[知识]自动武器作业原理详解

KleinKlauss

目前已知的枪械自动化作业原理, 可以归纳为三大类: 对于自动和半自动不再区分, 因为只要可以半自动, 必然可以全自动, 只是因为种种原因, 只选择半自动而已(一是法律, 二是不实用, 例如FAL 和M-14, 全自动几乎无法控制)


一. 后座力(Recoil): 利用子弹发射后, 弹头向前飞行, 必然产生向后的反作用力. 利用这个力量, 来达到自动操作的目的.

设计上枪管和枪栓起初是锁定在一起的, 同时向后移动, 在经过一段行程后才分离, 枪管复位而枪栓继续后退, 以进行退壳, 上弹等动作. 这是人类最早采用的自动作业原理.


这个作业方式的优点是构造简单, 不受口径限制, M2五零重机枪就是采用这种方式.

这个作业方式的缺点是枪管必须向后运动, 如果在过程中受到阻碍, 或是重量改变, 会造成故障. 二次大战时美国陆战队曾试用的Johnson半自动步枪, 因而无法上刺刀. 1911A手枪和白朗宁手枪也是采取后座力作业原理的武器, 枪管和滑套(含枪栓), 由在滑套内的几道横向沟槽闭锁在一起.

后座力作业又可分为短后座力作业(Short Recoil)和长后座力作业(Long Recoil).

短后座力作业, 通常枪管只向后移动几公□, 就停止运动, 枪栓或膛锁则继续向后移动, 完成开锁, 退壳, 上弹等动作. 其中又可细分为枪管减速型(Decelerate)和枪栓加速型(Accelerate)两类. 前者如1911A和几乎所有今天市场上的有名手枪, Glock, Sig Sauer, Walther P99等, 等在枪管脱锁之后, 便卡在枪身上不再移动. 滑套则继续向后移动. M2五零重机枪则属于枪栓加速型, 枪管经由贡杆原理将其部份部份推力转移枪栓上, 使其加速后退.


这个作业方式的缺点是有子弹口径威力的限制, 太强力的弹药需要更重的枪栓和复进簧, 以免枪栓过早打开, 一来无法退壳, 二来造成危险, 因此大口径的弹药, 不易作出实用的设计. 小口径的手枪常用此种方式. 如PPK等. 有名的例外是德国的MG42, G3, MP5系列枪械, 采用延迟瓦斯回冲(Delayed Blow Back, Retarded Blow Back), 以枪栓上的两个滚轮来闭锁和延迟开锁. 由于德国的狙击步枪PSG/1使用这个方法, 因此可以使枪管完全飘浮(Free Float), 没有任何接触点也不移动, 被誉为全世界最精确的半自动狙击步枪, 是来自它天生设计的长处.

如果不使用闭锁装置, 枪栓的重量和复进簧的强度, 就必须和子弹的强度成正比. 明显的会造成枪械过重, 或是因复进簧力量太强, 作业变慢. 为了解决这些问题, 枪械设计者想出了许多不同的方法. 最早的是汤姆生(Thompson)冲锋枪上用的布里希闭锁机(Blish Lock), 由布里希所发明 (John Bell Blish). 由于它的形状像H, 常常又称为H机锁. 布里希是个海军军官, 在观察舰炮发射的过程中, 他发现重装药的瞠锁机比轻装药的不易弹开, 由此他得出结论, 金属表面间, 在承受巨大压力时, 会有大于磨擦力的黏着性, 此特性因之称为布里希原则.

下面的汤姆生冲锋枪枪栓简图中, 说明当子弹发射时产生的力量, 在布里希闭锁机前端, 产生黏滞力, 使枪栓无法后退, 当压力减低时, 布里希闭锁机经由枪匣侧的导槽上升, 枪栓才能后退. 但是世事难料, 虽然此法效果很好, 汤姆生冲锋枪用的又是45口径的子弹, 在二次大战时, 由于军事生产的需求, Auto Ordnance外包给Savage(中国旧称野人牌)生产, 后者的工程师研究的结果, 汤姆生冲锋枪的枪栓和复进簧已经可以产生足够的阻力, 就算没有布里希闭锁机, 也可以安全的使用. 因此从1942年四月以后生产的M1汤姆生冲锋枪, 就没有H机锁.


英国在1941年量产由R.V. Shepherd少校和H. J. Turpin共同设计的史坦冲锋枪(STEN Mk1, STEN取自Shepherd, Turpin and ENfield的字首), 采用了另一个方法来减轻枪栓和复进簧的需求, 称为先期击发(Advanced Primer Ignition). 当枪栓上弹时, 一旦子弹进入枪膛, 不等待完全入膛, 退壳钩进入子弹底缘, 撞针就击发子弹, 此时枪栓尚在前进, 其惯性可以抵消一部份子弹瓦斯后推的冲力. 用早期击发作业方式的瓦斯回冲式枪械可以减少枪栓重量一半.

1949年, 捷克由Vaclav Holek设计量产了一系列的冲锋枪, VZ 23, VZ 24, VZ 25 和VZ 26. (其差异只是在枪托和使用的弹药, VZ 23/25为9mmX19, 24/26为7.62mmX25. 23/24为固定枪托, 25/26为折摺式枪托) 这一系列的枪械, 发明了一个新式的伸展枪栓(Telescoping Bolt)的概念. 其枪栓的枪栓面不像其他枪械一样在枪栓的最前端, 而是在枪栓的内部, 因此在作业过程中, 直线距离大为缩短. 这一类型的设计, 使得冲锋枪可以采用较长的枪管, 增加弹头初速. 美制M3A1的枪管是8寸, 而VZ 23是11.8寸, 全长反而较短. 击发时, 枪栓包裹枪管, 一来可以保护射手, 最重要的是对枪匣强度的需求, 大为减少. 同时在枪重的分配上, 也较均衡, 使射手在瞄准目标时, 使用起来更为自然。

以色列的盖耳少校(Uziel Gal), 在1951年, 受到捷克冲锋枪伸展枪栓的启发, 同时因为以色列及巴勒斯坦地区原为英国属地, 以色列建国后部队中有相当多数量的史坦轻机枪, 他也采用了先期击发的方式, 合并两者的优点, 制出一代名枪乌兹. Uzi不但是盖耳少校的名字, 在希伯来文中, 意为力量, 作为武器之名, 十分恰当.


