Nạp đạn bằng phản lực bắn

Nạp đạn bằng phản lực bắn (tiếng Anh: Blowback) à một hệ thống vận hành cho các loại súng nạp đạn tự động. Hệ thống này thu năng lượng từ chuyển động của vỏ đạn khi nó bị đẩy về phía sau bởi khí thuốc giãn nở được tạo ra từ việc đốt cháy thuốc phóng.

Có nhiều hệ thống khối lùi khác nhau tồn tại dựa trên nguyên lý vận hành chung này, mỗi loại được phân biệt bằng các phương pháp dùng để kiểm soát chuyển động của khóa nòng. Trong hầu hết các cơ cấu sử dụng nguyên lý khối lùi, khóa đuôi nòng không được khóa cơ khí tại thời điểm bắn: quán tính của khóa nòng và (các) lò xo đẩy về, tương quan với trọng lượng của đầu đạn, sẽ trì hoãn việc mở buồng đạn cho đến khi đầu đạn đã rời khỏi nòng súng.  Một số thiết kế khóa nòng đóng sử dụng một dạng khối lùi (ví dụ: kích hoạt bằng hạt nổ) để thực hiện chức năng mở khóa.

Nguyên lý khối lùi có thể được coi là một dạng đơn giản hóa của vận hành bằng khí nén (gas operation), vì vỏ đạn hoạt động giống như một piston được đẩy bởi khí thuốc súng. Các nguyên lý vận hành khác cho súng tự động bao gồm: khối lùi có trì hoãn (delayed blowback), khối tiến (blow forward), trích khí (gas operation) và vận hành bằng lực giật (recoil operation).

Nguyên lý vận hành 

Trong các loại súng, hệ thống phản lực bắn (blowback) thường được định nghĩa là một hệ thống vận hành mà trong đó năng lượng để vận hành các cơ cấu khác nhau của súng và tự động nạp viên đạn tiếp theo được lấy từ quán tính của vỏ đạn đã bắn bị đẩy ngược ra phía sau buồng đạn bởi luồng khí giãn nở nhanh chóng do thuốc phóng (thường là thuốc súng) bị đốt cháy tạo ra. Khi một vật phóng (ví dụ: đầu đạn) vẫn còn nằm trong nòng súng, khí thuốc áp suất cao phía sau nó được chứa trong một cấu trúc có thể coi là một hệ thống kín, nhưng ngay tại thời điểm nó thoát khỏi miệng nòng, lớp niêm phong chức năng này bị phá vỡ, cho phép khí thuốc đột ngột thoát ra ngoài tạo thành một luồng khí phụt đầu nòng nổ mạnh. Luồng khí giãn nở cũng tạo ra hiệu ứng phản lực đẩy ngược về phía sau trong nòng súng chống lại vỏ đạn đã bắn. "Phản lực bắn" này là thành phần chiếm ưu thế của lực giật. Một số loại súng sử dụng năng lượng từ phản lực bắn để thực hiện chu trình chuyển động của bệ khóa nòng/quá trình nạp đạn tự động, trong khi những loại khác chỉ sử dụng một phần phản lực bắn để vận hành các bộ phận nhất định của chu trình hoặc đơn giản là sử dụng năng lượng phản lực bắn để tăng cường năng lượng vận hành từ một hệ thống vận hành tự động khác.

Điểm chung của tất cả các hệ thống phản lực bắn là vỏ đạn phải chuyển động dưới tác động trực tiếp của áp suất thuốc súng; do đó, bất kỳ khẩu súng nào mà bệ khóa nòng  được khóa cứng (và do đó được phép chuyển động trong khi vẫn còn áp suất khí trong buồng đạn) đều sẽ trải qua một mức độ hoạt động phản lực bắn nhất định. Năng lượng từ sự giãn nở của khí khi bắn xuất hiện dưới dạng động năng truyền tới cơ cấu bệ khóa nòng, cơ cấu này được kiểm soát và sử dụng để vận hành chu trình hoạt động của súng. Mức độ sử dụng phản lực bắn phụ thuộc phần lớn vào cách thức được sử dụng để kiểm soát chuyển động của bệ khóa nòng và tỷ lệ năng lượng được lấy từ các hệ thống vận hành khác. Cách kiểm soát chuyển động của bệ khóa nòng chính là điểm khác biệt giữa các hệ thống phản lực bắn. Vận hành phản lực bắn thường được chia thành ba loại, tất cả đều sử dụng áp suất dư để hoàn thành chu trình vận hành: "phản lực bắn đơn giản" (thường chỉ gọi là "blowback"), "phản lực bắn có trì hoãn" (delayed/retarded blowback), và "điểm hỏa sớm hạt nổ" .

