膛线为什么能让子弹旋转?

看到大家对干货贴很感兴趣,今天就再来一发,以后我看到好的,都帮忙转过来,大家共同学习探讨膛线为什么能让子弹旋转? ,声明下,下面的内容转自知乎,写的很专业。

首先:

1,枪管是硬的,子弹是软的[我艹怎么一下邪恶了]。所以子弹会”挤“入枪管,并由于子弹的软,形成与膛线契合的凹槽,所以会沿着膛线旋转。

2,如果子弹上有线,但枪管是滑膛的,那么分两种情况。第一种是子弹的阳径[也就是子弹上的线的凸点,(为啥又开始邪恶了)抱歉我忘了专业称呼是什么了]与枪管直径吻合,那么这种情况下子弹会旋转,但同时会有大量的火药燃气从凹进去的阴线泄露,能量利用效率大大降低;第二种是子弹的阴径[也就是子弹上的线的凹点(我艹为什么这么邪恶),很抱歉我又忘了叫啥名字了]与枪管直径吻合,那么这种情况下子弹的膛线会被枪管”挤扁“,产生极大的摩擦力,甚至可能造成子弹破碎,极端情况下就是炸膛。

3,加装尾翼会让子弹旋转,但由于尾翼不可能做的特别精确,所以子弹的旋转会变得很没有规律,应用前景渺茫。也许有人会问,膛线也做的不够精确啊?但膛线很长,一处的不精确会在长长的膛线中被抵消,旋转会比较有规律。

4,目前我们常见到的带尾翼的弹丸[注意不只是子弹]是霰弹枪发射的箭簇弹(这也很罕见了)和滑膛坦克炮发射的尾翼稳定脱壳穿甲弹,这些弹丸的尾翼是保持弹丸不会旋转,增加侵袭力(也就是穿甲能力),因为自旋的弹丸虽然飞行更加稳定,但侵袭力不如没有自旋的弹丸。

其次:

这个问题如果只集中在为什么膛线会让子弹旋转这个主题上,就没什么太大意思了,前面这两位兄弟都讲清楚了......不过我更愿意认为这是一个弹体气动力学的题目,讨论一下可能不是太切题目会比较过瘾:

1 为什么子弹不是圆的,或者是椎体的但是自带稳定尾翼?

膛线为什么能让子弹旋转?

其实最早火药被武器化的时候,弹丸就是圆的,炮弹也是圆的,但圆形物体在空气中所获得的风阻是阻碍射程和射击精度甚至杀伤力的主要原因,所以再进一步的子弹气动设计必然是椎体;随后的设计考量自然转到在子弹本身为椎体的情况下,枪体本身是线膛好还是滑膛更好?为什么不是在滑膛的情况下加装尾翼以获取稳定的飞行气动外形呢?

我觉得这是成本问题,如果极大量生产和消耗的子弹都被设计成带有稳定尾翼的形状,那么现有弹头设计的难度会大大上升,通过合金铸造和焊接的锥形是最简设计,再加上尾翼则意味着带有尾翼的弹头和弹壳的连接会是大问题(现在是胶水固接),而且生产尾翼,不论是在弹体上铸造出,还是独立焊接,都是成本、产量和子弹质量稳定性的大问题。所以简化系统最大量部件的结构和设计,是优化系统的唯一思路。

从另一个角度说,即便弹体本身可以形成“膛线效应”,从而在滑膛里让子弹产生足够的自身旋转,也是不必要的,也会大幅增加子弹制造成本,而远远没有通过枪管的膛线(更坚固耐用)和光滑的、质量均匀的弹头或去自旋稳定的机制合理;

2 膛线的作用:

膛线就是枪管内部的螺旋凹凸槽,在枪管整体光滑笔直的情况下,在枪管内部形成螺旋通道,强迫弹头在整体脱离枪管的时在不显著降低初速度的前提下获取足够的自旋稳定性。参见下图:

膛线为什么能让子弹旋转?

这是给出弹头质心在线膛枪内的运动轨迹。多数情况下,因为弹头安装在弹壳上的精度、弹头被压力机构推入枪膛的相对位置等,都会造成发射后弹头的质心是不可能按照枪管的理论中轴线运动的,而是会形成一个偏差角度(尽管很小),膛线在强迫弹头高速自转以获取稳定的同时,也会带来能量的一部分损耗和弹头质心的“章动“(欧拉角的一种,Euler)。

当然更大的欧拉角效应还是来自于弹头出膛之后在空气中遇到的激波阻力,如下图:

膛线为什么能让子弹旋转?

弹头速度越大,遇到的空气阻力就越大,如果弹头在出膛时不赋予足够的转动惯量,那弹体就会反转,在一定的射程上造成不可接受的射击误差,甚至不如球型弹头。这就是膛线的最主要的作用,赋予弹头自转惯量,克服空气阻力力矩。其稳定原理和陀螺是一致的,高速旋转的陀螺是极难推倒的,外力只会让其绕固定自转轴旋转,而不倒。如果推广到子弹弹头的运动轨迹上,则如下:

膛线为什么能让子弹旋转?

所以影响射击精度的不只初速,还有转动惯量。这是为什么长程狙击步枪的子弹弹头都是重金属,而狙击枪管的长度也特别长的原因。通过长程膛线,让质量很重的弹头高速旋转起来,就可以在远距离上(超过1500米)获取足够的射击精度,章动角覆盖范围会变得可以接受;

3 另外插一句传说中的”达姆弹“,弹头往往选择为软质材料,比如铅甚至空心,这样弹头的质心就非常容易因变形而产生漂移,其在空气中高速运动的章动角也就相对较大;另外轻质弹头在打入人体的一刹那,因为质量轻,所以其动能会被人体骨骼或者肌肉组织快速吸收,也会造成弹头在体内翻转,扩大杀伤。这是利用了弹头外形的另一个极端,不够人道。

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步枪弹道特性和膛线缠距也有很大关系,虽然枪管长度可以理解为足够影响射击有效距离范围,但膛线缠距对于弹道特性的影响是较大的,膛线缠距和枪管长度是有互相制约的。通过精确设计不同枪管长度的膛线缠距,可以优化和发挥出所匹配子弹的某种特性,尽管所用子弹是一样的,但发挥出的特性却大不一样。比如美军制式步枪M4的膛线缠距就是完美优化并且发挥出中近距离的杀伤效果,100米--300米之内的杀伤效果优于同门兄弟M16A2,而M16A2的弹道特性更适合300米以上的中远距离,稳定且精确,M4中远程就差些了,这并非只是枪管长度的问题,和各方面设计有关。所以,枪管长度并非只是简单的可长可短,还有更多需要考虑和匹配的内容。达姆弹独有的杀伤效果,和弹头设计有关,和枪械膛线,章动角,是否轻质材料关系不大,和弹头接触面设计有关,比如空尖弹,和弹头材料质地有关,比如无被甲裸铅弹等等,都可以造成原型达姆弹的杀伤效果,主要就是弹头严重变形或破碎,释放全部动能。

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现代步枪的弹头章动角常见于制造的劣质步枪枪管和粗糙的弹药。章动角直接影响到弹道特性稳定度,但章动角影响最大的还是远程弹道特性,中近程的影响并不大。所以,高精度的狙击步枪成本极高的原因就在于枪械设计制造的品质要求极高,还有特别的狙击专用子弹,所有子弹制造标准及其精确,价格也昂贵,目的也就是苛求稳定度。


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