来福纹

枪身内侧的几沟状纹路

来福纹 (Rifling,又名来福线、 来复线 、膛线) 是枪管或炮管内由 膛室 前方开始并延伸到炮口的几何纹路,作用是赋予弹头一定的转速, 使弹头出膛后 螺旋 飞行,增加其稳定性、准确性、杀伤力和射程。

来福纹最早出现在15世纪末期到16世纪的 欧洲 , 但在生产工艺大幅度提升的19世纪来福纹才开始普及。 1846年, 意大利 少校 卡韦利发明了使用来福纹的来复线式火炮, 同年在 克里米亚战争 中,有膛线的新式 来福枪 开始应用, 南北战争 期间,惠特沃斯设计的步枪和炮开始使用, 现代使用的步枪枪管内的来福纹根据对炮膛轴线倾斜角度沿轴线变化规律的不同,可分为等齐膛线、渐速膛线和混合膛线三种。 为制造方便,目前的 来福纹 断面均采用矩形。

历史沿革

来福纹最早出现在15世纪末期到16世纪的 欧洲 ,15世纪末,德国人首先在 枪膛 内刻上直线形 膛线 。 最初是为了方便将圆形弹丸更方便的装入枪管,后来发现来福纹可以使弹丸稳定旋转,从而提高了命中的准确性。早期的来福纹分有两种,一种为六棱螺旋形来福纹和配套的 铅弹 ,一种为有两个凹槽的来福纹,但这种来福纹枪支使用起来非常不便,因为每次射击后都会积累黑火药污垢,将子弹放入有来福纹的枪管比较困难,需要定期使用金属 刮刀 来清除污垢。

虽然 来福纹 在15世纪就有使用的记录,但是一直到了19世纪,生产工艺大幅度提升之后来福纹才开始普及。 1848年使用来福纹的来复线枪被发明出来, 1846年, 意大利 少校 卡韦利首先造出了一种在炮膛内刻有两条旋转来复线,使用圆柱形炮弹后膛装填的后膛来复线式火炮,使火炮技术有了变革性的飞跃。 它发射一种前端锥形、后段圆柱形的炮弹,最大射程5千米,它的方向偏差不到5米。而当时同样口径、重量的 滑膛炮 ,最大射程2.4千米,方向偏差却超过40米,因为球形弹丸飞出炮口后,会有不确定的 自旋 ,而旋转轴两侧与空气摩擦产生的气动力有差别,会让弹道偏移。从19世纪后半叶到 第一次世界大战 前,是 线膛炮 一统天下。

1849年,法兰西陆军 上尉 克劳德·爱迪尔内·米涅(Claude-Etienne Minie)发明了一种以他的名字命名的新型子弹—米涅弹。它的特点是内置一个带凹槽的圆锥体,与枪管中的 膛线 相吻合,使子弹在离开枪口时能够产生旋转,因此比 滑膛 步枪的弹丸射程更远、精度更高。

惠特沃斯爵士于1853年提出了 多边形 膛线原理,作用是令弹头自我旋转,在出膛后保持弹道稳定,但受限于当时加工技术,枪管只能加工成 六边形 ,他最初想在火炮上应用六边形炮管,结果被英军于1856年拒绝后,只能先在步枪上应用。

1853年在 克里米亚战争 中联军击败了拥有强大陆军的 俄罗斯 ,其决定性因素就是拥有 制海权 的 英国皇家海军 给联军运去新型 步枪 。俄国军队使用的是滑膛燧发枪,滑膛燧发枪的枪管里没有 膛线 ,所以 有效射程 不过180米。但是供给 法国 和英国联军的新式来复枪有膛线,所以有效射程达到约900米,且装弹流程标准化,装弹后可直接射击。