Liên hệ phản lực bắn với các loại vận hành súng tự động khác, George M. Chinn đã viết rằng: "Theo nghĩa rộng hơn, phản lực bắn có thể được coi là một dạng đặc biệt của nạp đạn bằng trích khí. Điều này hợp lý vì vỏ đạn có thể được hình dung như một loại pít-tông được đẩy bởi khí thuốc súng. Trên thực tế, phản lực bắn liên quan đến quá nhiều vấn đề đặc thù nên tốt nhất là nên coi nó là một loại riêng biệt. Câu hỏi liệu nó có nên được đưa vào nhóm tổng quát hơn là trích khí hay lực giật hay không hoàn toàn mang tính học thuật. Điểm quan trọng là nó mang một số đặc tính của cả hai nhóm và tùy thuộc vào vấn đề cụ thể đang xét, nó có thể được coi là một trong hai."

Lịch sử 
Vào năm 1663, một đề cập đã được ghi lại trong nhật ký của Hiệp hội Hoàng gia năm đó về một kỹ sư đã đến gặp Hoàng tử Rupert với một loại vũ khí tự động, mặc dù cách thức hoạt động của nó vẫn chưa được biết rõ. Vào năm 1854, một khẩu pháo phản lực bắn có trì hoãn bằng thủy khí (hydropneumatically delayed-blowback) đã được cấp bằng sáng chế bởi Henry Bessemer. Vào năm 1856, một khẩu pháo vận hành bằng cần quay với cơ chế lên búa bằng phản lực bắn đã được Charles E. Barnes cấp bằng sáng chế tại Mỹ. 

Vào năm 1876, một khẩu súng trường nạp đạn từ khóa nòng phát một với cơ chế mở khóa nòng và lên búa tự động sử dụng một dạng phản lực bắn đã được Bernard Fasoldt, người Mỹ, cấp bằng sáng chế tại Anh và Mỹ. Vào năm 1883, Hiram Maxim đã cấp bằng sáng chế cho một khẩu súng trường vận hành bằng phản lực bắn. Vào năm 1884, ông cũng cấp bằng sáng chế cho một khẩu súng trường vận hành bằng phản lực bắn có trì hoãn kiểu khóa khớp nối (toggle-lock). 

Cũng trong năm 1884, vài tháng sau Maxim, một bằng sáng chế của Anh cho súng ngắn và súng trường vận hành bằng phản lực bắn đã được Richard Paulson đệ trình. Vào năm 1887, một bằng sáng chế đã được đệ trình bởi nhà phát minh người Mỹ Carl J. Bjerkness cho một khẩu súng trường vận hành bằng phản lực bắn. Vào năm 1888, một khẩu súng máy phản lực bắn có trì hoãn được gọi là Skoda đã được phát minh bởi Đại công tước Karl Salvator và Đại tá von Dormus của Áo.

Phản lực bắn đơn giản 

Hệ thống phản lực bắn (đôi khi được gọi là phản lực bắn "đơn giản", "thẳng" hoặc "thuần túy") đại diện cho loại vận hành tự động nạp đạn cơ bản nhất. Trong cơ chế này, bệ khóa nòng tì vào phía sau nòng súng nhưng không được khóa cố định. Tại thời điểm điểm hỏa, khí giãn nở đẩy đầu đạn về phía trước qua nòng súng, đồng thời đẩy vỏ đạn về phía sau chống lại bệ khóa nòng. Luồng khí giãn nở đẩy cụm bệ khóa nòng về phía sau, nhưng chuyển động này bị làm chậm lại bởi khối lượng của bệ khóa nòng, ma sát nội bộ và lực cần thiết để nén lò xo đẩy về. Thiết kế phải đảm bảo rằng sự trì hoãn này đủ lâu để đầu đạn thoát khỏi nòng súng trước khi vỏ đạn rời khỏi buồng đạn hoàn toàn. Vỏ đạn rỗng được hất ra ngoài khi bệ khóa nòng di chuyển về phía sau. Năng lượng tích trữ của lò xo đẩy về sau đó sẽ đẩy bệ khóa nòng về phía trước (mặc dù điều này chỉ xảy ra khi bóp cò nếu vũ khí khai hỏa từ khóa nòng mở). Một viên đạn mới được lấy ra từ hộp tiếp đạn và nạp vào buồng đạn khi bệ khóa nòng quay trở lại vị trí sẵn sàng bắn.

