槍為什麼要設計膛線?

知淵陽春苦做弦


在槍膛中增加膛線,使槍彈的射程精度有了巨大的提高。


這種米涅彈頭,一開始是用在滑膛槍上,比原來的球形彈丸射程要遠的多。

這個是發射米涅彈頭的米涅步槍。

最早的槍彈就是一個圓球,後來是有了所謂的米涅子彈,這樣子是子彈的形狀就開始向現在的流線型彈頭轉變,米涅彈頭的射程精度是大大超過了原來的球形彈頭,這樣情況下隨著射程的增加,彈頭的飛行的穩定性就出了問題,後來發現如果讓彈頭轉起來,就是讓彈頭沿著自己的中心線旋轉,這樣就是利用陀螺原理讓彈頭的飛行能夠保持穩定,這樣子就是進一步的提高了彈頭的精度和射程。
網上沒有找到圖,自己畫了一張,湊活看吧。如果沒有膛線,子彈飛出去就有可能翻跟頭,在一些用的非常久的步槍上就出現過這種情況,象抗戰時期的川軍使用的一些步槍就是這種情況,步槍的膛線被磨平了,子彈打出去就是這樣翻跟頭。而如果子彈是這樣旋轉著出去,那麼精度射程都是能夠保證的。


紅色手電筒


玩過陀螺吧?當這種圓錐狀的物體在高速旋轉的情況下,可以以非常穩定的保持這個姿勢直到旋轉力消失。子彈也是一樣(下圖是在冰面上旋轉的彈頭)

早先的子彈就是一枚圓形鉛丸子,但隨著技術的發展,人們意識到圓形的風阻不是那麼理想,而打仗時總是希望自己槍射程更遠,更精準,然後人們開始考慮用圓柱/錐形的槍彈來提高初速,以獲得更遠的射程。

但這種形狀的子彈就必須得利用陀螺的自旋穩定效應,否則的話出膛之後就不知道飛哪兒去了

下圖是無聊且枯燥的老外用霰彈槍(滑膛)發射一個圓錐形玻璃彈頭,出膛之後瞎JB翻滾,精度和射程都別想了。

所以~~ 想要子彈飛的遠、飛的準,就必須在槍管內拉膛線,使得子彈能旋轉起來,用陀螺效應穩定彈道。


瘋狗的輕武


很久以前,用於戰爭的槍械是沒有膛線的,這種槍叫做滑膛槍,滑膛槍的問題在於沒法使用尖頭子彈,而是使用球形子彈,這就造成了子彈射程近、射擊精度差、殺傷力小等問題,因此在滑膛槍時代的戰爭大都採用看起來傻乎乎的“排隊槍斃”戰術。

比較著名的滑膛槍是英國的P1730“褐貝斯”滑膛槍,該槍全長:1587.5毫米,槍管長度:1168.4毫米,口徑為19.3毫米,重量:4千克;裝填方式為前裝式,子彈為直徑19毫米的鉛質圓球,有效射程45.7米。

口徑如此之大、槍管如此之長的步槍,有效射程居然沒有現代手槍遠,可見滑膛槍是多麼的弱雞,而圓球形子彈的特點是迎風橫截面特別巨大,因此飛行時阻力自然就非常大了,一旦飛行距離超過了45.7米,那麼彈丸的飛行彈道將會變得下垂,且無法保證對目標產生有效殺傷了,所以作戰時只能以密集隊形向敵人開火的形式來提高火力輸出密度,從而達到提高命中率的目的。

在很長一段時間內,人們堅信步槍的有效殺傷極限距離就是45.7米(即50碼),最快射速8發/分鐘(前裝步槍的爆發射速),直到1616年,德國紐倫堡的一個名叫“戈特”的鐵匠在研究如何提高前裝式步槍裝填速度時,為步槍的槍管刻上了兩條對稱的直膛線。

這個偶然的創作雖然沒有達到提高射速的目的,卻意外地發現刻上直膛線的步槍有效射程居然突破了80碼(73米),獲得意外之喜的戈特立即為槍管刻上4條對稱的直膛線,結果試射中步槍的有效射程竟然達到了驚人的100碼(91.4米)!

