由BB彈槍發(fā)射的不同材質(zhì)同徑球形彈丸的比動(dòng)能差異研究

陳六一，劉 墨，仇禎昱

（1.江蘇警官學(xué)院刑事科學(xué)技術(shù)系，南京 210031；2.南京市公安局刑科所，南京 210012；

3.蘇州市公安局吳中分局，江蘇 蘇州 215000）

由BB彈槍發(fā)射的不同材質(zhì)同徑球形彈丸的比動(dòng)能差異研究

陳六一1，劉 墨2，仇禎昱3

（1.江蘇警官學(xué)院刑事科學(xué)技術(shù)系，南京 210031；2.南京市公安局刑科所，南京 210012；

3.蘇州市公安局吳中分局，江蘇 蘇州 215000）

多數(shù)充氣式氣槍的高壓容器內(nèi)的壓力隨著射擊次數(shù)的增加而減小。為了消除影響彈丸槍口速度的這一變量，采用每次射擊后補(bǔ)充充氣的方法，使充氣式氣槍具有相同初始發(fā)射能量。以不同的射擊距離發(fā)射材料密度不同的三種同徑球形彈丸，測(cè)量彈丸的速度，計(jì)算彈丸的動(dòng)能及比動(dòng)能。在射擊距離為30 cm時(shí)，鋼珠的比動(dòng)能是塑料彈的比動(dòng)能的1.59倍；在射擊距離為400 cm時(shí)，鋼珠的比動(dòng)能是塑料彈的比動(dòng)能的2.02倍。分析同一射擊距離上不同質(zhì)量彈丸的速度、動(dòng)能和比動(dòng)能的變化規(guī)律以及彈丸速度和比動(dòng)能隨射擊距離的變化規(guī)律，結(jié)果符合內(nèi)彈道學(xué)有關(guān)推論，得出“同徑球形彈丸材料的密度越大，在相同射擊距離上的比動(dòng)能越大”的結(jié)論；為進(jìn)一步規(guī)范氣槍槍口比動(dòng)能測(cè)試工作提供理論及實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

BB彈槍；內(nèi)彈道；球形彈丸；初速度；比動(dòng)能

同一支BB彈槍既能發(fā)射塑料球形彈丸及金屬球形彈丸（鋼珠），也能發(fā)射其它材質(zhì)的球形彈丸，少數(shù)BB彈槍還能發(fā)射氣槍彈[1]（鉛彈）。這些不同材質(zhì)及形式彈丸的槍口比動(dòng)能不同，致傷能力亦不同。充氣式BB彈槍發(fā)射的塑料彈丸的致傷能力小于相同直徑金屬和玻璃材質(zhì)彈丸的致傷能力[2]；金屬?gòu)椡柘鄬?duì)于塑料彈丸而言，其槍口速度值下降而槍口比動(dòng)能值上升[3]。在《法庭科學(xué)槍口比動(dòng)能測(cè)速儀法測(cè)試規(guī)程》（GB/T 953-2011）[4]中規(guī)定“若某槍支可發(fā)射多種材質(zhì)或形式的彈丸（如塑料彈丸或金屬?gòu)椡璧龋?，則以最大比動(dòng)能為準(zhǔn)”判定是否為法定槍支。如果多種材質(zhì)或形式的彈丸的槍口比動(dòng)能值跨越1.8 J/cm2，上述規(guī)定是否合理已對(duì)鑒定人員造成困惑。因此，從進(jìn)一步規(guī)范測(cè)試工作的角度看，深入認(rèn)識(shí)上述槍口比動(dòng)能產(chǎn)生差異的規(guī)律是必要的。

1 實(shí)驗(yàn)

