世界各國已經研製了數以千計的步槍,「步槍(Rifle)」這個單詞最初是指槍管內的螺旋形膛線,最初音譯為「來複線」。
槍械歷史學家經過研究,認為在15世紀末、16世紀初的某個時候,中歐地區率先在槍管中開槽。最初,槍匠認為在槍管中開一個筆直的槽,有利於為黑火藥殘渣提供一個集中的地方,並便於在裝填時,將球形鉛彈丸插入槍管底部。
最近,Briley公司生產的雙管獵槍槍管中同樣出現了筆直的膛線,這樣做的目的是通過阻止塑料彈託在發射過程中的任何旋轉,來提高射擊的穩定性,但是用戶並沒有廣泛接受這個復古產品。
本文為《射擊時代(Shooting Times)》雜誌發表的《膛線類型(Types of Rifling)》介紹文章,作者Layne Simpson,本人翻譯給大家分享。
在翻譯文章之前,首先要說一下文章內的相關常識。膛線由凸出的「陽線(Lands)」,與凹進的「陰線(Grooves)」組成,兩者之間存在高度的差異。槍械口徑有的是由陽線直徑決定的,比如7.62×51mm步槍,有的是由陰線直徑決定的,比如9×19mm手槍,具體情況具體分析,不能一概而論。
1837年,英國陸軍裝備布倫瑞克(Brunswick)前膛槍,成為英國的第一款火帽步槍。該槍槍管內有兩條深凹槽,用來與包裹球形鉛彈的皮革緊密貼合,但在實戰中,士兵很難將彈丸上的皮革與槍管上的凹槽對齊。
經過反覆研究發現,與弓箭不同,彈丸經過螺旋形的膛線可以獲得保持穩定的自旋,從而提高了射擊的精度。為了實現彈丸的旋轉,當時的設計師採用了許多不同尋常的方法,其中就有類似布倫瑞克前膛槍的設計,只不過膛線不再是筆直的,而是呈螺旋狀。當彈丸外面包裹的皮革充分嵌入膛線後,就能夠獲得很好的自旋。但是,由於當時使用黑火藥作為發射藥,每次射擊之後都會形成堅硬的火藥殘渣,因此會造成裝填困難。士兵不得不使用與膛線相同的金屬刮板清理槍膛內的汙垢。
除了上面的雙膛線設計之外,另一種設計就是採用六邊形膛線。這樣的步槍需要配備圓錐形彈丸,並能夠獲得很不錯的射擊精度,但是這種膛線同樣面臨火藥殘渣的問題,而且清理非常費力。
前膛槍時代的步槍,很多步槍方面的技術都來自於後膛炮的技術進步。今天在現代步槍上看到的大多數膛線形式都是過去的翻版、改進或組合,其中組合方面最典型的例子就是Boots Obermeyer在上世紀80年代研製的5R膛線(5R Rifling),當時他正在威斯康星州布里斯托的工作室中研製符合生產要求的膛線類型。
Obermeyer在研究過蘇聯5.45×39mm口徑的AK-74步槍之後,就萌生了研製5R膛線的想法。取代傳統陽線的相互平行邊緣,從頂部到底部都是傾斜的。這個想法並不是蘇聯人的原創,最初是18世紀,為減少槍膛內火藥殘渣的累積,而採用的一種特殊的膛線設計方式。
上世紀80年代,槍管制造商BootsObermeyer將舊的五條膛線設計與他在蘇聯AK-74步槍中看到的傾斜膛線設計結合起來,推出了現在被許多槍械製造企業廣泛使用的5R膛線。
如今,減小或消除陽線與陰線之間的夾角,已經成為降低彈丸被甲摩擦和槍管積垢的重要措施之一。如果槍管內部非常光滑,沒有機械加工產生的橫向痕跡,陽線兩端的尖角也被消除,這樣就可以更好地讓彈丸封閉火藥燃氣。除了減少陽線和陰線的腐蝕之外,還減少了槍管掛銅的現象。
Obermeyer並不滿足於此,而是增加了第五條膛線,這與英國在19世紀後期為其.303口徑的李恩菲爾德步槍所採用的膛線數量相同。後來,美國.30-06口徑的1919恩菲爾德步槍也採用過這種膛線。通過將每個陽線對應一條陰線的方式,減小彈丸被甲的變形,同時降低了薄被甲彈丸在快速通過槍管時,發生破甲破裂的機率。除此之外,5R膛線絕對沒有所謂的「魔力」,眾多獲得5R膛線授權的製造企業中,其產品在質量和射擊精度都存在很大的差異。