Hệ thống phản lực bắn đơn giản chỉ thực tế đối với các loại súng sử dụng đạn có năng lượng tương đối thấp với đầu đạn trọng lượng nhẹ. Các loại đạn có năng lượng cao hơn đòi hỏi bệ khóa nòng nặng hơn (thường là 20 lbs ~ 9kg) để giữ cho khóa nòng không bị mở quá sớm; đến một mức độ nào đó, bệ khóa nòng sẽ trở nên quá nặng để có thể ứng dụng thực tế. Một ví dụ cực đoan là một khẩu pháo 20 mm sử dụng phản lực bắn đơn giản và đạn có bôi trơn sẽ cần một bệ khóa nòng nặng  để giữ viên đạn an toàn trong nòng trong vài mili giây đầu tiên. Tuy nhiên, bệ khóa nòng phải lùi đủ xa để hất vỏ đạn và nạp đạn mới, điều này sẽ giới hạn lực trung bình của lò xo hồi vị ở mức . Hệ thống kết quả, nếu có thể chế tạo được, sẽ không có đủ năng lượng để chu trình hoạt động tin cậy hoặc thậm chí không giữ nổi khóa nòng đóng khi súng được chĩa lên cao.

Do yêu cầu về trọng lượng bệ khóa nòng (thường là 1-2 lbs), các thiết kế phản lực bắn đơn giản trong súng ngắn thường bị giới hạn ở các cỡ đạn nhỏ hơn 9×19mm Parabellum (ví dụ: .25 ACP, .32 ACP, .380 ACP, 9×18mm Makarov, v.v.). Có những ngoại lệ như các khẩu súng ngắn phản lực bắn đơn giản từ Hi-Point Firearms bao gồm các mẫu dùng đạn .40 S&W và .45 ACP. Cơ chế phản lực bắn đơn giản cũng có thể được tìm thấy trong các loại súng trường bán tự động cỡ nòng nhỏ (như .22LR), súng trường ngắn (carbine) và súng tiểu liên. Hầu hết súng trường phản lực bắn đơn giản được thiết kế cho đạn .22 Long Rifle. Các ví dụ phổ biến bao gồm Marlin Model 60 và Ruger 10/22. Hầu hết súng carbine và súng tiểu liên phản lực bắn sử dụng đạn súng ngắn như 9×19mm Parabellum, .40 S&W và .45 ACP. Các ví dụ bao gồm MP 40, Sten và UZI. Bệ khóa nòng có thể được làm lớn hơn và nặng hơn trong các loại vũ khí này so với súng ngắn, vì bản thân chúng nặng hơn và được thiết kế để bắn bằng cả hai tay, thường có sự hỗ trợ của báng súng; những yếu tố này giúp giảm bớt sự xáo trộn đối với tầm ngắm của người bắn do chuyển động của bệ khóa nòng nặng gây ra. Do đó, phản lực bắn đơn giản đủ đáp ứng cho các loại đạn mạnh hơn một chút trong súng tiểu liên so với súng ngắn tiêu chuẩn. Nòng súng thường yêu cầu độ dài ngắn trong súng phản lực bắn đơn giản để ngăn chặn việc vỡ vỏ đạn (ngay cả với các loại đạn áp suất thấp). Một trong số rất ít súng phản lực bắn đơn giản có khả năng bắn đạn súng trường đầy đủ năng lượng là súng máy hạng nhẹ Brixia 930, nó đòi hỏi một bệ khóa nòng lớn để xử lý áp suất của viên đạn cũng như một tấm đệm báng súng giảm chấn bằng lò xo để xử lý lực giật. Cũng có một vài loại súng trường sử dụng các loại đạn được thiết kế riêng cho vận hành phản lực bắn, ví dụ như Winchester Model 1905, 1907 và 1910. Khẩu súng trường tấn công duy nhất được biết đến sử dụng phản lực bắn đơn giản là Burton Model 1917.

