枪械回转闭锁机构的屹立与辉煌

文/马式曾 孙成智 魏国胜   2016-05-07 06:57:50


[编者按]枪械的心脏是开闭锁机构,现代枪械中用的最多的是回转式闭锁,其漫长的历史和力学设计原理不仅枪迷们关注,更值得设计师们精通,因为它是自后装枪出现以来从170多年世界战争史中提炼出来的。

文/马式曾 孙成智 魏国胜


◎法国福罗拜手枪的前端上下摆动式枪机开锁


◎美国温彻斯特步枪的肘节式枪机闭锁结构


◎美国雷明顿步枪的转块式枪机闭锁


◎奥地利沃恩德尔步枪的转鼓式枪机闭锁


◎德莱塞枪弹结构示意


◎德莱赛15.4毫米枪弹外观


在法国著名作家雨果的《悲惨世界》中,有一个描述街头巷战的情景:射手每打完一枪,迅速地把枪递给身后的人,换取一支装好弹药的枪。接过空枪的人迅速将弹头与火药分别从枪口塞入,并用通条捅入枪膛,火门上放好火药,才提供给射手使用——13世纪中叶到19世纪上半叶的500多年,就是这么用枪打仗的。枪管都是滑膛的,装填弹药的方式为前装,而且弹头和发射药分别从枪口塞入枪管里。这种前装枪的缺点很多,装填时姿势很高,动作很大,非常容易暴露目标;枪管长,要分两次用通条一点点的往里捅火药和弹丸,装填时间长;由于战场情绪紧张,容易出现忘了取出通条、忘装火药只装弹头、出现瞎火弹后继续装填等故障;另外保养和擦拭也很不方便。归结起来是装填费时易出错,射速慢、射程近、精度低,所以不能取代冷兵器在装备中的主导地位。

后装枪是枪械发展中的巨大进步,实现后装的关键是用枪机关闭膛尾和使用整装弹。枪机关闭枪膛尾端的方式多种多样:法国福罗拜的是枪机前端上下摆动式闭锁、美国亨利/温彻斯特步枪采用肘节枪机撑开式闭锁、美国雷明顿为转块式枪机闭锁、奥地利沃恩德尔是左右转鼓式枪机闭锁、英国斯奈德则为左右翻转枪机闭锁……不一而足。历经170多年来世界上大大小小的战争洗礼,证明各种各样的闭锁方式中,通过圆柱体(枪机)上的突耳在膛尾旋转一个角度的闭锁方式,最适合高射速的自动化装填枪炮。

1841年,德莱塞步枪闭锁方式出现

最早成熟的后装枪是普鲁士人尼古拉斯·冯·德莱塞研制的枪。成熟的进步点在于最早的整装枪弹与回转闭锁方式的结合。此项工作是德莱塞从1829年开始的,1836年申请成旋转后拉式枪机的后装枪专利:先将击发药放在火药与弹头之间,再用纸将其包装成整装弹塞入枪膛,机体(枪栓)靠机柄带动旋转形成闭锁,扣动扳机发射时,细长的击针穿过火药,撞击击发药发火,火药燃气膨胀发射弹头,机柄根部承接膛底向后压力。

1840年,普鲁士军队决定列装此枪,首批订货6万支,定名普鲁士M1841步枪。一开始保密,直到1848年才公开亮相。在1866年普奥战争中,普军伤亡1万人,奥军伤亡4.5万人,这与奥军使用落后的前装枪有直接关系。这种德莱塞针发枪在普鲁士陆军中一直使用到普法战争(1870~1872年)后若干年,才被毛瑟1871式11毫米步枪替代。


◎美国斯普林菲尔德步枪的枪机开锁


◎英国斯奈德步枪的左右翻转式枪机闭锁机构


◎德国M1841德莱塞步枪(长击针式击发枪)