美国从1979年起, 开始进口民用的半自动乌兹卡宾枪. 除了枪管16.1寸较平常长之外, 内部也做了许多改变. 半自动型号采用闭膛射击, 全自动为开膛, 半自动型号采用浮动撞针(Floating Firing Pin), 全自动为固定撞针, 半自动型号采用直线枪膛室, 全自动为斜面枪膛室. 因此两者的零组件并不是完全能相互通用. 随便交换会产生严重的危险.

VZ 23采用的伸展枪栓, 影响后来许多冲锋枪的设计. 其中有名的除了Uzi之外, 还有美国人茵格伦(Gordon B. Ingram, American Armament Company生产, 已倒闭), 所设计的M10/M11 茵格伦冲锋枪, 其射速可达1200发/分. 台湾仿制而称为T77. 这一类形的武器, 中国称为微形冲锋枪, 因为在俄国/解放军的战术观念中, 突击步枪属于冲锋枪而不是步枪. 所以SKS在中国称为五六式半自动步枪, AK-47称为五六式冲锋枪. 德国人二次大战时, 称冲锋枪为自动手枪(Machine Pistol). 观其名称, 可以略见其配发武器背后的战术思想. 美国人在第二次世界大战时, 除了步枪, 冲锋枪之外, 又多了一个卡宾枪, 孰是孰非, 见人见智.

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二. 闭锁:　枪栓, 顾名思义, 其目的就是闭锁. 其作用是要在子弹击发时, 将枪膛锁住足够的时间, 支撑住弹壳向后的力量. 闭锁的位置, 可以是锁定在枪匣上或是直接锁定在枪管上. 锁定在枪管上的优点是, 枪匣的构成, 不须要很坚实, 因为它只是提供枪栓一个运动的途径. (同时, 也没有Head Space的问题) 但是在制造工艺上, 有明显的难度. 德国新一代的手动枪栓步枪, Sig, Blaser, Mauser都属于这一型.

闭锁时, 枪栓面要给予子弹底部坚实的支撑, 因此所有的瓦斯推力都用在推动弹头上, 没有炙热的瓦斯向后喷出, 危及射手. 在小型口径使用直接回冲的枪械, 有许多是不完全闭锁的. 大多数的冲锋枪属于这一类.

闭锁的卡榫, 须要和枪栓面愈近愈好. 毛瑟步枪的枪栓设计, 卡榫的前沿, 几乎和枪栓面在同一平面上. 而论及枪机的强度, 毛瑟可说是最坚固的. 因为当子弹击发时, 无论闭锁的有多好, 在高压之下, 枪栓会收缩移动, 这个现象称为弹缩(Springing). 因此接近枪栓面的闭锁, 可以将枪栓移动的现象, 大为减少. 有名的捷克ZB 26/30和英国的Bren轻机枪, 在枪栓后上方闭锁, 明显的违反了这个原则, 它的问题常可以在损坏的弹壳上得见一般.

但是闭锁并不保证能安全的处理瓦斯压力. 在瓦斯气体进入瓦斯管, 开始开锁时, 弹头必须已经出枪管, 瓦斯气体扩散到大气中, 使枪膛中的瓦斯压力(Gas Pressure)降到与周围的大气相等.

早期的M16, 在许多问题之中, 其中之一是因为使用的火药问题, 开锁过早, 因此常常会有退壳失败的故障, 博得黑寡妇(Black Widow)的恶名. 因为一旦退壳失败, 就必须用通枪条或特殊工具来将弹壳取出, 而在与敌遭遇时发生此事, 手上持有一把无法使用的步枪, 往往注定了射手的命运.

各种子弹所使用的火药除了成份不一样， 其形状也不同。 有球状、 片状、 柱状等，其着眼点在于个别火药接触表面的不同， 导致不同的燃烧速度， 来控制产生最大压力的时间。 另一种控制燃烧速度的方式， 是在火药颗粒的表面，加上各种的表面处理， 用来减少其接触面积。 子弹所用的发射药， 并不爆炸， 而是一种控制的燃烧。 手枪使用的发射药， 属于快速燃烧型，因为手枪的枪管短， 必须快速达到最高压力， 因为相对的装药少， 所以最高膛压不会太高。 步枪使用的是慢速燃烧型， 因为步枪的枪管长，可以有较长时间供其燃烧， 而且装药较多， 如果在短时间内全部燃烧， 会产生极大的最高膛压。 各种发射药不能随意混用， 同时， 配合不同的底火，各型子弹都有固定的配方。

捷克在1924年开始制造的ZB 26轻机枪, 由Vaclav Holek设计, Zbrojorka Brno (Brno Arms Company)负责生产, 是瓦斯作业枪械的一项佳作. ZB 26使用起落式枪栓闭锁, 在复进簧伸张时, 瓦斯活塞的后方, 将枪栓上顶, 进入枪匣的一个凹槽, 在瓦斯活塞受到瓦斯汽的压力后退时, 枪栓滑落开锁. 设计简单可靠.