南北战争 同样凸显了米涅弹和新式来复线枪的致命杀伤力,给步兵带来了前所未有的死亡规模。 南北战争 时期, 南军 的神枪手使用装配了 多边形 来福纹 枪管的“惠特沃斯步枪”(Whitworth rifle)在战场上取得了很大成功,甚至在910米距离外一枪狙杀了 北军 在战争中阵亡的最高将领约翰·塞奇威克将军(他生前最后一句话是“这么远的距离,他们连 大象 都打不到”)。 惠特沃斯很快将多边形膛线技术应用到火炮上,并将多种前膛炮和后膛炮出口到 内战 时期的 美国 。 惠特沃斯设计的“70磅惠特沃斯海军炮”拥有独特的 六边形 炮管,以及前膛装填设计,口径为5.5英寸(140毫米),极限射程超过2700米。尽管外形特殊,“六角炮”作为早期 滑膛炮 和后期 线膛炮 的一种过渡产物,还是使用了60年(1840年至1900年),在人类战争史上留下了独特的一页。尽管外形奇葩,“六角炮”作为早期滑膛炮和后期线膛炮的一种过渡产物,还是使用了60年(1840年至1900年),在人类战争史上留下了独特的一页。

最后两款大批量使用的多边形 来福纹 步枪是 英国 的李-梅特福步枪(Lee-Metford rifle)和 日本 的有坂 。当线状无烟火药开始取代黑火药时,因为当时用来制作李-梅特福枪管的 金属材料 太软, 膛喉 磨损情况太严重无法适应新式火药,因此整个 多边形 来福纹枪管设计被取缔,在西方几乎销声匿迹,李-梅特福步枪也随即被改制成了传统 膛线 的 李-恩菲尔德步枪 。而东方的情况则相反,有坂铳设计则通过后续的 三八式步枪 不断证明了其在战场上的耐用性和精度,从 日俄战争 和 一战 开始一直坚持到了 二战 结束才退出历史舞台。

第二次世界大战 期间,因为 德国 为了能够快速生产大量可靠耐用的枪管而开始批量使用新发明的冷锻法,多边形 来福纹 出现在MG42机枪上。二战结束后,许多德国的军火商还在继续推出有 多边形 来福纹的枪械,比如 莱茵金属 的 MG3通用机枪 ,以及 H&K 的 G3A3自动步枪 、SL7半自动步枪和的PSG-1半自动狙击步枪。许多以手枪设计著名的欧洲公司,比如黑克勒&科赫、 格洛克手枪 、乌尔斯基·布罗德、 瓦尔特 等,都推出了多边形来福纹手枪管,使得多边形来福纹的设计开始变得更加多样化。

20世纪60年代, 苏联 研制 T-62主战坦克 时,为它研制了一门115毫米口径的 滑膛炮 。它发射的 尾翼稳定脱壳穿甲弹 ,速度能达到1 600米/秒。这样的高速不仅能提高穿甲威力,还有利于提高精度。在 冶炼 工艺不如西方的情况下,苏联这种滑膛炮打坦克的能力不输于当时西方国家的线膛坦克炮。此后欧美各国也开始在 坦克炮 上采用滑膛炮,120毫米和125毫米滑膛炮,分别是西方国家和 俄罗斯 坦克的主要武器。

来福纹分类

根据来福纹 对炮膛轴线倾斜角度沿轴线变化规律的不同,可分为等齐 膛线 、渐速膛线和混合膛线三种。

等齐膛线

等齐膛线的缠角为一 常数 。若将炮膛展开成平面,则等齐膛线是一条直线。等齐膛线在弹丸初速较大的火炮(如 加农炮 和 高射炮 )中广泛应用。等齐膛线的优点是容易加工﹔缺点是弹丸在膛内运动时,起始阶段 弹带 作用在膛线导转侧的力较大,并且此作用力的变化规律与膛压的变化规律相同,即最大作用力接近 烧蚀 磨损最严重的膛线起始部,因此对身管寿命不利。

