影響膛壓的因素有哪些？

楊俊紅 沈永輝 楊文靖 羅志明

膛壓是火藥燃?xì)鈱?duì)槍（炮）膛內(nèi)壁產(chǎn)生的氣體壓力。發(fā)射時(shí)，槍管承受的主要作用力就是火藥燃?xì)鈱?duì)槍膛內(nèi)壁的壓力，通常以兆帕（MPa）為計(jì)量單位，1MPa約等于10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。槍械的膛壓直接關(guān)系槍械的安全與性能，對(duì)槍械質(zhì)量和使用壽命都有重要影響。

影響膛壓的因素主要是彈頭質(zhì)量和發(fā)射藥燃速。在發(fā)射藥燃速等其他因素相同的情況下，彈頭質(zhì)量越大，彈頭加速越慢，火藥燃燒空間由小到大變化慢，在有限空間內(nèi)對(duì)槍（炮）膛內(nèi)壁產(chǎn)生的壓力就越大；在彈頭質(zhì)量等其他因素相同的情況下，發(fā)射藥燃速越快，一定時(shí)間空間內(nèi)釋放的火藥燃?xì)庠蕉?，?duì)槍（炮）膛內(nèi)壁產(chǎn)生的壓力就越大。手槍彈發(fā)射藥燃速高于步槍彈發(fā)射藥，因此同等體積手槍彈發(fā)射藥在瞬間產(chǎn)生的壓力通常高于步槍彈發(fā)射藥。同理，霰彈一般采用高燃速發(fā)射藥，而霰彈槍由于口徑較大，為了減輕槍管質(zhì)量，槍管壁制造得較薄，為了保證射擊安全，因此膛壓設(shè)計(jì)得也較低。

在彈頭質(zhì)量和其他條件相同的情況下，發(fā)射藥燃速越高，膛壓就越大，膛壓峰值形成的就越早。和步槍相比，由于手槍槍管短，需要發(fā)射藥在很短時(shí)間內(nèi)釋放大量能量，所以一般情況下手槍發(fā)射藥采用初始燃燒面積大、后期燃燒面積小的形狀，且單個(gè)發(fā)射藥顆粒小，以便在短時(shí)間充分燃燒，釋放大量氣體，彈頭加速較短的距離即達(dá)到膛壓最大值，爾后隨著發(fā)射藥顆粒減小，燃燒面積減小，待彈頭飛出槍口時(shí)膛壓降低，在一定程度上降低槍口噪聲和后坐力。而步、機(jī)槍由于槍管較長(zhǎng)，給發(fā)射藥燃燒釋放能量預(yù)留的時(shí)間、空間相對(duì)較多，為了降低對(duì)槍膛內(nèi)壁的壓力，要求發(fā)射藥燃燒時(shí)間長(zhǎng)且燃速均衡。

一種扁球狀發(fā)射藥。相比于球狀發(fā)射藥，扁球狀發(fā)射藥燃速更均勻，且可以直接由球狀發(fā)射藥壓扁制成，制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，在步、機(jī)槍上應(yīng)用較多

美軍M995穿甲彈。相比于SS109/M855普通彈4.02g的彈頭質(zhì)量，其彈頭質(zhì)量?jī)H有3.37g，即便裝藥量略大，其膛壓也低于SS109/M855普通彈

除了彈頭質(zhì)量和發(fā)射藥燃速，發(fā)射藥量、發(fā)射藥顆粒形狀、膛線角度（纏距）、膛線數(shù)量、彈頭與膛線的嵌合深度、槍管長(zhǎng)度等也與膛壓有一定關(guān)系。

一是發(fā)射藥量。在燃速相等或接近的情況下，發(fā)射藥質(zhì)量越大，釋放的能量就越大。由于從擊發(fā)到彈頭出膛時(shí)間很短，能量釋放越大，對(duì)槍膛內(nèi)壁造成的瞬時(shí)壓力就會(huì)越大。如.308 Winchester彈（中口徑步、機(jī)槍彈）的發(fā)射藥質(zhì)量為3.11g，其最大膛壓為344.6MPa；.50 BMG彈（重機(jī)槍或反器材狙擊步槍使用）的發(fā)射藥質(zhì)量為15.55g，其最大膛壓為379.5MPa。