另外 ZB 26设计上还有其他几个非常独特的地方. 它的弹匣从上方插入, 表示卧姿射击时, 可以不用担心弹匣的高度和地面的距离. 弹壳由下方落出. 可以在几秒钟之内更换枪管. 射击时用开膛式. 枪重只有21磅. 这比同期的美制白朗宁自动步枪优异, 正式采用的有24个国家, 其中英国将7.92mmX57换成.303 British口径(7.7mmX56). 并取得自行生产的许可, 称之为Bren (Brno, Enfield的字首)轻机枪, 一直用到1960年代, 并生产7.62mmX51 NATO口径的型号.

中国在抗日战争时期, 也大量使用所谓的捷克造ZB 26/ZB30轻机枪. 后来并仿造生产, 分别称为二六式和三零式. 并仿造Bren轻机枪称为四一式. Bren轻机枪和捷克的ZB系列, 除了口径不同之外, 并加装了瓦斯汽调整钮. 日本人在中国战场上掳获了捷克造之后, 觉得比他们使用的2式和92式好太多, 因而仿造了96式(6.5mmX51) 和99式轻机枪(7.7mmX54).

但是这种设计, 由于是后方闭锁, 就有以上所提到的弹缩问题, 常会有弹壳损坏的情况发生.

三. 开锁: 开锁是以机械动作打开枪瞠, 以便持续射击. 但是其先决条件是膛压必须已达到安全标准. 因此往往须要应用机械原理来延迟开锁时间. 但是这段时间也明显的会影响射速, 因此须要取得一个最理想的中间值.

纵使是在瓦斯作业的枪械上, 不是瓦斯汽一开始推动瓦斯贡杆, 立即就进行开锁. 往往要有一段自由行程(Free Space), 大约是两三公分长, 在这一段时间内, 枪栓依然闭锁不动, 给枪管内的压力有足够时间降低到安全的程度.

四. 退壳: 退壳时, 有退壳(Extract)和抛壳(Eject)两个动作. 抛壳机件有时在枪栓上, 例如M1, M14, M16等, 有时在枪匣上, 如AK-47等.

当枪栓后移时, 退壳钩会钩在弹壳底缘的凹槽, 将弹壳一起带动向后, 这时枪膛内的压力应该已经降低到安全的程度, 弹壳会收缩, 所以应该很容易从枪膛拉出, 如果弹壳没有收缩, 不是将底缘拉掉, 就是将弹壳扯成两半, 无论是那一种情况, 都不是件愉快的事. 从子弹入膛开始, 使用枪栓抛壳钮的枪械, 抛壳钮就抵住了弹底. 最有名的位置是所谓的七点钟位置, 也就是说, 大部份的抛壳钮在枪栓面的七点钟位置. 主要是因为配合其抛壳的方向. 在弹壳出了枪瞠时, 由于前方已经没有限制弹壳的力量, 抛壳钮就将弹壳弹出, 此力量加上退壳钩向后的力量, 弹壳会向右方成弧形抛出.

弹壳有几个不同的功能, 近代有人研究无壳子弹, 在采用无壳子弹之前, 要先了解使用金属弹壳的长处.
首先当然是将装药底火统统装在一个很精致的容器内, 防水防潮. 可立即使用.

弹壳还有一个闭塞枪膛的功能, 在子弹击发时, 弹壳会扩张而贴紧枪膛壁, 辅助枪栓闭锁, 因此瓦斯不会后喷. 这也是为什么有时退壳失败时, 会将弹壳底缘扯掉, 弹壳还留在枪膛里. 较强力的子弹, 在发射后要稍待片刻, 待弹头出枪管后, 枪管中的瓦斯压力降低, 弹壳稍为收缩, 此时才进行退壳. 在早期的设计里, 常有人用润滑弹壳来克服这个问题. 例如法国的Hotchkiss机枪和日本仿造的2式机枪, 在上弹前子弹要先经过一个抹润滑油的油刷, 否则退壳就会产生问题.

德国的G3步枪, 用有纹路(Fluting)的枪膛, 因为它运用了瓦斯回冲的作业原理, 在子弹击发时, 弹壳不完全闭锁枪膛, 瓦斯沿着枪膛的纹路造成一层气垫, 减少退壳时的磨擦力, 辅助退壳. 是少有的一个例子.

最后弹壳还有散热的功能, 大家都知道退出来的弹壳不要马上去捡, 因为它们非常烫. 回过来说, 如果没有弹壳, 这些热能就会留在枪膛里了. 因此弹壳还扮演了一个散热板(Heat Sink)的角色.

在HK 研发G11无壳弹药的过程中, 灸发(Cock Off)曾是非常严重的问题, 因为无壳子弹没有弹壳将部份的热能带出, 因此在射击一阵子之后, 枪膛的温度不能散出, 而使得后来的子弹, 因热度而自动引发. G11因而退出了NATO的筛选. 后来和HK合作而负责研发无壳弹药的Dynamit Nobel公司, 将无壳弹药的耐热度, 提高了摄氏一百度, 才暂时解决了这个问题.

退壳的动作, 相对而言, 是一段相当长的时间, 枪膛在这段时间外是打开的, 因此得以利用空气对流来散热, 但也影响了射速. HK的G11完全免去了这个程序. 因此可以取得非常高的射速.

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四，瓦斯气体(Gas Operated): 将子弹发射时的瓦斯气体, 由枪管引导出来, 用这种高压气体来推动枪栓, 以达成自动作业的目的.

大部分的现代步枪采用这种作业方式. 瓦斯作业型的枪械可依瓦斯口的位置和瓦斯的用法来区分. 沙漠之鹰(Desert Eagle)手枪, 在枪膛部位采气, M-14和FAL的瓦斯口在枪管中央, M1 Garand则在枪口附近. 有的枪械将瓦斯管置于枪管之上, 如AK-47, FAL等. 有的在枪管之下, 如M1, M1 Carbine及M-14等.

气体的运用又分成直接和贡杆推动两种. 直接瓦斯推动最有名的是瑞典的Ljungman AG42B和美国的AR-15系列枪械. 瓦斯气体由一导管引到枪栓连动座前, 用高压瓦斯气体喷射的力量来操作枪栓连动座.


