漫谈导气活塞式结构的原理与实现方式

丑话说在前头：
    俺是业余军迷，喜欢分析轻武器结构和原理，但长期徘徊在菜鸟阶段而苦于无法迈过第一个门槛。近年来接触到D总的《枪炮世界》之后才略有长进。
    俺对枪械的导气活塞式结构比较感兴趣，因为其与机电技术比较接近。经过学习、对比和分析之后，偶有所得。俺进阶后逐渐也积累下来一些相对说得过去的观点，于是想写下来备忘或者共享。毕竟现在没有当初钻研学习的激情和兴趣了，脑筋也不太好用了。老菜鸟的经验也许能对新人能有所帮助。  
    其中有很多观点来自网络资料、杂志和网友交流，正确性较有保障；部分观点是我个人总结的，正确性未经验证。新人们要注意辨别，别被俺给误导了。

    本文所涉及枪械的详细资料，请参见《枪炮世界》。
    2010.07.25P2

1、导气活塞式原理的类型：
    导气活塞式自动武器的结构类型一般有三种：长行程导气活塞式、短行程导气活塞式和吹气式/直接导气式。前两者的汽缸位于机头前方、导气孔附近；而后者的汽缸位于机头后方，远离导气孔。（吹气式也可以被视为导气活塞式结构的一种变种）
    长行程导气活塞式常见于苏式自动步枪，例如AKM和AK74，通常精度表现较差，可靠性好（当然也有SG55x枪族这样的高精度异类）。短行程导气活塞式常见于欧美的自动步枪，例如SCAR、G36、和HK416，精度表现较好，可靠性良好。吹气式主要应用于美式M16/M4枪族，精度表现最好，但容易因导气管积碳而严重影响系统可靠性。
    其中，HK416改装自M16/M4，基本结构相同，大部分零部件通用或者相近，而导气原理不同。在同等枪管长度和等级下，HK416的射击精度就是赶不上M16/M4，只能以高可靠性和导气系统免维护为卖点。
    当然，枪械精度表现的好坏（单发精度和连发精度），不仅仅与导气活塞原理密切相关，还要受到许多因素的影响：加工精度、生产工艺、膛线数量、枪管厚度、枪管材料、导气孔设计、汽缸设计、活塞设计、弹药性能、汽缸轴线高度、导气量大小、闭锁结构设计、开锁曲线设计等等。本人只能在设定相同技术平台上，单独对比某项特性以辨析其优劣。

2、不同导气活塞式原理对射击精度的影响
    导气活塞式原理的三种实现方式，对射击精度的影响很可能主要是通过导气驱动活塞瞬间对枪管施加的扰动力距（反作用力*汽缸轴线与枪管轴线之间的距离）来作用的。
    当导出的高压燃气驱动活塞时，汽缸底部将会受到一个反作用力。其将通过将汽缸体固定在枪管上的导气箍直接传递给枪管，产生一个使枪管发生向下弯曲的扭矩。这将造成枪管的非自然振动，而此时子弹并未出膛，因此会对射击精度造成消极影响。 长行程导气活塞式的汽缸轴线距离枪管轴线较远（例如：AK），因此产生的扰动力矩较大；短行程导气活塞式的汽缸轴线距离枪管轴线较近（例如：81式和95式），因此产生的扰动力矩较小，因而其对射击精度的消极影响也较小。

    吹气式/直接导气式的汽缸位于机头后方，其轴线与枪管轴线重合。所以，导出燃气驱动活塞时对枪管作用的反作用力作用在枪管尾部，而且因为没有偏心距而无法产生扰动力矩，因而其对射击精度的消极影响也最小。
    吹气式作用在枪管上的扰动力距其实也是存在的。它是由导气管内腔的前端面在高压燃气的作用下产生的。由于其力量小而且偏心量极低，所以其消极影响基本可以忽略不计。
    由于吹气式相对手拉机（非自动原理）增加了导气和驱动活塞-枪机框开锁的环节，影响了子弹出膛前系统的稳定性，所以其精度再高也赶不上手拉机。
   