二是發(fā)射藥顆粒形狀。發(fā)射藥顆粒形狀是影響發(fā)射藥燃速的重要因素。發(fā)射藥顆粒的幾何尺寸和形狀直接決定了發(fā)射藥的燃燒時(shí)長(zhǎng)以及火藥燃?xì)獾姆e聚速度，從而決定膛壓?，F(xiàn)代槍彈使用的發(fā)射藥主要是硝化纖維單基或雙基發(fā)射藥，也就是俗稱的無(wú)煙火藥。單基藥主要成分是硝化纖維，燃速較慢，在步、機(jī)槍彈上應(yīng)用較多，雙基藥的主要成分除了硝化纖維還有硝化甘油，相比單基藥儲(chǔ)能多、燃速快，在手槍彈上應(yīng)用較多。此外，為了保證發(fā)射藥能夠在槍膛內(nèi)充分燃燒，硝化纖維根據(jù)槍彈適配槍型被制成不同形狀和大小，常見(jiàn)的有球狀、扁球狀、粒狀、片狀、柱狀等，一些發(fā)射藥顆粒還被額外預(yù)制通孔，以增加燃燒面積，均衡燃速。

典型的柱狀發(fā)射藥顆粒。一些柱狀發(fā)射藥顆粒內(nèi)有通孔，便于均勻燃燒

膛線示意圖。凸起部分為陽(yáng)線，凹下部分為陰線

三是膛線角度。在槍管長(zhǎng)度相同的情況下，膛線角度越大，即纏距越短，等距離上彈頭旋轉(zhuǎn)的次數(shù)就越多，彈頭飛行就越穩(wěn)定，同時(shí)膛壓就會(huì)越大。如比利時(shí)FNC步槍發(fā)射5.56mm槍彈，但其有兩種型號(hào)。一種是發(fā)射北約SS109槍彈的型號(hào)，槍管纏距為178mm；另外一種為發(fā)射美國(guó)M193槍彈的型號(hào)，槍管纏距為305mm。由于發(fā)射SS109槍彈的178mm槍管纏距較短，因此其膛壓大于發(fā)射美國(guó)M193槍彈的槍管。再如，M16/M16A1的膛線纏距為305mm，槍管長(zhǎng)度為508mm，M4A1的膛線纏距為178mm，槍管長(zhǎng)度為368mm，而二者的槍口初速都在880m/s以上，由此可以說(shuō)明，M4A1的槍管制造工藝更好，能承受更大的膛壓。

四是膛線數(shù)量。95式自動(dòng)步槍和95-1式自動(dòng)步槍相比，兩種槍的槍管長(zhǎng)度幾乎一樣，95式自動(dòng)步槍的膛線為4條，槍口初速達(dá)900m/s以上，而95-1式自動(dòng)步槍的膛線為6條，初速與95-1式步槍幾乎相同。由于槍口初速相差不大，由此可以推算出，95式自動(dòng)步槍和95-1式自動(dòng)步槍的膛壓幾乎一樣，在槍彈種類、槍管長(zhǎng)度和槍口初速一樣的情況下，95式自動(dòng)步槍用4條膛線得到較高的膛壓，95-1式自動(dòng)步槍為了保持膛壓增加了膛線數(shù)量，減小了彈頭被甲對(duì)膛線的嵌合深度。這樣雖然增加了制造成本，但是減小了彈頭對(duì)膛線的磨損，提高了槍管壽命，這也是輕武器發(fā)展的一種趨勢(shì)。

