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未来的步枪都是小口径的吗

归档日期:08-29       文本归类:击发机构      文章编辑:爱尚语录

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  未来步枪要提倡便携式。就比如说美军的M16步枪,全长接近一米,在战斗中就会很占地方。而如果缩减枪管和枪托的长度或将其变成折叠枪托,卧姿射击时会造成很大的烟雾(膛压过大),影响视线,还会降低射程。所以,这就是小口径步枪的劣势。

  能将两个麻烦都解决就是用大口径枪发射次口径弹。这样,由于膛压减小,所以不会产生烟雾,同时,短枪管也可以提高射程。

  编者的话:本文并非要对未来步枪发展下一个定论,只是一家直言,而且为了大部分读者都能够充分理解笔者的设想,也没有做过多的工程计算。本文只是介绍一种思想而已,望广大读者能够就此设想提出宝贵的意见。

  自越战以来,以美制M16和苏制AK74为代表,突击步枪走向了小口径的道路。至今几十年过去了,步枪发展一直沿袭这一趋势。可见,小口径的确小的有道理。它的优势主要表现在以下几个方面。

  步枪的后坐力取决于枪的后坐冲量。其来源主要包括两部分:一是弹丸的动量(弹丸质量×弹丸出口速度);另一部分则是火药气体向前的速度)。其中火药气体的质量取决于枪弹的装药量;火药气体的出口速度取决于枪口膛压,这个速度一般不超过2000米/秒。

  5.56毫米步枪弹(以下称小口径枪弹)的枪口弹丸动量仅有7.62毫米大威力枪弹(53式步枪弹)的46.7%、7.62毫米中间威力枪弹(56式步枪弹)的67.6%。而由于小口径枪弹的火药质量仅为7.62毫米大威力枪弹的50%,因此其由火药气体所产生的后坐力冲量也大幅度下降。虽然小口径枪弹枪口膛压比7.62毫米中间威力枪弹高,引起火药气体速度上升,但幅度不会很大,不足以抵消弹丸动量带来的后坐力下降。换句话说,小口径步枪的后坐力明显小于7.62毫米步枪。

  有一种说法,认为小口径步枪之所以采用枪口制退器是因为后坐力大。其实不然,小口径步枪的枪口装置主要作用是消焰,因为小口径步枪的枪口压力大,需要减少枪口闪光。由于小口径步枪后坐力低,便于射手控制,而且弹丸初速高,初始弹道低伸,因而近距离的射击密集度比大口径步枪(尤其是7.62毫米中间威力枪弹)有明显提高,当然加工工艺的改善也是重要原因。但是,由于弹头质量小,小口径弹的飞行稳定度肯定不如质量大得多的大威力7.62毫米枪弹,远射程上的精度并不占优势。

  在一定的范围内,在弹丸的弹芯材料性能相当的前提下,决定枪弹侵彻力的主要因素是弹丸的单位面积动能。

  所有小口径枪弹的单位面积动能均远远超过7.62毫米中间威力枪弹,接近和达到了7.62毫米大威力枪弹的水平,因而穿甲威力比7.62毫米中间威力枪弹(国产56式)有大幅度提高。如国产56式100米距离穿甲厚度为6毫米,5.56毫米枪弹可以达到10毫米。当然,在远射程上,由于小口径枪弹弹丸质量轻、存能能力差,所以侵彻力有较大幅度下降。

  小口径弹丸对有生目标的杀伤力主要表现在进入人体后会剧烈翻滚,在极短时间内把能量传递给人体组织,形成较大的空腔,扩大对组织的破坏范围。小口径弹丸翻滚的主要原因是初速高,弹丸长径比大,稳定性差。

  小口径枪弹弹丸质量小,装药量小,可大幅度减少整弹质量。如北约5.56毫米枪弹全重仅11.3克,而7.62毫米中间威力枪弹重量为16克,7.62毫米大威力枪弹更是远在20克以上。采用小口径枪弹可以大幅度减轻士兵的弹药携带重量,或者增大弹药携带量,还可以大量减少铜、铅等战略物资的消耗。

  但是,任何技术都不可能面面俱到,步枪的小口径化也付出了一些代价,主要体现在:随着口径减小,对步枪的生产和加工精度提出了更高的要求,加工难度增大,生产成本增高;一些细小零件受尺寸限制,强度受到影响,影响枪械寿命;由于口径减小,膛压升高,弹丸速度大,使枪械容易污秽,枪管烧蚀增加,寿命降低,且擦拭保养不方便。

