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《堑壕里的机枪》之三——第三章 马克沁的新玩意儿(1)

2011-02-17  琪琦

第三章  马克沁的新玩意儿

《堑壕里的机枪》之三——第三章  马克沁的新玩意儿(1) - 司古 - 司古的博客

如果说是坠落的苹果砸中了牛顿的脑袋,从而启示他发现万有引力;那么马克沁发明真正机枪的创意火花则是来自他那红肿的肩膀。

 

在许多枪械设计师都在绞尽脑汁寻找各种巧妙的机械实现外力自动装填、发射以及抛壳等动作时,美国人希拉姆·史蒂文斯·马克沁(Hiram Stevens Maxim)却反其道而行之,他率先抛弃了那时机枪广泛采用的手柄驱动机构,大胆而睿智地采用了新的动作原理——即利用每发枪弹发射时的后坐力来实现机枪的自动装填、击发和抛壳(据说马克沁是在一次射击制式步枪时被其发射时产生的强大后坐力所启发)。1885年4月,马克沁专门为英国机械工程师协会进行了一次专门的“自动机枪演示”,这次演示中,马克沁没有像一个产业工人一样一圈圈摇动手柄,他就站在自己的机枪后面,一扣扳机——他唯一的动作也就是仅此而已——机枪便源源不断地喷射出如雨的铅弹!射击就这样连续进行着,直到一根长长的帆布弹带上的0.45英寸口径(11.43毫米)黑火药步枪弹全部打光。马克沁机枪把工业时代的高效设计理念注入了可怕的战场杀戮武器,马克沁机枪能够让士兵们节约更多的精力,其重量和外形尺寸比同时代的机枪要小得多:一挺马克沁机枪占地不过数英尺,只需要几名士兵操作,但它发出的火力却相当于一个50人的步枪排!

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希拉姆·马克沁(图中戴高礼帽者)正在为报业大亨亨利·斯坦利(Henry Stanley,图中坐姿者)演示自己的机枪,请注意机枪前方堆积的大量空弹壳。

 

“如果你想赚大钱,最好想办法让欧洲人能更快地割断别人的喉咙。”——一个朋友奉劝马克沁

马克沁自己后来说,他的机枪设计灵感最初来源于一次对斯普林菲尔德0.45英寸(11.43毫米)步枪的射击试验。在开火的瞬间,巨大的后坐力使枪托重重地撞在了马克沁的肩上,让他的肩头又红又肿。一向对机械细节颇为注意的马克沁不禁想到:“这种现在只能造成麻烦的巨大的力量,能否被用来做些有用的事呢?”

马克沁也发现了蒙提格尼排枪这类的手动连射武器的弊端——重量太大而火力又太弱。马克沁希望能够制造一种使用一根枪管但却能全自动连续发射的武器。

起初马克沁打算开发一种像步枪那样抵肩射击的连射武器。1883年他绘制了最初的设计图,这是一种在温彻斯特步枪基础上改进而成的自动连射武器,这种武器通过一组连杆机构利用后坐运动来推动送弹杆。后坐动作完成后,枪托内安装的弹簧会让步枪从射手肩部弹开,并促使内部机件完成下次射击准备。也是在这一时期,马克沁还设计过采用转动弹夹供弹的全自动武器。当然,这样的自动武器还有许多不足,也没能批量投产。

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这个人值得每位军事爱好者记住:真正的全自动武器的发明者——希拉姆·史蒂文斯·马克沁(1840~1916)。

 

当时伦敦一位著名的枪械工业家听说马克沁要制造能够全自动发射的机枪,他奉劝马克沁说:“别做蠢事。许多年来已经有成千上万人试验过这么做,没有一个人取得成功。每年都有许多人迎来失败。许多工程师和聪明人都想过发明一种像你所说的那种武器,但他们从未成功过。所以,最好放弃这个念头,也别在这上面投一分钱。”

但马克沁不信,他坚信自己的想法是可行的。最初马克沁设计的枪械零件全部由他自己参与加工,他没有前人的经验可供借鉴;当时人们普遍认为后坐力不足以帮助枪械完成自动动作,但马克沁却执着地继续实践自己的构想。他专门制造了一种设备,可以检测枪弹发射时后坐力的大小和特性,从而测算出枪管恰当的后坐距离,以便枪机在弹头离开枪口后实现解锁。最初的马克沁机枪核心机件制造完成后,马克沁曾将6发子弹在半秒钟内连续发射出去,这让他看到了成功的曙光。

