規(guī)范氣槍威力測試條件研究

陳六一

(江蘇警官學(xué)院刑事科學(xué)技術(shù)系， 江蘇南京 210031)

規(guī)范氣槍威力測試條件研究

陳六一

(江蘇警官學(xué)院刑事科學(xué)技術(shù)系， 江蘇南京 210031)

氣槍發(fā)射動(dòng)力與發(fā)射物分離，且儲(chǔ)氣式氣槍的發(fā)射壓力隨射擊次數(shù)的增加而下降，這使氣槍的初始發(fā)射條件產(chǎn)生多種組合形式。為了規(guī)范涉案氣槍威力的測定方法，闡述了氣槍的動(dòng)力形式及氣槍發(fā)射物的種類，分析了影響氣槍威力的多種因素，得出了壓縮氣體壓力、環(huán)境溫度及彈丸質(zhì)量和型式是確定氣槍威力必要條件的結(jié)論。

氣槍; 槍口動(dòng)能; 測試條件

0 引言

按動(dòng)力方式分類，可將氣槍分成彈簧活塞式氣槍及儲(chǔ)氣式氣槍[1]；按發(fā)射能量是否變化，還可將氣槍分成發(fā)射能量不變的氣槍及發(fā)射能量變化的氣槍。一些氣槍既能發(fā)射氣槍彈[2]，也能發(fā)射球形彈丸；既能發(fā)射塑料球形彈丸，還能發(fā)射玻璃、陶瓷、鋼珠等材質(zhì)的球形彈丸。當(dāng)發(fā)射能量或彈丸不確定時(shí)，同一支氣槍在不同的物證鑒定機(jī)構(gòu)或在不同的檢驗(yàn)時(shí)間或地點(diǎn)檢測所得到的槍口動(dòng)能及槍口比動(dòng)能不同。對(duì)于那些槍口比動(dòng)能接近致傷力判據(jù)的氣槍而言，這一不同，可能造成鑒定結(jié)論的對(duì)立及爭議。

1 氣槍的種類

1.1 發(fā)射能量不變的氣槍

1.1.1 彈簧活塞式氣槍

人們最早使用的氣槍就是彈簧活塞式氣槍，其發(fā)射過程為：外力壓縮彈簧，彈簧伸張推動(dòng)氣缸內(nèi)的活塞，活塞壓縮氣缸內(nèi)的氣體形成壓縮空氣，壓縮空氣發(fā)射彈丸。此類氣槍的發(fā)射能量取決于彈簧的機(jī)械性能、空氣壓縮量及活塞與氣缸的密封程度。一般一副彈簧及氣缸密封碗可以發(fā)射數(shù)千發(fā)彈丸。在此壽命期內(nèi)，可認(rèn)為彈簧活塞式氣槍的發(fā)射能量無變化。按外力的類型，又可將彈簧活塞式氣槍分為手動(dòng)型和電動(dòng)型。

(1)手動(dòng)型

即利用人體肌肉力量壓縮彈簧，使其獲得彈性勢(shì)能。手動(dòng)型彈簧活塞式氣槍按壓縮彈簧的方式不同還可分為手拉槍機(jī)(套筒)式、槍管下壓式、拉桿下壓式和拉桿側(cè)壓式[3]。

(2)電動(dòng)型

圖1為電動(dòng)型彈簧活塞式氣槍原理圖。電機(jī)帶動(dòng)一組不完全齒輪變速機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，由不完全齒輪帶動(dòng)一個(gè)與活塞聯(lián)在一起的直形齒條向后運(yùn)動(dòng)，活塞向后運(yùn)動(dòng)的同時(shí)壓縮彈簧，見圖1左，當(dāng)不完全齒輪與直形齒條脫離嚙合時(shí)，彈簧被壓縮到位；隨后，彈簧伸張，推動(dòng)活塞向前壓縮氣缸內(nèi)的空氣，壓縮空氣發(fā)射彈丸，見圖1右。不完全齒輪的齒數(shù)一定，直形齒條向后運(yùn)動(dòng)距離也一定，因而彈簧的被壓縮量一定，所以電動(dòng)型氣槍每次發(fā)射能量一致。[4]

圖1 電動(dòng)型彈簧活塞式氣槍原理圖

1.1.2 單次泵壓式氣槍

單次泵壓式氣槍裝有充氣裝置，每次射擊只需“泵”一下氣。其特點(diǎn)是威力較小，但由于每次發(fā)射的氣壓一致性好，所以射擊精度高，適合作精確射擊的比賽用槍，如德國產(chǎn)“4.5 mm瓦爾特LGR標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)氣步槍”[3]便屬這類氣槍。

