枪管和炮管里为什么有膛线?膛线的作用是什么?

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枪管和炮管里有膛线,是为了让发射出去的子弹或炮弹的弹道更加稳定,使它们能够更加精准的射向目标。

炮管内的膛线

膛线,是枪管和炮管的管膛内壁上,被锻刻加工出的呈螺旋状分布的凹凸槽,这个凹凸槽,可使子弹在发射时沿着膛线作纵轴旋转,产生陀螺仪效应以稳定弹道,使它们能够与更加精确的射向目标。

在枪管和炮管内,膛线下陷中空的地方,被称作阴线或阴膛,而凸起的部分,则被称为阳线或阳膛。而枪械和火炮所指的口径,通常指的是一条阳线与其正对面的另一条阳线间的距离,因此子弹弹头的直径通常大于枪支的口径。

弹丸在被发射药向前推时,会在膛线的作用下开始旋转,这与高速旋转的陀螺运动原理是一样的。弹轴相当于陀螺轴,弹道切线相当于垂直轴,弹丸飞行中的张动角相当于陀螺的摆动角,弹丸的质心相当于陀螺支点,空气作用于弹丸上的翻转力矩相当于陀螺的重力偶矩。当弹丸在膛内运动时,膛线就迫使它高速旋转,并且在翻转力偶矩的作用下,除自转外,还以其质心为中心绕弹道切线作圆锥运动,使弹轴与弹道切线始终保持很小的摆动角,(弹道学上称为张动角)而不至于翻倒,从而保证了弹丸的稳定飞行。


枪管内的膛线

膛线主要分为两种,分别为阳膛线和阴膛线。其中,火炮主要使用阳膛线,而枪械主要使用阴膛线。这两种膛线,阳膛线的加工,要比阴膛线更加困难。

膛线没有一个既定数目,一般有2、4、6、8条甚至更多,但一般常用的有:4条,主要用于手枪、步枪等。6条,主要用于狙击步枪等重视精度的枪械。8条,主要用于机枪。一般2条,则是简化版武器使用(例如第二次世界大战期间英国的“斯登”冲锋枪)。

从左至右分别为滑膛、传统膛线、多边形膛线

膛线根据旋转的方向,可分右旋、左旋(从射手方向看去)。其中,右旋膛线比较普及。虽然膛线的的数目没有一个既定标准,不过深度只能在固定的范围内。膛线按截面形状分为矩形膛线、梯形膛、弓形膛线、圆弧形膛线、多弧形膛线、多边弧形膛线等。早期黑火药时代膛线普遍比较浅(因为黑火药残渣多,并且使用铅弹头),后来产生多种膛线,当今比较流行多弧形膛线、多边弧形膛线等优质膛线,可以提高武器精度和初速,并减小火药烧蚀提高寿命。


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简单说为了增加子弹或者炮弹的杀伤力和射程。

有膛线的武器,弹头在穿过枪管时产生自转,离开枪膛后增加弹道的稳定性、有效射程和终端的杀伤力。当弹头自转时,子弹或者炮弹以质心为中心做圆锥运动,使弹轴与弹道切线始终保持很小的摆动角,(具体理解参考陀螺自转时的状态)这样子弹就不会在空中翻到,保证延旋转的轴心方向飞行。同时,与空气的接触面因旋转而受力较小,保证了杀伤力。

上边一系列的概念还有两个重要的名词:缠度和子弹旋转度

缠度(膛线密度):膛线缠度不能太大,那样影响子弹在枪管中前进的动能;太低则子弹的稳定性不够。弹种越长(手枪弹、步枪弹、炮弹)其缠率越高。比如,发射5.56×45毫米SS109北约弹和L110曳光弹的M16A2步枪则拥有1:7英寸的缠率,民用的AR-15步枪则通常有1:12英寸~1:9英寸之间的缠率;而发射.45 ACP的M1911手枪则拥有1:16英寸的缠率。发射球状弹丸的前装枪因为长度直径比最小(等于1),缠率也最小,通常只有1:72英寸~1:48英寸。

子弹旋转度(枪口初速的性能质)过快的旋转速度会超过子弹的设计极限,可能造成子弹飞行偏离。

最后,膛线还有一个作用:那就是每一把枪制造出来后都是有唯一的膛线特征,如同人类指纹一样。因此,可以通过比对子弹的划痕来辨别是什么枪打出的子弹。


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如果玩过陀螺,或者骑过自行车就会明白,转动对于稳定性是会产生正面影响的,从力学角度来说,这就是角动量守恒带来的稳定效果。其实人类发现垂直于飞行方向的恒定角速度旋转有利于物体报纸稳定的飞行轨迹这一现象的时间是比较早的,箭簇上已经有类似的设计。

但是当早期火药武器发射球型弹丸时,膛线的存在将极大地影响前膛装填的速度,直接抵消了膛线带来的射程优势。想象一下,你正用木槌敲击推弹杆,一点点将弹丸压进枪膛,而这时候手持滑膛枪的敌人接近到80米甚至50米,以你几倍的速度向你开火,实在是太郁闷的场景。因此早期的线膛枪手大多是散兵,代表就是美国的肯塔基来复枪手。借助地形地物的掩护,这些散兵,或者说原始状态下的狙击手们,在滑膛枪射程以外发起突袭,打了就跑,或者凭借隐蔽让滑膛枪手无法接近。

直到19世纪中期米尼式弹药以及拉西特炮弹系统出现,才保证了线膛火器拥有不亚于滑膛火器的射速。前者国内提到较多,通过火药冲击波压缩弹底膨胀,使弹丸与膛线贴合。而拉西特弹药是对1847年塔米尔弹的进一步改进,算是近代第一种实用线膛炮,纺锤形弹体上有突起可以卡入膛线。


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