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1883年马克沁设计的自动步枪的工作结构图

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1884年马克沁和自己设计的第一款自动武器合影

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1884年马克沁机枪的结构示意图。此图刊载于1884年《科学美国人》杂志上。

 

1884年,马克沁已经基本完成了机枪的设计方案。这挺最早的马克沁机枪如今保存在伦敦南肯辛顿博物馆中,上面的标签这样写道:“这台设备能利用自己的后坐力实现装填和击发,这也是有史以来第一具利用火药燃烧能量进行装填和击发的武器。”这一评价,虽然平实却字字千钧。

目前的史料显示,马克沁最早的连射试验很可能是采用了垂直重力供弹方式,但马克沁后来认为送弹动作也应该利用后坐能量,他先后为自己的机枪开发出扁平弹鼓和弹带两种供弹系统。后者也就是弹带成为此后许多机枪的标准供弹方式。早期马克沁机枪口径为0.45英寸(11.43毫米),射速超过每分钟600发。

震惊欧洲的小东西

最初看到马克沁机枪样枪射击表演的人都极为惊讶,这其中就包括英国的剑桥公爵,公爵对这种武器表现出的浓厚兴趣,也让英国官方后来为马克沁的发展和装备打开了方便之门。在展示机枪过程中,马克沁亲自发射了超过20万发子弹。英国政府对马克沁机枪很感兴趣,英国战争部的官员们在沃尔塞雷爵士的带领下亲自前来视察该枪。在规定的1小时时间内,马克沁进行了多次连射,打出了几千发子弹。沃尔塞雷爵士后来对马克沁说:“太神奇了,你们美国人几乎包揽了所有的发明,看来你们简直是无所不能。”这次参观中,还有一位英军高级军官建议马克沁尽量简化机枪的结构,“别停滞不前——(继续改进它)直到操作者能徒手而不借助任何工具就能对它进行拆卸、检查和清洁。”遵照这项建议,马克沁对供弹系统进行了重新设计,并对动作部件进行了简化,这样一旦某个部件受损,可以在较短的时间内拆卸和更换。

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经过轻量化改进的1894式马克沁机枪,这也是最早广泛投入使用的马克沁机枪。

 

经过简化的改进型马克沁完成后,英国政府决定购买一挺用于官方测试,他们要求这挺机枪的重量必须小于100磅(45.4公斤),1分钟内要能发射400发子弹,2分钟内可以发射600发,4分钟内可发射1000发。1887年3月,马克沁向英国政府提交了3挺机枪用于测试。试验取得了圆满成功,在最后一次试射中,马克沁竟然在一分半内打出了1000发子弹。英国政府立即决定买下这3挺马克沁。但此时英军并未正式将马克沁列为制式装备,只有个别部队和单位零星采购和装备了马克沁。

1888年,马克沁携带自己的机枪到德国进行展示活动。展示非常成功,但却未获得德国的任何订单。恰巧当时英国威尔士亲王阿尔伯特·爱德华在英国访问,就问起德皇威廉二世是否观看过马克沁机枪的射击表演,德皇说自己从未看过。于是爱德华就邀请德皇一道去距离柏林不远的斯潘道去看看,在后来的对比测试中,加特林、加德纳、诺登菲尔德和马克沁4种机枪各打333发子弹,射击的靶子则在200米开外。加特林机枪由4人操作,在不到一分钟里打完了全部子弹。加德纳机枪的射手也是4人,打完全部333发子弹用掉了一分多钟。诺登菲尔德机枪也是用了约1分钟才打光全部弹药。最后登场的是马克沁,他稳稳坐在自己的机枪后面,按下扳机,随着333声清脆的枪声,计时的人员一看表,不禁大吃一惊——用时还不到半分钟!德皇被这一场景深深打动了,他围着马克沁机枪看了又看,说“这就是我想要的枪——再无其他。”

马克沁机枪性能的确不俗,但最初该枪在市场方面却算不得成功。如果考虑一下当时各国武器库中尚存有大量各色手动机枪,那么这个结果也就不足为奇了。意大利当时就拥有许多加德纳手动机枪,因此对购买这种昂贵的新式机枪的积极性自然不足,美国政府也是一样,在英国采购马克沁全自动机枪整整10年之后,美国仍然还在依赖手摇驱动的加特林机枪。

