《百萬年的孤寂》、《百步穿楊》、《烽火朝鮮》的交會。

1999/09/25

槍口集氣器原理探討

導言

槍口集氣器(muzzle cap、又稱 muzzle cone 或 gas trap)是(半)自動槍械 作用原理的一種,和一般的氣體活塞作用式(M14、AK47)、氣體直推式(M16) 一樣,都是利用裝藥燃燒廢氣的能量來完成開鎖退殼的動作。它和其他氣體作用式不 同的地方在於其它的都是在槍膛內開個氣孔,使用在彈頭出口前的高壓氣體來運作; 而它則是位於槍口之外,使用的是彈頭出口後已經擴散減壓的氣體來運作。

先驅者──白朗寧

當馬克沁在 1883 年發明自動機槍後,他著實花了一些心思在保護自己的發明上。他的 專利申請經過深思熟慮,基本上涵蓋了幾乎所有後座作用式可能的裝置,也造成了一時的 壟斷。他唯一失策的地方在於忽略了氣體作用式和反衝式;雖然他在 1884 年的另一個專 利中包括了利用槍口的氣體來操作槍機,但並沒有深入地研究,因此留下了一些可供發 展的空間。

氣體作用式的先驅是約翰‧白朗寧,他在 1880 年代開始試製機槍,有鑑於馬克沁(Maxim) 幾乎已經將所有可能的後座作用方式都申請了專利,他於是另闢途徑,嘗試用槍膛內氣體的 能量來做為自動運作的能量來源。在最早期的試驗中,他曾經成功地用槍口集氣器(muzzle cap)蒐集子彈出口後在槍口擴散的氣體來運作一支溫徹斯特來福槍;但是因為效果不佳, 他很快就改在接近槍口的槍管壁上鑽個氣孔來蒐集氣體,成為他 1889 年發明的科爾特機槍 和日後白朗寧自動步槍(BAR)的運作原理,也成為日後氣體作用式的主流。白朗寧大概是 覺得槍口集氣的效果不佳,因此並沒有去申請專利。

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精確度的考量

雖然白朗寧並沒有將其實用化,後來卻有很多人對這種槍口集氣器很感興趣,將其修改 後嘗試應用在半自動槍械上;他們的主要考量是為了增加半自動槍械的精確度。當時已經 知道半自動步槍的精確度不如比手動的栓式步槍,當代的理論認為如果氣體在彈頭還在槍 管中時就開始推動機件進行動作的話,會影響到精確度。這種說法也不是完全沒有依據: 美國陸軍在 1950 年代實驗的結果顯示,標準氣體活塞式的 M1 Garand 在離槍口 2 英吋 處鑽孔取氣,彈頭出口時活塞已經移動了 0.03 英吋,而氣孔離槍口 8 英吋的 M14 則有 0.05 英吋的活塞運動。使用槍口集氣器的設計在理論上應該可以確保在彈頭完全出口之 後機件才動作,所以不會影響到精確度。

那麼,現代的看法如何呢?現代雖然仍然承認一般半自動槍械的準確度不如手動槍械, 但是只要槍枝的平衡性好,這種微量運動應該不會有太大的影響。

Bang 的設計

在眾多的槍口集氣器設計中,以丹麥人 Soren H. Bang 在 1904 年的專利最為著名。由 於他積極地向各國軍方推銷他設計的槍枝,參加了各種測試,結果也讓人滿意;雖然最後因為 種種因素沒有被任何國家採用,但卻讓他在槍械發展史上留下大名。許多資料一提起槍口集氣 器就說是 Bang 原理,也算一不朽了。

Bang's Muzzle Cap

Bang 的步槍原理上由一個杯狀的裝置在槍口收集彈頭出口後的剩餘氣體,再經由一個複 雜的槓桿系統傳遞到槍機,以做為開閉鎖之用。這個杯狀的集氣器是活動式的,位於槍口前 端。彈頭出口後,裝藥燃燒的廢氣會擴散在集氣器與槍口之間的空間,有足夠的力量將它向 前推出,帶動一根連桿向前。這個連桿拉動一個槓桿的後端桿臂向前移動,槓桿沿支點旋轉 ,前端桿臂就向後運動,再帶動槍機連桿開鎖退殼。這個結構看起來有一點複雜,實際運作 上卻還令人滿意。但是當初在設計時由於考慮到這個結構額外增加的重量問題,特意減輕 槍管的重量來維持全槍的重量在適當的範圍內,不料卻變成它的最大致命傷。在美國陸軍的 測試中,很快就發現槍管實在太薄了,連發快放時一下子就熱得燙手;雖然它在其他測試方面 都有不錯的成績,最後還是沒有被採用為制式步槍。

美國 M1 格蘭特步槍早期的槍口集氣器

格蘭特從一次大戰末期開始就投入自動槍械設計的行列。最早他設計的幾款槍枝都是 使用底火作用式(primer projection)的設計,但在 1928 年美國陸軍更換 .30-06 子 彈裝藥的配方後,這種設計不再可行;於是他改採用槍口集氣器(gas trap)的設計。

