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无责任猜想:当下我国通机弹药规格的更优解

2023-03-07 00:30 作者:斗阎丸  | 我要投稿

       注:本文引用的数据资料主要来源于网站”枪炮世界“

       笔者为路人爱好者,军事知识水平连业余都谈不上,写点东西纯求图一乐,内容难免贻笑大方,若阅读引起不适建议尽快左上角,或若能博君一笑,不胜荣幸。

        在正文开始前,笔者想先引入两条极其简单粗糙的算式:Ri=mv和Ac=m/r ³

      Ri(初始后座比较值,Recoil-initial),表示子弹在枪械没有任何减后坐措施的条件下所产生的后座力的比较数值,而顾名思义,比较值,是只用于比较相对大小的数值,初始后座比较值也只是用于比较不同质量和初速度条件下子弹所产生的后座力的相对大小,以及差距程度,没办法像真正的物理公式一样算出确定值然后能应用于现实中的军事领域。Ri值越高,代表子弹的后座力越大越难直接驾驭。在Ri=mv的算式中,m代表弹头质量,基本单位为克,v代表枪口初速度,基本单位为米每秒,计算思路类似于经典力学中的动量。看到这里估计读者们已经槽点满满:算后座力相关的算式你居然用动量公式的思路,这也就罢了,米每秒的速度基本单位为什么对应的质量基本单位是克啊,你怕不是连初中物理都没学好?然而刚刚已经讲过,Ri只是一个用于比较的值,只需要设定好单位标准,不管这个标准符不符合真正的物理公式标准,其计算出来“孰大孰小”的结果是不受影响的。同理,因为我们知道后座力大小跟动量大小是呈正相关的,所以直接用动量的计算思路来算出后座力“孰大孰小”的结果,这个思路也是没问题的。以下是几个计算和应用Ri的例子:

5.45x39mm(7N6型号)的弹头质量为3.44克,在AK74M上发射的初速度为900米每秒,则

          Ri=3.44x900=3096

7.62x54mmR(普通弹)的弹头质量为9.6克,在PKM上发射的初速为825米每秒,则

          Ri=9.6x825=7920

12.7x108mm(B32-API)的弹头质量为52克,在NSV上发射的初速为860米每秒,则

          Ri=52x860=44720

       而由以上计算结果我们可以得出,后座力大小方面:12.7x108mm大于7.62x54mmR大于5.45x39mm,5.45x39mm跟7.62x54mmR的后坐力差距较大,5.45x39mm跟12.7x108mm的后坐力差距非常大。但至于说7.62x54mmR的后座力是不是约为5.45x39mm的2.56倍,或者12.7x108mm的后座力是不是约为5.45x39mm的14.44倍,这个就不一定了,实际倍数有可能在合理误差内更小也有可能更大。

       Ac(长径比比较值,Aspect ratio-compared),表示在假定弹头都是平均密度相同的铜-钢材质的条件下,不同规格子弹弹头的长径比比较值。一般认为在一定范围内,弹头的长径比越大,气动外形越好,存速性能也越好。在算式Ac=m/r ³中,m同样表示弹头质量,基本单位是克,r表示子弹口径,基本单位是毫米。该算式的思路是将弹头的形状看成一个规则的圆柱体,在除以“底面积系数”(r²)后再除以一次口径(r),就能得出表示长径比相对大小程度的Ac值。由于假定的公式前提是密度是既定的,所以质量与体积也是固定的正比例关系,因此在计算反映不同规格弹头的长径比的相对大小和差距程度的数值时,可以省略质量通过密度换算到体积这一步,在计算逻辑上直接把质量等同于体积。这时各位读者可能有一个最大的疑问是:弹头的实际形状先不说根本就不是圆柱形,它们本身形状上的具体参数和比例也是各种各样,这种把它们都看作同样形状的计算逻辑如何靠谱?这时我们不妨换个角度思考,规则圆柱形的弹头你可以把它看作是一个气动外形零加工的“毛胚弹头”,或者说把它理解为子弹气动外形的“底子“,Ac值越高,代表”底子“越好,虽然没办法具体比较各种不同气动外形的优劣,但至少可以确定的是,”底子“越好,代表该规格的弹头气动外形能被加工的性能上限越高。以下是几个计算和应用Ac值的例子:

7.62x39mm的M43普通弹的弹头质量为7.91克,则M43普通弹的Ac值为:

        Ac(M43)=7.91/(7.62)³ ≈ 0.0179

7.62x51mm的M59弹弹头质量为9.75克,则M59弹的Ac值为:

       Ac(M59)=9.75/(7.62)³  ≈ 0.022

7.62x51mm的M118狙击弹弹头质量为11.15克,则M118弹的Ac值为:

      Ac(M118)=11.15/(7.62)³  ≈ 0.0252

8.6x70mm的.338LM狙击弹(轻弹头)弹头质量为16.2克,则.338LM的Ac值为:

      Ac(.338LM)=16.2/(8.6)³  ≈ 0.0255

由以上计算结果可知,长径比大小或者说存速性能高低方面:.338LM大于M118大于M59

大于M43。

为了让大家更加直观地理解什么是高长径比以及好的气动外形,下面来放几张图:

差的气动外形——以M43普通弹为例,低长径比、弹头弧度大,更有甚者连船尾外形都没有

早期未改良的M43弹,弹头连船尾外形都没有,存速性能可想而知如何惨不忍睹
M43弹后期改良版,加上了船尾外形,稍微降低了一点弹头弧度,以及提高了一点长径比,尽管存速性能有所改善,但受限于M43规格本身的”底子“不足,M43的存速性能上限终究还是不高


好的气动外形——以.338NM为例(下图左边),高长径比、头弧度小,船尾外形长度适中

题外话:.338口径的主流弹药大概是目前为数不多的反传统设计常规弹——机枪弹弹头重初速低存速更好,狙击弹弹头轻初速高存速较差,跟其他常规的同口径机枪弹狙击弹完全是反过来的。

追求存速极致的气动外形:这是我目前无法理解清楚的高深领域,只能纯放图给大家感受了

      下面正文开始

       大概是考虑到《大决战4》的拍摄场地涉及到城市作战情景,以及学习总结了美帝和毛子的城市战经验,我国最新一代的轻武器体系中把淘汰了多年的中口径通用机枪复活了。新的中口径通用机枪型号命名为QJY201,弹药规格使用当下世界主流的7.62NATO。新通机无论是外形还是设计水平目前都赢得了围观群众们的一致好评。参照实战例子来看,既然以PKM和PKP的性能都可以在如今的城市战中大放异彩,那么弹道性能略微占优、同样轻量化且结构更加紧凑更有利于作战机动的QJY201,应对当今世界上的城市战战场性能自然完全够用。而且,不同于连子弹都要迭代更新的191枪族和QJB201,QJY201是直接采用国内外贸弹药生产线的既有产品,在设计流程上跳过了弹药这一步直接开始设计枪械,因此除了自身设计水平高,性能优秀外,QJY201在设计时间、设计成本、后勤供应负担等方面也交出了一份高分的答卷。

       

QJY201通用机枪

       虽然客观地讲,在当下看来,QJY201无疑是当今世界上中口径机枪中的“尖子生”,但其自身的优秀素质本质上只是当今各种枪械成熟设计和技术的优秀集成,却并没有采用任何前沿的或者前瞻性的设计或技术,在未来最快十几年后很可能就会沦为“落后产品”。考虑到我们自身和周边局势的原因,也不排除QJY201的设计有应急甚至是过渡的考虑在内。那么,如果当初上边对设计的要求放宽一些,设计师的思路也大胆一些,在选择弹药规格时不选用非常成熟的7.62NATO,那么新通机至少硬指标上会有更优解吗?在我看来,是有的。

       那么不用7.62NATO,又该选择哪个规格呢?世界上目前在使用的中口径弹药有很多,但其中以民用规格居多,军用规格很少,而军用规格中大部分的定位又是精确射手跟狙击弹药,所以选用现有军用的中口径机枪弹规格,除去7.62NATO外,我们的选项就只剩下了7.62x54mmR、6.8x51mm以及8.6x64mm。其中7.62x54mmR本身就是被我们淘汰的规格,而6.8mm以及8.6mm机枪弹的规格,则因为太新(我们习惯先让鹰酱帮我们踩坑再决定摸不摸)以及太贵(配套的机枪,尤其是那根耐造的枪管,价格不菲)而不符合我们的要求。