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许多国家武库中尚存有许多手动机枪,因此最初马克沁机枪在拓展市场时困难重重。图为美国加德纳5管手摇击发机枪,1885年。该枪一个十分有趣的特点是,每根枪管的机匣上方都带有一个依靠重力供弹的导轨。

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英国皇家海军装备的双管1英寸口径诺登菲尔德机关炮,这种速射武器需要通过水平前后扳动手柄进行射击。诺登菲尔德速射武器由于装备较早,通常成了马克沁大量列装的障碍之一。

 

1887年马克沁把自己的机枪带到了俄国圣彼得堡。在俄国军官看来,马克沁的性能简直不可想象。在马克沁看来,俄国军官非常缺乏耐心,他们用传统的思想来揣测马克沁机枪。一位年轻的俄国军官走上来,抓住马克沁机枪的手柄前后摇动,还说,“太滑稽了,居然有人说这枪一分钟竟可以打上600发子弹,没人能在一分钟里前后摇动手柄超过200次。”面对这种怀疑,马克沁把弹带装上机枪,一口气连续不停地打出333发子弹,射击时曲柄高速前后转动,肉眼几乎都无法看清楚,这下俄国人才真正明白了什么是自动武器。凡是亲眼目睹马克沁发射的俄国人都对这种机枪兴致极高,但马克沁本人却遇到了一个难缠的麻烦,俄方要求他必须具备宗教信仰才能呆在俄国从事商业活动,而马克沁当时并不信任何宗教,后来在俄国官员的善意建议下,马克沁把自己的宗教信仰重新登记为“新教徒”,才避免了被驱逐出境的尴尬。俄国人对装备马克沁机枪与否的决策简直可以用“磨蹭”来形容,但最终他们还是大量采购了该枪。在1905年的日俄战争中,西方观察人士的报告称,日军半数以上的伤亡都是俄国人马克沁的“杰作”。

子弹、火药和射速

1892年4月23日,马克沁在《工程》杂志上发表了一篇论文,其中对马克沁机枪进行了如下描述:

“第一挺在恩费尔德兵工厂接受正式测试的马克沁机枪一分钟可以发射600发子弹,当时使用的是皇家实验室(Royal Laboratory)提供的机枪子弹。测试中马克沁机枪在一分半钟时间内打光了弹带上的全部1000发子弹,按此标准计算马克沁的射速为每分钟666发。今天看来,对于马克沁机枪而言最为理想的子弹应该是皇家沃尔维奇(Royal Woolwich)枪弹,我曾亲自发射过超过20000发皇家沃尔维奇枪弹,只有一发出现了问题,而问题的原因在于其底火内漏装填雷汞。

“在瑞士进行的测试中,马克沁机枪发射的是德国毛瑟枪弹,测试射速为每分钟612发。在意大利测试时使用的还是毛瑟枪弹,结果是每分钟620发。使用存放了7~8年的法国格莱斯枪弹(Gras)时,马克沁的射速为每分钟约500发;如果使用存放2~3年的子弹,射速则为每分钟600发;若换成存放仅数周的子弹,射速则可以提高到每分钟700发。

“在奥地利,我们使用老式的曼利彻尔枪弹(Mannlicher),射速为每分钟620法,换上紧压装药的奥地利新式枪弹,射速就提高到每分钟770发。如果发射老款的俄制波尔丹底缘发火枪弹(Berdan),打完1000发足足用去了2分15秒。这已经算是很低的射速了,但这还不是最低的——使用意大利制造的老式维特利步枪弹(Vetterli)时的射速还超不过每分钟300发。

“在全部使用黑火药的枪弹中,美国制式步枪弹的射速最高,这种子弹外型短小,采用紧压装药,底火较大;在英国使用该弹测试时马克沁的射速达到了每分钟742分。在美国试验时,马克沁发射的是联合金属枪弹公司(Union Metallic Cartridge Co.)制造的新弹,射速高达每分钟775发。这也是马克沁机枪所能达到的最高射速。