今天,六條或四條膛線是軍用步槍中最常見的設計,更多或更少的膛線設計已經很少見到了。五條膛線只是19世紀後期,英國.303口徑的李恩菲爾德步槍,以及美國.30-06口徑的1919恩菲爾德步槍上使用過。
雖然許多公司現在提供5R步槍,但類似的模式並不是那麼幸運。 一個例子是在槍口式裝甲時代出現的棘輪式步槍,後來在1920年代由彈藥開發商和步槍製造商查爾斯·牛頓使用。 正如Shilen今天所描述的那樣,該公司提供的棘輪步槍的口徑範圍為.224至.375。 像5R步槍一樣,棘輪步槍也有五個凸臺和凹槽。
雖然許多公司現在製造5R膛線的步槍,但類似的設計並不沒有獲得軍方的青睞。另外,一款五膛線設計就是前膛槍時代出現的棘輪膛線(Ratchet Rifling)。這種膛線是上世紀20年代由彈藥開發商兼步槍製造商查爾斯·牛頓(Charles Newton)發明的。正如今天還在生產棘輪膛線的Shilen公司說的那樣,他們提供的棘輪步槍口徑為.224~.375英寸(5.67~9.53mm),這種膛線同樣有五條。
這種較老的膛線設計目前依舊可以在Shilen公司的產品上見到,它已經證明其性能與5R膛線一樣出色。
今天製造的大多數步槍槍管都有四條或六條膛線,其他數量的膛線已經很少見到。其中最少見的是橢圓形膛線的槍管,而不是更加常見的陰線和陽線設計,它出現在羅斯步槍公司(RossRifleCo.)製造的一些槍管上,牛頓公司和美國陸軍都試用過這種膛線設計。
螺旋形的橢圓形膛線是前膛步槍時代出現的一種不同尋常的膛線設計,它採用的是橢圓形取代了普通的溝槽設計。
在戰爭時期,有限的軍費無法支持大量步槍的生產費用時,就會通過減少膛線數量的方式降低步槍製造成本。筆者就有兩支上世紀30年代知道的斯普林費爾德步槍,不同的是,一支有標準的四條膛線,一支則只有兩條膛線。英國在19世紀初,就曾經嘗試製造兩條膛線的步槍。1942年開始,雷明頓試圖通過只生產兩條膛線的槍管,來加快戰時生產斯普林費爾德1903A3步槍的速度。斯普林費爾德兵工廠經過廣泛的測試證明,兩條膛線的步槍,與標準的四條膛線步槍一樣準確,並延長了「精度壽命」。即保證一定射擊精度的前提下,發射彈藥的多少。
第二次世界大戰期間,雷明頓為斯普林費爾德1903A3步槍製造了只有兩條膛線的槍管,除了精度與標準四膛線槍管一樣之外,精度壽命還更長。
筆者再也沒有兩條膛線的斯普林費爾德步槍了,但是,筆者定製的.300H&H口徑雷明頓700步槍,與DanLilja公司製造的競賽級三膛線槍管非常接近。這支步槍對彈藥非常挑剔,卻可以在100碼距離上,一組三發打出0.5MOA的精度。有人可能會認為,三膛線槍管很難發射薄被甲彈藥,但近射程的SierraMatchKing或BergerMatchHybridTarget彈藥還沒有在命中靶紙之前就破碎過。考慮到這支步槍的發射次數,每次通過LymanBorecam看到槍膛內部的微小腐蝕痕跡,都會讓筆者心疼不已。
槍管中的膛線如果增加,就會縮短「精度壽命」。瑪琳公司(Marlin)曾經推出.222雷明頓口徑的,採用Sako L46槍機的322型栓動步槍。剛剛推出時反響很好,但在1954年大量用戶反映這種在發射500枚彈藥之後精度急劇下降,因此這款步槍被很快停產,總產量不足6000支。這是因為購買這種步槍的用戶都是射擊次數較少的草原獵人,他們的目標主要是小型獵物。而西部草原野狗獵人的投訴又高於東部土撥鼠獵人,這是因為前者的射擊次數高於後者。正如瑪琳公司在後來實驗中發現的,這種採用12條膛線的槍管並沒有使用耐腐蝕鋼材,因此造成精度壽命較短。可以這樣理解,它就像是一張紙與一個厚紙板,同時被火柴點燃,但紙板需要更長的時間才會被完全燃燒乾淨。