◎德国德莱塞步枪的膛底压力主要由机柄根部承力


◎法国M1866夏斯波步枪的枪机


19世纪60~80年代,德莱塞步枪闭锁方式促进了弹药结构发展

自1841年德国出现德莱塞旋转后拉枪机闭锁方式后,还有1848年美国夏普斯步枪的升降块式枪机、1860年美国温彻斯特步枪的肘节式枪机、1862年美国斯潘塞步枪和1863年美国雷明顿步枪的转块式枪机、1865年美国斯普林菲尔德的尾端前翻式枪机、1866年英国斯奈德步枪的左右翻转式枪机等多种多样闭锁方式与旋转后拉式枪机竞争,经过战争考验,一一败下阵来,唯有旋转后拉式枪机屹立起来。

在此期间,法国M1866、俄罗斯1870年伯丹2号、意大利M1871维特里、德国M1871毛瑟等独子步枪和M71/84毛瑟、瑞士M1868维特里、法国M1886勒贝尔等弹仓式步枪都继承了德莱塞回转闭锁方式。其中最为突出的是M1871毛瑟独子步枪,毛瑟把当时水平最高的中心发火、全金属弹壳的整装弹与旋转后拉式枪机闭锁、击针的自动待击机构等一一结合到此枪中,成为诸多步枪发展的垫脚石。

闭锁机构的发展与弹药击发机构的完善发展密不可分。纸包整装弹的改进从1866年法军列装的11毫米M1866夏斯波步枪开始。该枪弹把德莱塞枪弹的击发药包从弹头底部后移到弹壳的底部中心,弹壳底部改用金属制成,世界上首次出现半金属壳底中心发火的整装枪弹。很快,壳底中心底窝内的击发药被英国人博克塞用薄金属盂的盛装替代,并在盂内填加了一个很硬的三瓣形底火砧座,火帽装入弹壳底火室后,砧座的三瓣之间空隙与通透的壳底传火孔,形成击发药火焰通道。枪弹入膛后,火帽承受击针撞击,击发药的燃烧火焰穿过通道点燃火药,构成枪弹中心发火方式。这种底火称为博克塞底火,由底火壳、击发药、击砧、盖片组成,为各种枪械普遍采用。它是枪炮发展中的发火方式的巅峰之作。

欧洲流行半金属壳底中心发火枪弹时期,美国从1860年开始流行的是底缘发火、柱形全金属弹壳整装弹。1868年,美国人伯丹将底缘发火改成中心发火,即冲制弹壳时,在壳底中心处冲出底窝,留出突台,作为击砧,火帽对着击砧安装,构成中心式伯丹底火。伯丹与博克塞两类底火一直使用至今,无可替代!

德国的11.15毫米M1871毛瑟步枪在全金属弹壳、中心发火枪弹的基础上,克服了德莱塞步枪的长击针缺点。该枪的进步点在于:一是将击针后退储存动能(压缩弹簧)的动作与机柄转动关闭枪膛的动作合在一起,实现击针自动待击;二是在机头上安装了能自动让位的弹性拉壳钩,实现自动抽壳(还不能抛壳);三是枪机关闭和打开枪膛采用螺旋面配合,使射击后抽壳有了预抽壳动作,增强了可靠性;四是设置了手动保险,增强了操作安全性。


◎上为法国夏斯波枪弹,下为夏斯波半金属壳中心发火弹的剖面图


◎法国夏斯波步枪的枪机后拉


◎法国夏斯波枪机闭锁后机柄根部承接膛底燃气压力

◎德国M1871步枪枪机的受力


◎德国1 1 .1 5×60毫米毛瑟枪弹


◎德国M1871步枪枪机的分解


◎德国M1888委员会7.92毫米步枪


◎德国M1888步枪的枪机前端突笋承力


从普鲁士M1841德莱塞步枪列装投入战场,到法国M1886无烟药步枪出现,枪弹实现了现代中心式底火、瓶装金属弹壳、无烟火药和被甲铅弹头的现代化组合;后装枪的核心——闭锁机构踏上最合理之路,核心部件枪机工作方式确立了旋转后拉的主导地位。

