Ngòi nổ đạn pháo

Ngòi nổ pháo binh là loại ngòi nổ đạn dược được sử dụng cho các loại đạn pháo binh, thường là các loại đạn được bắn bởi pháo (dã chiến, phòng không, ven biển và hải quân), lựu pháo và súng cối. Ngòi nổ là một thiết bị kích hoạt chức năng nổ trong đạn dược, thông thường nhất là khiến đạn phát nổ hoặc giải phóng các thành phần bên trong khi đáp ứng được các điều kiện kích hoạt. Hành động này thường xảy ra sau một khoảng thời gian được thiết lập sẵn kể từ khi bắn (ngòi nổ hẹn giờ), hoặc khi tiếp xúc vật lý với mục tiêu (ngòi nổ tiếp xúc), hoặc khi phát hiện khoảng cách gần với mặt đất, cấu trúc hoặc mục tiêu khác (ngòi nổ cận đích).

Thuật ngữ
Ngòi nổ đạn dược cũng được sử dụng cho tên lửa (rocket), bom hàng không, tên lửa có điều hướng, lựu đạn và mìn, cùng một số loại đạn pháo bắn trực tiếp (cỡ nòng nhỏ và súng tăng).

Nhìn chung, ngòi nổ hoạt động khi va chạm (ngòi nổ va đập/quán tính) hoặc sau một khoảng thời gian xác định trước kể từ khi bắn (ngòi nổ hẹn giờ). Tuy nhiên, đến thế kỷ 18, ngòi nổ hẹn giờ đã được thiết kế để hoạt động trên không và vào những năm 1940, ngòi nổ cận đích đã được giới thiệu để đạt được hiệu ứng nổ trên không ở vị trí chính xác hơn. Do đó, các thuật ngữ "va chạm" và "nổ trên không" thường được sử dụng ở đây trừ khi các loại ngòi nổ "hẹn giờ" được mô tả một cách rõ ràng.

Lịch sử sơ khai
Các loại đạn pháo đặc không cần ngòi nổ, nhưng các loại đạn rỗng chứa thuốc súng bên trong để tạo mảnh văng khi nổ thì cần có một ngòi hẹn giờ. Những báo cáo sớm nhất về đạn rỗng bao gồm việc người Venice sử dụng tại Jadra năm 1376 và đạn có ngòi nổ tại cuộc bao vây St Boniface ở Corsica năm 1421. Năm 1596, Sebastian Halle đã đề xuất cả việc kích nổ liều nổ bằng va chạm và điều chỉnh thời gian cháy của ngòi nổ, nhưng điều này được coi là quá viễn vông vào thời điểm đó. Những loại ngòi hẹn giờ sơ khai này sử dụng một vật liệu dễ cháy, cháy trong một khoảng thời gian trước khi kích nổ phần thuốc nhồi bên trong đạn (ngòi cháy chậm). Vấn đề là việc xác định thời gian cháy chính xác đòi hỏi phải có các thiết bị đo lường và ghi chép thời gian chuẩn xác, vốn mãi đến năm 1672 mới xuất hiện. Trước đó, các bậc thầy thử nghiệm thường kiểm tra thời gian cháy của thuốc súng bằng cách đọc Kinh Tin Kính để đo lường thời gian.

Mãi đến khoảng giữa thế kỷ 18, người ta mới nhận ra rằng khoảng hở giữa viên đạn và nòng pháo cho phép luồng lửa từ liều thuốc phóng đi vòng quanh viên đạn. Điều này dẫn đến sự ra đời của phương pháp "nhất hỏa" (single-fire) vào năm 1747, loại bỏ nhu cầu phải đốt ngòi nổ trước khi nạp đạn vào pháo. Vào thời điểm này, ngòi nổ được làm bằng gỗ dẻ gai, được khoan rỗng, nạp đầy thuốc súng và cắt theo độ dài cần thiết. Kinh nghiệm thực tế cho thấy luôn có một độ dài tối thiểu an toàn. Năm 1779, quân đội Anh đã áp dụng các độ dài ngòi cắt sẵn cho thời gian cháy 4, 4.5 và 5 giây.