五是彈頭與膛線的嵌合深度。陰線和陽(yáng)線在半徑方向上的差值稱為膛線深。通常，膛線深越大，彈頭被甲嵌入陰線變形量越大。在膛線纏距一定的情況下，彈頭被甲與膛線的嵌合深度越大，彈頭對(duì)火藥燃?xì)獾淖枇蛯?duì)槍膛內(nèi)壁的摩擦力就越大，產(chǎn)生的膛壓就越大，還可能導(dǎo)致彈頭飛出槍管前被甲就發(fā)生破裂。

通常，彈頭實(shí)際直徑略大于兩條相對(duì)陽(yáng)線之間的距離，以便更好地承受火藥燃?xì)鈮毫?，獲得較高的初速

火炮炮膛。通?；鹋诘奶啪€數(shù)量遠(yuǎn)多于槍械的膛線數(shù)量

眾所周知，火炮由于口徑大于等于20mm，發(fā)射時(shí)彈頭對(duì)炮管的壓力很大，而尤其是機(jī)關(guān)炮等連射或速射火炮，炮膛需要在短時(shí)間內(nèi)承受持續(xù)的巨大高壓。為了在保持炮彈初速（即保證足夠膛壓）的基礎(chǔ)上提高炮管壽命，各個(gè)國(guó)家的普遍做法是增加膛線數(shù)量，減輕對(duì)膛線的磨損。而由于槍械普遍口徑較小，彈頭對(duì)槍管的壓力沒(méi)有炮彈那么大，并由于制造工藝限制，因此膛線數(shù)量也相對(duì)較少。但隨著金屬鍛造工藝和膛線加工工藝的提升，在制造槍管時(shí)，有限增加膛線數(shù)量、減小膛線深，減輕彈頭與膛線的互相磨損似乎成為一種趨勢(shì)。這樣既可以提高槍管壽命，也可以在同等槍管長(zhǎng)度的前提下提高膛壓，增加武器的有效射程，同時(shí)減輕彈頭在槍管內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)的形變，提高外彈道性能，賦予彈頭更穩(wěn)定的飛行狀態(tài)和更高的射擊精度。

六是槍管長(zhǎng)度。在發(fā)射藥種類、發(fā)射藥質(zhì)量、彈頭質(zhì)量、膛線數(shù)量和彈頭與膛線嵌合深度相同的情況下，槍管長(zhǎng)度越長(zhǎng)，發(fā)射藥燃燒越充分，釋放能量越多，彈頭加速的空間越大，但并不意味著平均膛壓就越高。如54式手槍和PPSh41沖鋒槍都使用7.62×25mm手槍彈，且都采用慣性閉鎖機(jī)構(gòu)，由于PPSh41沖鋒槍的槍管長(zhǎng)度比54式手槍長(zhǎng)，即便PPSh41沖鋒槍205.9MPa的峰值膛壓略低于54式手槍的210MPa，其488m/s的初速也略大于54式手槍的420m/s。但7.62×25mm手槍彈火藥燃?xì)鈳?lái)的較高的膛壓加劇了槍管膛線磨損，使得54式手槍的槍管壽命僅為3000發(fā)左右。

PPSh41沖鋒槍和托卡列夫手槍。二者都發(fā)射7.62×25mm手槍彈，但明顯能看出二者槍管長(zhǎng)的差異。中國(guó)的54式手槍是仿制托卡列夫手槍而成的

FAMAS F1步槍發(fā)射法國(guó)生1NVdr4oytJQTGReFzZlW9g==產(chǎn)的鋼制彈殼5.56×45mm M193彈，若使用外國(guó)生產(chǎn)的黃銅彈殼槍彈會(huì)造成膛壓過(guò)高，拋殼時(shí)彈殼斷裂等事故