采用補(bǔ)充充氣的方法，始終保持充氣彈匣內(nèi)的氣體為最大壓力，使BB彈槍以相同初始發(fā)射能量發(fā)射相同直徑的塑料、玻璃及鋼質(zhì)球形彈丸（鋼珠），測(cè)量三者的運(yùn)動(dòng)速度，計(jì)算三者的動(dòng)能和比動(dòng)能，分析三者的速度、動(dòng)能和比動(dòng)能之間的關(guān)系。

1.1 實(shí)驗(yàn)器材

6 mm外形仿MP5A4式充氣式氣沖鋒槍（圖1）；“猛將”牌充氣罐[2]，罐內(nèi)氣體主要成分為氟代丙烷；6 mm（實(shí)測(cè)平均值為5.90 mm）的塑料球形彈、玻璃球形彈和鋼珠，質(zhì)量分別為0.21、0.26、0.87g，3種彈丸表面光滑；美國(guó)產(chǎn)Model 36型測(cè)速儀，阻彈器；天平；皮尺；游標(biāo)卡尺等。

圖1 實(shí)驗(yàn)用充氣式氣沖鋒槍Fig.1 The pneumatic submachine gun for the experiment

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所為地下一樓，室溫25 ℃。充氣罐長(zhǎng)期存放于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，其內(nèi)氣體溫度與室溫?zé)o差別。

用“猛將”牌充氣罐（滿罐）對(duì)實(shí)驗(yàn)槍支的充氣彈匣充氣，直至聽不到進(jìn)氣聲，再充幾秒鐘停止；使測(cè)速儀處于就緒狀態(tài)；按順序1、4、7發(fā)射塑料球形彈，按順序2、5、8發(fā)射玻璃球形彈，按順序3、6、9發(fā)射鋼珠，即第一發(fā)發(fā)射塑料彈，第二發(fā)發(fā)射玻璃彈，第三發(fā)發(fā)射鋼珠，第四發(fā)發(fā)射塑料彈……；測(cè)速儀自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)；每發(fā)射一發(fā)彈后，均用充氣罐對(duì)充氣彈匣補(bǔ)氣，直至聽不到進(jìn)氣聲，再充幾秒鐘停止。

2 結(jié)果與討論

設(shè)置射擊距離（槍口到測(cè)速儀第一靶靶平面的距離）分別為30、100、200、400 cm。在每個(gè)射擊距離上收集3種材質(zhì)彈丸各3發(fā)數(shù)據(jù)，共36個(gè)數(shù)據(jù)。將同一射擊距離上的相同材質(zhì)的彈丸的數(shù)據(jù)取平均值，得到表1數(shù)據(jù)。

表1 在不同射擊距離上3種材質(zhì)同徑球形彈丸的速度、動(dòng)能和比動(dòng)能值Table 1 The velocity, the kinetic energy and the specifi c kinetic energy of three same-diameter spherical projectiles of various materials at different shooting distances

取表1中射擊距離為30 cm的數(shù)據(jù)繪成圖2。從圖2中不難發(fā)現(xiàn)，隨著彈丸質(zhì)量增加，彈丸速度減小，彈丸動(dòng)能增大，即：較輕的彈丸速度較大、動(dòng)能較小，而較重的彈丸速度較小、動(dòng)能較大。由于3種彈丸直徑相同，所以彈丸的質(zhì)量越大，彈丸的比動(dòng)能越大。表1中100、200、400 cm射擊距離上的彈丸質(zhì)量、速度、動(dòng)能及比動(dòng)能之間的關(guān)系均符合上述規(guī)律。

圖3為3種彈丸的速度隨射擊距離變化的示意圖。從圖中可以看出，隨著射擊距離的增大，彈丸質(zhì)量越小，速度衰減越快。由于槍口氣體的后效作用，塑料彈和玻璃彈在距離槍口約100 cm時(shí)速度達(dá)到最大值，之后逐漸減?。讳撝樵诰嚯x槍口30 cm時(shí)速度小于其他3個(gè)射擊距離時(shí)的速度，在射擊距離為100～400 cm之間時(shí)速度略有上升，幾乎持平，這是因?yàn)殇撝檫\(yùn)動(dòng)速度較慢，槍口氣體后效作用與鋼珠所受空氣阻力相對(duì)平衡。