19世纪80年代末,旋转后拉式枪机步枪大量装备

从1841~1886年,回转闭锁机构成就了最成功的后装枪,后膛闭锁中抵御火药燃气巨大压力的关键部位是拉机柄根部。1888年,为抵御膛底燃气压力,在德国和英国都定型了支撑突笋移到枪机本体上的步枪。

1879年,英军寻求更换掉马蒂尼-亨利独子步枪的新枪,从1880年3月开始对奥地利的克罗巴查克、美国的霍奇吉斯、温彻斯特M1876、瑞士的维特里、德国的M1871毛瑟和詹姆斯·李弹匣式步枪等42种不同方案步枪进行评比,直到1886年仍然莫衷一是。此时惊闻法国决定装备无烟火药小口径的勒贝尔步枪,促使英国下定决心,采用詹姆斯·帕里斯·李的枪机回转闭锁机构和弹匣供弹组合装置,加上英国人威廉·艾里斯·梅特福德7条稍带圆角的浅膛线结构,走上英国自己的步枪之路。这种膛线很适合使用黑火药,避免了大量火药残渣留在膛内。1888年12月22日,英国陆军决定采用0.303英寸弹匣式李-梅特福德步枪,命名为英国MLMMkⅠ步枪。MLMMkⅠ是“MagazineLee-Met⁃fordMarkⅠ”的缩写,该枪使用自行研制的压缩型黑火药。1889年开始配发部队,是英国军队装备的第一支弹仓步枪。其闭锁方式为旋转后拉式枪机,枪机体后端的突笋旋入机匣凹槽承受膛底压力。接着在基本结构上经过14次改进、改型,一直装备使用到第二次世界大战战后。估计,各式李-恩菲尔德步枪生产总量高达1700万支。

德国当时的对手法国开始装备无烟火药步枪,口径缩小,弹头初速大为提高,射程精度改进,性能领先,为此德国应急成立了步枪测试委员会(简称GPK),鉴于本国的毛瑟M71/84步枪刚刚装备就落后的现实,没再找毛瑟参加新枪研制。新枪的心脏——闭锁机构由斯班道兵工厂的工程师路易斯·施勒格尔米奇设计,但他采用的仍是毛瑟为土耳其研制的M1887毛瑟步枪的闭锁机构,枪栓前端的突笋旋入机匣凹槽形成闭锁,将机柄根部承力变为枪栓前端双突笋承力,使回转闭锁迈上了新台阶。该枪和弹的整体设计是在毛瑟步枪与曼利夏步枪融合的基础上,再综合当时先进的无烟火药、铜被甲弹头等项技术,于1888年3月23日完成,被德军定型为M1888步枪(或简称Gew88),到1889年底,制造出27万支。1890年这些工厂又生产出66万支,到1897年德国共生产约167.5万支M1888步枪。

德国M1888步枪在其国内装备持续时间不到10年,仿制的“汉阳造”步枪在中国前前后后使用了50多年,仿制持续时间最长,是中国制造的最早的无烟火药小口径步枪(之前的口径都是10毫米以上),是中国解放前产量最大的步枪型号,仿制总量超过120万支。

毛瑟为土耳其研制的M1887毛瑟步枪的闭锁机构进步点是:将回转闭锁的承力突笋从后方合理移到栓体前端。不仅为德国步枪测试委员会所采纳,也得到了丹麦M1889克拉格-约根森步枪的响应,在丹麦约生产了70万支,一直使用到第二次世界大战。并且在1892年9月被美国陆军选定列装,还获得生产权,命名为7.62毫米M1892步枪,斯普林菲尔德工厂从1894年开始生产,共生产了442883支克拉克步枪,63116支卡宾枪,使用到1898年。