  小口径步枪的出现引起了步枪的有托和无托结构之争。在此之前,有托结构的步枪长度较大,比如M16A2步枪全长1米。现代战争中,步兵乘车或机降/空降作战日益普遍,步枪过长已明显影响到战场机动性,而且在城市战、丛林战中,有托步枪容易影响射手的正常操作。折叠枪托虽然可以缩短携行状态下枪的长度,但对战斗状态没有什么帮助,而且折叠枪托强度差,容易损坏,射击时贴腮不舒适。

  无托结构可以在不缩短枪管长度的前提下,大幅度缩短全枪长度,满足现代战争的需要,因此被目前世界上新研制的大多数小口径步枪所采用。但无托结构也有难以避免的缺点,如人机工效差,弹夹在人的肘腋部,使用和更换均不方便;瞄准基线短,影响瞄准精度;结构复杂,可靠性差,自动机和拉机柄在传统位置会影响操作,在适合操作的位置又会使结构复杂;枪膛尾部排气刺激射手眼睛,噪声影响听觉。所以,目前美国和俄罗斯仍然坚持有托结构,连最新研制的AK-94和OICW也是如此。

  既然全枪长度必须缩短,无托结构又不能两全其美,缩短枪管长度就成为很自然的解决方案,于是就出现了短步枪,即截短枪管、适度缩短机匣的步枪。短步枪采取有托结构既可以缩短全枪长度,又避免无托结构的弱点。比如由M16A2步枪改型的M4卡宾枪,枪管长度由508毫米缩短为368毫米,全枪长由1米缩短为840毫米,已经接近无托枪的长度,如果再采用折叠枪托,则长度只有760毫米。俄罗斯用AK74步枪改型的AK74U,枪管长度由415毫米缩短为200毫米,全枪长度由930毫米缩短为675毫米,比任何一种无托步枪都短,折叠枪托后更只有420毫米,已与冲锋枪相当。

  遗憾的是,短步枪要付出不小的代价。首先是枪口动能下降,进而降低全枪性能。M4的初速由M16A2的948米/秒下降为906米/秒,枪口动能下降8.7%,AK74U的初速由AK74的900米/秒下降为735米/秒,枪口动能下降33%。这种下降对枪的技术、战术性能影响很大,有效射程由400米降至300米,而且由于枪管长度改变引起膛线缠度的改变,还会影响枪弹的内弹道性能。另外,由于枪管缩短,而枪弹不变,火药气体来不及燃烧完全就喷出枪口,使枪口焰大幅度增加,有时几乎令人无法忍受。同时枪口膛压大幅度提高使噪声增大,还使枪口冲击增大,卧姿射击时扬尘严重,影响射击效果。

  如果要保证枪口动能不下降,唯一的办法是增加枪弹装药量,提高膛压,但这样一来会使枪口焰河枪口噪声的问题更为严重。而要解决枪口焰和枪口噪声的问题,就必须减少装药量,降低膛压,但这样又会使枪口动能进一步下降。这两者显然是相互矛盾的。所以到目前为止,短步枪还只能装备通讯兵、卫生兵、司机等非战斗人员和坦克乘员等对尺寸要求特别严格、而实际上又不经常使用的人员。(编者注:美军特种兵多使用M4短突击步枪,但一般都加装消声器,这使该枪的远程性能进一步下降。)换言之,短步枪只是一个权宜之计,是靠牺牲枪的弹道性能来换取尺寸优势,因此,不能代表未来步枪的发展方向。

  难道就没有能够既保持小口径的优越性又回避它们缺点的方法吗?答案是肯定的。解决的办法就是使用中等口径短步枪发射小口径枪弹。要说明这个方法,我们先介绍一个新概念——平均膛压。所谓枪的平均膛压,实际上是弹丸在枪管内实际做功的膛压,即弹丸在枪管内所承受膛压的平均值。

  小口径步枪的平均膛压明显高于老式中等口径步枪,但都在147兆帕左右,而短步枪尽管与小口径步枪使用相同的枪弹,但由于枪管的缩短导致出口膛压上升,所以平均膛压明显高于同类小口径步枪的水平。

  为便于计算,我们以147兆帕的平均膛压作为一个理想的标准,尽管它高于老式中等口径枪弹,但与现役小口径步枪相当,技术上是现实的。

  假设我们的步枪采用8毫米口径(注意:此口径没有进行完全科学意义上的推算,只是为了说明的方便),发射5.8毫米枪弹,由于是次口径,必须增加一个塑料弹托,假设弹托质量为1克(这也是为了方便计算,实际重量可能将在0.8-0.9克之间),加上弹头质量4.2克,总弹丸质量就是5.2克。

  经过计算,这枝枪只要290毫米长的枪管,就足以将弹丸加速到91O米/秒的速度。也就是说,用8毫米步枪发射5.8毫米次口径弹,既可满足威力要求,枪管长度又能大幅度缩短,从而缩短全枪长度。如果使用M16A2的枪身,步枪长度将由1米缩短为782-812毫米,完全达到了无托枪的水平。同时,这支步枪还能保留完整的枪托。