Garand Gas Trap

格蘭特使用的槍口集氣器原理跟 Bang 的設計不太一樣。它的槍口蒐集器不動,蒐集到 的氣體導入槍管下方的瓦斯缸管中,推動活塞及連桿向後直接運作槍機。很有意思的是這個 設計的專利擁有者是英國的維克斯─馬克沁公司。他設計的 M1 格蘭特步槍通過了美國陸軍 的測試,在 1936 年被正式採用為美國陸軍的制式步槍。這種最早期採用槍口集氣器設計的 M1 格蘭特步槍只生產了約 4 萬 8 千支左右,通常被稱為 "Gas Trap" Garand。它的槍口 集氣器是六角管型,突出的一片平板正好插入瓦斯缸管前端的一個導槽,跟槍管口之間有約 1/16 英吋的空隙,被準星環緊緊包住,氣體就是由此進入瓦斯缸管。從外觀上來看,它跟 後來氣體活塞式 M1 Garand 的槍口幾乎一模一樣,不近看無法分辨。

M1 格蘭特步槍的早期歷史並不光彩,機械上的問題一直困擾著這些使用槍口集氣器的 槍,給部隊的印象也不好。最後格蘭特終於在 1939 年改變設計,將大有問題的槍口集氣器 改為在槍管內的氣孔來蒐集氣體,就是一般的氣體活塞式設計了。值得一提的是這個設計變 更改動的地方非常少,只把槍管加長兩吋,在原來集氣器所佔的位置鑽孔,瓦斯缸管的結構 再稍稍修改一下,其他像是活塞、連桿等通通都沒有變,連槍的長度也幾乎一樣(原來槍管 長 22 吋,再加上集氣器只比後來的 24 吋槍管短一點點)。

在更換成氣體活塞作用方式後的 M1 格蘭特步槍成為非常可靠的制式步槍,一直被美軍用 到 1950 年代末期。

德國 Gewehr 41 半自動步槍

二次大戰時,德軍在東線遭遇了蘇軍的 Tokarev SVT 38/40 等半自動步槍,深覺有發展 半自動步槍的需要,因此研發了 Gewehr 41,也是採用槍口集氣器的設計。它的槍口集氣器 比較接近格蘭特的設計,因此不該稱為 Bang 原理。

Gewehr 41

它的槍口集氣器是個圓錐,固定在槍口前端,並不會移動。在子彈出口後,它蒐集到的氣 體壓力會推動一個套在槍管外緣的環狀活塞向後,再推動位於槍管上方的一個扁平的連桿向 後運作槍機。

Gewehr 41 並不是很成功,在生產了約十幾萬支後就被號稱二次大戰中最優秀的半自動步 槍之一的 Gewehr 43 所取代。Gewehr 43 用的是典型的氣體活塞運作方式。槍口集氣器從此 就在槍械發展史上被劃下了休止符。

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1999/09/12

近代槍機結構及作用方式入門

導言

從最早的導火孔到現代各式各樣的槍機結構及作用方式,槍械設計家一直在追求 的目標就是要能夠確實有效地多次擊發,並且能夠迅速地裝填。基本上,共有四種 作用方式:機械式、後噴式、後座式、以及氣體作用式,當然也有由這四種方式中 的一兩種混合而得的。以下就來介紹各種結構及作用方式。

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手動上膛槍械──單發機械式

所謂的機械式通常指的是裝一發打一發的操作方式,不論是單發裝填 或是有彈倉彈匣,退殼上膛的動作完全由射手手動完成。但是在所有半自 動和全自動槍械上,通常也使用部份機械式的原理。

折疊式(Standing Breech Hinged Frame)

這個方式在散彈槍上最常看到,槍機容納部分兩部份,用鉸練連在一起, 在裝彈時,固定住槍管的那一部份可以向前折下,射手取出空彈殼,裝上新子彈, 把槍折回原位即可。

上升式閉鎖(Rising Block)

這種閉鎖方式較少被使用,射手壓下槓桿,槍機沿著容納部壁上的兩個凹槽上昇, 退殼鉤把彈殼抓出。通常使用擊鎚擊發。

落下式閉鎖(Falling Block)

這是由美國人亨利‧庇巴地(Henry Peabody)發明的原理。槍機後上方有個絞鍊 ,槍機下方有個槓桿支撐,一直延伸到扳機護弓下方。當射手扳下護弓槓桿時,槍機 失去下方支撐,因重力自然下降,露出膛室供射手退殼裝彈。拉回槓桿,槍機上昇, 完成閉鎖。使用這種原理的槍枝中,最著名的就是英國的馬丁尼─亨利單發步槍。 這種閉鎖方式在現代一些競技用槍上還是可以看到。

Henry Peabody Falling Block

下降式(Dropping Block)