渐速膛线

渐速膛线的缠角为一变数,在膛线起始部缠角很小,有时甚至为零(以便减小此部位的磨损),向炮口方向逐渐增大。若将炮膛展开成平面,渐速 膛线 为曲线,渐速膛线常用于弹丸初速较小的火炮,如 榴弹炮 中。渐速膛线的优点是可以采用不同曲线 方程 来调节膛线导转侧上作用力的大小。减小起始部的初缠角,就可以改善膛线起始部的受力情况,有利于缓解这个部位的磨损。缺点是炮口部膛线导转侧作用力较大、膛线制造的工艺过程较为复杂。

混合膛线

混合膛线吸取了等齐膛线和渐速膛线的优点,在膛线起始部采用渐速膛线,这样膛线起始部的缠角可以作的小些,甚至为零,以减小起始部的磨损,在确保弹丸旋转稳定性的前提下,在炮口部采用等齐膛线,以减小炮口部膛线的作用力。这种 膛线 的形状是由一段曲线和一段直线组成的。

膛线原理

来福纹 的作用是赋予弹头一定的转速, 使弹头出膛后 螺旋 飞行,增加其稳定性、准确性、杀伤力和射程。 当弹丸在 火药 气体作用下进入炮膛时,膛线嵌入 弹带 ,嵌入的弹带和炮膛断面一致,并赋给弹丸旋转运动。弹带嵌入切下的金属进人阴膛线以阻止火药气体通过弹丸泄出。

来福纹的制造

膛线加工技术可分为拉线法、挤(冲)线法、 电解 加工法和精锻加工法四种。

拉线法

根据使用 刀具 的不同拉线法分为刷形 拔丝 刀拉制 膛线 、多齿单刃拉线刀拉削膛线和成套整体盘式拉线刀拉制膛线三种方式。在拉线法中,刀杆的主 切削 运动是由 直线运动 和旋转运动复合而成,其运动轨迹符合瞠线的设计曲线。在大、中口径的身 管加工 中大多采用多齿单刃拉线刀。影响拉线质量的关键是刀具角度,如果角度合适、刀刃锋利,则切削阻力小,从而排屑流畅并能减少积屑瘤,避免啃刀等 病的出现。

挤(冲)线法

在挤(冲)线法中,利用带有凸出部分的 冲头 作为工具,用冲杆使冲头强力通过身管内膛,使身管内锋在横截面上产生程度不同的塑性变形而获得 膛线 。用挤线法加工膛线可以一次完成,适用于小口径浅膛线的枪管,工效远高于拉线法,但是在技术方面还有一些难点待解决,因而应用范围受到一定的限制。

精锻加工法

精锻法通常在室温状态下进行,管还的孔径经精加工略大于阳线直径,外圆经过粗车,管内装入一个带有膛线和微小锥度的成型芯棒,身管外部与芯棒对应的位置上分布几个精锻锤头进行高频锻打,使内、外表面特别是内表面一次成型,其加工精度和 生产率 都很高,但精锻机的投资巨大,芯棒的制造难度又很高,因此只适用于大批量生产。

电解加工法

在电解加工法中,被加工的身管内膛为 阳极 ,成形工具为 阴极 ,在身管内膛与工具之间留有一定的间隙作为 电解液 通道,利用阳极在高密度电流作用下溶解于电解液的原理加工出所需的 膛线 。目前有固定式阴极电解法和移动式阴极电解法两种。 电解加工枪炮管些线与 机械加工 脂线比较具有多种优点,如电解加工仅需要一个阴极,一次成形,生产率高,工序简单,工具阴极不消耗,节省了大量昂贵的 拉刀 或 冲头 ,表面质量好,无飞边毛刺,无残余 应力 表面 粗糙度 优于拉制和挤制,加工可以安排在 热处理 后进行,从根本上解决了枪炮管加工后的校直问题。

参考资料

  1. Rifling Types in Firearm Barrels: Everything You Ever Wanted to Know shootingtimes.com 2023-11-17
  2. 中国曾引进!英制六角怪炮可打2743米 新浪网 2023-11-18
  3. 李 - 梅特福和李-恩菲尔德步枪 pewpewpew.work 2023-11-18