击针撞击火帽。这样火帽将爆炸,进而引燃引爆炸药,后者又进一步引燃主体炸药。

这方面有很多不同的设计,某些保险解除和点火系统的设计要比此处描述的精密得多。但是,这种武器的基本原理大都是相同的。

在未来,榴弹装置还将得到不断改进。目前,一些现代榴弹已经使用电子引信系统代替机械或化学引信。在延时电子榴弹中,引信由一个数字时钟和一个电动击针组成。在按下发射按钮或扣动扳机时,电子系统将开始精确计时。计时终止后,引信装置将释放击针。由于它使用真正的时钟代替化学物质的组合,因此这种计时系统要比传统引信精确得多。


榴弹工作原理

美国国防部供图

这挺马克19型3机枪连续发射榴弹而不是普通的子弹。

一些尖端的发射器型榴弹也采用电子引信和保险解除系统。目前,美国军方正在研制一种带 电子位置传感器的微型榴弹。利用高级榴弹发射器,士兵可以设定一个距离,让榴弹在走完该距离时就会发生爆炸。通过这种方式,士兵将能够以极高的精度对特定目标进行定点爆破,即使目标位于屏障之后也不成问题。


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