這種閉鎖方式跟 Rising Block 正好相反,槍機沿著容納部壁上的凹槽下降, 原本是用在火砲上的閉鎖原理。溫徹斯特最早的 .22 單發步槍、以及美國南北戰爭時 著名的夏普斯(Sharps)單發步槍就是使用這種原理。在夏普斯步槍的槍機前端還 有一個鋒利的邊緣,上升時正好可以將當時紙製的彈殼劃破,射手不必在裝填前先 將彈殼咬破。

捲動式閉鎖(Rolling Block)

這是由雷明頓發明的閉鎖原理。它的機件十分簡單,基本上是一個擊鎚跟槍機。 槍機下方有絞鍊固定,平時由一個金屬彈簧片頂住關閉膛室,不過還不算是完全閉鎖。 當擊鎚扣發打到撞針時,擊鎚前下方的部份正好頂住槍機後方,完成閉鎖。要退殼時, 先將擊鎚後扳,形成待發,再將槍機上方的突出往後扳動,槍機就向後翻開,露出 膛室。

Rolling Breech Block

轉動式閉鎖(Rotating Breech Block)

這個閉鎖原理的槍機直徑約是膛室的兩倍,上面有個凹槽正好是膛室的開口尺寸 。槍機可以左右轉動,當凹槽轉至膛室開口時,可以退殼裝彈;當凹槽轉開後就形 成閉鎖。

Rotating Breech Block

翻動式閉鎖(Hinged Breech Block)

這是將前膛槍改裝成後膛槍時使用的最多的閉鎖方式。基本上槍機用一個絞鍊 固定在一邊(前方或側方),要裝彈時就用手翻開來,裝完彈翻回去,就靠著本 身重量維持在閉鎖位置。最著名的有英國採用的 Snider 系統與美國春田兵工廠的 Trapdoor 系統。

Trapdoor lock

手動上膛槍械──連發機械式

栓式(Bolt Action)

栓式槍機大概是世界上用的最多的閉鎖機構了,即使是半自動或全自動步槍,通 常他們也是用栓式槍機的原理來完成閉鎖的。它的原理就像一般門栓一樣,用一個 把柄轉動然後滑動來開鎖、閉鎖。一次大戰前後可以說是栓式槍機的黃金時期,直 到今日,大部份的民用步槍──尤其是獵槍──仍然使用栓式槍機。

栓式槍機的發明人是德國人保羅‧德雷賽(Paul Dreyse),他在 1835 年發明了 著名的針槍(Needle Gun),是普魯士在普奧及普法兩場戰爭致勝的武器。但是現 代通用的栓式槍機是德國毛瑟兄弟的發明。他們在 1860 年代開始研發步槍,也擷取了當代其他槍械設計家的概念(其中以 Mannlicher 的最為重要),在 1898 年推出的 Gewehr 98 步槍的槍機結構被公認為是栓式槍機的登峰造極之作。它的機件是這麼簡單有效 ,雖然後來有許多人嘗試要改進它,都無法有太大的突破。今日獵槍上的栓式槍機 跟百年前毛瑟的發明基本上沒有什麼不同。

Bolt Action

栓式槍機根據它們閉鎖的位置,又可分為三類:

前端閉鎖式(Front Locking)
這是毛瑟式槍機的特色,它的槍機前方有兩個突耳,轉動後會嵌入槍機容納部 壁上在膛室後方的凹槽。由於閉鎖的位置正好在膛室後方,槍機本身的誤差比較不 會影響到射擊的精確度。
後端閉鎖式(Rear Locking)
這是英國李‧恩菲爾德步槍的閉鎖方式。突耳位在槍機後方,為了閉鎖必 須在槍機容納部中段挖出凹槽,槍機容納部相對地就得做得厚重一點;由於閉鎖在 後方,槍機尺寸上的誤差多少對射擊精確度有點影響。不過,由於拉柄跟突耳的位 置很接近,這種閉鎖方式的開、閉鎖行程要比突耳在前方的毛瑟式槍機順暢得多。 由於這個特性,再加上李‧恩菲爾德的十發裝彈倉,英國陸軍在第一次大戰初期號 稱一個士兵每分鐘可以射擊 15 發之多。
直拉式(Straight Pull)
Mannlicher 是這類槍機的發明者。它有兩種不同的閉鎖方式,一種是當槍機 向前時會落下卡住槍機的後端形成閉鎖,用手將槍機向後直拉時,閉鎖機構會上升 讓槍機退後。另一種則讓槍機頭在前進時旋轉卡入容納部的凹槽,後退時反向旋轉 解除閉鎖。

槓桿式(Lever Action)

槓桿式的槍機在於使用槓桿原理退殼並上膛。最著名的是早期溫徹斯特的連發 步槍。

Lever Action

壓動式(Pump Action)/ 滑動式(Slide Action)

壓動式的槍機是應用在槍管下方的一個前後滑動的機構,用手向後滑動時退殼 ,向前滑動則將下一發子彈上膛。在今天多見於連發散彈槍上。

Lever Action

自動上膛槍械──噴動式

前噴式(Blow Forward)