◎丹麦M1889步枪,采用弹仓供弹


◎德国M1898步枪局部剖视


◎丹麦M1889步枪弹仓的横断面示意


◎德国M1898枪机(左)与M1888枪机对比


◎德国M1898步枪的弹夹及枪弹


◎德国M1898步枪的枪机特写


◎德国M1888步枪的漏夹及枪弹


M1888步枪装备德军后故障频发,反应强烈,国际上又出现了俄罗斯M1891步枪,迫使德国下决心对M1888步枪进行改进。1894年,军方放弃了不让毛瑟介入的固执,请他对M1888步枪大动手术。毛瑟不计前嫌,借鉴他为西班牙研制的M1893步枪和7毫米枪弹的经验,完善了枪弹设计,将M1888圆头弹改成弹道性能较好的M1898尖头枪弹,对M1888步枪做了如下改进:重新设计枪机,将M1888的机头与枪栓合二为一,取消了容易丢失的机头,并在枪栓上增加了备用突笋,作为闭锁发射时备用承力的支撑,起保险作用;重新设计弹壳,增大对燃气的密闭能力;在机匣的后上方加上了横梁,加强了机匣刚度;并在横梁前端面设有弹夹卡槽,便于用弹夹从上方向弹仓内续压枪弹,单排弹仓改用了他在西班牙M1893步枪上开始的交错双排5发弹仓;既可以用桥夹5发枪弹一次装填,也可以单发随时续填;弹仓下底面开口封死,与枪托底齐平,便于扛枪,减少污垢的侵入;改进表尺结构,表尺射程增加到2000米。

德国军方向毛瑟厂订购了2000支改进后的样枪及若干枪弹。次年夏天,4个步兵营对新枪进行检验性试验,反映改进效果好。1898年4月5日,德皇威廉二世批准部队试装新式步枪。1899年2月定型为M1898步枪。随后投入大批量生产,装备部队,从1898年到1918年约生产了500万支。一战后继续使用,一直列编到1935年。1935年后德军标准步枪是长度缩短的98K步枪,到1945年生产了1460万支。

美国斯普林菲尔德工厂在德国毛瑟公司的授权下,在M1898步枪基础上改进而成美国M1903步枪,列为美军正式装备,到1927年生产了150万支。二战期间又生产了1315951支,其中给了中国117470多支。

日本参照德国M1898步枪稍许改进,1905年定型了三八式步枪,在1907~ 1945年间生产了340多万支,日军装备了近40年。

第一次世界大战爆发后,英国步枪告急,美国的雷明顿和温彻斯特公司为其紧急生产了发射7.7毫米枪弹的美M1903型的P14步枪1 117 850支。1917年4月6日,美国宣布参加第一次世界大战,又应急将P14步枪改成发射美7.62毫米枪弹的M1917步枪,生产了2193429支。

需要说明的是:第一次大战使用中发现,P14步枪的射击精度比李·恩菲尔德步枪还好,有的就将其装上望远式瞄准镜作为狙击步枪使用,效果颇佳。实践告诉我们,从闭锁结构上分析,英国李氏步枪和美国M1903步枪都属于旋转后拉式枪机闭锁,两者的差别在于李氏步枪的闭锁是枪机体后端的突笋旋入机匣凹槽,M1903步枪的闭锁是枪栓前端的突笋旋入机匣凹槽,M1903步枪的闭锁来自德国M1898步枪,它是德国M1888步枪的升级版,M1888步枪的闭锁机构采用土耳其M1887步枪结构(其机体前端突笋旋入机匣凹槽设计来自毛瑟)。一句话,毛瑟的机体前端突笋旋入机匣凹槽的闭锁方式比李氏的机体后端突笋旋入机匣凹槽的优越。闭锁承力点尽量靠近膛底已经成为后来所有设计师们共同遵循的原则之一。

(未完待续)[编辑/何懿]

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