Ghi chép đầu tiên về ngòi nổ va chạm (percussion fuze) xuất hiện vào năm 1650, sử dụng một phiến đá lửa để tạo ra tia lửa kích nổ thuốc súng. Vấn đề là viên đạn phải rơi theo một hướng nhất định, điều mà với các viên đạn hình cầu thì không thể đảm bảo được. Thuật ngữ "blind" (tịt) dùng để chỉ những viên đạn không nổ bắt nguồn từ đây. Khó khăn nằm ở việc tìm ra một loại "thuốc nổ va đập" đủ ổn định. Tiến bộ chỉ đạt được sau khi phát hiện ra thủy ngân fulminat vào năm 1800, dẫn đến việc Mục sư Alexander Forsyth được cấp bằng sáng chế cho các hỗn hợp mồi nổ cho vũ khí cá nhân, và sự ra đời của hạt nổ bằng đồng vào năm 1818. Khái niệm ngòi nổ va chạm được Anh áp dụng vào năm 1842. Nhiều thiết kế đã được quân đội và hải quân cùng kiểm tra nhưng không đạt yêu cầu, có lẽ vì các tính năng an toàn và kích hoạt. Tuy nhiên, vào năm 1846, thiết kế của quân khí viên Freeburn thuộc Pháo binh Hoàng gia đã được quân đội chấp nhận. Đó là một ngòi nổ bằng gỗ dài khoảng 6 inch, sử dụng dây hãm để giữ các khối ngăn cách giữa khoang chứa thuốc của ngòi nổ và một đoạn ngòi cháy. Ngòi cháy được kích hoạt bởi luồng lửa thuốc phóng và dây hãm sẽ đứt khi va chạm. Một loại ngòi nổ va chạm bằng kim loại cho hải quân Anh mãi đến năm 1861 mới xuất hiện.

Thời kỳ này có rất ít sự tiêu chuẩn hóa. Cho đến tận thế kỷ 19, trong biên chế quân đội Anh, hầu như mỗi cỡ nòng đều có loại ngòi hẹn giờ riêng. Ví dụ, có tới bảy loại ngòi nổ khác nhau được sử dụng cho đạn phân mảnh mãi đến năm 1850. Tuy nhiên, vào năm 1829, Hải quân Hoàng gia Anh đã áp dụng ngòi nổ kim loại thay cho ngòi gỗ. Lúc này, ngòi nổ được dùng cho đạn phân mảnh , đạn nổ thường và lựu đạn. Tất cả các ngòi nổ của Anh đều được chuẩn bị bằng cách cắt theo chiều dài hoặc khoan vào đáy từ dưới lên. Vấn đề là cách làm này khiến thuốc súng không được cố định chắc chắn và việc ngòi nổ bị lỗi là điều phổ biến.

Nhà phát minh người Anh, Đại tá Edward Boxer thuộc Pháo binh Hoàng gia, đã đề xuất một phương pháp tốt hơn: các nón ngòi nổ bằng gỗ với một kênh thuốc súng ở giữa và các lỗ được khoan cách nhau mỗi 2/10 inch. Năm 1853, những thiết kế này được kết hợp thành một loại ngòi duy nhất với hai kênh dẫn, dài 2 inch cho lựu pháo và đạn nổ thường, và 1 inch cho đạn phân mảnh. Các lỗ được bịt bằng đất sét, có thể dùng đinh dùi xuyên qua trước khi nạp đạn để chọn thời gian trễ cần thiết. Có các nhóm lỗ được sơn trắng và đen để phân biệt các phần mười giây lẻ và chẵn. Ngòi hẹn giờ Boxer sử dụng kích thước lỗ ngòi nổ khác với ngòi va chạm của Freeburn, khiến loại ngòi của Freeburn trở nên lỗi thời. Ngòi của Freeman được thay thế trong biên chế lục quân vào năm 1861 bởi các loại ngòi do Pettman thiết kế, có thể sử dụng cho cả đạn hình cầu và đạn không hình cầu.