Mặc dù phản lực bắn đơn giản bị giới hạn ở các loại súng dùng đạn công suất thấp, nó hiệu quả đến mức trong các loại súng ngắn bán tự động cỡ nòng nhỏ, nó đã trở nên gần như phổ biến. Các loại súng ngắn bán tự động cỡ nòng nặng hơn thường sử dụng hệ thống lực giật ngắn, trong đó phổ biến nhất là các thiết kế dựa trên Browning dựa vào cụm nòng và khối trượt có khóa thay vì phản lực bắn. Nhưng súng phản lực bắn vẫn có thể được sử dụng để bắn các loại đạn quá áp nếu chúng thuộc hai loại còn lại: API hoặc phản lực bắn có trì hoãn (delayed blowback).

Phản lực bắn điểm hỏa sớm (API) 

Trong thiết kế phản lực bắn điểm hỏa sớm (API), hạt nổ được kích hoạt khi bệ khóa nòng vẫn đang di chuyển về phía trước và trước khi viên đạn được nạp hoàn toàn vào buồng đạn (tương tự như nguyên lý khai hỏa  khi chưa đóng hết khóa nòng được sử dụng trong một số loại pháo sơn pháo như Canon de 65 M (montagne) modele 1906, mặc dù ở đó bệ khóa nòng được khóa cứng và toàn bộ cụm pháo di chuyển khi khai hỏa). Điều này đòi hỏi một thiết kế rất cẩn thận để đảm bảo sự cân bằng và triệt tiêu lực giữa trọng lượng vật phóng, liều phóng, chiều dài nòng, trọng lượng bệ khóa nòng và độ cứng của lò xo đẩy về. 

Trong thiết kế phản lực bắn đơn giản, khí thuốc phải thắng được quán tính tĩnh để gia tốc bệ khóa nòng về phía sau nhằm mở khóa nòng. Trong API, trước tiên chúng phải thực hiện công để thắng được động lượng tiến nhằm hãm chuyển động về phía trước của bệ khóa nòng. Vì tốc độ tiến và lùi của bệ khóa nòng có xu hướng xấp xỉ bằng nhau, API cho phép giảm trọng lượng của bệ khóa nòng đi một nửa. Do động lượng của hai chuyển động ngược chiều của bệ khóa nòng triệt tiêu lẫn nhau theo thời gian, thiết kế API giúp giảm lực giật cảm nhận được.

Điểm hỏa sớm (API) ban đầu được phát triển bởi Reinhold Becker để sử dụng trên pháo Becker Type M2 20 mm. Nó đã trở thành một tính năng của hàng loạt thiết kế có nguồn gốc từ Becker, bao gồm pháo Oerlikon được sử dụng rộng rãi làm vũ khí phòng không trong Thế chiến II.

Để tăng hiệu suất của vũ khí API, các loại súng APIB cỡ nòng lớn hơn như Becker và Oerlikon sử dụng buồng đạn kéo dài (dài hơn mức cần thiết để chứa viên đạn), và đạn dược cho súng APIB đi kèm với vỏ đạn thành thẳng có vành vỏ đạn vát (vành có đường kính nhỏ hơn chính thân vỏ đạn). Phần cuối của chuyển động tiến và phần đầu của chuyển động lùi của vỏ đạn và bệ khóa nòng diễn ra trong phạm vi giới hạn của buồng đạn kéo dài này. Miễn là áp suất khí trong nòng còn cao, các thành của vỏ đạn vẫn được hỗ trợ và khóa nòng được bịt kín, mặc dù vỏ đạn đang trượt về phía sau. Chuyển động trượt này của vỏ đạn, trong khi nó đang giãn nở bởi áp suất khí nội bộ cao, có nguy cơ làm rách vỏ đạn; một giải pháp phổ biến là bôi trơn đạn dược để giảm ma sát. Vỏ đạn cần có vành vát vì đầu trước của bệ khóa nòng sẽ đi sâu vào trong buồng đạn, do đó móc hất vỏ đạn móc vào vành cũng phải nằm gọn trong đường kính của buồng đạn. Vỏ đạn thường có phần cổ rất ngắn, vì phần này không được hỗ trợ trong chu trình khai hỏa và thường bị biến dạng; một vỏ đạn có phần cổ thắt mạnh sẽ dễ bị nứt.