瑪琳公司322型步槍採用了微型膛線設計,槍管內有12條膛線,雖然事實證明對於.30-30的彈藥來說精度令人滿意,但精度壽命僅有500發。
有人生產某些類型的膛線可以提供比其他設計更高的初速,但筆者懷疑它是否足夠重要,這是因為陽線與陰線的直徑差異,具有更大的影響。與相同長度的量產槍管相比,競賽級槍管通常會具有更高的初速,因為這種槍管的陰線和陽線尺寸差異很小。筆者擁有兩支.243溫徹斯特口徑的步槍,一支配備賈裡特公司(Jarrett)製造的22英寸(559mm)長的競賽級槍管,一支配備26英寸(660mm)長的量產槍管,無論發射哪種彈藥,前者的初速永遠比後者高。
競賽級槍管都要進行精密的研磨工序,因為對槍管進行熱處理會破壞陰線和陽線直徑的均勻性。對於量產槍管來說,這無關緊要,但對於精度優於0.5MOA的競賽槍管來說,這樣的變化就會對精度產生極大影響。通常,進入研磨工序的槍管內徑會比成品略小一點,然後由槍匠進行手工研磨,這樣可以改善槍膛一端到另一端的均勻性。頂級競賽槍管彈膛到槍口的偏差不超過2.54微米。形象一點說,就是一張紙厚度的二十分之一。製造出競賽級槍管費時費力,因此它們的價格昂貴得多,但當您需要儘可能高的精度時,這個成本是值得的。
纏距
在過去的幾百年間,膛線的纏距(即彈丸旋轉一周時通過的槍管長度)已經發生了巨大的變化。最初,因為膛線是筆直的,所以球形彈丸是根本不旋轉的。19世紀中葉,軍用步槍的纏距緩慢增加到1:72,換句話說,一枚球形彈丸經過30英寸(762mm)長的槍管發射出去的時候,還沒有轉半圈兒。19世紀,著名的落基山步槍誕生,聖路易斯的雅各布兄弟和塞繆爾·霍肯(SamuelHawken)對纏距進行了多次嘗試,並在這種步槍生產的最後30年裡,將這款.50英寸(12.7mm)口徑的,發射球形彈丸的線膛前膛槍的纏距固定在1:48。
低初速的步槍即便採用了這樣的纏距,依舊可以在美國內戰時期,保證空底的小型彈丸達到可以接受的精度。但是,這樣的纏距無法讓圓柱狀的實心彈丸保持穩定。這就是為什麼美國陸軍在1873年採用的.45-70口徑的斯普林費爾德活門步槍,三膛線槍管採用了1:22的纏距。由於彈丸的長徑比越來越大,因此需要更小的纏距。1892年,克拉格·約根森(Krag-Jorgensen)將1:10的纏距引入到美國陸軍,後來.30-03和.30-06斯普林費爾德彈藥都採用了這個纏距。今天一些超長的彈丸需要1:7或1:8的纏距,但是這樣的小纏距膛線並不是什麼新生事物。1891年義大利的卡爾卡諾槍管(6.5×52mm)和1903年的曼利徹·舍瑙爾(Mannlicher-Schoenauer)槍管都採用了1:8的纏距。
如今,大多數步槍的膛線從底部到槍口都是固定的纏距,但在19世紀後期,「漸速膛線(Gain Twist)」在專為遠距離射擊定製的步槍和剛剛出現的後膛步槍中頗受歡迎。一個早期的例子就是槍管尾端的膛線纏距是1:30,隨後纏距逐漸減小到槍口的1:20。從理論上說,先將彈丸慢速旋轉,然後隨著火藥燃氣的作用,彈丸速度越來越快,纏距也會逐漸減小,讓彈丸逐漸加速旋轉。在這樣的槍管中,彈丸變形較小,從而提高了射擊的精度。「漸速膛線」的使用歷史最早可以追溯到18世紀,但其最著名的應用是19世紀製造的柯爾特火帽式轉輪手槍。膛線從最初的滑膛過渡到有膛線,然後劇烈旋轉。今天,仍有幾家槍械製造商提供「漸速膛線」的槍管,但與過去的產品相比,纏距改變幅度很小。例如,巴特林公司(Bartlein)6mm槍管的纏距最初為1:7.7,逐漸過渡到槍口處的1:7。
