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为什么子弹不用全可燃药筒设计?

回答
子弹不用全可燃药筒设计,这背后其实隐藏着一系列的工程学、材料学以及实际应用上的考量。乍一看,全可燃药筒似乎能省去抛壳的麻烦,简化武器结构,听起来很诱人。但深入分析,就会发现其中的复杂性远超想象,甚至在很多方面弊大于利。

首先,我们得明白“全可燃药筒”究竟是什么意思。通常我们说的子弹,是指弹头、弹壳、发射药和底火组成的整体。这里的“药筒”,指的就是那个金属弹壳。而“全可燃药筒”如果按照字面意思理解,就是指整个弹壳都能在发射时燃烧殆尽,或者至少是大部分可燃,并且能被发射药的能量一同“消耗”。

为什么不这样做?核心原因可以从以下几个方面来拆解:

1. 材料的限制与权衡:

现有金属弹壳的优势: 铜、黄铜(铜锌合金)等金属弹壳,在现代枪械中之所以能沿用百年,是因为它们在强度、延展性、耐腐蚀性以及密封性上表现出色。在火药燃烧产生巨大压力时,金属弹壳能够有效地膨胀,紧密贴合枪膛,形成严密的闭锁,阻止炽热的高压燃气倒灌,保护射手。同时,金属弹壳在一定程度上能吸收和传递热量,防止过热。
可燃材料的困境: 要想让弹壳“可燃”,我们需要使用易燃的材料。最直接的想法可能是纸质或某种复合材料。但问题来了:
强度不足: 纸质或塑料材料,即使经过强化,其在承受数千大气压的瞬间爆发力时,强度也远不如金属。它们很容易在压力下变形、破裂,导致气体泄露,也就是我们常说的“炸膛”。这对于射击精度和射手安全是致命的。
耐热性差: 火药燃烧产生的温度极高,金属弹壳在一定程度上能承受,但可燃材料能否在如此高温下不被瞬间烧毁,并且在燃烧过程中保持结构完整,是个巨大的挑战。
密封性问题: 即使材料能耐受高温和高压,如何保证发射瞬间的完美密封?金属弹壳通过膨胀变形来实现密封,而可燃材料的变形特性和烧蚀过程,都可能导致密封不严,燃气泄露。
燃烧不完全与残留物: 即使是设计成可燃的,在实际发射过程中,火药的燃烧速度、压力、温度等条件会有细微差异。这可能导致可燃材料燃烧不完全,产生大量的烟灰、碳化物等残留物。这些残留物堆积在枪膛内,会影响下一发子弹的顺利进膛和射击精度,甚至可能导致卡壳。

2. 能量利用与效率:

金属弹壳的“反作用力”: 尽管我们不希望金属弹壳被分解,但实际上,在后座力的产生过程中,金属弹壳的膨胀和收缩,以及它与枪膛的摩擦,都是能量传递的一部分。
可燃材料的能量“浪费”: 如果弹壳本身要燃烧殆尽,那么一部分火药释放的能量将被用于驱动这个燃烧过程,而不是完全转化为弹头的动能。这就像一辆车,一部分汽油用来驱动轮子,另一部分用来烧毁车身,显然效率低下。

3. 武器设计的复杂性:

抛壳机构的必要性: 现代自动武器之所以有抛壳机构,是为了迅速、可靠地清除已发射的弹壳,为下一发子弹的进膛腾出空间。如果采用全可燃弹药,理论上可以省去抛壳的步骤,但这样一来,武器的设计又要重新考虑。
新的问题出现: 即使弹壳烧毁了,但燃烧后产生的灰烬、未燃尽的颗粒以及高温的残余物,仍然需要从枪膛中清除。如果这些残留物卡在枪膛里,或者影响了弹头顺利离膛,武器同样无法正常工作。实际上,设计一个能可靠清除可燃弹药燃烧产物的机构,可能比设计一个抛壳机构更加复杂和不可靠。
冷却问题: 金属弹壳在一定程度上能帮助散热。如果弹壳在发射后也“消失”了,那么枪管和枪膛的散热负担会更重。