要因素在于槍彈，但槍膛材質(zhì)、槍械開(kāi)閉鎖結(jié)構(gòu)等因素會(huì)對(duì)膛壓的最高值（膛壓峰值）產(chǎn)生限制。如鍛造工藝較差或普通鋼材制造的槍管、膛壁較薄的槍管、采用慣性閉鎖結(jié)構(gòu)的槍械，都不適宜將膛壓設(shè)計(jì)得過(guò)高。鍛造工藝較差或普通鋼材制造的槍管，由于槍管自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低，膛壓過(guò)高易出現(xiàn)槍管爆裂或炸膛等危險(xiǎn)。如法國(guó)FAMAS自動(dòng)步槍，一些批次生產(chǎn)時(shí)未采用槍膛鍍鎳技術(shù)，槍管材質(zhì)為不銹鋼，發(fā)射5.56×45mm M193槍彈，其設(shè)計(jì)的膛壓也較低，為了達(dá)到較高的槍口初速，采用了增長(zhǎng)槍管的辦法。膛壁較薄的槍管對(duì)瞬時(shí)高壓承受力差，也不適宜將膛壓設(shè)計(jì)得太高。95式自動(dòng)步槍槍管壁較薄，膛線纏距較大，采用增長(zhǎng)槍管的方式提高初速。陸續(xù)列裝的20式自動(dòng)步槍，雖然槍管長(zhǎng)度較95式自動(dòng)步槍有了明顯縮短，但槍管厚度明顯增加，膛壓也有所提升，加之使用新式5.8mm槍彈，保證了其也擁有較高的槍口初速。

再如閉鎖方式。通常，采用剛性閉鎖結(jié)構(gòu)的槍械膛壓大于采用慣性閉鎖結(jié)構(gòu)的槍械。采用自由槍機(jī)式自動(dòng)方式、慣性閉鎖結(jié)構(gòu)的槍械，由于槍機(jī)與槍膛無(wú)剛性閉鎖或延遲開(kāi)鎖裝置，一旦膛壓設(shè)計(jì)得過(guò)高，發(fā)射時(shí)，火藥燃?xì)鈮毫χ苯幼饔玫綇棜さ撞總鲗?dǎo)至槍機(jī)，會(huì)產(chǎn)生三個(gè)危害：一是彈頭還未飛出槍管，槍機(jī)就被頂開(kāi)，火藥燃?xì)鉀_出機(jī)匣灼傷射手，甚至造成彈頭留膛；二是彈殼劇烈膨脹卡在彈膛內(nèi)，無(wú)法抽、拋殼；三是射速過(guò)快且后坐力大，射手難以控制槍械。眾多采用慣性閉鎖結(jié)構(gòu)的沖鋒槍，如PPSh41沖鋒槍、司登沖鋒槍等，其膛壓多在100～250MPa之間。為了保證在較高的膛壓下順利完成發(fā)射動(dòng)作，眾多槍械采用剛性閉鎖結(jié)構(gòu)和槍機(jī)框與槍機(jī)分離設(shè)計(jì)，火藥燃?xì)鈮毫o(wú)法直接頂開(kāi)槍機(jī)，而是通過(guò)引導(dǎo)部分火藥燃?xì)庾饔玫綐寵C(jī)框，使槍機(jī)框和槍機(jī)上的開(kāi)鎖斜面相互作用實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖。槍機(jī)送彈入膛后，在閉鎖斜面的作用下槍機(jī)完成閉鎖動(dòng)作，牢牢“鎖住”槍彈。

現(xiàn)代槍械設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師通常會(huì)在彈頭質(zhì)量、發(fā)射藥量和槍管材質(zhì)的主要參數(shù)確定后，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬不同燃速發(fā)射藥對(duì)槍管內(nèi)壁不同部位的壓力，建立坐標(biāo)系，生成膛壓曲線。縱軸P為膛壓，橫軸L為彈頭尾部在槍管內(nèi)的行程，通過(guò)調(diào)整發(fā)射藥燃速和微調(diào)槍管長(zhǎng)度，得出最合理的膛壓曲線，即峰值膛壓低于槍管最大承受能力。此外還應(yīng)考慮以下兩點(diǎn)：一是高射速槍械特別是自動(dòng)槍械連續(xù)射擊時(shí)高溫導(dǎo)致的槍管結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變化，以及在高溫高壓作用下發(fā)射瞬間對(duì)槍管造成的形變；二是充分考慮膛內(nèi)壓力分布。步、機(jī)槍膛壓曲線宜平緩，降低火藥燃?xì)鈱?duì)槍膛內(nèi)壁某特定位置的壓力，分散和平衡燃?xì)鈱?duì)膛壁的沖擊。手槍膛壓曲線宜陡峻，彈頭進(jìn)入線膛后膛壓能迅速達(dá)到峰值，爾后迅速降低，待彈頭飛出槍口時(shí)火藥燃?xì)鈮毫σ衙黠@減弱，降低后坐力和槍口噪聲。比較理想的膛壓曲線是較為平緩的，且在線膛出口處膛壓能降到較低的值。

