1999/09/12

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

見列表。

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