這種系統極為罕見,主要原因是機械上沒有效率且不穩定。它的基本操作是將 整個槍管連膛室向前推動,彈殼留在原位,然後一個退殼針將彈殼彈出。接著槍 管由於復進簧的作用向後,同時將下一發子彈上膛。使用這種原理的槍非常罕見, 瑞士的 SIG 曾經應用在 AK53 上,但是這把槍一直停留在原型槍階段;SIG 後來 採用類似 H&K 的滾輪延遲後噴式的槍機。

SIG AK-53

直接後噴式(Direct Blowback)

直接後噴式並沒有一個真正閉鎖的機構,它主要利用槍機本身的慣性和復進簧 的彈性,在子彈擊發的瞬間保持膛室閉鎖。當彈殼施加在槍機上的力量克服慣性 開始向後運動時,槍膛內的氣體壓力也正好下降到可以安全開鎖的程度。

另外在許多直接後噴式的武器上還應用了提前擊發的裝置。它的原理是在槍機 向前運動將子彈上膛的過程中,在接近運動的尾端但未完全閉鎖時就將子彈擊發。 此時,彈殼的後座運動不但要克服復進簧的彈性和槍機的重量,還得克服槍機向前 運動的慣性。如此一來,復進簧的彈性要求可以減低一點,槍機重量也可以減輕。

直接後噴式的優點在於機械結構簡單,生產成本低,但是缺點是只能應用在低裝 藥量、低膛壓的彈藥上。直接後噴式在小口徑手槍及衝鋒槍上最為常見,用在步槍上 的較少。著名的華瑟 PPK 手槍及二次大戰時著名的美國湯姆生、德國 MP40 以及英 國 Sten 等衝鋒槍都是使用這個原理。

MP 40

延遲後噴式(Delayed Blowback)

由於直接後噴式只能用於低膛壓的彈藥,無法應用於強力的彈藥,如果要在步 槍上使用後噴式原理的話就必須要加上一些延遲性的機構來讓槍膛內的氣體壓力 有足夠的時間降壓。

氣體延遲後噴式(Gas Delayed Blowback)
這種延遲的原理在於讓部份氣體漏出到槍機部,對槍機產生向前推動維持閉鎖 的壓力。當槍膛中氣體壓力下降後,這個壓力也隨之下降,不再對槍機施壓。代表 作是德國 H&K P7 系列半自動手槍。
機械延遲後噴式(Mechanical Delayed Blowback)
這類延遲的原理通常是使用一些連桿,利用連桿不利於力量傳遞的機械特性 來延遲開鎖的動作。
折疊連桿延遲後噴式(Toggle Delayed Blowback)
這是連桿系統的變形。和一般連桿不同的是,它並不是嘗試將兩個已經張開的連 桿在向後運動時折疊起來;相反的,它是要把兩個折起的連桿張開來。
滾輪延遲後噴式(Roller Delayed Blowback)
這個原理使用一個兩段式的槍機。在後段的槍機上有兩個滾輪,當槍機向前運動 時會鎖定在槍機容納部壁上的凹槽。當子彈擊發時,後座力必須先將這兩個滾輪從凹槽 中退出來,才能推動整個槍機向後。這是機械延遲後噴系統中最常被使用的,在使用這 個原理的槍械中,最著名的是德國 H&K 廠的 G3 系列步槍及 MP5 系列衝鋒槍。
MP 5
槓桿延遲後噴式(Lever Delayed Blowback)
這個原理類似滾珠延遲式,同樣是使用兩段式的槍機。後段槍機上有一槓桿, 在槍機向前運動時伸出和槍機容納部壁上的凹槽結合。子彈擊發後,後座動能必須 先傳遞到後段槍機收回槓桿,整個槍機才能向後運動。
Blish
這是最早期的 M1928A1 型湯姆生衝鋒槍的操作原理。它使用一個 H 型的機件, 在槍機向前運動到達盡頭後下降形成閉鎖。子彈擊發後,槍機向後的運動必須克服 這個 H 型機件跟一個 70 度角的表面間的摩擦力,由此產生必要的延遲。這個原理 的缺點在於摩擦力並不固定,因此不能確保操作的可靠度。因此在二次大戰時的 M1A1 型湯姆生衝鋒槍就摒棄了這個系統,改用純粹的直接後噴式。
Blish system

底火作用式(Primer Actuation/Primer Projection)

這是比較特殊的作用方式:底火在子彈發射時會向後移動,這個動作被用來解除 膛室的閉鎖。不幸的是,它需要使用特殊子彈,而且這種作用方式不是那麼可靠。

自動上膛槍械──後座作用式(Recoil Action)

後座作用式指的是槍管在子彈擊發後因後座力而後退,應用這個所傳遞的能量來 完成開鎖、退殼、閉鎖、及上膛的動作。這個作用方式在半自動手槍及早期的機關 槍上(馬克沁機槍)比較常見,在步槍上只有美國約翰生 M1941 半自動步槍是比較 為人所知的例子。