圖4為3種彈丸的比動(dòng)能隨射擊距離的變化示意圖。塑料彈和玻璃彈在距離槍口約100 cm時(shí)比動(dòng)能達(dá)到最大值，之后逐漸減??；鋼珠的比動(dòng)能在30～400 cm射擊距離上逐漸增加，這是槍口氣體后效作用的結(jié)果。在同一射擊距離上，玻璃彈的比動(dòng)能大于塑料彈的比動(dòng)能，但相差不大；鋼珠的比動(dòng)能也大于塑料彈的比動(dòng)能且大得較多，兩者的比值分別為1.59（射擊距離30 cm）、1.63（射擊距離100 cm）、1.71（射擊距離200 cm）和2.02（射擊距離400 cm）。

圖2 3種彈丸在射擊距離為30cm時(shí)的速度、動(dòng)能和比動(dòng)能關(guān)系圖Fig.2 Diagram of the velocity, the kinetic energy and the specifi c kinetic energy of three spherical projectiles at a shooting distance of 30cm

圖3 彈丸速度—射擊距離關(guān)系圖Fig.3 Relationship between the velocity of projectile and shooting distance

圖4 彈丸比動(dòng)能—射擊距離關(guān)系圖Fig.4 Relationship between the specifi c kinetic energy and shooting distance

由內(nèi)彈道學(xué)基本公式可得出氣槍發(fā)射的彈丸槍口速度[5?7]為：

式中：ug—彈丸槍口速度；p0—?dú)鈽寴屘艃?nèi)被注入氣體的初始?jí)毫Γ籿0—槍膛初始?xì)馐胰莘e；γ—發(fā)射用氣體的絕熱指數(shù)；φ1—次要功系數(shù)；M—發(fā)射每發(fā)彈所注入槍膛的氣體質(zhì)量；m—彈丸質(zhì)量；s—槍管的橫截面積；L—槍管長(zhǎng)度。γ、s、L為常量，在本實(shí)驗(yàn)中，可視p0、v0、M為常量。這里的次要功系數(shù)φ1主要體現(xiàn)彈丸所受摩擦力做功的系數(shù)。由于三種彈丸表面光滑且彈丸與槍管內(nèi)壁的配合間隙一致，三種彈丸在槍管內(nèi)所受摩擦力一致，所以φ1亦為常量。由式(1)，當(dāng)彈丸質(zhì)量m增大時(shí)，根號(hào)內(nèi)左側(cè)分母增大，因而彈丸槍口速度ug下降。

將式(1)變形：

式(2)即為槍口動(dòng)能的內(nèi)彈道計(jì)算公式。當(dāng)m增大時(shí)，φ1+M/(3m)變小，故槍口動(dòng)能增大。由以上推算可知，當(dāng)彈丸質(zhì)量增大時(shí)，彈丸槍口速度減小而彈丸的槍口動(dòng)能增加；反之，當(dāng)彈丸質(zhì)量減小時(shí)，彈丸槍口速度增大而彈丸的槍口動(dòng)能減小。這一結(jié)論與上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。

3 結(jié)論

用每次發(fā)射能量一致的充氣式氣槍發(fā)射不同材質(zhì)的同徑球形彈丸時(shí)，彈丸的質(zhì)量越大，在相同射擊距離上的比動(dòng)能越大。換言之，同徑球形彈丸材料的密度越大，在相同射擊距離上的比動(dòng)能越大。在測(cè)試此類氣槍的槍口比動(dòng)能時(shí)，假如已經(jīng)測(cè)定塑料彈丸的比動(dòng)能值大于或等于1.8 J/cm2，則無(wú)需對(duì)其它材料密度大的玻璃、陶瓷或鋼珠等同徑球形彈丸做比動(dòng)能測(cè)定，因?yàn)槊芏容^大的同徑球形彈丸的比動(dòng)能更大。當(dāng)多種材質(zhì)或形式的彈丸的槍口比動(dòng)能測(cè)試值跨越1.8 J/cm2時(shí)，應(yīng)確定某種彈丸為測(cè)試彈丸，以該測(cè)試彈丸的槍口比動(dòng)能值為依據(jù)判定是否為槍支。