1.2 發(fā)射能量變化的氣槍

1.2.1 多次泵壓式氣槍

亦裝有充氣裝置，但每次射擊需泵多次氣(3～4次)，威力隨氣室內(nèi)壓力的大小而變化，每次射擊后需重新泵氣才能再次射擊。目前常見的自制“排槍”便屬于這種類型，如圖2所示。

圖2 “排槍”

1.2.2 預(yù)充氣式氣槍

預(yù)充氣式氣槍帶有可重復(fù)使用的儲(chǔ)氣裝置，沒裝充氣裝置的，充氣需由外接設(shè)備完成，使用壓縮空氣、CO2及氟代丙烷等作為發(fā)射能源。儲(chǔ)氣裝置按外形分有潛水瓶氣瓶、圓柱形氣瓶及充氣彈匣。潛水瓶氣瓶容量大，可充入幾十克至上百克的液態(tài)CO2或者一定量的壓縮空氣，其內(nèi)部最大壓力一般為20 MPa(少數(shù)可達(dá)30 MPa)，充滿氣可發(fā)射數(shù)十至數(shù)百發(fā)彈丸。潛水瓶氣瓶通常兼作氣步槍的槍托，如美國產(chǎn)“禿鷹”牌氣步槍。圓柱形氣瓶容量較大，一般平行安裝于槍管下方，在氣步槍與氣手槍上均有應(yīng)用。充氣彈匣多用于外形仿名槍的氣槍上，彈匣形狀為弧形或矩形，與被仿槍支彈匣的外形相一致。充氣彈匣底部設(shè)有充氣嘴(與打火機(jī)上的類似)。氟代丙烷氣罐內(nèi)的氣體可通過該氣嘴快速地注入彈匣。

儲(chǔ)氣裝置內(nèi)的氣壓隨著射擊發(fā)數(shù)的增加而逐漸降低，影響射彈的彈道一致性。為了解決這一問題，一些高檔的預(yù)充氣式氣步槍采用恒壓裝置，以保證氣槍具有一致發(fā)射力。美國考斯曼公司生產(chǎn)的“本杰明·發(fā)現(xiàn)”[5]、德國產(chǎn)范維克鮑C60式等便屬于此類氣步槍。實(shí)現(xiàn)恒壓的關(guān)鍵是在高壓氣瓶與槍膛之間加裝二級(jí)氣室，高壓氣瓶與二級(jí)氣室之間設(shè)有閥門。每次發(fā)射前，高壓氣瓶內(nèi)的氣體通過閥門注入二級(jí)氣室，當(dāng)二級(jí)氣室內(nèi)壓力達(dá)到預(yù)定值時(shí)，閥門自動(dòng)關(guān)閉，高壓氣瓶停止注氣，使二級(jí)氣室內(nèi)獲得定壓、定量發(fā)射氣體。當(dāng)二級(jí)氣室與槍膛之間的閥門被打開時(shí)，二級(jí)氣室內(nèi)的氣體進(jìn)入槍膛，發(fā)射彈丸。當(dāng)高壓氣瓶內(nèi)的壓力等于或低于上述預(yù)定值時(shí)，“恒壓”作用消失。

1.2.3 CO2氣瓶式氣槍

這里的CO2氣瓶是指內(nèi)含12克CO2的一次性小鋼瓶，通常用在氣手槍上，見圖3。

2 氣槍的發(fā)射物

通常氣槍的發(fā)射物按其外形可分為BB彈、氣槍彈和箭鏢彈3類。前兩類常見，箭鏢彈少見。

BB彈為各種材質(zhì)制成的球形彈丸，通常由滑膛槍發(fā)射，有塑料彈、陶瓷彈、玻璃彈、大理石彈和金屬BB彈。常見的BB彈直徑為6 mm，重量規(guī)格有0.1、0.12、0.135、0.15、0.16、0.20、0.21、0.22、0.23、0.24、0.25、0.26、0.27、0.28、0.29、0.30、0.32、0.36、0.40、0.43、0.66、0.90 g，其中0.12 g和0.20 g塑料材質(zhì)最常見。另外，還有直徑為8 mm的BB彈，典型重量有0.34 g和0.35 g。直徑4.5 mm鋼珠BB彈(BBs)也是常見品種，表面鍍有銅或鎳，常由以CO2氣瓶為動(dòng)力的氣手槍發(fā)射，如圖3所示。彩彈也屬于BB彈，我國有11 mm和17.5 mm兩種直徑，中間裝填彩色涂料，由專用彩彈槍發(fā)射。當(dāng)擊中目標(biāo)時(shí)，彩彈破裂，其彩色涂料在目標(biāo)上顯示擊中標(biāo)記；除此之外，各種對(duì)應(yīng)直徑的軸承滾珠常被用作BB彈的替代品。