短後座式(Short Recoil)

這是半自動手槍中最典型的作用方式。槍管在後退一小段距離,將能量傳遞到槍機 後就停止向後運動。馬克沁機關槍和白朗寧機關槍也是使用這個原理。

長後座式(Long recoil)

這個原理整個槍管因後座力向後運動很長的距離,直到完成退殼的動作,再向前運動 完成上膛、閉鎖。

自動上膛槍械──氣體作用式(Gas Action)

氣體作用式在半自動及全自動步槍、以及現代的輕機槍上比較常見。它們用到的 活動零件比比後座作用式的要少,尤其是槍管在氣體作用式上跟槍機容納部是固定在 一起,在理論上來說準確度應該比較好。

短行程活塞(Short Stroke Piston)

短行程活塞跟復進桿或槍機是分開的,由槍管中的小孔導入的氣體對活塞施以猛 烈但短暫的推力,活塞向後運動時推動復進桿和槍機。但是活塞在移動一小段距離後 會停下,並不隨復進桿繼續移動。短行程活塞的優點是重量較長行程輕,因此常用在 步槍上。代表性的步槍有 AR-18 半自動步槍。

長行程活塞(Long Stroke Piston)

長行程活塞的特徵是活塞延伸固定在槍機上,因此在受力移動時,活塞跟隨槍機 全程移動。它的重量雖然比較重,在機械上比較牢固,因此多用在輕機槍及中型機槍 等全自動武器上。著名的有 BAR 自動步槍、M1 格蘭特步槍、AK47、以及布倫輕機槍,現代的有魯格廠(Ruger)的 Mini-14 。

Mini-14 Action

氣體直推式(Direct Gas Action)

氣體直推式利用從槍管中導入的氣體,直接吹動槍機。它的優點是重量最輕, 機械上也最簡單。但是在瓦斯導管中可能會有積碳存在,必須小心清理。各國中最 早使用氣體直推原理的制式步槍是法國在 1949 年採用的 MAS49 半自動步槍, 但是最著名的應該要算是美國的 M-16(AR-15)了。

槍口集氣式(Muzzle Cap,又稱 Bang 原理)

這個原理由丹麥人 Soren H. Bang 在 1904 年取得專利,應用在半自動步槍的 設計上。它的原理基本上由一個杯狀的裝置在槍口收集彈頭出口後的剩餘氣體,再 用來運作槍機。由於有種種結構上和可靠度的問題,一直沒有被正式大量採用。使用 類似原理的只有早期的 M1 格蘭特步槍和德國的 Gewehr 41 步槍,數量也不多。 更詳細的討論見另篇:槍口集氣器原理探討

Bang

自動上膛槍械──閉鎖方式

折疊連桿式(Toggle Lock)

這個閉鎖的方式以 Luger 手槍為代表,馬克沁機槍也是使用同樣的閉鎖原理。基本 上是有兩根張開伸直的連桿頂住槍機形成閉鎖。後座力必須將連桿折合起來才能開鎖。

Luger P-08 Action

卡榫閉鎖(Lug Lock)

這種閉鎖方式通常用在半自動手槍上,由於它們槍機通常固定在滑套上,因此 閉鎖的目的在於將槍管跟槍機(還有滑套)在擊發時形成閉鎖。另一方面,由於 半自動手槍多半採用短後座作用式(short recoil),這個閉鎖機構又必須能夠 在適當的時間讓槍管跟槍機(滑套)分離,在機械結構上必須很巧妙。目前主要 分成三種:

白朗寧式
CZ Barrel Browning HP Barrel Colt Barrel白 朗寧在 20 世紀初設計他著名的柯爾特 M1911 半自動手槍時發明的巧妙裝置。 槍管在待發位置時以上方的兩道突耳嵌入滑套上的兩個溝槽內,跟槍機形成閉鎖。 當子彈擊發後,槍管跟滑套因後座力向後移動,在移動一小段距離後,膛室下方的 凸輪式連桿將膛室拉下,上方的突耳自然離開溝槽,槍管稍後會停下,不再向後移動。 此時滑套還是維持原來的運動方向,手槍的自動機件就利用這個能量拋殼,然後復進簧 發揮作用,滑套開始向前,將下一發子彈上膛,槍管也向前推,自動向上又形成閉鎖。 除了 M1911 外,白朗寧的 Hi-Power、CZ-75等很多手槍都採用類似的方式,只是大部 份都把凸輪式的連桿改成一道斜溝。
Colt M1911A1 Colt M1911A1
改良白朗寧式
Glock Barrel SIG Barrel 白朗寧式的閉鎖設計雖然是最廣為使用的方法,但是它也有缺點。要在槍管上 切割出兩道突耳不但費時費工,在滑套上的兩個溝槽也減弱了滑套的強度。因 此,瑞士的 SIG 公司在設計 P220 系列手槍的時候就把突耳跟溝槽通通都取消 ,膛室外面變成一個長方塊,直接就卡在滑套上方形退殼口的前緣。這種巧妙的設計 簡化了生產程序也強化了結構的強度。除了 SIG-Saur 的 P220 系列手槍之外,Glock 和 Ruger 的手槍也都是使用這個方式。
活動卡榫
Baretta Barrel 活動卡榫的閉鎖方式以毛瑟的 C/96 Broomhandle(所謂的盒子砲)及華瑟(Walther) 的 P-38 為代表。這種閉鎖方式是用一個位在槍管下方的活動式卡榫來和槍機(毛瑟式) 或滑套(華瑟式)結合。當子彈擊發時,這個卡榫會讓槍管和槍機(滑套)同步向後; 在運動一小段距離後,由於重力或脫離針的作用,卡榫自動降下,跟槍機(滑套)分離。 這時槍管已經停止運動,但是槍機(滑套)繼續向後,最後完成退膛、上膛的整個動作。 除了這兩型手槍之外,義大利的貝瑞塔 92 系列手槍也是使用同樣的方式。