3、长行程导气活塞式结构与短行程导气活塞式结构的适用范围
    在长行程导气活塞式结构中，活塞和挺杆随枪机往返运动，导致枪机的后座质量较大、重心偏移量较大和携带动能较多，枪机后座到位时需要缓冲/消耗的动能也较多，造成后坐力偏大和质心稳定性略低。所以长行程导气活塞式结构常用于可靠性要求较高的自动步枪或者对枪机后座动能需求量较大的弹链式机枪。
    在短行程导气活塞式结构中，活塞和挺杆不随枪机往返运动，枪机的后座质量和携带动能较少。由枪机后座造成的后坐力也较小，更加容易控制和处理。所以短行程导气活塞式结构常用于普通自动步枪和弹匣/弹鼓供弹的简易款轻机枪，似乎并未被用于弹链式机枪。不考虑更换枪管的自动枪械由于枪管固定结构更加紧凑，往往在降低汽缸轴线高度方面要比可以更换枪管的自动枪械更有优势。
    在一些短行程导气活塞式的自动枪械上（Ultimax 100轻机枪和SCAR自动步枪），使用了轻量化的活塞与挺杆系统，其质量相对枪机而言非常轻。这样一来，枪机后座质量的下降幅度很少，与长行程导气活塞式结构的枪机后座质量相差不大。这有助于提高总体后座能量的利用率，对提高可靠性有利。轻量化的活塞与挺杆系统的出现，使得动力偶和枪管扰动力矩较低的短行程导气活塞式结构应用于弹链式机枪的可行性大增。

4、导气孔的方向
    AK系列的导气孔是向后倾斜的，保证其不可调节的导气系统结构非常紧凑；而欧美自动步枪大多是垂直导气孔。前者从枪管上切削下来的金属量较多，导气孔在枪管内腔上投影面积也较大，因此其对枪管强度和膛线的破坏程度略大。后者不但对枪管和膛线的破坏少，而且与燃气量调整/气孔切换装置相配合的效果更好。

5、导气量大小对导气作用瞬间扰动的影响
    在同等结构条件下，导气量越大，导气系统对枪管的扰动就越剧烈，对射击精度的消极影响也就越大。除了AK系列之外，其他导气活塞式（长行程和短行程）自动武器普遍采用气体调节装置，避免过度导气。
    为了追求简单、可靠和廉价，AK系列只使用大气孔而没有设置导气量调节装置，在绝大多数工况下均为过量导气。这不但造成粗暴导气和开锁，也造成枪机后座到位时剧烈撞击匣尾，对AK系列的射击精度和使用寿命产生了严重损失。
    以使用相同弹药和结构性能比较相近的AK47、AkM和81式为例，来说明AK导气过量的程度：AK47（56冲）的导气孔直径为4.5mm。据说AKM的导气孔直径只有4mm。而81式步枪的小气孔（缺省使用）直径仅为2.1mm，就能完成正常射击过程。81式步枪的枪机也对匣尾有撞击，但撞击力度要大大低于AK。
    以上三者导气孔的面积之比为： 1:0.79：0.217，导气能量相差甚远，汽缸对枪管的扰动力度自然也就大不相同。

6、汽缸结构设计
    导气活塞式结构一般采用汽缸固定而活塞运动的模式，也有少数步枪采用相反的模式（ROBINSON XCR）。
    除了AK系列将燃气通过向后倾斜的导气孔直接喷射到活塞前端面上，然后再反弹并扩散到活塞前方的缓冲腔内之外，其他非AK系的自动步枪（国产枪：81式、95式）大多利用过渡腔缓冲并偏转燃气喷射角度。后者的原理类似于美制自动榴弹发射器弹药的高低压发射原理，可以有效抑制导气初期高压燃气对活塞端面冲击的峰值，使得高压燃气驱动活塞的过程更加平稳和柔和。这对降低对导气系统对枪管扰动力矩的峰值、提高射击精度和机件寿命有所帮助。
    G36的汽缸-活塞设计比较特别，其活塞前端增加了一个导向圆锥+小圆柱活塞。导出燃气被喷射在小圆柱活塞表面以及小圆柱活塞与主活塞之间的过渡锥面上，进而扩散到活塞前端面与汽缸之间的过渡腔内，其高压峰值被阻滞和分散。G36的汽缸-活塞设计远不如SVD那样简洁和廉价，虽然二者的设计效果基本相同。

7、可调气孔直径式气体调节装置（静态气体调节装置）
    导气活塞式结构的气体调节装置一般采用切换与枪管导气孔相配合的、大小不同的汽缸导气孔直径来实现。这种方案的弊病在于正常状态下的汽缸导气孔直径（小气孔）要小于枪管导气孔直径，容易在倒阶梯孔的肩部积碳。
    如果枪弹所用的发射药燃速低而导致燃烧不完全的话，就会比较容易积碳（例如81式和95式）。当积碳严重时，导气通道的有效截面积明显下降，就会导致导气能量大幅度下降，严重影响系统的可靠性。使用NATO弹药的、可调气孔的自动枪械受到这个问题影响的程度要轻得多。