氣槍彈的種類較多，一般有線膛槍發(fā)射，按不同的分類方法，可分成：普通氣槍彈、競賽氣槍彈；鉛或鉛合金氣槍彈、其他材質(zhì)氣槍彈；單體式氣槍彈、組合式氣槍彈；平頭、圓頭、尖頭、凹頭等、氣槍彈。氣槍彈的常見外形為“空竹形”，也有不常見的圓柱形。制作氣槍彈的常用材料為鉛，為了環(huán)保也有用錫制成的。組合式氣槍彈通常為環(huán)保氣槍彈，中間為鋼芯，外面為不含鉛的軟金屬或塑料。我國氣槍彈的口徑規(guī)格只有4.5 mm(0.177 in)和5.5 mm(0.22 in)兩種規(guī)格，這也是世界上最流行的規(guī)格。國外次流行的規(guī)格有5 mm(0.20 in)和6.35 mm(0.25 in)。此外，國外還有配用狩獵大型動(dòng)物的大口徑充氣式氣步槍的氣槍彈，規(guī)格有：9 mm(0.357 in)、11.43 mm(0.45 in)、12.7 mm(0.50 in)和14.5 mm(0.58 in)等，甚至有20 mm(0.79 in)和22.1 mm(0.87 in)大口徑供個(gè)人定制。競賽氣槍彈只有4.5 mm一種規(guī)格。國產(chǎn)競賽氣槍彈的質(zhì)量為0.50、0.53和0.56 g，普通彈為0.52 g(4.5 mm)和0.92 g(5.5 mm)。不同口徑的氣槍彈的質(zhì)量值差別較大。

3 討論

依據(jù)氣體炮發(fā)射原理[6]，應(yīng)用到上述帶恒壓裝置的氣槍，得到彈丸槍口動(dòng)能：

(1)

式中：E0為彈丸槍口動(dòng)能；m為彈丸質(zhì)量；ug為彈丸槍口速度；p0為二級(jí)氣室內(nèi)部氣體壓力；v0為二級(jí)氣室容積；γ為發(fā)射用氣體的絕熱指數(shù)；φ1為次要功系數(shù)；M為二級(jí)氣室內(nèi)的氣體質(zhì)量；s為槍管的橫截面積；L為槍管長度。

這里，γ、s、L、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)，可視為常量。

從式中可看出：彈丸質(zhì)量m增大時(shí)，(φ1+M/3m)變小，故槍口動(dòng)能E0增大，E0為m的單調(diào)增函數(shù)。

由此可見，測定氣槍威力時(shí)，彈丸質(zhì)量不同，則氣槍威力也不同。

在式(1)中，取φ1=1.03，M=0.3g，彈丸1質(zhì)量m1=0.10 g，彈丸2質(zhì)量m2=0.12 g，彈丸3質(zhì)量m3=0.20 g，彈丸4質(zhì)量m4=0.90 g，則1/(φ1+M/3m4)=0.88，1/(φ1+M/3m3)=0.65，1/(φ1+M/3m2)=0.54，1/(φ1+M/3m1)=0.49，得出E4∶E3∶E2∶E1=1.79∶1.33∶1.1∶1，E3∶E2=1.20∶1。理論估算表明，在某一相同初始發(fā)射條件下，6 mm BB彈中最重彈丸槍口動(dòng)能是最輕彈丸槍口動(dòng)能的1.79倍；最常見的0.20 g和0.12 g的6 mm BB彈，前者槍口動(dòng)能比后者槍口動(dòng)能大20%。有實(shí)驗(yàn)研究[7]表明，在射擊距離為30cm時(shí)，鋼珠(0.87 g)的比動(dòng)能是塑料彈(0.21 g)比動(dòng)能的1.59倍。