C96 Action P-38 Action

轉動式槍機(Rotating Bolt)

這是目前最常用的閉鎖方式,槍機(bolt)位在槍機座(carrier)之中可以前後滑動 ,槍機向前時由於閉鎖滑槽的關係,槍機會以前進軸線為中心轉動,槍機頭上的突耳正好 就會滑入膛室後方的突耳空隙中,形成閉鎖。在子彈擊發後,後座或氣體的能量經由活塞 或直噴方式,強迫槍機座後退,此時槍機仍然在閉鎖狀態。當槍機座後退一段距離後,閉 鎖滑槽迫使槍機旋轉開鎖;開鎖後槍機也隨之一起後退,完成拋殼、上膛的動作。

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子彈入門

子彈結構

長久以來,中文裡對於子彈(cartridge)和 彈頭(bullet)一直都混淆不清,在一些譯文或是電影裡,裝在彈 匣裡的是子彈沒錯,但是連打到人身上再被醫生挖出來的也叫做子彈, 這就有一點太籠統了。其實在前清時期的譯名可能要好一些,當時 人稱子藥(cartridge)和子彈(bullet),比較接近實際的情形。 不過,這已經太久遠了,為了統一起見,我還是沿用近代的稱呼, 子彈是 cartridge,彈頭是 bullet。

一顆子彈(cartridge)基本上由四個部份組成: 彈頭(bullet)、彈殼(case)、 裝藥(powder)、底火(或稱雷管、primer) 。這個基本結構從十九世紀後半以來,幾乎沒有什麼變化。雖然一直有 人研究如何改進彈藥,像是 H&K G11 的無殼子彈或是美國先進輕武器 研究計畫所實驗的集束鏢(fletchet),畢竟都還沒到實用的階段。 因此,雖然現代子彈的結溝已有百年以上的歷史,恐怕還會被沿用好 一陣子。

不過,這並不是說百年來子彈就沒有改進。相反的, 各國兵工廠及軍火公司時時在實驗,希望能在有限的設計空間下,製造 出最適用的子彈。請注意一下,這裡說的是最適用,而非最有威力。原 因是各種子彈的用途不同,目標對象也不同,使用的環境和投射的武器 也不同,在不同的考量下,威力最大的子彈並不就是最好的子彈。

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一顆子彈(cartridge)由四個部份組成: 彈頭(bullet)、彈殼(case)、 裝藥(powder)、雷管(primer)。


子彈結構


彈頭(bullet)

彈頭基本上是一個投射體(projectile), 它由裝藥燃燒後產生的大量高壓氣體急速膨脹推射出槍口,一旦離開槍 口,它在飛行中是處於半穩定狀態,直到和目標接觸為止。由於人體密 度是空氣密度一千倍以上,彈頭在進入人體後就開始滾擺,這是它最基 本的運動模式。

彈頭依其跟目標接觸後的狀態分成三種:實心型(Ball) ,擴張型(Expanding),粉碎型(Frangible)。

實心型(Ball)實心彈頭
彈體或為實心鉛 製的一般彈頭、或是內包鋼芯的穿甲彈、甚或是含有 燃燒劑的曳光彈或燃燒彈,在外面通常有一層金屬層完全包住(full metal jacket) ,不論是哪一種,在命中目標後只會扭曲變形,不易擴張或粉碎。因此這類型的 子彈貫穿力很強,但是阻滯力(stopping power)比較差。由於 1899 年海牙公約的規定, 目前各國軍隊都只能使用這型彈頭。

擴張型(Expanding)
擴張型彈頭在彈尖的設計 上或是使用平頭型(Flat Nose)、彈尖中空型(Hollow Point)、軟頭型 (Soft Point)、異質彈尖型(Silver Tip or Bronze Tip)等特別設計以增加子彈命中目標 後的擴張性,惡名昭彰的達姆彈(Dum-Dum)也屬於此類。它們 的貫穿力不是很強,但是阻滯力還不錯,大部份的動能在很短的時間內就可以傳遞在目標上 。這型的彈頭普遍用在一般警用或民間自衛用子彈上。