这个作业方式的优点是相对性的零组件少, 制造容易, 射击过程中机械动作少.
这个作业方式的缺点是枪机很容易受污染, 因而造成不闭锁或不开膛的结果.


更多的设计是利用高压的瓦斯气体推动一个活塞, 然后再推动推杆(Tappet)或是直接由瓦斯杆(Operating Rod)推动枪栓连动座. 这个方法的零件最多, 制造起来也最复杂.


这个作业方式的缺点是零件多, 活动的零件也多, 可能在射击的过程中造成重心的移动, 影响精度. 例如AK47, M-14和FAL等. 当俄国在1958年要发展SVD (Snayperskaya Vintovka Dragunova)狙击步枪时, Evgeniy Fedorovich Dragunov便将AK47的直接贡杆作业, 改成了瓦斯活塞作业, 减少内部零件的移动, 以改善精确度. 俄国在1963年正式采用SVD.

按贡杆移动的距离又可以分为短行程和长行程两种作业形式. 短行程一般指的是枪栓后退的距离小于子弹全长. 反之为长行程.

捷克在1952年采用的VZ 52步枪(VZ是Vzor的简写, 在捷克语中是型号的意思, 另外常见CZ, 是Ceska Zbrojovka of Uhersky Brod的注册商标, 有民用手枪生产如 CZ 75, CZ 85, CZ 97等, 另外捷克军队也有VZ 52手枪, 与步枪不同, 一般误称为CZ 52. VZ 52步枪使用7.62X45mm, VZ 52/57步枪使用7.62X39mm), 则使用另一种方法来运用瓦斯汽. 在枪管的外面, 有一个套筒, 瓦斯汽体泄出后, 在套筒中产生压力, 前方堵死, 当压力提高时, 套筒会向后推, 因而推动枪栓. 这是将套筒当成贡杆的用法. 这个作业方式曾用在二次大战时德国设计的Mkb 42W上, 是在研发Stg 44过程中, 由华特(Walther)厂提出的一种原型枪, 华特厂也曾在民用市场上销售这一类型设计的猎枪. 其缺点是制造工艺需求较高, 德国的Stg 44后来采用较简单的瓦斯贡杆设计.
枪械的作业程序中重要的阶段


上弹: 供弹系统必须能够持续供弹, 以保证持续的火力. 但是不可能无限制的供给, 因此便成为一个既要供给最大效益, 又不使枪枝过重的折衷考虑. 目前世界各式各样的枪械, 步枪弹匣容量都在30发左右, 大型手枪在15发左右. 再长的弹匣, 在活动性上也会有不良的影响. 使用弹链和弹匣的选择, 主要是按照任务需要. 所以从1885年的马克沁机枪开始, 两者并存至今.

弹链优点:
1. 持续性高, 只要有装好子弹的弹链, 可以在不损伤枪管的前提下, 持续发射. 在射击中还可以由尾端接续.
2. 包装携带方便, 行进间可以分开携带, 进入阵地后再接续.
3. 射速高, 退壳上弹的行程及时间较使用弹匣短, 因此理论上单位时间内击发次数多.

弹链缺点:
1. 工艺需求高. 枪械内抽弹, 上弹等机件及弹链的制造都需要较高的工艺精度.
2. 相对重量大, 不利于运动, 多用于定点火网射击.
3. 相对复杂度高, 较易故障, 制造成本亦高.
4. 更换弹链需时较久, 造成火力中断.

弹匣优点:
1. 易于制造, 携带及野战情况下重装.
2. 如果与单兵武器相通, 可交换使用.
3. 上弹构造简单, 成本低, 不易故障.
4. 相对重量小, 外形较灵活, 利于单兵运动.

弹匣缺点:
1. 持续性低, 在激烈作战情况下, 需不断更换弹匣.
2. 弹匣内部弹簧在长期压缩情况下, 可能产生弹性疲乏, 引起故障.
3. 长弹匣导致枪械离地过高, 曝露于敌火. 因此有水平弹匣, 上方弹匣等设计.

目前有人发展四排装的弹匣, 在同样长度下, 可以提高装弹量一倍.

另一个考虑的因素是弹匣内的弹簧, 过长的弹簧在装满时太紧, 最后几发又可能太松, 找到适合的弹簧是一项工艺上的挑战.

装弹量的多少当然也和子弹的大小有关, BAR用的是30-06, 20发弹匣就十分巨 大. FN90的5.7mmX28弹匣可以装50发.


由于弹匣受到体积的限制, 容量在超过20-30发之后, 就有许多问题须要解决, 大小, 重量, 使用材料等, 所以机枪这一类的武器, 就要另辟蹊径来解决上弹的问题. 当然, 大容量的弹匣也有, 最早的是德国Luger P08炮兵型和Bergman冲锋枪, 使用有如蜗牛壳的弹匣, 俄国PPSh 41, RPD/RPK等用的鼓形弹匣, 美国供M-16使用的C-Mag 弹匣, 由左右两个鼓形弹匣合成, 轮流向中央供弹.
为了提供持续的上弹能力, 早期曾使用弹井, 在枪的上方有一个筒子, 子弹因重力的缘故向下移动, 旁边的弹药手只要不断往筒子里加子弹便可以了. 这个法设计简单, 使用方便, 但是有一个问题, 弹井如果不垂直, 子弹因重力线的改变, 不再对准上弹口, 可能就会产生卡弹故障. 马克沁的机枪使用帆布制的弹带, 用完后可以再插入子弹, 重覆使用, 但是一条弹带的装弹固定, 打完后就要另换一条. 美式英文中形容能办的事都办了为The whole 9 yard, 因为当年在B17空中堡垒上的五零重机枪使用250发弹带, 长度为9码, 9码的子弹都打完了, 可见已经全力以赴.

