槍管和炮管里爲什麼有膛線?膛線的作用是什麼?

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簡單說為了增加子彈或者炮彈的殺傷力和射程。

有膛線的武器,彈頭在穿過槍管時產生自轉,離開槍膛後增加彈道的穩定性、有效射程和終端的殺傷力。當彈頭自轉時,子彈或者炮彈以質心為中心做圓錐運動,使彈軸與彈道切線始終保持很小的擺動角,(具體理解參考陀螺自轉時的狀態)這樣子彈就不會在空中翻到,保證延旋轉的軸心方向飛行。同時,與空氣的接觸面因旋轉而受力較小,保證了殺傷力。

上邊一系列的概念還有兩個重要的名詞:纏度和子彈旋轉度

纏度(膛線密度):膛線纏度不能太大,那樣影響子彈在槍管中前進的動能;太低則子彈的穩定性不夠。彈種越長(手槍彈、步槍彈、炮彈)其纏率越高。比如,發射5.56×45毫米SS109北約彈和L110曳光彈的M16A2步槍則擁有1:7英寸的纏率,民用的AR-15步槍則通常有1:12英寸~1:9英寸之間的纏率;而發射.45 ACP的M1911手槍則擁有1:16英寸的纏率。發射球狀彈丸的前裝槍因為長度直徑比最小(等於1),纏率也最小,通常只有1:72英寸~1:48英寸。

子彈旋轉度(槍口初速的性能質)過快的旋轉速度會超過子彈的設計極限,可能造成子彈飛行偏離。

最後,膛線還有一個作用:那就是每一把槍製造出來後都是有唯一的膛線特徵,如同人類指紋一樣。因此,可以通過比對子彈的劃痕來辨別是什麼槍打出的子彈。


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槍管和炮管裡有膛線,是為了讓發射出去的子彈或炮彈的彈道更加穩定,使它們能夠更加精準的射向目標。

炮管內的膛線

膛線,是槍管和炮管的管膛內壁上,被鍛刻加工出的呈螺旋狀分佈的凹凸槽,這個凹凸槽,可使子彈在發射時沿著膛線作縱軸旋轉,產生陀螺儀效應以穩定彈道,使它們能夠與更加精確的射向目標。

在槍管和炮管內,膛線下陷中空的地方,被稱作陰線或陰膛,而凸起的部分,則被稱為陽線或陽膛。而槍械和火炮所指的口徑,通常指的是一條陽線與其正對面的另一條陽線間的距離,因此子彈彈頭的直徑通常大於槍支的口徑。

彈丸在被髮射藥向前推時,會在膛線的作用下開始旋轉,這與高速旋轉的陀螺運動原理是一樣的。彈軸相當於陀螺軸,彈道切線相當於垂直軸,彈丸飛行中的張動角相當於陀螺的擺動角,彈丸的質心相當於陀螺支點,空氣作用於彈丸上的翻轉力矩相當於陀螺的重力偶矩。當彈丸在膛內運動時,膛線就迫使它高速旋轉,並且在翻轉力偶矩的作用下,除自轉外,還以其質心為中心繞彈道切線作圓錐運動,使彈軸與彈道切線始終保持很小的擺動角,(彈道學上稱為張動角)而不至於翻倒,從而保證了彈丸的穩定飛行。

槍管內的膛線

膛線主要分為兩種,分別為陽膛線和陰膛線。其中,火炮主要使用陽膛線,而槍械主要使用陰膛線。這兩種膛線,陽膛線的加工,要比陰膛線更加困難。

膛線沒有一個既定數目,一般有2、4、6、8條甚至更多,但一般常用的有:4條,主要用於手槍、步槍等。6條,主要用於狙擊步槍等重視精度的槍械。8條,主要用於機槍。一般2條,則是簡化版武器使用(例如第二次世界大戰期間英國的“斯登”衝鋒槍)。

從左至右分別為滑膛、傳統膛線、多邊形膛線

膛線根據旋轉的方向,可分右旋、左旋(從射手方向看去)。其中,右旋膛線比較普及。雖然膛線的的數目沒有一個既定標準,不過深度只能在固定的範圍內。膛線按截面形狀分為矩形膛線、梯形膛、弓形膛線、圓弧形膛線、多弧形膛線、多邊弧形膛線等。早期黑火藥時代膛線普遍比較淺(因為黑火藥殘渣多,並且使用鉛彈頭),後來產生多種膛線,當今比較流行多弧形膛線、多邊弧形膛線等優質膛線,可以提高武器精度和初速,並減小火藥燒蝕提高壽命。


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如果玩過陀螺,或者騎過自行車就會明白,轉動對於穩定性是會產生正面影響的,從力學角度來說,這就是角動量守恆帶來的穩定效果。其實人類發現垂直於飛行方向的恆定角速度旋轉有利於物體報紙穩定的飛行軌跡這一現象的時間是比較早的,箭簇上已經有類似的設計。

但是當早期火藥武器發射球型彈丸時,膛線的存在將極大地影響前膛裝填的速度,直接抵消了膛線帶來的射程優勢。想象一下,你正用木槌敲擊推彈杆,一點點將彈丸壓進槍膛,而這時候手持滑膛槍的敵人接近到80米甚至50米,以你幾倍的速度向你開火,實在是太鬱悶的場景。因此早期的線膛槍手大多是散兵,代表就是美國的肯塔基來復槍手。藉助地形地物的掩護,這些散兵,或者說原始狀態下的狙擊手們,在滑膛槍射程以外發起突襲,打了就跑,或者憑藉隱蔽讓滑膛槍手無法接近。

直到19世紀中期米尼式彈藥以及拉西特炮彈系統出現,才保證了線膛火器擁有不亞於滑膛火器的射速。前者國內提到較多,通過火藥衝擊波壓縮彈底膨脹,使彈丸與膛線貼合。而拉西特彈藥是對1847年塔米爾彈的進一步改進,算是近代第一種實用線膛炮,紡錘形彈體上有突起可以卡入膛線。


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