粉碎型(Frangible)
這類彈頭在命中目標後會粉碎,將動能一瞬間全部傳遞在目標上。因此它們的貫穿力 很弱,有時連貫穿較厚的衣物都有困難,但是阻滯力很強。它們跟擴張型一樣,被國際公 約禁止用在軍事用途上。但是它們在反恐怖份子的行動中有很大的用處,例如在拯救人質 或反劫機的行動中,它們低貫穿力的特性可以減少誤傷人質或是貫穿機身造成失壓的可 能性。美國 FBI 裡的特勤小組就配有此類彈藥。

這麼說來,軍用子彈的殺傷力豈不就是不如民用子彈了?其實不會, 現代的軍用彈頭的設計是利用高速飛行間的半穩定狀態,在命中人體後會產生滾擺( tumbling)的現象,造成的傷害並不輸於擴張型彈頭。

彈頭依其前端形狀又可分成下列主要幾種:

尖頭型(spitzer)
最普遍的彈尖形狀,通常是非擴張型彈頭。

彈尖中空型(hollow point)
擴張型彈頭,中空的部份在命中後會造成彈頭的擴張。

異質彈尖型(tipped)
擴張型彈頭,在彈尖中空型的空間中加入一根較硬材質製成的頂針,有助於命中目標後 彈頭的擴張。

圓頭型(blunt-nosed)
通常以較一般鉛錫合金硬的材質製成,適合大型動物狩獵。

平軟頭型(flat-nosed softpoint)
擴張型彈頭,由於平頭的關係,適合使用彈管給彈(tubular feed)的槍械。

圓軟頭型(round-nosed softpoint)
擴張型彈頭,多用於狩獵。

其他
除了這些一般常用的彈頭外,另外還有許多特殊用途的彈頭,例如 wad cutter、semi-wad cutter 等, 族繁不及備載。
Bullet


此外,彈頭的底部通常也分成兩種類型:平底型(flat base)和艇尾型(boattail)。

平底型(flat base)
大部份彈頭底部都是平底型。優點在於彈頭在槍膛中運動時可以跟膛壁保持 密合狀態,氣密效果比較好;缺點是氣體動力學方面屬於比較不理想的形狀,增加 空氣的阻力。

艇尾型(boattail)
這類彈頭由於氣體動力學上的效果比較好,通常用在狙擊或競賽用子彈上;缺點 是槍膛氣密不易保持。

彈殼(case)

彈殼一般是用黃銅合金或鐵製成,在裝藥燃燒時會膨脹塞滿膛室,形成 氣密狀態,彈頭才能有效地向前射出。在裝藥產生的高壓氣體從槍口排出減壓後, 它的金屬彈性會讓它稍稍回復原狀,以利退殼。由於黃銅合金的金屬彈性較佳, 延展性也較佳,一般人在重裝彈藥(reloading)時都用黃銅彈殼。鐵彈殼不 適合重裝彈藥。不過,金屬彈性疲乏終究會發生,因此重裝彈藥時為了安全起見, 最好不要重裝太多次;在重裝前也應該小心檢查彈殼。

彈殼的形狀按前端是否收小分成兩種:瓶頸式(bottleneck)和直壁式 (straight wall)。


彈殼型狀

同時,它也根據後端形狀分為五種:縮緣式(Rebated)、無緣式(Rimless)、 半凸緣式(Semi-rimmed)、凸緣式(Rimmed)、帶式(Belted)。現代槍械用的彈藥多半 是無緣式與凸緣式;尤其凸緣式比較適於使用彈匣自動給彈的要求,現代全自動或半自動 槍械的子彈多半使用無緣式的彈殼。

所謂凸緣、無緣邊指的是這個邊緣的直徑跟彈殼主體直徑之間的關係。解釋如下:

縮緣式(Rebated)
邊緣直徑明顯小於彈殼主體直徑。

無緣式(Rimless)
邊緣直徑和彈殼主體直徑相近。

半凸緣式(Semi-rimmed)
邊緣直徑明顯大於彈殼主體直徑,仍保有退殼溝。

凸緣式(Rimmed)
邊緣直徑極明顯地大於彈殼主體直徑,沒有有退殼溝。

帶式(Belted)
除了類似無緣式的底部外,在退殼溝前方的彈殼上另有一帶狀環。

裝藥(powder)

裝藥是子彈裡推動彈頭的能量來源。十九世紀末期之前,子彈的裝藥 使用的都是黑色火藥(black powder),之後才有無煙火藥(smokeless powder)的出現。 無煙火藥的名稱是相對於黑色火藥而來的,因為無煙火藥燃燒後產生的煙比黑色火藥 大量的白煙要少很多,因此得名,並非真的完全無煙。

