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新型狙擊彈藥如何實現高精度?只能依靠雷達

來源:hawk26講武堂編輯:健翁發布時間:2020-01-06 08:32:57

  過去的15年,涌現了大量新型彈藥,他們以出色的遠距離精度和彈道性能超越了原有的彈藥品種。

  而且,它們的外形看起來都很相似:藥筒錐度達到最小、藥筒肩部很陡峭、沒有采用帶式藥筒、藥筒容積適當、彈丸長徑比大。這方面.224 Valkyrie,6mm克里德莫爾、6.5mm克里德莫爾、6.5 PRC、.300 PRC,整個Nosler系列和溫徹斯特短馬格南(WSM)彈藥都是很好的例子。本文為美國槍械作家Dave Emary撰寫的文章,本人翻譯給大家分享。

  左起:.308溫徹斯特,.300溫徹斯特馬格南,.338溫徹斯特馬格南。注意后兩種彈藥都采用帶式藥筒,帶式藥筒歷史久遠,在抽殼溝前緣有帶狀突起,環繞藥筒外壁,用以提供比較堅實的承力面,更有效封閉火藥燃氣,這類藥筒通常用于高裝藥量的馬格南彈藥上。

  你還記得上一個采用帶式藥筒的馬格南彈藥是什么時候的事兒?最后一次見到大錐度藥筒是什么時候?或者是藥筒肩部較為平緩的彈藥?已經是很久以前的事情了,彈藥的設計理念發生了什么變化,這一切又為了什么?筆者用一句話來概括這個變化:現代有效射程大幅提升的需要驅使設計人員將精度放到彈藥設計中的最高優先級,設計人員需要考慮藥筒的各個方面,以及它們如何影響精度、膛壓和初速的一致性。

  長期以來,通常認為的“遠射程”狩獵距離為400碼(366米),并認為能夠打中這樣距離的目標很大程度上靠運氣。然而那樣的日子已經過去了,現在許多槍械廠商提供了發射許多新型彈藥的步槍,其有效射程超過了1000碼(914米)。這要求相關裝備同樣要進步到,滿足1000碼距離精確射擊的需要。

  這樣的變化同樣體現美國軍隊的狙擊距離上,幾年前,狙擊手對付單兵的有效射程約1000碼,如果他配備了最新的.300溫徹斯特馬格南口徑的步槍,有效射程可以提升到1400碼(1280米)。反恐、反游擊戰爭的需要表明,狙擊手經常要具備2000碼(1829米)精確射擊的能力。這對于步槍來說是一個令人難以置信的射程,已經達到了輕型迫擊炮的射程。

  可能有人讀過Tom Beckstrand關于.300 PRC彈藥的文章,他對于這種彈藥的測試報告表明,其有效射程確實可以達到2000碼。筆者密切參與了這種彈藥的研發工作,這種彈藥在設計中有很多細微的環節。由于.300 PRC對細節和質量控制的重視程度達到了令人難以置信的程度,所以這種彈藥才能有如此出色的表現。圖為.300 PRC彈藥,PRC是美國著名的彈藥制造商Hornady公司研制的全新彈藥系列,PRC是“精確步槍彈藥(Precision Rifle Cartridge)”縮寫。

  為了達到這樣射程所需的精度和性能(關鍵還要保持非常高的一致性),促使彈藥的設計者考慮實現這個目標的各個因素。現在的設計人員會密切關注他們使用的彈丸外形、膛線纏距、發射藥、藥筒形狀、藥筒內部容積、彈丸深入藥筒的尺寸,以及彈膛和喉縮的設計,以最大程度減小彈丸軸向傾角(PAT,Principle Axis Tilt)。對于這些因素的理解,以及它們是如何相互利用的原理,讓彈藥進步到今天這樣的程度。圖為不同纏距的膛線對彈丸的影響。

  對影響彈藥性能因素的認識發生巨大變化,也許是導致彈藥設計進步的重要因素。長期以來,高精度彈藥都是通過提高彈丸的初速來實現的,使用大量發射藥推動輕量化彈丸,以獲得更高的初速和低伸的彈道,卻忽略了彈藥的整體設計。這樣做直接導致了彈藥在400碼(366米)以內有很好的精度,但由于較大的阻力(速度越高空氣阻力越大)輕量化彈丸會迅速失去原有的速度,并在遠距離時受到橫風的嚴重影響。圖為.300溫徹斯特馬格南彈藥。

  如果想獲得極限射程的精度,必須擁有低阻(VLD)重型彈丸,這種彈丸可以盡可能長時間保持較高的速度,這點對于遠射程彈藥來說尤為重要。這就是為什么許多類似的新型彈藥都采用了低阻重型彈丸,以及中等初速的原因。低阻重型彈丸在遠射程的表現,完全可以勝過速度下降快且容易受到風偏影響的輕型彈丸,這方面的優勢足以彌補初速方面的差距。

  在最近的五年里,由于在槍械彈藥設計領域使用了雷達,使其性能水平取得了巨大的進步。現在設計人員可以使用雷達數據來調整彈丸的細節設計,從而獲得最低的阻力系數。.300 PRC彈藥以872米/秒的初速發射225格令(14.6克)彈丸,這個速度并不慢,但并不像過去那樣大量發射藥推動下的很高初速。由于彈丸.777 G1 BC的空氣動力學外形,可以在2000碼處依舊保持超音速飛行狀態。