        因此,如果新通机不采用7.62NATO弹,那我们就只能搞新通机弹了,可是新通机弹的规格如果是完全重新自主设计的话,时间和经济成本投入大不说,关键是最后成功与否的不确定性也大。那么新通机弹要怎么搞?这点我们就可以参照DBP191,在原成熟口径规格的基础上进行改进升级,这样就能大大提高研制成功的确定性了。

神秘的新一代标准步枪弹DBP191,目前能公开的信息只有包装盒和弹箱(雾)

        当然说了这么多,新通机弹的规格自然不可能兜兜转转最后又回到7.62NATO上,毕竟大半个世纪以来7.62NATO的潜能早已被鹰酱开发到顶,没有提升的空间了。那么这个既成熟又还有改进空间的机枪弹规格会是哪个呢?答案可能会让人有些意外,是“死去”多年的7.92x57mm毛瑟步枪弹,而且是它的sS重尖弹型号。而笔者在“枪炮世界”上找到该弹的简要数据如下:

sS重尖弹作为新通机弹的“原型弹”,其主要优势有以下几点:

1、弹头重,存能好。该弹当年作为步机狙的三用弹,其Ac值甚至高于.338LM,Ac(sS)≈0.0258,而我们前面已经计算过Ac(.338LM)≈ 0.0255。

2、装药能量高,在98K的600mm枪管上能打出 800米每秒的枪口初速约4096焦耳的枪口动能 。

3、该弹已经有过非常辉煌的机枪弹“从业经历”,其中最经典的莫过于在MG42上工作的时期。虽然MG42的枪口初速只有755m/s,弹道比较弯曲,但笔者认为这主要是因为MG42的射速太快,为了控制枪管升温以及降低膛线磨损,只能选择比98K更短的枪管来打出较低的初速。(知名科普博主“晓枪老王”有提过子弹速度越快对膛线的磨损越大)

4、膛压水平适中,用98K发射时膛压为360Mpa,只比7.62NATO的常规机枪弹膛压(比如M59)345Mpa(50000psi)高一点。

5、该弹全弹重量对比7.62NATO(25克左右)增加幅度不大,只多了不到2克。

       而作为本身已经有着好底子的弹种,尽管年代有些久远,但我们需要对sS重尖弹进行改进的地方不会太多,幅度也不会太大。改进的地方主要有两个,一是气动外形,网上有资料提到sS重尖弹在重量占优,且枪口初速接近的条件下,弹道却比M118更弯曲(M118在600mm的枪管上发射的初速是805米每秒),这也就意味着sS重尖弹的存速性能不如M118。对此我们可以在将该弹密度更大的铅芯改为钢芯时,充分利用密度变化带来的长度增加,降低弹头锥度,进一步提高长径比,然后再改进原版弹头的船尾外形,来达到提高存速性能的目的;二是提高枪口初速,sS重尖弹的初速偏低也是其弹道弯曲的主要原因,对此我们可以通过增加装药能量的方法来提高其枪口初速,从而在改善弹道的同时也增加其威力,笔者认为850米每秒是一个比较合适的速度(对应的枪口动能约为4624焦耳)。而这两项改进对原版弹重量唯一有影响的地方只有装药,但因为新通机弹的枪口动能只比原版弹(以98K的弹道数据作为参照对比)只多了不到600焦耳,所以即使不使用高能发射药,要增加装药的条件下,最终的全弹重量也不会超过27克,与7.62NATO的全弹重量差也会在3克以内。

        在确定了子弹的规格和改进方向后,便到了具体的枪械设计环节,我们首先要确定的是新通机需要多长的枪管来发射新弹。对此笔者心中有三个方案:分别是激进(550mm)、保守(600mm)、最保守(650mm,跟PKM差不多)。考虑到兔子对长寿命枪管的偏好,而枪管长度越长越有利于降低子弹膛压从而越有利于提高枪管寿命,笔者便在最保守的方案上进行进一步的猜想吧。