8、动态气体调节装置
    所谓动态气体调节装置是指在活塞向后运动过程中生效的气体调节装置，主要有三种方式：活塞短暂切断导气通道式（SG55x，活塞打孔作为导气通道的一部分）、汽缸前端延迟排气式（G36，异型活塞）和汽缸侧面延迟排气式（SVD）。它们可以与可调气孔直径式气体调节装置（静态）相配合，更加精确地调节作用到活塞上的导气能量。其中第三种方式只要增加一个汽缸外套筒，就可以直接作为两级气体调节装置使用（无关闭导气孔的档位）。
    由于活塞短暂切断导气通道的结构要在活塞上做文章，所以一般只能用于活塞不能自由旋转的长行程导气活塞式结构。

9、SG55x与卸载式汽缸
    SG55x枪族虽然也是与AK类似的长行程导气活塞式结构，却是高精度自动步枪的代表作之一。与AK系列相比，SG55x枪族有以下特点：采用卸载式汽缸、枪管强度高、枪管加工精度高、有导气调节装置、枪机导引好和闭锁结构更合理等等。
    所谓卸载式汽缸，是指出燃气驱动活塞时对汽缸底部施加的反作用力并不作用在枪管上，而是通过承载结构传递给机匣，从而基本避免了导气活塞系统工作时对枪管的干扰。
    卸载式汽缸架构也可以用于短行程导气活塞式。它是在不加重枪管的前提下，提高射击精度的有效手段。

10、枪管强度高低对导气作用瞬间扰动的抵抗能力
    在其他结构条件相同的情况下，枪管强度/厚度越高，抵抗导气活塞系统的干扰能力越强。在重型枪管上，卸载式汽缸的优势并不明显。
    AKM和AK74系列的枪管较为廉价，枪管厚度和强度较低，正好是卸载式汽缸的最佳使用对象。但是AK的结构设计可谓“五毒俱全”，想要明显提高其射击精度并不容易。相对而言，枪管较薄而汽缸轴线略高的SVD和山寨版SVD也许是卸载式汽缸比较容易出效果的应用对象。
   


    俺是业余军迷，想写有带点专业性的东西非常困难。水平难以保障，还要尽力考证有无低级错误。
    还是想到哪里就写到哪里吧，抛砖引玉而已。也许以后有兴趣再继续写下去把。

丑话说在前头：
    俺是业余军迷，喜欢分析轻武器结构和原理，但长期徘徊在菜鸟阶段而苦于无法迈过第一个门槛。近年来接触到D总的《枪炮世界》之后才略有长进。
    俺对枪械的导气活塞式结构比较感兴趣，因为其与机电技术比较接近。经过学习、对比和分析之后，偶有所得。俺进阶后逐渐也积累下来一些相对说得过去的观点，于是想写下来备忘或者共享。毕竟现在没有当初钻研学习的激情和兴趣了，脑筋也不太好用了。老菜鸟的经验也许能对新人能有所帮助。  
    其中有很多观点来自网络资料、杂志和网友交流，正确性较有保障；部分观点是我个人总结的，正确性未经验证。新人们要注意辨别，别被俺给误导了。

    本文所涉及枪械的详细资料，请参见《枪炮世界》。
    2010.07.25P2

1、导气活塞式原理的类型：
    导气活塞式自动武器的结构类型一般有三种：长行程导气活塞式、短行程导气活塞式和吹气式/直接导气式。前两者的汽缸位于机头前方、导气孔附近；而后者的汽缸位于机头后方，远离导气孔。（吹气式也可以被视为导气活塞式结构的一种变种）
    长行程导气活塞式常见于苏式自动步枪，例如AKM和AK74，通常精度表现较差，可靠性好（当然也有SG55x枪族这样的高精度异类）。短行程导气活塞式常见于欧美的自动步枪，例如SCAR、G36、和HK416，精度表现较好，可靠性良好。吹气式主要应用于美式M16/M4枪族，精度表现最好，但容易因导气管积碳而严重影响系统可靠性。
    其中，HK416改装自M16/M4，基本结构相同，大部分零部件通用或者相近，而导气原理不同。在同等枪管长度和等级下，HK416的射击精度就是赶不上M16/M4，只能以高可靠性和导气系统免维护为卖点。
    当然，枪械精度表现的好坏（单发精度和连发精度），不仅仅与导气活塞原理密切相关，还要受到许多因素的影响：加工精度、生产工艺、膛线数量、枪管厚度、枪管材料、导气孔设计、汽缸设计、活塞设计、弹药性能、汽缸轴线高度、导气量大小、闭锁结构设计、开锁曲线设计等等。本人只能在设定相同技术平台上，单独对比某项特性以辨析其优劣。