Thiết kế API cho phép sử dụng đạn mạnh hơn trong một khẩu súng nhẹ hơn so với phản lực bắn đơn giản, và việc giảm lực giật giúp tiết kiệm thêm trọng lượng. Khẩu pháo Becker nguyên bản, bắn đạn 20×70mmRB, được phát triển để mang trên máy bay Thế chiến I và chỉ nặng 30 kg. Oerlikon thậm chí còn sản xuất một khẩu súng trường chống tăng bắn đạn 20×110mmRB sử dụng cơ chế API, mẫu SSG36. Mặt khác, vì thiết kế này áp đặt một mối quan hệ rất chặt chẽ giữa khối lượng bệ khóa nòng, chiều dài buồng đạn, độ cứng lò xo, công suất đạn và tốc độ bắn, nên ở súng APIB, tốc độ bắn cao và sơ tốc đầu nòng cao có xu hướng loại trừ lẫn nhau. Súng API cũng phải khai hỏa từ khóa nòng hở, điều này không có lợi cho độ chính xác và cũng ngăn cản việc sử dụng bộ ngắt đồng bộ để bắn xuyên qua vòng quay cánh quạt máy bay.

Theo một khóa học kỹ thuật của Bộ Tư lệnh Quân dụng Lục quân Hoa Kỳ năm 1970, "Súng điểm hỏa sớm vượt trội hơn phản lực bắn đơn giản vì tốc độ bắn cao hơn và động lượng giật thấp hơn. Tuy nhiên, hiệu suất thuận lợi phụ thuộc vào thời điểm phải cực kỳ chính xác. Một sự chậm trễ nhỏ trong chức năng của hạt nổ sẽ khiến khẩu súng trở về trạng thái phản lực bắn đơn giản mà không có lợi thế của bệ khóa nòng nặng và lò xo đẩy cứng để giảm nhẹ tác động của lực giật. [...] Các yêu cầu khắt khe trong thiết kế và chế tạo súng cũng như đạn dược đã khiến loại này gần như chỉ còn dừng lại ở mức độ quan tâm về mặt học thuật."

Cơ chế API rất nhạy cảm với loại đạn được sử dụng. Ví dụ, khi người Đức chuyển đổi khẩu MG FF (một biến thể của Oerlikon FFF) sang loại đạn mỏng mới nhẹ hơn, họ đã phải cân bằng lại độ cứng lò xo và trọng lượng bệ khóa nòng của súng, dẫn đến mẫu MG FF/M mới với đạn dược không thể hoán đổi giữa hai mẫu. Khẩu pháo 30 mm MK 108 có lẽ là đỉnh cao của công nghệ phản lực bắn API trong Thế chiến II.

Nguyên lý này cũng được sử dụng trong một số súng phóng lựu tự động, ví dụ như Mk 19 của Mỹ hoặc AGS-30 của Nga.

Phản lực bắn buồng đạn kéo dài 
Một biến thể khai hỏa từ khóa nòng đóng tương đương với Điểm hỏa sớm (API), sử dụng vỏ đạn thành thẳng và vành vát trong một buồng đạn sâu hơn để giữ áp suất khí lâu hơn một chút cho đến khi nó đạt mức an toàn để hất vỏ đạn. Vận hành này gần giống với phản lực bắn đơn giản; các loại súng API khai hỏa tại thời điểm viên đạn đã vào hết buồng đạn cũng hoạt động theo cách tương tự.

Tham khảo

Tài liệu

Liên kết ngoài

 Lever-delayed blowback
 Blowback action, Animation and explanation at howstuffworks.com
 HKPro  HKPro page explaining the principle, albeit using the "roller-locking" terminology
 Heckler and Koch USA now uses the "roller-delayed blowback" terminology
 Blow-Forward operated submachine gun patent 
 Blow-Forward firearm patent 

Cơ chế nạp đạn