       MG42由于各种原因(轻枪管、高射速、四膛线等),导致其枪管寿命并不高,其普通枪管的寿命在按照战术手册正常使用的情况下,最多也只有4000发。而后期采用了镀铬工艺的枪管寿命最多也只有8000发。新通机弹由于初速比原版sS重尖弹提高了不少,所以单发子弹对枪管膛线的磨损力度也相应高了不少,但好在大半个世纪的技术进步使我们应对的方法也多了不少——首先是降低射速,将射速设置在540~600rpm;其次是增加膛线数量,由MG42的4膛线增加至6膛线;第三是采用燃烧相对温和的发射药,将膛压水平控制在360~380Mpa;第四是采用重枪管,并配合如今比当年具有更高红硬性的新材料,直接双倍加成;第五是采用双层镀铬工艺或选用其他更加耐高温的材料来制作枪管内部的耐高温涂层;等等,这样多重buff加持到新通机的枪管上,相信最后能达到至少12000发的枪管寿命还是不难的。

       

三次元枪战可不讲究什么TTK,所以高射速实际上对MG42来说不仅不是优点,反而是导致其“短命”的重大缺陷。

       在解决了新弹由于提高枪口初速带来的枪管寿命问题后我们再来解决它带来的另一个问题——后座力,前面已经计算过PKM上发射7.62x54mmR的Ri值为7920,而新通机的新弹Ri值则为10880,比起PKM还是多出不少的。因为有斯拉夫超人“无后座”打PKM的视频作为参考,那么我们假设在经过训练后,在没有任何减后坐措施的条件下,人类稳定控枪所能承受的后坐力大小上限对应的Ri值为7920,那么很明显,新通机必须要采用一定的减后坐措施才能够正常使用。不过后坐力这个问题在目前来说并不大,因为跟提高枪管寿命一样,现在我们在减少后坐力方面同样有很多的“buff”可以叠——制退器、液压缓冲、前冲击发以及枪身浮动原理等。而这些buff的效果在目前的技术水平条件下效果也是非常给力,比如枪身浮动原理的前沿应用者之一的MG338,只加了一个buff,就能把MG338的可感后座减到M4卡宾枪的水平(SIG员工的说法),而MG338上的.338NM子弹和M4上的M855子弹的Ri值分别为15707(差不多为新通机弹的1.5倍)和3536;而几乎把buff叠满的QJZ171(其子弹Ri值跟NSV相同,为44720),则已经获得了在轻量化条件下打轻机枪模式的能力。因此,在后座力这个问题上我们的选择可以说是非常自由,这些buff爱怎么叠就怎么叠。不过笔者还是建议至少带一个枪身浮动,因为浮动结构在大幅减少后座力(至少是可感后坐力)的同时还能带来不低的枪身减重收益,综合收益最大。(PS:SIG员工介绍MG338减后坐效果视频,坐标1:26至1:38)

                                                 最新版  中华超人VS美利坚超人.jpg

        最后再来猜想一下新通机的一个大致的的总体布局,这个就非常简单,既然枪管长度都接近PKM了,总体布局也可以直接参考PKM的长枪管+紧凑机匣,不过枪托得整个跟QJB201一样的可折叠伸缩枪托,这样才方便乘坐各种装甲载具并且可以作为伞兵的可携带武器。

       总体来看,假想版的新通机方案对比QJY201来说,只是多付出了一定的寿命维护代价、以及非常小的弹药负重增加代价(每1000发子弹多出不到3千克的重量),便获得了明显的弹道(存速性能明显提升、弹道更加平直)和威力(枪口截面动能密度增加约25%)提升,至于枪身重量,如果新通机采用了枪身浮动结构,其空枪重量控制在跟QJY201同水平甚至更低一点也是完全没问题的。当然,前面已经说过,该更优解猜想只是保证新通机的硬指标总体优于QJY201。而在硬指标之外,比如后勤、生产线、轻武器的研发装备流程等方面,便是新通机反过来被QJY201摁在地上摩擦的局面了。

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