  此外,由于彈丸高速旋轉速度,較大的長徑比和改進的空氣動力學外形,這些新型彈藥的彈丸在跨音速時表現良好。筆者已經見證過美國海軍陸戰隊狙擊手使用.300 PRC彈藥準確命中2300米外的目標,目標比一個人略大。如果十年前筆者說這樣的射擊精度,肯定被當成是笑話。圖為正在使用M40A6步槍射擊的美國海軍陸戰隊狙擊手,這種步槍口徑為.300溫徹斯特馬格南。

  通過近年來使用雷達對彈丸遠程性能的研究,使人們對彈丸性能與膛線纏距之間的關系有了新的認識。以往我們關注彈丸在550~910米/秒速度的表現已經不夠,現在必須認真對待彈丸在跨音速和亞音速時的表現。多普勒雷達的數據表明,對于長而重的彈丸來說,這些彈丸以更高速度旋轉時,在遠程彈道方面的表現更出色。

  這是Hornady .30口徑225格令(14.6克)ELD-M彈丸的阻力系數與膛線纏距之間的關系。隨著纏距的增加,這枚長而重的彈丸穩定性增加,阻力系數同時也降低,特別是在跨音速時時表現更好。纏距最大(1:7)的阻力曲線更加平緩,跨音速時阻力沒有過于明顯的變化。就是說,彈丸旋轉速度更快,在跨音速時的過渡情況更加出色,這使得極限射程的精度和其他性能的一致性顯著提高。這就是為什么我們看到纏距比以往增加的原因。

  彈膛設計在最近幾年有所發展,并確定了一些基本的設計標準。彈膛設計最大的變化也許就是膛喉,有時也稱之為“空膛(Free Bore)”。這是槍管與彈膛銜接的部分,彈丸在發射瞬間通過這段光滑的部分逐漸嵌入膛線。過去膛喉的設計似乎沒有什么規律或理由,直到最近15年,許多膛喉的直徑都可能比彈丸外徑要大0.0762~0.254mm。例如.308溫徹斯特的膛喉直徑就是.312英寸,而.300溫徹斯特馬格南的膛喉直徑為0.317英寸。

  這樣“寬松”的膛喉設計很可能會使彈丸在與膛線接觸時發生傾斜,這被稱為“主軸傾斜(PAT,Principle Axis Tilt)”。彈丸軸線與槍管軸線的夾角沒有規律,而彈丸在飛出槍口時,依舊保持這樣的傾斜角度,這是造成精度誤差的主要原因。這是為什么很多人采用手動從拋殼口裝填彈藥,以提高射擊精度。其實這就是為了控制PAT,這樣的裝填方式比從彈匣或彈倉中進入彈膛的精度要更高一些。

  使用新型彈藥的槍械在膛喉部分的直徑僅比標稱的彈丸直徑大0.0127mm,比如.204魯格、6mm克里德莫爾、6.5克里德莫爾和.224 Valkyrie。膛喉部分其實有一個錐角,而且膛喉更長從而讓彈丸可以盡可能多地露出于藥筒之外,同時還為發射藥留出了更多空間。在發射藥點燃之后,彈丸可以更加一致地嵌入膛線,從而提升了精度。從照片上可以看出,克里德莫爾、PRC這些以高精度著稱的彈藥幾乎都一個模樣,彈丸在藥筒頸部下就是船尾段。

  膛喉部分的錐角變成標準化的1.5°,這樣可以讓彈丸柔和地嵌入膛線。在過去,這個角度也是很隨意的,在1.5°~15°之間。隨著對極限射程的不斷探索,這些細節因素變得越來越重要。

  新型彈藥的藥筒設計似乎已經表現出小錐角和陡峭肩部的特征,之前有人表示這很難說是一個新的設計。幾十年前,Ackley就以這樣的理念設計了Ackley Improvement(AI)彈藥。Ackley這樣設計的主要原因就是增加藥筒的容積,以提高彈丸初速。現在采用這樣的設計初衷已經不再是追求高初速,而是為了改善藥筒與槍管軸線的對正問題,減少彈丸的PAT。至于藥筒錐度很小,還帶有陡峭的肩部,使得藥筒在彈膛內的定位非常準確。

  帶式藥筒似乎小時了,設計人員放棄了這種藥筒,轉而采用較為普遍的無底緣設計。通過陡峭的肩部來嚴格控制藥筒與彈膛之間的頂部定位,這減少了射擊過程中藥筒在彈膛內的活動空間,提高了射擊精度的一致性。在打擊底火時,藥筒向前移動的距離越一致,則底火的輸出也越一致。

  以往這樣細微的因素對精度的影響完全忽略,現在由于射程大幅提升,這類因素造成的影響已經被放大。因而底火打擊后的一致性都要被納入到彈藥設計中,進行通盤考慮。

  所有這些因素都處理好,會得到非常穩定的遠射程精度嗎?筆者會給一個肯定的答復。也許最好的例子就是6.5克里德莫爾,這種彈藥無論從哪款步槍發射,都具有極高的精度,因此受到廣泛的歡迎。如此小的彈藥能夠可靠地命中1000碼外的目標,其在海平面超音速飛行距離近1500碼(1372米),這曾經是大口徑馬格南重彈的射程。我們已經能夠從中等大小的藥筒,發射中等重量的彈丸獲得同樣的射程和精度,現在影響精度的主要因素取決于對風速的測量。

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