霰彈槍槍管中也會使用一定的膛線,其中最著名的就是英國Holland&Holland公司製造的Paradox雙管獵槍。槍口處幾英寸的位置有膛線,Paradox通常為10或12號口徑,發射硬化的鉛彈丸,裝在紙或薄黃銅製造的霰彈中。12號霰彈採用黑火藥作為發射藥,能夠推動740格令(48克)的霰彈,初速達到305米/秒。通過使用柯達無煙線狀發射藥(Cordite),初速可以提升到366米/秒。
Holland&Holland公司製造的Paradox雙管獵槍,只有在距離槍口幾英寸的部分有膛線。
儘管Paradox雙管獵槍的彈丸分布質量並不如完全滑膛的霰彈槍出色,但是由於彈丸是緩慢旋轉的,射擊效果也還不錯。現在很多槍械企業推出的霰彈槍都可以通過更換喉縮的方式,安裝帶有膛線的部分。
彈槍的全長步槍加上被破壞的子彈負載,已經將短距離的鳥槍變成了可以在相當遠的距離精確射擊的獵鹿人。在我的電池中,有六把子彈槍中,最精確的是12英寸的白朗寧A型槍和22英寸,1:28扭力槍管。在200碼處,它始終在四英寸內射擊聯邦300粒Trophy Copper和雷明頓385粒AccuTip彈頭。
如果霰彈槍配備了全長的線膛槍管,再加上獨頭彈藥,就可以將短距離的鳥槍變成了可以在相當遠的距離精確射擊的獵鹿槍。在筆者收藏的六支霰彈槍中,精度最高的就是12號白朗寧A栓動霰彈槍,槍管長22英寸(559mm),纏距1:28。距離200碼(182.8米),發射聯邦300格令Trophy Copper彈藥和雷明頓385格令AccuTip彈藥,散布圓直徑小於4英寸(102mm),相當於2 MOA。
白朗寧A栓動霰彈槍,口徑12號,採用可打開的彈倉供彈,彈容量2+1發。由於採用栓動方式,以及全線膛槍管,因此可以將其看作一支18.4mm的栓動步槍。只是發射的是3英寸(76.2mm)長的霰彈,而非金屬定裝彈。
回到膛線的話題,選擇合適的膛線纏距主要取決於步槍的用途。比如,使用6mmPPC口徑彈藥在100碼、200碼進行精度射擊,彈丸重量為60~70格令,大多數槍管的纏距很大,從1:12~1:15不等。相反的極端示例就是,發射6×47mm拉普阿彈藥的步槍,能夠準確命中1000碼(914米)距離上的鋼靶,因此彈丸長徑比會非常大,彈丸重量為105~115格令,纏距通常為1:7。
筆者建議,在為大型自製步槍選擇槍管時,最好選擇纏距較小的膛線,以穩定發射彈丸最長、最重的彈藥型號。
例如,.264溫徹斯特馬格南彈藥的標準纏距長期以來都是1:9,但是在研發6.5ShootingTimesWesterner彈藥時,筆者選擇了更小的1:8纏距,以滿足未來彈藥開發的需求。.350雷明頓瑪格南和.35Whelen彈藥的標準纏距是1:16,在研發.358ShootingTimesAlaskan彈藥時,筆者選用了1:12的纏距作為標準。這樣,它不僅可以使用較輕的Nosler225格令彈丸,還能使用Swift280格令A-Frame彈丸,甚至最重的Woodleigh310格令Weldcore彈丸,同樣的藥筒和發射藥,與這些外形和重量差異很大的彈丸搭配,都能夠保證出色的射擊精度。
如果對新膛線的纏距有疑問,那麼就要與彈藥的製造商,甚至是您可能要使用的槍管的製造商,或者組裝這支步槍的槍匠進行充分的溝通,確認您的用途、發射的彈藥型號、彈丸重量和類別,然後綜合考慮。
既然您現在對膛線已經有所了解,那麼筆者告訴您一些其他方面的知識。說到射擊精度,槍管中的膛線類型並不是決定因素。能夠贏得射擊比賽勝利的精度,來自槍管所用的最好的鋼材,以及經過完美製造的膛線,並由經驗豐富的槍匠用雙手和現代機械實現的最出色的製造工藝。某些類型的膛線更容易清潔,某些類型的膛線精度壽命更長,而某些類型的膛線讓彈丸初速更高。但是,世界上精度最高的槍械,絕對沒有所謂的「最佳」類型膛線的選項。大多數信譽良好的競賽級槍管制造商,通常會提供不止一種類型的膛線。