戈特很快便大量生產這種有膛線的“戈特”式步槍,丹麥率先採購該型步槍來裝備本國軍隊,這就是世界上第一款有線膛的制式步槍,然而射程遠且精度高的“戈特”式步槍在丹麥軍隊中口碑並不好,原因在於該槍的製造成本過高,且生產工藝過於複雜,不便於大量生產和裝備部隊,至此戰爭又回到了滑膛槍時代。

時間跨越到了1776年,32歲的英國陸軍上尉帕特里克·弗格森在美州鎮壓北美叛亂時擔任狙擊手(美國獨立戰爭),在此期間他經常被手持直膛線步槍的美國肯塔基步槍手壓制,於是他像德國人戈特開始研究如何提高步槍射速和射程。

帕特里克·弗格森畢竟是有文化的職業軍官,他發現子彈只有在高速旋轉中才能提高彈道穩定性,而穩定性一旦得到保證就能提高有效射程,於是他開始實驗在槍管內刻上旋轉式的膛線,結果因此獲得了200碼的有效射程(182米),是直膛線步槍的兩倍!

同年,帕特里克·弗格森獲得了弗格森旋轉線膛步槍的專利,英國開始大量生產該型步槍;次年,他指揮的一支裝備了該槍的連級部隊遭到美軍優勢兵力的包圍,由於英軍的步槍射程和精度已經得到極大提高,因此帕特里克·弗格森與他的部下們不再使用傻乎乎的“排隊槍斃”戰術,而是靈活地利用地形,跪姿、臥姿實施射擊,結果在大量殺傷美軍的前提下,他的部隊居然無一人陣亡。

此戰後他的軍銜晉升至少校,次年,他使用該槍瞄準了一位美國將軍,但是鬼使神差地沒有開槍射殺,而那位美軍將領就是美國第一任總統——華盛頓,當然這是後話了。

▼下圖為美國獨立戰爭期間英軍率先裝備的6條旋轉膛線步槍,旋轉膛線的應用對槍械技術發展而言是具有劃時代意義的,槍械因膛線的存在而提高了射擊精度和射程,同時也特高了殺傷力。

從滑膛槍發展到線膛槍體現出槍械技術發展的必然性

從上述中我們不難發現,其實線膛槍早在17世紀的1616年就被髮明出來並小規模量產了,但是真正被髮揚光大卻是到了18世紀的美國獨立戰爭,很顯然線膛槍的性能是遠遠超過滑膛槍的,那為何需要100多年的時間跨度,線膛槍才得以成為槍械技術的發展方向呢?

其實原因並不複雜,因為18世紀以前人類的生產力其實還是很低的,槍炮的製造主要還是以手工打造為主,而刻膛線這樣的工藝對於純手工業來說實在太複雜了,而且當時人類所掌握的度量精度只到0.1英寸,毫米的概念尚未提出,所以18世紀以前我們的世界並未做好迎接線膛槍時代到來的準備。

到了18世紀中葉,人類以蒸汽機為代表的第一次工業革命開始,人類開始掌握毫米級的加工精度技術,同時工業品也具備了標準化批量生產的能力,不但能夠製造精密的齒輪,槍械毫米級的膛線加工精度也不再困難,這才真正開啟了線膛槍時代。

線膛槍的優點是子彈在槍管線膛的作用下高速旋轉,產生陀螺效應,所以子彈的飛行彈道特別穩定,射擊精度得到成倍的提升。

由於精度得到保證,為了進一步提高槍械的射程,人們開始嘗試在線膛槍中使用圓頭彈和船型尖頭彈,至此,現代槍械開始定型。時至今日,世界上90%的槍炮都採用了線膛設計和彈藥船型尖頭設計,只有少部分有特殊需求的槍炮還在使用滑膛設計,比如水下步槍和坦克炮。

最具代表性的現代線膛步槍是1877年英國陸軍裝備的馬蒂尼-亨利MK-1型步槍,它的槍管有4條右旋膛線,口徑為14. 66毫米,槍機為槓桿式槍機迴轉,彈容量為1發,每開一次或需要推動槓桿進行拋殼,當新彈裝入膛內以後,需要拉動槓桿復位,以完成閉鎖,因此也有人將其稱為“陷門步槍”。

該槍採用圓頭彈,有效射程為400米,爆發射速達到20發/分鐘,使用可拆卸劍型刺刀,是美國溫切斯特槓桿步槍的鼻祖,它的問世代表了現代步槍的發展方向。

▼下圖為1877年英國陸軍裝備的馬蒂尼-亨利MK-1型槓桿步槍,它是世界上第一種流水線批量生產的線膛步槍,只可惜沒有彈倉設計,每擊發一次就需要拉動槓桿拋殼和再裝填,即便如此,它的射速也是滑膛步槍的3倍以上。