2、不同导气活塞式原理对射击精度的影响
    导气活塞式原理的三种实现方式，对射击精度的影响很可能主要是通过导气驱动活塞瞬间对枪管施加的扰动力距（反作用力*汽缸轴线与枪管轴线之间的距离）来作用的。
    当导出的高压燃气驱动活塞时，汽缸底部将会受到一个反作用力。其将通过将汽缸体固定在枪管上的导气箍直接传递给枪管，产生一个使枪管发生向下弯曲的扭矩。这将造成枪管的非自然振动，而此时子弹并未出膛，因此会对射击精度造成消极影响。 长行程导气活塞式的汽缸轴线距离枪管轴线较远（例如：AK），因此产生的扰动力矩较大；短行程导气活塞式的汽缸轴线距离枪管轴线较近（例如：81式和95式），因此产生的扰动力矩较小，因而其对射击精度的消极影响也较小。

    吹气式/直接导气式的汽缸位于机头后方，其轴线与枪管轴线重合。所以，导出燃气驱动活塞时对枪管作用的反作用力作用在枪管尾部，而且因为没有偏心距而无法产生扰动力矩，因而其对射击精度的消极影响也最小。
    吹气式作用在枪管上的扰动力距其实也是存在的。它是由导气管内腔的前端面在高压燃气的作用下产生的。由于其力量小而且偏心量极低，所以其消极影响基本可以忽略不计。
    由于吹气式相对手拉机（非自动原理）增加了导气和驱动活塞-枪机框开锁的环节，影响了子弹出膛前系统的稳定性，所以其精度再高也赶不上手拉机。
   

3、长行程导气活塞式结构与短行程导气活塞式结构的适用范围
    在长行程导气活塞式结构中，活塞和挺杆随枪机往返运动，导致枪机的后座质量较大、重心偏移量较大和携带动能较多，枪机后座到位时需要缓冲/消耗的动能也较多，造成后坐力偏大和质心稳定性略低。所以长行程导气活塞式结构常用于可靠性要求较高的自动步枪或者对枪机后座动能需求量较大的弹链式机枪。
    在短行程导气活塞式结构中，活塞和挺杆不随枪机往返运动，枪机的后座质量和携带动能较少。由枪机后座造成的后坐力也较小，更加容易控制和处理。所以短行程导气活塞式结构常用于普通自动步枪和弹匣/弹鼓供弹的简易款轻机枪，似乎并未被用于弹链式机枪。不考虑更换枪管的自动枪械由于枪管固定结构更加紧凑，往往在降低汽缸轴线高度方面要比可以更换枪管的自动枪械更有优势。
    在一些短行程导气活塞式的自动枪械上（Ultimax 100轻机枪和SCAR自动步枪），使用了轻量化的活塞与挺杆系统，其质量相对枪机而言非常轻。这样一来，枪机后座质量的下降幅度很少，与长行程导气活塞式结构的枪机后座质量相差不大。这有助于提高总体后座能量的利用率，对提高可靠性有利。轻量化的活塞与挺杆系统的出现，使得动力偶和枪管扰动力矩较低的短行程导气活塞式结构应用于弹链式机枪的可行性大增。

4、导气孔的方向
    AK系列的导气孔是向后倾斜的，保证其不可调节的导气系统结构非常紧凑；而欧美自动步枪大多是垂直导气孔。前者从枪管上切削下来的金属量较多，导气孔在枪管内腔上投影面积也较大，因此其对枪管强度和膛线的破坏程度略大。后者不但对枪管和膛线的破坏少，而且与燃气量调整/气孔切换装置相配合的效果更好。

5、导气量大小对导气作用瞬间扰动的影响
    在同等结构条件下，导气量越大，导气系统对枪管的扰动就越剧烈，对射击精度的消极影响也就越大。除了AK系列之外，其他导气活塞式（长行程和短行程）自动武器普遍采用气体调节装置，避免过度导气。
    为了追求简单、可靠和廉价，AK系列只使用大气孔而没有设置导气量调节装置，在绝大多数工况下均为过量导气。这不但造成粗暴导气和开锁，也造成枪机后座到位时剧烈撞击匣尾，对AK系列的射击精度和使用寿命产生了严重损失。
    以使用相同弹药和结构性能比较相近的AK47、AkM和81式为例，来说明AK导气过量的程度：AK47（56冲）的导气孔直径为4.5mm。据说AKM的导气孔直径只有4mm。而81式步枪的小气孔（缺省使用）直径仅为2.1mm，就能完成正常射击过程。81式步枪的枪机也对匣尾有撞击，但撞击力度要大大低于AK。
    以上三者导气孔的面积之比为： 1:0.79：0.217，导气能量相差甚远，汽缸对枪管的扰动力度自然也就大不相同。