法国的哈乞开斯(Hotchkiss)使用弹板(Strip)上弹, 在一条金属板上排列子弹, 水平喂弹. 其着眼点是针对弹带在多次使用后容易毁损, 潮湿后又容易故障而设计改进的. 明显的长度是个问题, 因此并不比弹匣好多少. 属于过度时期的设计.

美国的M60机枪承袭德国MG 34/42的设计, 使用金属弹链. 个别弹链形如品字, 一个接一个, 可以随意增减长度, 非常方便. 但是在制造工艺上, 又是一种挑战, 台湾的五七机枪弹链, 在当年就曾因制造公差太大, 形成问题.

弹链设计上, 很重要的一个要素是弯折角度, 这是弹链上相间子弹可容许的最大弯折角. 这个角度决定了弹链的灵活, 进弹时是否易受重力或喂弹角度影响而故障. 所以使用弹链武器时大多是两人操作, 射手之外, 弹药兵在射击时, 负责以手导引弹链, 以确保持续进弹
使用弹带或弹链的武器, 在上弹的机械部份, 要比使用弹匣的枪械复杂得多, 使用弹匣的武器, 一般是以枪栓负责将下一发子弹从弹匣推出来, 进入枪膛. 使用弹带或弹链时, 不能向前推, 因为弹带或弹链会挡住枪栓的闭锁. 所以子弹是抽出来的, 然后再送入枪膛. 通常是分成两个步骤, 而且上下分层.

在使用弹匣的武器中, 因为要从弹匣中推出下一发子弹, 因此必须要退到弹匣之后相当的距离, 然后再回头. 相对而言, 花费了相当长的时间. 如果在退壳时, 另一发子弹已经入膛或是已经备便, 就可以缩短行程而提高射速了.

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五. 击发: 用撞针是最普及的. 在1999年, Remington推出了用电击发的新式步枪和子弹, 事实不能说击发了, 只能说引发.

在现代的突击步枪上, 射击选钮上常可以看到有3发点放的位置, 美国的M16A2 , 乾脆取消了全自动的选择而代以3发点放. 这个想法是在七十件代开始流行的, 其目的是想提高命中目标的机率. 但是这个想法的前提就是错误的, 它假设瞄准点不动, 三发的落点在理论上会是一个三角形, 在这个三角形涵盖范围内的目标都跑不掉. 问题是, 谁能连续发射三发子弹而保持枪管不动? 因此结果是一条向斜角上升的斜线. 按德国HK进行G11步枪研发过程中研究的结果是, 每发射一发, 在一百码距离下, 弹着点会偏移一尺左右. 要达到射手不受上一发影响的三发点放, 射速高达每分钟2000发以上. M16只能打到每分钟900发到1000发之间, 这样的三发点放, 只能说是欺世盗名.

在2000年初, 全世界只有两把步枪可以作到真正有效的点放, 一是俄国的AN-94, 称为Abakan Rifle, 使用5.45mmX39子弹, 射速可达1800发, 可以二发点放, 一是德国的G11, 射速可达2200发, 使用4.73mmX73无壳子弹, 可以作到有效的三发点放. 俄国政府没钱进行换装, 因此AN-94只有少量样品生产. G11换装计画在苏东波吹倒柏林围墙后被取消, HK因而破产, 被英国航太工业(BAE, British Aerospace PLC)收购.

这两把枪的设计, 都有极大的突破, 可以说为新世纪的轻武器设计, 在柳暗花明之际, 打通了任督二脉, 开创了一个新局面.

G11 使用旋转枪栓, 无壳子弹和浮动枪匣. 号称是廿世纪最富创意的步枪. 在合成的外壳中, 包括了浮动的机件, 射击时, 枪管, 枪栓, 弹匣和复进装置都一起后退, 因此可以持续射击动作. 枪栓在上弹后旋转90度闭锁, 开锁时不外露, 在枪匣后退过程中继续上弹击发, 当射手感觉到后座力时, 三发都已经离开枪口, 一共只要60ms. 反过来说, 如果使用正常的5.56mm子弹, 这三发加起来的后座力, 也会使射手受不了. 因为它的压力波是重叠而同时到达的.

AN-94结合了后座力作业和瓦斯作业, 也使用了浮动枪匣. 称为BBSP (Blow Back Shifted Pulse, 反冲脉变), 由Gennadiy Nikolayevich Nikonov在Izhmash军火工厂设计. 但是仍然使用正规子弹, 须要退壳, 只是采用机枪的上弹方式, 在开膛时就将下一发备便. 射速只能允许有效的两发点放.

AN-94枪管下有一根管子, 看起来像是瓦斯管, 其实是一根抑制后座力的避震器, 在管中有一个薄销片, 在射击时随枪管共振而扰乱其频率，因而减低后坐力的压力波. 有如前面所提的, 两发正常子弹的压力相加, 也是相当可观的, 所以必须有减低后座力的装置. 导汽管, 击发机构和机匣，位于枪管上方的护木中. 枪管和机匣作为一个整体在枪托里运动. AN-94步枪当枪管和枪栓在射击时, 按照后座力原理向后运动，运动过程中则利用产生的瓦斯汽来推动枪机.

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一. 子弹: 近代的子弹是一窝蜂的朝小型, 高初速的方向发展. 德国人在二次大战时首先发展了7.92mmX33, 俄国人以7.62mmX39跟进, 这两种子弹都是先有子弹后有枪. 美国人在50年代才以 .222 Remington为基础, 发展了.223 Remington, 也就是大家熟知的5.56mmX45. 俄国人在70年代又进一步的缩小, 以5.45mmX39作为AK-74的弹药.