槍管要用膛線設計的原因在於讓子彈獲得更優良的彈道性能

膛線是在槍管內壁刻上的、具有一定纏度的凹槽,作用是讓彈丸在發射過程中發生旋轉,以起到彈丸飛行穩定性的作用。

膛線一般分為等距膛線、漸速膛線和混合膛線三種,其中槍械主要使用等距膛線,而漸速膛線和混合膛線主要應用在火炮上。

子彈在膛線槍管裡發生高速旋轉的原理是這樣的:當子彈在槍膛中被擊發以後,火藥在燃燒時產生巨大的壓力推動子彈在槍管里加速;當子彈在加速過程中與呈螺旋狀的膛線發生摩擦,彈丸在摩擦中形成旋轉形態,同時受到從螺旋膛線中溢出的火藥燃氣的推動,彈丸的旋轉速率升高。

這就是子彈在飛行過程中以高速旋轉的形式飛向目標的機理,從理論上來講,子彈旋轉速率越高,陀螺穩定效果越好。

子彈旋轉速率的計算方法是這樣的:我們以著名的AK-47自動步槍為例,該槍的槍管長415mm,膛線為右旋4條,纏距為240mm,子彈初速約為710米/秒。

在不考慮子彈與槍管膛線摩擦力以及空氣阻力的情況下,子彈從被擊發到飛離槍口的時間為:

415mm=0.415米,0.415÷710≈0.00058(秒);

子彈在槍管中加速時的旋轉速率為:

415÷240≈1.73(周/秒);

子彈出膛後的旋轉速率為:

1.73÷0.0058≈2983(周/秒)

計算結果顯示AK-47自動步槍子彈在出膛瞬間以710米/秒的初速飛行時,子彈的旋轉速度達到了2983圈/秒,屬於真正意義上的“高速旋轉”。

而高速旋轉的物體會產生兩種叫做“進動性”和“定軸性”的特性,即陀螺效應,子彈在高速旋轉中飛行時就像高速旋轉的陀螺一樣,當遇到諸如橫風或者偏風這樣的外力時,它的軸的方向是不會隨著外力的方向發生改變的,而是始終以軸圍繞的形式,以子彈中心為定點而進動。

這就是線膛槍發射的子彈打得又遠又準的原因,比如現代高精度狙擊步槍,它的槍管一般有6~8條膛線,這就使得子彈的彈丸在槍管中加速時選裝速率更高,每秒鐘的旋轉速率可達到10000周左右。

▼下圖為紅外線攝像機拍攝的滑膛槍子彈飛行彈道,射擊距離為400碼(365.76米),子彈的飛行彈道彎曲得像迫擊炮彈的曲射彈道,可見沒有線膛的槍械彈道性能時非常差的。

在槍械的槍管里加工出膛線的方法

槍管膛線的加工方法有5種,即刮刀法、鉤刀拉削法、組合環形刀拉削法、頂錐(或膛線衝子)擠JE法、冷精鍛法。

其中刮刀法和鉤刀拉削法兩種槍管膛線加工方法屬於比較原始的手工加工工藝,抗戰時期八路軍兵工廠就廣泛使用這兩種方法為自制槍械拉膛線,同時也是現代非法制槍作坊為槍管拉膛線的主要方法。

刮刀法拉膛線是這樣操作的:先用銼刀在槍管的管口處開兩個小槽,然後用有一定傾斜角的帶狀刀具卡在小槽上,接著用手使勁來回拉動刀具,40~50個回合之後,一對膛線就拉出來了。

鉤刀拉削法拉膛線是這樣操作的:把鉤狀切刀安置在比槍膛直徑略細的鋼拉桿上,鉤形刮刀刃口的高度可以通過調節拉桿層部的螺絲來調節。

每拉動通過槍管一次,拉桿移動幾微米,隨著槍管的勻速旋轉,拉削出一條有一定纏度的陰膛線,達到預定寬度後,再換位置拉第二條膛線。

早期的線膛槍拉一條陰膛線只要拉削二十次左右,而一支較好的槍拉削同樣的陰膛線要拉削一百次左右,拉的次數越多,形成的拉槽越細,越精密。

手工拉膛線是一件費時費力的事,一名熟練工人一天也拉不出10根槍管來,這也是早期線膛槍始終不受重視的原因(產量低、成本高)。

▼下圖為復原的17世紀槍械膛線加工現場,它的加工工藝為鉤刀拉削法拉膛線,拉膛線的工作平臺就是一個木架子,整個加工過程完全依賴人工手動完成,生產效率以及加工精度都非常低。

進入19世紀以後,工業完成了機械對手工的替代過程,槍械的槍管加工膛線工藝也開始了機械批量製造,這時候的膛線加工方法為組合環形刀拉削法,它的加工過程是這樣的:

在一根拉桿上固定25至30個硬質合金鋼環,每個鋼環之間的距離相等,每個鋼環上加工有與陰膛線數量相同的等距的刮刀,每把切刀可循其纏角與下一個環上的切刀相連,從頭連到尾部即可視為一條螺形線。