  这种方案带来的麻烦是需要一个塑料弹托。最直接的方法是用塑料弹托包裹在标准的5.8毫米弹丸外,但实际上这样很不合算,因为传统弹丸由外部的铜被甲、内部的铅套和最中心的钢芯组成,其中铜套的作用是嵌入膛线,使弹丸获得旋转的力量,铅套是为了固定其中的钢芯,如果再加上一层塑料弹托,结构更趋复杂,制造成本也会大大增加。

  其实我们完全可以使结构更简化,将枪弹设计成只有一个圆柱形的钢芯和头部的塑料风帽。钢芯集中了枪弹的绝大部分质量,有比传统弹丸钢芯更大的直径和长度,可以获得更好的穿甲效果,而塑料风帽则负责减小空气阻力。之所以不使用尖形的钢芯,是为了避免跳弹,也为了避免尖钢芯碰到硬物时头部破碎,影响穿甲效果。其原理与被帽穿甲弹是一样的,只是用便于制造的塑料风帽取代了传统的轻金属风帽。

  这种结构使弹丸的制造工艺大大简化,只要制造一个形状简单的圆柱形钢弹芯,再注塑成型塑料风帽和弹托即可。由于塑料密度远小于金属,塑料风帽可以采用实心结构,以简化制造工艺和降低生产成本。同时,这种弹丸不仅节省大量的铜和铅,而且由于嵌入膛线的材料是塑料而不是铜,摩擦阻力小,可以大大降低膛线的磨损,有效提高枪械使用寿命,并在相同膛压下提高弹丸的初速。

  在步枪的制造上,由于口径增大而枪管长度缩短,可以避免超长超细加工,有效降低步枪生产成本和难度,减少加工工时,提高成品率,甚至很多原来不能制造步枪的设备也可以制造。口径增大后,枪的擦拭和保养也容易多了。

  当然,这种新步枪结构也并非十全十美。一个主要问题是后坐力增大,这主要是由于发射弹丸的实际重量增大造成的。发射5.8毫米弹丸动量接近7.62毫米中间威力枪弹的水平,而且枪口动能也有所增加,甚至超过了7.62毫米中间威力枪弹的水平。这样的结果是枪弹火药量将超过2克,也意味着整枝步枪的后坐冲量将达到7.62毫米中间威力枪弹的水平。不过,根据过去历次局部战争的经验,即使是亚洲人的体格,7.62毫米中间威力枪弹的后坐力也不会带来什么麻烦,可见这种步枪结构带来的后坐力的增加还是可以承受的。

  解决后坐问题的办法也是有的,那就是采用比5.8毫米口径更细的弹芯,比如5毫米口径的弹芯,重量是3.55克。由于弹芯的长径比加大,单位面积质量提高,因此远射能力加强。但是考虑到弹丸要靠旋转稳定,弹芯长径比要控制在合理的数值内。如果将弹丸初速维持在915米/秒的水平上,枪弹的单位面积动能将降为7.568千焦/厘米2,这样后坐力水平将降低到小口径步枪相当的水平。经过计算,枪管长度将下降到270毫米,尺寸问题也得以解决。

  另一个问题是枪管重量的增加。鉴于M16A2步枪使用外直径为1.79厘米的等壁厚枪管,按比例推算,相同膛压的8毫米步枪枪管外直径将达到2.57厘米。这样,枪管重量将比M16A2步枪增加275克。为了减轻这个重量,可以采用高强度钢或者使用非等壁厚枪管来解决。当然,增加的275克质量也可以接受,因为它还是有提高连续射击能力和射击精度的好处。如果采用设想中的5毫米直径弹芯,枪管质量将只增加不到100克,就完全可以忽略不计了。

  还有一点需要注意的是,由于枪管缩短,弹丸在枪管内运动的时间将大大缩短,约为同样威力小口径步枪的50%,如果仍然使用原来的火药,则不可避免地会造成燃烧不完全、枪口膛压过大、膛口焰和膛口噪声增大的问题,因此必须研制专用的速燃火药。其实,速燃火药早已在民用射钉枪和猎枪上得到检验。而现有步枪的发射药普遍采用的是有表面涂层的缓燃火药。按照现有技术水平,要稳定增大火药的燃速,制造出适合8毫米次口径步枪的速燃火药应该没有太大的困难。

  总之,使用中等口径短管步枪发射次口径枪弹,将使我们获得一种集小口径步枪和7.62毫米枪弹步枪大多数优点于一身、兼顾有托和无托步枪之长、摒弃各自缺陷的崭新武器。也许,未来的步枪真的不再是小口径的呢!

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