高初速小子弹的第一个好处是携带的弹药可以大为增加, 因此作战时的再补给的需要不是那么急迫. 第二点是枪械自然可以小型化. 比较一下M1和Mini-14的枪栓, 两者的作业原理相近, 只有尺寸的差异.

但是高初速子弹的膛压高, 容易磨损来复线. 早期发展5.56mm班用机枪的厂家, 都遭遇了同样的问题, 在射击了五千发以后, 膛线严重磨损. 枪管的寿命太短. 几乎要放弃使用5.56mm作弹药的班用机枪的想法. 后来普遍降低射速才解决了这个问题. 例如FN的M249, 射速只有每分钟750发. 相对于二次世界大战时德军的MG42, 使用7.92mmX57子弹, 每分钟达到1200发.

枪的重量在近代也有朝轻巧发展的趋势, 但是由于后座力的作用, 没有一定的重量, 在射击时会有极大的反作用力, 造成射手的不适而产生恐惧的心理, 枪械的跳动也无法控制, 导致弹着点的散布过大, 浪费弹药. 最好的解决方式, 是增加装弹或是在枪托部位, 装上备用弹匣, 这样可以增加枪重, 又不会增加枪械的净重, 如果需要轻便行动时, 将弹匣取出即可.

重心的规划也是一个重要的课题, 重心点不但关系到枪械携带的难易, 更重要的是影响射击的稳定性, 平衡设计良好的枪械, 有出枪瞄准, 自然指向目标, 不易偏移的优点.

二. 枪托. 枪托长度, 以枪托抵住上臂, 食指可以舒适的扣板机为准. 不当的长度会使射手的手臂和颈部处于不自然的姿势, 易于疲惫, 射击不准确, 甚至于受伤.

由于各国军队都讲求整齐划一, 枪托即使可以伸缩, 也常要求放在同一长度. 另一个解决的方法, 是将枪把扳机部造成活动的, 射手可以将其前后移动, 如此以来, 可见差异便不易看出来, 仍可达到枪长个人化的目的. 板机本身与作用组件之间, 可以用钢线连动, 钢线可以用螺丝固定于枪把里, 随板机移动而调整.

三. 枪管: 枪管的作用是赋予弹头速度, 提供飞行方向以及在有来复线的枪械, 提供弹头旋转. 在过去几百年之中, 除了生产方式和材料改变之外, 其他的变化不大.

枪管必须承受高热和高压. 在射击的过程中, 枪管内的温度有可能高达摄氏900度. 但是热量很快就传递到枪管的外部. 与汽车引擎的瓦斯缸相比, 枪管的寿非常短, 如果连续使用, 只能维持几十分钟.

人类很早就发现, 在炼铁的过程中加了一些碳, 能改善其韧性和硬度, 含碳量在0.5%以上者称为熟铁, 在2%以上者, 称之为钢. 碳钢相对而言比较脆, 较好的钢材还会加入少量的其他金属, 以给予钢材某些特定的性质, 改善其工作性能. 很多枪管的钢材加入铬和钡, 可以改善钢在高温情况下的性质及硬度, 还可以抗腐蚀. 近代有许多枪厂使用不锈钢来制造枪管, 不锈钢含有10%以上的铬, 其耐用及防腐蚀能力都非常强. 不锈钢并不是不会生锈, 只是相对而言, 比一般的钢材, 对抗腐蚀性的能力要强了许多.

枪管制造和设计中, Forcing Cone是极为重要的一个部份. 所谓Forcing Cone的定义, 是指的当子弹上膛之后, 从弹壳口到来复线开始处的一段距离. 一般也称为喉头(Throat).


头在这一个阶段, 并没有完全的支撑, 当发射药点燃开始推动弹头时, 弹头等于是跳进来复线区的枪管. 而喉头凡目的, 是提供弹头一个顺利的过渡阶段, 进入来复线区, 在此, 枪膛与枪管应该是完全隔绝的. 这也是枪管中最易受磨损的部位, 它是取决枪管能不能继续使用的一个重大因素. 当喉头受损时, 会向枪口部位延伸, 导致瓦斯汽泄露, 减低初速, 影响精度.

一般喉头的斜度在1:5到1:10之间, 手枪在1:30左右. 在弹壳与枪膛之间, 也要有一些空隙, 一般在0.05mm到0.25mm之间.

在易受损的重要部位, 使用衬垫, 也是一个常用的方法. 例如M60在枪膛到喉头部位使用Stellite, 一种极坚硬的钴, 钡, 钨合金钢, 以延长枪管的寿命.

膛线可说是枪管的灵魂, 膛线的作法在于付予弹头旋转的能力, 使弹头在出膛之后, 仍能保持既定的方向. 虽然在15世纪就有使用膛线的纪录, 但是由于制造工艺的困难, 要到18世纪才得以普及.


枪管中下凹的部份称为阴线, 凸起的部份称为阳线. 一般而言, 枪械的口径应是从来复线的阳线到阳线的距离, 但是例外太多, 已成不了一个原则. 比如说.38和.357是一样的口径, 只是一个量的是阳线到阳线的距离, 一个量的是阴线到阴线的距离. 当然, 两者的弹头长度有所不同, 但光以口径而言是一样的.

膛线的数目, 没有一个标准, 从春田兵工厂的1903A3的2条到Marlin所谓的Micro Groove的22条.

阴线的深度在现代的枪管中, 大部份是在0.004到0.006寸之间. 但是阴线和阳线的形状, 又是一个公说公有理, 婆说婆有理的情况. 见下图.

丹麦的Rasmussen和英国的Metford(William E. Metford), 这种圆形的阴线据说可以减少枪管的残留物, 日本的99式步枪就是使用这种阴线. Mannlicher是奥地利的兵工厂, 这种阴线上宽下窄, 据说弹头比较容易旋转, 因此出枪口的初速会比较高而可以及远. 另外常听到的有Ballard膛线, 它是一种黑火药时期有名的长射程步枪, 这种膛线采用宽浅的阴线, 和现代Marlin 的Micro Groove类似.