膛壓和彈頭初速并沒(méi)有直接關(guān)聯(lián)。盡管較大的火藥燃?xì)鈮毫δ茉谕葮尮荛L(zhǎng)度下讓彈頭獲得更高的速度，但并不意味著膛壓低初速就低。上文也提到了，在膛壓較低的情況下，可以通過(guò)增加槍管長(zhǎng)度使彈頭獲得更長(zhǎng)的加速空間，提高初速。在此將95式輕機(jī)槍和M4卡賓槍作一比較。M4卡賓槍槍管長(zhǎng)368mm，膛壓380MPa，95式輕機(jī)槍槍管比M4卡賓槍的長(zhǎng)，膛壓比M4卡賓槍的低。而95式輕機(jī)槍發(fā)射DVP88A式機(jī)槍彈時(shí)，初速能達(dá)到800m/s以上，發(fā)射DBP95式普通彈時(shí)，初速更是能達(dá)到900m/s以上，而M4卡賓槍發(fā)射彈頭質(zhì)量?jī)H有4.02g的SS109步槍彈時(shí)，初速不足890m/s。可見(jiàn)以現(xiàn)代普遍應(yīng)用于規(guī)?；a(chǎn)的工業(yè)水平，與槍管長(zhǎng)度占據(jù)明顯優(yōu)勢(shì)的情況相比，即便提高膛壓，對(duì)彈頭初速的提升效果也是有限的。

G3步槍彈膛的縱槽。由于G3步槍采用非剛性閉鎖結(jié)構(gòu)，膛壓直接作用到彈殼上，彈殼在高溫高壓下膨脹產(chǎn)生塑性形變，導(dǎo)致抽殼困難，為了解決這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)師在彈膛處增設(shè)縱槽，便于抽殼

但是，隨著槍膛制造工藝的提升，縮短槍管長(zhǎng)度，增加膛壓使彈頭獲得更高的槍口初速是槍械發(fā)展的必然趨勢(shì)。前些年有消息稱，美軍在研發(fā)一種新型槍械，彈頭加速效果遠(yuǎn)超M4卡賓槍，僅需要10英寸（254mm）長(zhǎng)的槍管，就能將彈頭加速到883m/s。這樣的槍管長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于現(xiàn)代絕大多數(shù)短突擊步槍，而槍口初速卻能接近標(biāo)準(zhǔn)槍管長(zhǎng)度的槍械。這種巨大的進(jìn)步，根本原因在于用于制作槍管的材料和槍管鍛造工藝的提升，使槍管能夠承受更高的膛壓，從而可以用更高的火藥燃?xì)鈮毫閺楊^加速，消息稱膛壓為421.8～562.5MPa，遠(yuǎn)大于現(xiàn)役中俄步槍的不超過(guò)290MPa。

左為DBP95式5.8mm普通彈，右為DVP88A式5.8mm機(jī)槍彈

自左至右依次為4.6×30mm半被甲結(jié)構(gòu)易碎彈、穿甲彈、空尖彈、鉛心全被甲彈和亞音速?gòu)?/p>

再如HK公司的MP7沖鋒槍，其使用4.6×30mm槍彈，槍管長(zhǎng)僅為180mm，但膛壓很高，達(dá)到400MPa，加之彈頭質(zhì)量極輕，普遍小于2.6g（亞音速?gòu)棾猓?，且采用雙基高能高燃速發(fā)射藥，因此具備了超過(guò)600 m/s的槍口初速。