黑色火藥(black powder)
黑色火藥的歷史久遠,早在中國宋朝就已經使用在軍事用途上,西洋史上則可回溯至 十三世紀。黑色火藥基本上是一種爆炸物,由硝、木炭和硫磺製成;它的歷史配方多有變 化,直到十九世紀才固定下來,標準配方是以 6 : 1 : 1 或 6 : 1.2 : 0.8 的比例製成。由於配方通 常不變,唯一影響燃燒速度的是火藥顆粒的大小。目前黑色火藥在槍械上的應用多半用在 仿古董的前膛槍上。

無煙火藥(smokeless powder)
無煙火藥的發明讓子彈的威力更上一層樓。無煙火藥基本上是一種快速燃燒的推進劑 ,而非爆炸物。它的性質比黑色火藥穩定,而推力要比同樣重量的黑色火藥大許多,因 此子彈的重量可以減輕而性能卻可加強。它的基本成分是硝化甘油和棉纖維,通常又分單 基火藥(single-base powder)和雙基火藥(double-base powder)。形狀和組成配方多得難 以計數。現代子彈和砲彈都用無煙火藥作為推進劑。

歷代黑色火藥配方比例

時代 硝(Saltpeter) 木炭(Charcol) 硫磺(Sulfur)
c. 1252, Roger Bacon 37.50% 31.25% 31.25%
13th century, Marcus Graecus 66.66% 22.22% 11.11%
13th century, Marcus Graecus 69.22% 23.07% 7.69%
1350, Arderne (laboratory rcp) 66.6% 22.2% 11.1%
1560, Whitehorne 50.0% 33.3% 16.6%
1560, Bruxelles studies 75.0% 15.62% 9.38%
1635, British Government 75.0% 12.5% 12.5%
1781, Bishop Watson 75.0% 15.0% 10.0%
資料來源:Tenny L. Davis, Chemistry of Powder and Explosives, Chapter 2。其中 Marcus Graecus 原書中說是 8 世紀的人,現代學者多認為其實是 13 世紀。

雷管(primer)

雷管是由十九世紀撞擊式雷管(percussion cap)發展而來 的引發元件,基本上它內含高燃性的引藥。當撞針或擊鎚以足夠的力道 撞擊其金屬薄殼時,引藥內部的摩擦會造成自燃,然後從彈殼底部的開口 引燃彈殼內的裝藥。

子彈上的雷管分成三類:

針式(pinfire)
這是十九世紀前葉發明的雷管,特徵在於彈殼上的一根小撞針。擊鎚必 須打在這根撞針上來引發雷管,因此子彈必須很準確的裝填在一定的位置, 在使用上十分不便。除了早期一些左輪槍之外,很少使用。

凸邊式(rimfire)
這也是在十九世紀前葉的發明,它的引藥就在彈殼後端的凸邊(rim)裡, 在使用上比較方便。但是由於凸邊是彈殼的一部分,如果要求能承受較高的壓 力則擊發上有困難,因此無法用在比較大口徑或高裝藥量的子彈上。它也一直 使用到現代,像是 .22 口徑的彈藥(如 .22 LR)仍在普遍使用。

底火(centerfire)
這種雷管是目前最普遍的形式。它的優點是它以彈殼中心為引燃點,裝 藥燃燒比較均勻;而且底火跟彈殼可以設計成分離的元件,不必成一整體, 彈殼可以一用再用;最重要的是彈殼可以製造得厚而堅牢以承受較大的壓力。

雷管


底火式的雷管又可分為美式的 Boxer 和歐式的 Berdan 兩種。 Boxer 式的底火通常有一個引火口,擊砧(anvil)是底火的一部份;Berdan 式底火 通常有多個引火口,擊砧(anvil)是彈殼的一部分。Berdan 和 Boxer 這兩種底火 在擊發功能上沒有太大分別,因此,即使是同樣規格的子彈,例如:7.62mm NATO,它 的底火形式要看是哪一國製的了。


底火式雷管


這兩種底火真正的差別在 reload 時才會顯現出來。由於 Boxer 式在彈殼底部 中央有個大洞,很容易就可以用螺模(die)將舊底火擠掉。Berdan 的話,兩個小 小的孔並不在中央,很難將螺模對準,必須要用額外尖銳的工具(類似冰錐)將底 火敲掉,還要擔心會不會損害到底部的擊砧。

美國之所以習慣用 Boxer,主要就是因為有 reload 的傳統。早期燧發槍當然不 用 reload ,但是在金屬彈殼發明後,問題就來了。首先是重量問題,當年有很 多獵人在西部打野牛為生,他們一出獵可能就是好幾個星期,甚至幾個月,帶著 大批子彈又重又佔空間。於是他們只帶火藥、底火、鉛塊和少數彈殼,打完一天 的獵後,在營火邊自己鑄彈頭、裝製子彈,十分方便。而一般人篳路藍縷在拓荒 ,為了省錢和不浪費資源,也多半是自己裝製子彈。這時,自然會偏好容易 reload 的 Boxer 了。相對地,歐洲在傳統上比較沒有 reload 的需求,所以 仍然一直使用 Berdan 式。

常見的子彈及其規格

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