来复线旋转的程度, 称为缠距. 如果须要愈长的距离来完成360度的旋转, 称为慢. 较短者称为快. 例如说在12寸之内完成一圈的要比9寸内完成一圈的慢. 缠距的差别主要在于是否能使弹头稳定, 不稳定的弹头除了沿着目标线旋转, 还会翻跟斗, 产生靶纸上产生Keyhole的现象.

枪管的长度对射击的初速, 有很大的影响. 在一定的长度内, 越长越好, 这是人类很早就发现的事实. 这也就是为什么在第一次世界大战时, 各国使用的步枪枪管长达30寸以上, 因为当时的战术想法是想要步枪兵能及远. 但是在一定的长度之后, 其所能取得的效益有限, 只是徒然增加重量, 而且使用不便. 因此后来标准的步兵武器枪管长度, 大多减少到20寸到24寸之间.

近来有人开始使用合成材质如碳纤维等, 包裹钢管, 一来由于弹头仍需在高速和高压的情况下通过枪管, 因此内部仍以各式各样的钢材最为理想, 但是外部使用合成材质可以增加散热性, 减轻枪管的重量, 这样的枪管目前仍然十分稀少昂贵, 而且直径远大于普通枪管. 相信将来的发展应是朝此方向, 以内外物理性质相异的材料, 经由加工合成.

枪管的要求不只是坚硬, 抗压和高温. 另一个必备的特性是轫性, 也就是说枪管还要具有一定的弹性. 否则太硬会造成金属太脆的结果. 有一些早期生产的M1903A1, 其枪管即有这样的问题, 如果持续射击, 有造成炸毁枪管的结果. 巴西的枪厂金牛座(Taurus), 在1998年开始, 推出了一系列以钛(Titanium)为材质的左轮枪, 号称又轻又耐久, 几乎不可能生锈, 但是它的枪管部份, 还是须要用钢材, 因为钛金属虽然坚硬, 却仍然无法满足作枪管所须的各项条件.

KleinKlauss

来复线的缠度计算：

5.56mm为例：

度数= arctan(Pi*直径/缠距) 直径和缠距都以英寸为单位

5.72=arctan(3.1415*0.223/7)

以缠距1：7而言， 缠度为5.72度。

最佳缠距的决定： 1920年代就发现的一条公式可以决定最佳的缠距， 称为Greenhill公式(Alfred G. Greenhill， 1847-1927)，

在弹头初速为1500fps到2800fps间时:

缠距=150*(弹头直径)* (弹头直径)/ (弹头长度)

以147 grain， 1.125寸弹头的军用子弹为例：

12.649=150*(.308)2 /1.125 因此， 最佳的缠距应在1：12到1：13之间

在弹头初速高于2800fps时:

缠距=180*(弹头直径)* (弹头直径)/ (弹头长度)

(所有度量使用英寸)

以此方法决定出的缠距和弹头配套， 可以得到最稳定的射击结果。

计算来复线的角度， 可用以下的公式： 度数= arctan(Pi*直径/缠距) (直径和缠距均为英寸)

4.37=arctan(3.1415*0.308/12.649)

来复线产生方法， 是先在枪管钻出孔洞之后， 现代主要的有三种：

Broach Cut Rifling: 拉切式产生来复线。 用多次、 多钻刀拉过枪管的方式， 逐渐产生所须的来复线阴槽深度。 1950年代， 由Remington 的工程师首创。 现今大多数高品质的枪管用此法生产。

Button Rifling: 钮扣式产生来复线。 用高压将一个形状和来复线相反的纽扣状物体， 挤过枪管内部而产生来复线。

Cut Rifling: 切削式产生来复线. 使用单一钩状切刀， 慢慢的、 一条一条的制出来复线， 是最早的生产方式。 如今只有最精密， 最高级的枪管以此种方式生产。


四. 防火帽: 当弹头出枪口时, 瓦斯汽暴露到大气中, 除了急速扩张时产生巨大的响声之外, 同时因瓦斯汽体中的一氧化碳, 沼气, 未燃的火药等成份, 得到了氧气, 会燃烧而产生火焰. 防火帽的功能是将这些汽体扩张, 降低温度, 使它不能达到燃点, 免去了射击来源的讯号(Signature). 同时防火帽也可以实际上挡住枪口, 使得火光不外露. 成功的防火帽设计, 可以吸入冷空气与瓦斯汽混合, 以达到避免燃烧的效果.
枪械中常用的机械动作和物理原则:


一. 凸轮(Cam): 凸轮一般和凹轮相互作用, 将直线和旋转动作互换, 产生重覆动作. 在机械上是很常见的装置.

凸轮和其他直线和旋转动作互换装置不同的地方, 是它的目的不是单向的, 而往复的. 凸轮的构造是圆形而有凸出物或不规则的圆形. 因此可以在旋转过程中, 逐渐的开始直线动作, 再逐渐的回到原点. 整个动作可以拉成一直线, 格成360份, 配上完成整个动作的时间为X轴, 移动距离为Y轴, 绘图来分析. 例如说开锁前必经的自由行程阶段, 就可以按所需的时间, 配合设计在凸轮上, 以定出开始动作的距离.

在设计凸轮时, 引发动作的不一定是凸轮或凹轮, 视须要和位置而定. 例如M1和M14的拉柄, 由于瓦斯汽的作用, 向后移动, 产生了直线动作. 在拉柄中的凹槽, 引起枪栓耳产生了反时钟旋转的动作, 导致开锁, 但是拉柄中的凹轮, 并不继续旋转的动作, 在枪栓旋转了足够的角度后就停住了, 继续下去的是直线动作, 因而导致退壳. 在拉柄受复进簧作用而向前移动时, 此动作反向而行, 导致枪栓顺时钟旋转, 闭锁榫落入枪匣卡榫的凹槽, 因而闭锁枪机.