4. 历史上的尝试与现实:

早期的纸壳弹: 在十九世纪,确实存在过纸壳弹药。这种弹药在发射时,纸壳会与火药一起燃烧,但它们往往需要一个金属制的“底部”来承载底火,并且在结构上仍然存在很多问题,比如密封性差、精度不高、易受潮等。现代的纸壳弹药,更多地出现在霰弹枪中,但那里的压力和要求与步枪、手枪弹药有本质区别,而且霰弹枪的弹膛也需要清理。
活塞式弹药(Saboted rounds): 某些特种弹药,比如用于穿甲弹的“弹托”(sabot),在弹头离膛后会被抛弃,从这个角度看,它也算是一种“消耗性”部件,但这和整个弹壳都是可燃的又是两个概念。

5. 成本与标准化:

制造难度与成本: 研发和生产可靠的全可燃弹药,需要全新的材料科学和制造工艺,其研发成本和生产成本很可能远高于现有的金属弹壳。
武器系统的兼容性: 如果出现全可燃弹药,那么现有的所有枪械都需要进行改造,甚至重新设计。这将带来巨大的经济和技术成本,并且难以实现标准化。

总结一下:

虽然全可燃药筒的设计在理论上似乎能简化武器操作,但在实际工程应用中,其在 材料强度、耐热性、密封性、燃烧效率、残留物清除以及武器系统的兼容性 等方面都面临着巨大的挑战。金属弹壳之所以能成为主流,是因为它在综合性能上找到了一个最佳的平衡点,并且经过了长期的实践检验。

与其说是“不愿意”使用全可燃药筒,不如说是现有的技术水平和材料学尚未能找到一种可靠、安全、高效且经济的解决方案,来取代金属弹壳在枪械中的核心作用。我们现在看到的,是工程学在追求效率和实用性过程中,对各种可能性进行权衡后的必然选择。

网友意见

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题主啊,眼界窄了吧。为啥干脆就不要弹壳?药筒岂是如此不便之物?

巧了,西德国防部跟黑坑公司在二战后也是这么想的,所以有了4.73毫米口径的无壳弹,及配套的G11无壳突击步枪。

然而凡事就怕说但是。

但是,子弹的最终定型的时候,发射药居然是爆炸威力惊人的奥克托金,配合纤维素、粘结剂等成分保证子弹成型,也在一定程度上缓释奥克托金的燃烧速率。然而毕竟这玩意是方块发射药埋住圆形弹头,导致发射药结构上外壁有厚有薄,击发之前的机械强度不足,难以保证某些质量较差完全不会因为外力挤压从而破碎。你见过哪个子弹在正常使用的时候被压瘪弹壳的?

并且,因为外包发射药的化学特性,还时常因为过热导致弹药自燃,烧了就只能扔一边。前一种发射药则是更易燃的硝化棉,打了20发弹匣里的剩余子弹就开始自燃,这发射药能用?最后才换的奥克托金,然而还是没能完全解决自燃的问题。你见过用了百多年的金属蛋壳子弹,在相对正常的环境下,有哪个自燃过?

这子弹自身两个毛病是娘胎里带出来的之外,还有个子弹制作技术困难带出来的成本偏高问题,子弹需要上计算机筛选之类当时非常高精尖的技术, 自然相应技术的实现本身也不便宜。这样的不靠谱且昂贵的弹药,怎么能大规模配备军队呢?讲个笑话,这发射药看样子是需要冲压成型或者干脆上钻头经过切削作业才能成型,就这也能知道子弹在加工过程中得有多不靠谱。