Phiên bản cuối cùng của ngòi hẹn giờ Boxer dành cho súng cối xuất hiện vào năm 1867; lục quân vẫn giữ lại ngòi gỗ trong khi hải quân sử dụng ngòi kim loại. Người Mỹ cũng có một loại ngòi gỗ tương tự. Tuy nhiên, vào năm 1855, Armstrong đã sản xuất pháo Armstrong, được đưa vào biên chế quân đội Anh năm 1859. Vấn đề là có rất ít hoặc không có khoảng hở giữa đạn và nòng pháo, vì vậy liều thuốc phóng không còn có thể dùng để đốt ngòi nổ được nữa. Do đó, một bộ phận mồi nổ đã được thêm vào với một chiếc búa treo phía trên; khi phát hỏa, cú sốc từ việc bắn sẽ giải phóng chiếc búa, kích hoạt mồi nổ để đốt cháy dải thuốc hẹn giờ. Ngòi hẹn giờ mẫu 'A' của Armstrong được đưa vào sử dụng năm 1860, trong khi ngòi Borman ngắn hơn được sử dụng tại Hoa Kỳ.

Sự ra đời của pháo rãnh xoắn nạp đuôi dẫn đến việc sử dụng các loại đạn không phải là hình cầu, vốn sẽ tiếp đất bằng mũi trước. Điều này cho phép sử dụng ngòi nổ va chạm ở mũi, nhưng chúng phải đối mặt với vấn đề đạn xoay và lực ly tâm. Đến khoảng năm 1860, điều này dẫn đến sự ra đời của ngòi nổ va chạm với kim hỏa tác động trực tiếp và hạt nổ, cùng một khoang chứa thuốc để tăng cường sức nổ từ hạt nổ đủ để kích nổ liều thuốc nổ chính của đạn.

Các thiết kế ngòi hẹn giờ của Armstrong tiến hóa nhanh chóng. Năm 1867, mẫu F được giới thiệu; đây là loại ngòi nổ "hẹn giờ và va chạm" đầu tiên. Chức năng va chạm của nó không hoàn toàn thành công và sớm được thay thế bằng ngòi E Mk III. Được làm bằng đồng thau, nó chứa một vòng hợp chất cháy chậm được kích hoạt bởi một viên thuốc nổ giữ hạt nổ; viên thuốc này sẽ bị đẩy lùi vào kim hỏa do cú sốc khi bắn. Đây là nguyên mẫu của các loại ngòi T&P được sử dụng trong thế kỷ 20, mặc dù ban đầu nó chỉ được dùng cho đạn mảnh hải quân, và phải mất một thời gian lục quân mới áp dụng nó cho đạn phân mảnh.

Mô tả
Kể từ nửa sau thế kỷ 19, hầu hết các loại ngòi nổ pháo binh đều được lắp vào mũi của đầu đạn. Phần đế của ngòi nổ được vặn vào một hốc ren, và phần mũi ngòi được thiết kế để khớp với hình dạng đường cong khí động học của viên đạn. Độ sâu của hốc ren có thể thay đổi tùy thuộc vào loại đạn và ngòi nổ. Ngòi nổ pháo binh đôi khi được thiết kế riêng cho các loại pháo hoặc lựu pháo cụ thể do đặc điểm vận hành, đặc biệt là sự khác biệt lớn về vận tốc đầu nòng, từ đó ảnh hưởng đến độ nhạy của các cơ chế an toàn và kích hoạt. Tuy nhiên, đến Thế chiến thứ hai, dù vẫn có những ngoại lệ, hầu hết các loại ngòi nổ của một quốc gia có thể sử dụng cho bất kỳ loại đạn pháo nào của quốc gia đó nếu chúng khớp về mặt kích thước vật lý, mặc dù các quy định thu mua khác nhau giữa lục quân và hải quân thường ngăn cản điều này. Các trường hợp ngoại lệ là ngòi nổ cho đạn súng cối, và điều này vẫn tiếp diễn cho đến nay.

Một hành động sớm trong việc tiêu chuẩn hóa của NATO là thống nhất kích thước và ren của hốc lắp ngòi trên các loại đạn pháo để cho phép hoán đổi ngòi nổ giữa các quốc gia. Ngòi nổ pháo binh hiện đại nói chung có thể sử dụng cho bất kỳ loại đạn pháo phù hợp nào, bao gồm cả đạn pháo hải quân. Tuy nhiên, súng cối nòng trơn làm hạn chế sự lựa chọn các cơ chế an toàn và kích hoạt vì không có lực ly tâm và vận tốc đầu nòng tương đối thấp. Do đó, ngòi nổ của đạn pháo nòng rãnh xoắn không thể dùng cho đạn cối, và ngược lại, ngòi nổ súng cối không phù hợp với vận tốc cao của đạn pháo.