火藥燃?xì)庵苯幼饔玫綐屘艃?nèi)壁，在各種情況下射擊時(shí)，槍膛必須有足夠的強(qiáng)度承受膛壓。由于彈頭實(shí)際直徑通常大于兩條相對(duì)陽(yáng)線的距離，故每次射擊時(shí)，槍膛和彈頭都會(huì)產(chǎn)生形變。形變分為彈性形變和塑性形變兩種，彈性形變是正常的、良性的，塑性形變是惡性的。一旦膛壓超過(guò)彈性形變的臨界值，就可能造成塑性形變，導(dǎo)致發(fā)生一系列事故，主要表現(xiàn)為槍管膨脹、槍膛出現(xiàn)裂紋或炸膛。

槍管膨脹指火藥燃?xì)庾饔玫綐屘拍巢课粫r(shí)，燃?xì)鈮毫Τ^(guò)該部位極限承受壓力，導(dǎo)致該部位發(fā)生形變；槍膛出現(xiàn)裂紋是指燃?xì)鈮毫Τ^(guò)該部位極限承受壓力造成金屬疲勞，某部位無(wú)法承受燃?xì)鈮毫?，出現(xiàn)裂紋。正常情況下，一旦槍膛出現(xiàn)膨脹，槍械應(yīng)立刻進(jìn)行專業(yè)檢修；槍膛出現(xiàn)裂紋時(shí)，應(yīng)當(dāng)立即停止使用，并且后續(xù)不再使用該槍管進(jìn)行實(shí)彈射擊。

95式自動(dòng)步槍的槍管。可見(jiàn)槍管后部直徑明顯大于前部

被炸壞的槍械?？梢?jiàn)其機(jī)匣、復(fù)進(jìn)簧和復(fù)進(jìn)簧導(dǎo)桿等部位發(fā)生明顯破壞

炸膛則是最危險(xiǎn)的情況，指燃?xì)鈮毫h(yuǎn)超該部位能承受的壓力值，導(dǎo)致該部位瞬間發(fā)生劇烈破壞。炸膛屬于最嚴(yán)重的射擊事故，不但會(huì)對(duì)槍支造成破壞，甚至?xí)吧涫?。越?zhàn)時(shí)期美軍實(shí)行的“長(zhǎng)子行動(dòng)”中，美軍SOG特遣隊(duì)將一些中國(guó)生產(chǎn)的7.62mm步槍彈和12.7mm機(jī)槍彈彈頭卸下，把正常的硝化棉發(fā)射藥換成一種名為季戊四醇四硝酸酯（C5H8N4O12）的鈍化炸藥和其他外觀類似無(wú)煙火藥的高爆炸藥，制作成“陷阱彈”，分散在正常槍彈中重新包裝密封，導(dǎo)致使用這些槍彈的越軍開(kāi)槍時(shí)被炸傷亡。此外，他們還編造了一份《被損壞的敵方武器分析》，刻意污蔑中國(guó)制造的武器有制作工藝問(wèn)題，導(dǎo)致一些槍械槍管等零部件出現(xiàn)金屬疲勞產(chǎn)生裂紋，加之生產(chǎn)的槍彈質(zhì)量不合格，發(fā)生炸膛事故。

一般來(lái)說(shuō)，容易發(fā)生炸膛的部位有槍管中后段（靠近彈膛處）、槍膛壁厚度分段處、導(dǎo)氣孔開(kāi)口處和導(dǎo)氣系統(tǒng)，而直接在彈膛處發(fā)生炸膛的情況較少。由于火藥不同于炸藥，在不密閉的正常大氣壓力下，槍彈、迫擊炮彈的發(fā)射藥燃燒時(shí)燃速較為緩慢，不像炸藥被引爆時(shí)瞬間釋放出高溫高壓，而是以較為均勻的速度燃燒。