6、汽缸结构设计
    导气活塞式结构一般采用汽缸固定而活塞运动的模式，也有少数步枪采用相反的模式（ROBINSON XCR）。
    除了AK系列将燃气通过向后倾斜的导气孔直接喷射到活塞前端面上，然后再反弹并扩散到活塞前方的缓冲腔内之外，其他非AK系的自动步枪（国产枪：81式、95式）大多利用过渡腔缓冲并偏转燃气喷射角度。后者的原理类似于美制自动榴弹发射器弹药的高低压发射原理，可以有效抑制导气初期高压燃气对活塞端面冲击的峰值，使得高压燃气驱动活塞的过程更加平稳和柔和。这对降低对导气系统对枪管扰动力矩的峰值、提高射击精度和机件寿命有所帮助。
    G36的汽缸-活塞设计比较特别，其活塞前端增加了一个导向圆锥+小圆柱活塞。导出燃气被喷射在小圆柱活塞表面以及小圆柱活塞与主活塞之间的过渡锥面上，进而扩散到活塞前端面与汽缸之间的过渡腔内，其高压峰值被阻滞和分散。G36的汽缸-活塞设计远不如SVD那样简洁和廉价，虽然二者的设计效果基本相同。

7、可调气孔直径式气体调节装置（静态气体调节装置）
    导气活塞式结构的气体调节装置一般采用切换与枪管导气孔相配合的、大小不同的汽缸导气孔直径来实现。这种方案的弊病在于正常状态下的汽缸导气孔直径（小气孔）要小于枪管导气孔直径，容易在倒阶梯孔的肩部积碳。
    如果枪弹所用的发射药燃速低而导致燃烧不完全的话，就会比较容易积碳（例如81式和95式）。当积碳严重时，导气通道的有效截面积明显下降，就会导致导气能量大幅度下降，严重影响系统的可靠性。使用NATO弹药的、可调气孔的自动枪械受到这个问题影响的程度要轻得多。

8、动态气体调节装置
    所谓动态气体调节装置是指在活塞向后运动过程中生效的气体调节装置，主要有三种方式：活塞短暂切断导气通道式（SG55x，活塞打孔作为导气通道的一部分）、汽缸前端延迟排气式（G36，异型活塞）和汽缸侧面延迟排气式（SVD）。它们可以与可调气孔直径式气体调节装置（静态）相配合，更加精确地调节作用到活塞上的导气能量。其中第三种方式只要增加一个汽缸外套筒，就可以直接作为两级气体调节装置使用（无关闭导气孔的档位）。
    由于活塞短暂切断导气通道的结构要在活塞上做文章，所以一般只能用于活塞不能自由旋转的长行程导气活塞式结构。

9、SG55x与卸载式汽缸
    SG55x枪族虽然也是与AK类似的长行程导气活塞式结构，却是高精度自动步枪的代表作之一。与AK系列相比，SG55x枪族有以下特点：采用卸载式汽缸、枪管强度高、枪管加工精度高、有导气调节装置、枪机导引好和闭锁结构更合理等等。
    所谓卸载式汽缸，是指出燃气驱动活塞时对汽缸底部施加的反作用力并不作用在枪管上，而是通过承载结构传递给机匣，从而基本避免了导气活塞系统工作时对枪管的干扰。
    卸载式汽缸架构也可以用于短行程导气活塞式。它是在不加重枪管的前提下，提高射击精度的有效手段。

10、枪管强度高低对导气作用瞬间扰动的抵抗能力
    在其他结构条件相同的情况下，枪管强度/厚度越高，抵抗导气活塞系统的干扰能力越强。在重型枪管上，卸载式汽缸的优势并不明显。
    AKM和AK74系列的枪管较为廉价，枪管厚度和强度较低，正好是卸载式汽缸的最佳使用对象。但是AK的结构设计可谓“五毒俱全”，想要明显提高其射击精度并不容易。相对而言，枪管较薄而汽缸轴线略高的SVD和山寨版SVD也许是卸载式汽缸比较容易出效果的应用对象。
   


    俺是业余军迷，想写有带点专业性的东西非常困难。水平难以保障，还要尽力考证有无低级错误。
    还是想到哪里就写到哪里吧，抛砖引玉而已。也许以后有兴趣再继续写下去把。