［1］ 中國(guó)輕工業(yè)聯(lián)合會(huì). 氣槍彈：GB/T 28800-2012［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

［2］ 梁傳勝，張銳.射擊球形彈丸氣槍識(shí)別圖譜［M］.北京：群眾出版社，2012.

［3］ 季峻,張曉軍,李松. 鋼珠氣槍及其發(fā)射彈丸的檢驗(yàn)和鑒定［J］.江蘇警官學(xué)院學(xué)報(bào),2008(3):181-185.

［4］ 全國(guó)刑事技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)痕跡檢驗(yàn)分技術(shù)委員會(huì). 法庭科學(xué)槍口比動(dòng)能測(cè)速儀法測(cè)試規(guī)程：GA/T 953-2011［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

［5］ 經(jīng)福謙，陳俊祥.動(dòng)高壓原理與技術(shù)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006.

［6］ 金志明.現(xiàn)代內(nèi)彈道學(xué)［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社, 1992.

［7］ 王金貴.氣體炮原理及技術(shù)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社, 2001.

Differences of the Specifi c Kinetic Energy of Material-various but Diameter-identical Globose Projectiles Shot by BB Guns

CHEN Liuyi1，LIU Mo2，QIU Zhenyu3
(1.Department of Criminal Technology, Jiangsu Police Institute, Nanjing 210031, China; 2. Institute of Forensic Science and Technology, Nanjing Public Security Bureau, Nanjing 210012, China; 3. Wuzhong Branch of Suzhou Public Security Bureau, Suzhou, Jiangsu 215000, China)

The air reservoirs of most BB guns release a fraction of their pressure following the fi ring each time. To avoid the infl uence of this variable on the muzzle velocity of projectile, the air reservoir is usually re-fi lled after each fi ring so as to ensure that a pneumatic gun maintains the same muzzle energy. Here, after three diameter-same spherical projectiles of various density were fi red at different distances, the velocity of the projectiles was measured and their kinetic energy and specifi c kinetic energy were calculated. At a fi ring distance of 30 cm, the specifi c kinetic energy of a steel projectile is 1.59 times as many as that of a plastic projectile. At a fi ring distance of 400 cm, the specifi c kinetic energy of a steel projectile is 2.02 times as many as that of a plastic projectile. By analyses of the relationship among the velocities, the kinetic energies and the specifi c kinetic energies of projectiles of different mass at a same fi ring distance, plus that between the velocities and the specifi c kinetic energies of projectiles, it was shown that the results are in accordance with the relevant deductions of interior ballistics. The conclusion can be made that “the larger the density of the diameter-same spherical projectile, the higher the specifi c kinetic energy can be reached at the same shooting distance.” The discovery revealed here may offer some theoretical and experimental supports for regulating the examination of the muzzle specifi c kinetic energy of BB guns.

airsoft gun; interior ballistics; spherical projectile; muzzle velocity; specifi c kinetic energy

DF794.1

A

1008-3650(2016)05-0380-03

2015-12-21

格式：陳六一，劉墨，仇禎昱.由BB彈槍發(fā)射的不同材質(zhì)同徑球形彈丸的比動(dòng)能差異的研究[J]. 刑事技術(shù)，2016,41(5):380-382.

10.16467/j.1008-3650.2016.05.008

陳六一（1961—），男，江蘇無(wú)錫人，學(xué)士，副教授，研究方向?yàn)楹圹E鑒定。E-mail：chenliuyi@jspi.edu.cn