同理，在相同初始發(fā)射條件下，不同材質(zhì)、不同質(zhì)量、不同公稱直徑氣槍彈的槍口動(dòng)能也有差異。

一些帶有轉(zhuǎn)輪彈倉的4.5 mm口徑的滑膛氣槍[4]，既能發(fā)射4.5 mm BBs(0.34 g)也能發(fā)射4.5 mm氣槍彈(0.52 g)，BBs和氣槍彈的槍口動(dòng)能也不一致。

(2)

式中，Mmol為發(fā)射氣體的摩爾質(zhì)量；R為理想氣體常數(shù)；T為理想氣體熱力學(xué)溫度，將(2)式代入(1)式，得到：

(3)

從(3)式可看出，E0亦為p0的單調(diào)增函數(shù)。

對(duì)于發(fā)射能量不變的氣槍，若其它條件不變，則氣槍威力不變；而對(duì)于發(fā)射能量變化的氣槍，則應(yīng)該明確發(fā)射壓力，然后測定槍口動(dòng)能。

在式(1)中，設(shè)m不變。當(dāng)密閉在二級(jí)氣室內(nèi)的定量氣體(M也不變)溫度T上升時(shí)，根據(jù)克拉貝龍定律，p0與T成正比，即E0與T成正比。這就是為什么在射擊比賽時(shí)為了獲得好成績，射擊運(yùn)動(dòng)員帶著射擊器材早早地進(jìn)入比賽場地的原因，其目的是讓氣槍及其氣體與環(huán)境溫度相一致，消除溫度對(duì)射擊成績的影響。

我國地域遼闊，南北常年溫差較大，因此，測試氣槍威力時(shí)，還應(yīng)規(guī)定測試的環(huán)境溫度。我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《氣槍》(GB/T 28801—2012)[1]和美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM F2748—2014[8]規(guī)定測試環(huán)境溫度為16～27 ℃，可以此作為參考依據(jù)。

4 結(jié)論

公安部在有關(guān)認(rèn)定槍支的文件及標(biāo)準(zhǔn)[9-10]中從未規(guī)定測試氣槍時(shí)壓力和溫度標(biāo)準(zhǔn)，而在《法庭科學(xué)槍口比動(dòng)能測速儀法測試規(guī)程》(GB/T 953—2011)[10]中規(guī)定“若某槍支可發(fā)射多種材質(zhì)或形式的彈丸(如塑料彈丸或金屬彈丸等)，則以最大比動(dòng)能為準(zhǔn)”。這一規(guī)定過于“籠統(tǒng)”，缺乏可操作性。對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)，國際上通行的做法是只對(duì)送檢的槍支及彈丸做檢測。但是，在槍支認(rèn)定實(shí)務(wù)中，部分案件的委托鑒定人僅送檢了疑似氣槍，未送檢彈丸，檢驗(yàn)人員往往難以弄清疑似槍支標(biāo)準(zhǔn)配置哪些彈丸。因此，針對(duì)這類檢驗(yàn)，應(yīng)明確測試用彈丸，使檢驗(yàn)人員有章可循，檢驗(yàn)意見更具權(quán)威性。

其它行業(yè)的做法也值得借鑒，實(shí)際上，軍用制式槍支使用不同類型的子彈射擊時(shí)，如普通彈、標(biāo)準(zhǔn)彈、強(qiáng)裝藥彈及高壓彈，所獲得的槍口動(dòng)能是不同的。人們通常所說的某槍支的槍口動(dòng)能是用標(biāo)準(zhǔn)彈在設(shè)定溫度等條件下使用測速儀測出速度后經(jīng)計(jì)算得出的數(shù)值[11]。確定氣槍威力的必要條件是首先要給定發(fā)射氣體的壓力、溫度及一定型式和一定質(zhì)量的彈丸。

[1] GB/T 28801—2012,氣槍[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

[2] GB/T 28800—2012,氣槍彈[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

[3] 錢熊飛，王光華主編.槍械識(shí)別圖典[M].沈陽：萬卷出版公司.2008.

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

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[10] GA/T 953—2011，法庭科學(xué)槍口比動(dòng)能測速儀法測試規(guī)程[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

[11] GJB 3196—98，槍彈試驗(yàn)方法[S].北京：中國人民解放軍總參謀部，1998.

(責(zé)任編輯 于瑞華)

陳六一(1961—)， 男， 江蘇宜興人， 副教授。 研究方向?yàn)楹圹E鑒定。

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