“在英国皇家陆军正式列装马克沁机枪后,英军发现马克沁需要配备发射空包弹的特殊装置,因为空包弹不足以产生足够的后坐力来驱动机件完成自动动作。为此马克沁机枪又加装了空包弹枪口助推器,帮助提高枪管后坐能量。当时英军使用的空包弹装药量为60格令(3.9克),但在演习中发现实际射速仍然过高,所以装药量又调整为42格令(2.73克),这样射速才维持在每分钟600发。

“在法国,我们使用里贝尔步枪弹进行试验,当时我专门制造了一挺利用枪管中导出的火药气体驱动机件动作的马克沁。在试验中我们发现马克沁的射速居然大大提高,达到了每分钟1100发以上,法国军方认为这个速度实在太高,要求我们设法降低射速。

“德国和法国军方的委员会在各自考察过马克沁机枪之后,告诉我们他们希望机枪的最佳射速为每分钟250发,所以实际上出售给这两个国家的机枪都装有射速调节装置。

“单管自动武器可以实现非常高的射速,如果对机枪和子弹进行针对性的设计和改进,把后坐能量和火药气体导出驱动方式结合,单管自动武器的最大射速可以达到每分钟1500~1600发,这样的高射速会产生不小的负面影响,枪管会很快过热,即便使用冷却水套也无法彻底避免这一问题。

“手动操作的机枪大多使用多枪管设计。多管手动机枪的最高射速纪录桂冠可能应属12管诺登菲尔德机枪,它曾在一分钟内发射了1200发子弹——当然这样的射速只能由训练水平相当高的射手才能实现。加特林10管机枪在舒伯里内斯(Shoeburyness)的测试中射速还超不过每分钟400发——至少我本人相信——但现在据说该枪的射速可达每分钟1000发。在加德纳单管机枪测试中,加德纳本人曾操作机枪在一分钟内射出250发子弹,这也是单管手摇机枪的最高速度纪录。英国皇家海军装备的诺登菲尔德5管机枪需要3名射手操作,每分钟可以射出400~500发子弹。在瑞士的测试中,曾经有一挺由4名射手操作的双管加德纳机枪在一分钟内打出了333发子弹。”

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英国皇家海军装备的1894式马克沁机枪,该枪配有两个大型车轮,这一设计仍然取自轻型火炮。

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第一次世界大战中主要几种自动武器配用的弹药,从左至右依次为:德国9毫米派拉贝鲁姆手枪弹(即鲁格手枪弹)、7.92毫米毛瑟步枪弹、7.92毫米毛瑟木制弹头空包弹、法国8毫米里贝尔(Lebel)步枪弹和英国0.303英寸(7.7毫米)Mk VII步枪弹。请注意其中的德国弹药是更为现代的无底缘枪弹,而英法的枪弹底部还带有突出的底缘。有无底缘在自动武器的供弹、装填和抽壳系统的设计中都是一个重要的制约因素。

 

当整个世界还在为美国人发明的自动武器而惊诧时,在法国,一位叫做保罗·维耶里(Paul Vieille)的化学家正在为自己的政府开发一种新型火药,这种火药在燃烧时不会产生浓重的烟雾,这样也就不会暴露步枪使用者的射击位置,也不会阻碍其前方的视野,这就是后来著名的无烟火药。1885年,维耶里的无烟火药宣告成功,他将醋酸纤维和凝胶状硝化甘油混和在一起,不仅消除了发射时的烟雾,还可以让火药持续燃烧,只剩下极少或干脆不产生任何残余物。原本维耶里是打算开发一种步枪子弹装药,但实际上无烟火药绝对是机枪的理想发射药。

黑火药在点燃瞬间会全部燃烧,同时产生最大推力,此后膛内压力便会急剧下降;而无烟火药在最大膛压产生后会继续燃烧,产生较长的推动力,保持膛内压力能够相对长时间维持在合理的水平。机枪的设计者们可以设计出能够利用持续推进力的机构,在子弹离开枪口后继续利用火药气体的膨胀压力来驱动机件运动。

先有发动机后有燃料并不奇怪。马克沁带着自己的机枪周游整个欧洲大陆,在试验中几乎使用过所有当时使用黑火药的子弹,但只有马克沁机枪装上了法国里贝尔步枪弹时,其射速才真正实现了惊人的飞跃,这一原因实际上也并非秘密——里贝尔步枪弹是世界上第一种使用无烟火药作为发射药的军用枪弹。

(未完待续)

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