说完弹,再说枪。

当时西德国防部觉得常规轻武器交战距离只有300米左右,那么这把枪就定个300米的有效射程吧。子弹口径挑来挑去,最后选中了上面提到过的4.73毫米,比小孩玩的BB枪还能明显小一丝。然而,枪机总成及其工作方式明显超过了便携使用与随修随用的下限。

任何人一眼看到那个枪机总成,都会感叹,啊,果然是“精(德)准(佬)的(日)德(常)国(方)工(脑)艺(壳)”。为了保证连发(二战以后有效射程只有300米的轻武器枪支不能连发那还不如烧火棍,霰弹枪除外),一个旋转式枪膛,用了各种膨胀活塞连杆以及齿轮保证旋转,以击发后产生的废气驱动这些连杆动作以完成枪膛旋转90度,由水平转为竖向接收弹匣提供的后续子弹,再旋转90度准备好下一次击发所需的机械能。为了限制发射速度过大导致枪机组件温度上升过快,这玩意就只能半自动点射与三连发模式,没有全自动模式,饶是这样,三连发打完也只要60毫秒,可以说毫无感觉。

那么为了保证上面这个一套击发-再装填的循环,枪机总成有非常多看似大小不一,实际宏观尺寸都没有超过一根香烟大小的,形同各种加工碎屑的精密部件(不含枪管以及枪机活动件的外支撑结构),光零件列表就有13页,看单子都能让人发疯。总而言之,那一坨玩意去掉枪管,说是钟表机芯都是有人信的。这战场维护肯定不能让大头兵自己上了,得配备个钟表师那样的专职枪支维修员才行。

如此精细的机构被巧妙地包裹进长条方盒子一样的枪身中后部,上膛方式则是通过枪身左面中后部的一个旋转式拨片,要上膛的时候提起拨片逆时针转两个半圈(即左手拇指前压),转完把拨片按回去。扳机及握把在拨片前面,相对比较好地处在枪支重心附近。

那么供弹呢?上插式弹匣插在枪身上部,弹头朝下以便快速插入弹膛让其旋转。弹匣很能装,50发子弹一字排开,甚至还能在旁边开槽另外装两个备用弹匣。瞄具则是一个光学瞄准镜,没有机械瞄具,看意思似乎还能充当提把使用。

这玩意不考虑可靠性,单纯射击手感还是相当不错的,战斗全重才4.3公斤,重心也比较合适地集中在握把附近,后坐力可以说几乎没有,勤务性能应该不差。然而考虑可靠性及精度,还不如大西洋对面的M16A2,这是G11参与了大米的ACR项目得出的结论。不过ACR项目测试的枪支不止G11,其他一圈枪在精度上都不如M16A2,成本上倒是可以超出许多。米帝军械局表示,俺还是抱着AR15构型接着薅算逑。

G11项目从60年代拖到90年代两德合并,联邦参议院表示没钱搞武备不会大规模订购,就自然流产了。

总而言之,这玩意由于其极端的复杂性与恶劣的可靠性,以及精度不佳外带长时间难产导致成本飙升,自己就走进了死胡同,也让其他想开发无壳弹的国家更加谨慎地对待无壳弹及其枪支的开发,无壳弹在理论上的潮流现如今算是偃旗息鼓了。


说回所谓全可燃药筒的缺陷,无外乎几条:

一、枪机散热相对困难,不像金属弹枪机那样会有个抛壳散热动作,即通过将高温弹壳抛出以及打开枪膛直接与外界空气连通而强制散热,需要时不时停止击发来散热,影响射速;

二、可燃药筒本身的机械强度不如金属弹壳甚至塑料弹壳,相对金属弹更容易发生击发前就变形裂解等意外情况,还是会影响射速;

三、可燃药筒容易燃烧不充分不完全而在枪膛内结垢,又或者不要药筒直接发射药固型则不好加工,反正都不如金属或者塑料弹壳在制造方面便宜还省心。

总体上,所谓全可燃药筒在射速、可靠性、成本等方面都有问题,这也是老式纸壳弹被淘汰了百多年的原因。

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