Hoạt động của ngòi nổ được kích hoạt bởi sự va chạm, thời gian trôi qua sau khi bắn hoặc khoảng cách gần với mục tiêu. Trong hầu hết các trường hợp, hoạt động của ngòi nổ sẽ gây ra sự phát nổ của liều nổ mạnh chính trong đạn hoặc kích hoạt một liều nổ nhỏ để đẩy các thành phần bên trong đạn mang ra ngoài. Các thành phần này có thể là sát thương, chẳng hạn như đạn phân mảnh (hiện đã lỗi thời) hoặc các loại đạn con hiện đại; hoặc phi sát thương như các ống chứa hợp chất tạo khói hoặc pháo sáng có dù.

Ngòi nổ thường có hai thành phần nổ trong chuỗi nổ: một hạt nổ (hoặc mồi nổ) rất nhỏ bị kim hỏa đập vào, và một liều tăng cường ở đế ngòi nổ (đôi khi được gọi là 'buồng thuốc mồi'). Liều tăng cường này đủ mạnh để kích nổ liều nổ chính trong đạn nổ mạnh hoặc liều đẩy trong đạn mang. Hai liều nổ này thường được kết nối bằng một 'ống dẫn lửa'.

Các cơ cấu an toàn và kích hoạt trong ngòi nổ pháo binh là những tính năng quan trọng để ngăn ngòi nổ hoạt động cho đến khi cần thiết, bất kể quá trình vận chuyển và thao tác khắc nghiệt thế nào. Các cơ cấu này tận dụng các lực tạo ra khi pháo hoặc lựu pháo khai hỏa – gia tốc lớn (hoặc 'cú sốc khi phát hỏa') và chuyển động xoay (gây ra bởi rãnh xoắn trong nòng pháo) – để giải phóng các chốt an toàn và kích hoạt ngòi nổ. Một số loại ngòi nổ cũ cũng có các tính năng an toàn như chốt hoặc nắp đậy được người dùng tháo ra trước khi nạp đạn vào khóa nòng. Ngòi nổ bị lỗi có thể hoạt động ngay khi đạn còn trong nòng – gọi là 'nổ sớm trong nòng', hoặc nổ sớm trên quỹ đạo bay.

Các thiết kế ngòi nổ khác nhau có các cơ chế an toàn và kích hoạt khác nhau, sử dụng hai lực nêu trên theo nhiều cách:
 Lực ly tâm đẩy một chốt ra phía ngoài, cho phép một chốt khác di chuyển lùi về phía sau do quán tính từ gia tốc.
 Quán tính từ gia tốc thắng được áp lực của lò xo giữ để giải phóng một lẫy, cho phép một cánh tay, tấm chặn, ống lót phân đoạn hoặc chốt khác di chuyển ra phía ngoài bằng lực ly tâm, hoặc bằng lò xo trong trường hợp súng cối (vốn nòng trơn nên không tạo ra lực ly tâm).
 Lực ly tâm làm cho một tấm giữ hạt nổ xoay vào vị trí thẳng hàng với kim hỏa.
 Lực ly tâm làm cho (các) tấm chặn hoặc khối chặn thắng được lực lò xo và xoay ra khỏi kênh dẫn giữa kim hỏa và hạt nổ, hoặc giữa hạt nổ và liều tăng cường (hoặc cả hai).
 Chuyển động xoay làm cho một dải băng có trọng lượng tháo khỏi trục quay và giải phóng búa đập kim hỏa.

Các thiết bị an toàn và kích hoạt hiện đại là một phần của thiết kế ngòi nổ tổng thể đáp ứng các yêu cầu về đạn dược ít nhạy cảm. Điều này bao gồm việc lựa chọn cẩn thận các loại thuốc nổ được sử dụng trong chuỗi nổ, các vách ngăn vật lý chắc chắn giữa hạt nổ và liều tăng cường cho đến khi đạn được bắn, và đặt các thành phần nổ ở vị trí được bảo vệ tối đa trong ngòi nổ.

Tham khảo

Tài liệu

 
 
Ngòi nổ