在M2重机枪里, 枪管的闭锁榫上有一个凸轮, 当枪管因后座力向后移动时, 会遇到一根前端下面是斜坡的凹轮, 在枪管向后直线运动时, 凸轮被迫向下移动, 因此而导致枪管的开锁. 当枪管受复进簧作用而向前移动时, 凸轮不再受到向下的力量, 因而上升, 完成了闭锁.

凸轮的作业上, 由于是金属和金属接触, 因此有产生磨擦力, 有时也藉由此磨擦力来达到延迟的效果, 但是一般而言, 凸轮部份是最须要润滑油的部位. 另一个须要考虑的问题是金属的磨损, 除了制造时需要使用高强度的金属外, 也可以注意设计凸轮的形状, 使得动作和缓的产生, 减少其所承受的压力, 同时, 由于没有爆发力, 枪械的精确度也不会受影响.


二. 弹簧(Spring): 弹簧有螺旋形, 簧片形, 垫片形, 环形等等.

弹簧在受力时, 可以储存能量. 在伸张时, 它们有不同的效率, 也就是说释放出来的能量与原始力量绝不会相等. 利用不同设计的效率系数, 应用在枪械内不同的部分, 以利于枪械的操作. 例如说, 在抵消后座力时, 希望能量尽量的消□掉, 采用低效率的弹簧, 因此传达到射手的能量也就相对的减少. 但是在压下击铁和扳机时, 设计上又希望能取得高效率, 这样一来, 就不须使尽吃奶的力量才能操作了.

另一方面, 弹簧可以储存能量, 所以在扣下击铁, 操作拉柄, 压子弹入弹匣时, 都是将能量储存起来, 以备需要时运用.

在手枪的击铁部位, 一般多用簧片. 板机部多张力簧, 也就是将有弹性的钢线卷起环状, 一端伸出. AK-47使用的是多弦缠绕的弹簧, 算是特殊的. 弹匣多有用螺旋弹簧, 但也有使用簧片者.


1900白朗宁手枪使用了三种弹簧, 复进簧为螺旋形, 保险部用线状弹簧, 扳机及联动机件使用簧片.
在使用弹簧时, 当然第一个要考虑的是效率. 但是也要考虑, 愈强的弹簧, 固然可以抵抗愈大的力量, 但是要不是释放出来的力量也愈大, 就是要花相当长的时间来压缩和伸张. 很多时候, 使用弹簧种类的决定是由其使用的位置和可得的空间而定.

三. 磨擦力(Friction): 两个接触面之间, 当有垂直力量作用时, 就会有磨擦力产生.

磨擦力的作用是抵抗接触面水平分离. 如果接触面运动的方向是垂直的, 也就没有磨擦力的问题. 而磨擦力的决定, 可以依据材质的磨擦系数和受力的大小来得出, 在枪械内, 有许多凡接触点须要在操作过程中作水平的运动, 因此磨擦力是一个影响枪械作业的重大因素. 美国的爱枪族有一个口令, 说手枪用油(Oil), 步枪用脂(Grease). 因为步枪的零件受力要远大于手枪, 要确定操作的可靠性, 自然须要较多的润滑剂.

要决定在何处上润滑剂, 只要在枪械分解时, 检视有磨损痕迹的部份, 也就是须要上油上脂的地方. 近代枪械的使用材质, 自从1980年代Glock使用合成材质一炮而红之后, 大家纷纷赶搭列车, 在枪械设计上开始大量使用合成材质. 其实使用非金属材质的枪械在二次大战时德国人就试过, 只是当时的材料科学无法提供理想的材料, M16使用了玻璃纤维枪托, AUG使用塑胶(Polymer)制造枪身, 板机部, 弹匣等. 当时为了说服大众对于其强度的信心, 还曾用吉普车辗压弹匣, 以证明其坚固性. 在枪展中据说还常邀请观众在弹匣上跳. 使用合成材质除了制造过程简单, 重量轻之外, 还有磨擦系数小的优点. 虽然Glock的滑套和枪身的导槽仍是金属, 但是上下之间的接触面就完全不须润滑了.

磨擦力也可以运用来作为枪械作业的一项辅助. 在直接回冲和后作力作用的设计中, 都可以利用来作为一种延迟开锁的阻力. 设计上会增加枪栓和枪匣的接触面积, 以产生更大的磨擦力, 来抵抗由子弹发射所产生的力量.

四. 惯性(Inertia): 英国的牛顿爵士(Issac Newton)在十九世纪初, 提出了牛顿三大定理, 虽然年代久远, 还好物理原则不变. (至少在小型空间里, 牛顿定理可以不经修正的运用) 其第一定理说道, 动者恒动, 静者恒静. 在武器的设计上常常可以得到运用. 为了减轻瓦斯回冲作业方式的枪栓重量, 有一种设计是采质量分离的方式, 也就是说枪栓分成外部和内部, 当外部抵住枪膛击发子弹时, 内部枪栓仍然在向前运动, 等到外枪栓受瓦斯推力的影响向后移动时, 内枪栓仍然在前进, 两者撞在一起, 可以产生暂时阻碍枪栓开膛的效果, 而其产生的力量, 由于受到动量的辅助, 远大于光是其两者静止质量相加所能达到的效果.

朔风

资料很全，不错。
说起来暑假计划去加拿大国防军预备役里实习，相对于轻武器技术人员，个人选择装甲车辆技工，挣点外块~

KleinKlauss

不错的选择，回来一定要发情报照片阿！

ChristianⅢ

真是够详细的很全...不错

白星逐日

楼主真是不简单。轻武器的基本知识全覆盖到了。