每一個環上刀刃的突出量略大於前一個環,形成一組系列切刀,所開的槽具有穩定的寬度,深度和間隔,這種組合環形拉削刀通過槍膛—次.則可切削出全部的陰膛線,縮短工作時間,提高了產量和質量。

組合環形刀拉削法工藝的應用標誌著槍械製造進入現代車床生產時代以及部件標準化流水線生產時代,線膛槍管實現真正意義上的批量生產,某些大型槍廠一天就能夠生產1000~3000支步槍,線膛步槍和線膛火炮的大規模生產奠定了人類開展大型戰爭的基礎,比如說第一次世界大戰以及第二次世界大戰。

二戰結束槍管膛線加工技術得到進一步提高,比如德國發明的頂錐(或膛線衝子)擠JE法,它的加工過程是這樣的:用一箇中段截面形態與線膛內截面形狀相同的硬質合金(如碳化鎢)無尖彈頭形頂錐,通過內徑比頂錐略小的槍管光膛時,槍管金屬在頂錐的強力頂壓下,通過槍膛,使膛內徑略有增加,頂錐外表凸出部擠過膛內壁形成變形,即陰膛線,凹入部沿槍膛並緊貼內影擠過形成的變形,卯陽膛線。

該工藝的特點是因承受的大壓力使膛內壁表面金屬密度增加,硬度加大.同時完成了鉸除疵點和製作膛線二返工序。膛內壁由於頂錐的堅硬與平滑的表面擠過而變得光滑,使得槍管的壽命成倍延長。現代坦克滑膛炮的“身管自緊”工藝便是從頂錐(或膛線衝子)擠JE法演變而來的。

進入本世紀以後,槍管膛線加工工藝再次得到優化,即冷精鍛法,它的加工過程是這樣的:槍管徑向冷精鍛成型技術實質上是屬於精密旋轉鍛軸工藝類型,是無切屑精密成型的方法。冷精鍛工藝是在專業精鍛機上,將槍管毛坯件一次鍛打出線膛和彈膛,其內膛的精度有芯軸保證。

說白了就是直接將燒紅的槍管坯一邊鍛打一邊擠壓出膛線來,由於該工藝可以提高槍管的強度、射擊精度,進而提高槍管的壽命,減少初速下降,對提高槍械性能起到了關鍵作用。

▼下圖為北歐國家保留至今的蒸汽機膛線加工車床,第一次世界大戰前後的槍管就是在這種條件下實現大規模生產的,“科學技術是第一生產力”這句話是對工業革命最好的詮釋。如今這臺車床依舊能夠為獵槍生產膛線槍管,只不過車床的動力已經從蒸汽機換為柴油機了。

綜上所述我們可以得出這樣的結論:第一、為槍設計膛線的原因是了讓子彈打得更準、飛得更遠,因為子彈在槍管中與螺旋式膛線摩擦的過程中形成高速旋轉形態,飛出槍膛以後在高速旋轉中飛向目標,高速旋轉能讓子彈發揮出陀螺效應,起到提高射擊精度和射程的作用。

第二、槍的線膛加工工藝在很早以前就問世了,只不過當時生產力低下,沒有大規模生產和裝備軍隊的條件,直到人類開始進入第一次工業革命以後,槍的線膛加工技術才逐漸成熟起來,也實現了大規模批量生產,至此以後人類才具備組織開展大規模戰爭的能力。

槍的線膛既是槍械技術發展的必然產物,也是人類科技進步最直觀的體現。人類在文明發展進程中總是最求最完美的事物,即使是相互廝殺時所使用的殺戮工具也同樣如此,甚至可以說人類所能掌握的最高水平的科學技術都會優先用於戰爭。

對於兩個世紀以前的人類而言,槍炮的膛線加工是一項技術就是一項能將射擊精度和射程提高數倍的高科技。當我們用現代人的目光審視槍炮的膛線加工技術時感覺無非只一種普通的機械加工而已,沒什麼大不了的;倘若我們能在想象中以2個世紀以後的目光來看待如今的各種高科技,很可能那種感覺同樣也是“沒什麼大不了的”。

▼下圖為正在使用二輥機為槍管壓制膛線的俄羅斯某槍廠生產車間,它的原理與坦克滑膛炮的身管自緊工藝基本相同,這樣生產出來的槍管精度和壽命都非常高。


兵器知識譜


我沒玩過槍,但挖過五六彈的彈頭,彈頭上三組凹線,一共六條,既然彈頭上痕跡是凹進去的,那槍管裡一定是凸出來的,上文純粹胡說八道


奧巴馬135378135


這還用問?讓子彈飛!


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