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自从元代出现了“突火枪”这种利用火药动力的武器后，人类战争历史上就一直离不开一个角色——火药动力枪械。在经过800年发展之后，火药动力枪械已经成为世界最普及，也最经久耐用的武器。虽然火枪发展至今，外观大致来讲变化不大——除了无托枪以外，都是分为枪托、枪管、枪机、瞄准器四个必备结构和若干辅助结构，但是火枪的尺寸——或者狭义来说就是枪管长度——却变化非常大。   要谈到枪管长度的变化，就要首先回顾一下火枪——或者同类的管状发射器的基本原理。管状的弹丸发射器史前就有了，目前仍然在少数丛林民族那里使用的吹管，就是管状的弹丸发射器的最早形态。它的原理很简单——利用某种气体动能，把弹丸在管中加速最终达到能够飞行很远，击毙敌人的速度。它的加速原理，可以利用动量守恒公式来计算，其微分方程为： ΔM0ΔV0=ΔM1ΔV1+ΔM2ΔV2 也就是说，火药点然后，燃烧的燃气膨胀的动能推动子弹，在不考虑摩擦力和散热的情况下，推动弹丸的燃气的动量=被加速后的弹丸动量+剩余气体的动量之和。又根据能量守恒公式： 枪口子弹动能+后座能量+枪口燃气能量=子弹的火药化学能。 又根据牛顿第三定律，推动子弹前进的作用力，在枪膛封闭的情况下，必定等于枪管向后的反作用力。 由此可见，管状发射器发射的弹丸的动能威力只取决于下列几个要素： 1、动力源提供的能量及释放速度； 2、弹丸的尺寸和重量； 因而，在这两个公式背后，枪管长度本来是不会影响子弹的出膛速度的（摩擦力和散热不考虑），而且就算是加上散热和摩擦力，越长的枪管，应该为子弹增加更多摩擦力导致的动能削减才对，可是为什么人们心目中，自古以来都是越长的枪管发射的子弹威力越大呢？ 答案就在它的源头——火药的能量密度和能量释放模式。 前文已经讲过，根据动量守恒公式，在微分方程下，每一时间变化下的子弹动量改变等于推动弹丸气体（不是全部产生作用的气体，只是和子弹发生力传递的一小部分）的动量减去作用后剩余的燃气的动量，因此子弹的加速取决于火药工作时产生的燃气量和膨胀速度（也称之为燃速）。由于子弹只能在枪管内和出膛后极短距离接受火药的推动力，因此理论上必须要让火药燃速显著大于子弹的出膛速度，才能够给子弹足够的加速度，在长度有限的枪管内加速到指定出膛速度。而燃速根据维也里公式:u=ap^n，式中，u为推进剂线性燃速; a为燃速系数;p为燃烧室压强(Pa);n为燃速压强指数。公式可以说明推进剂的线性燃速受燃烧室压强影响为指数变化关系，因此评价火药的性能就是这三点：燃速、燃气量和膛压。 在现实生产中，受制于化工品的能量密度极限和枪管生产极限，一般来讲同一时代生产的火药有着接近的能量密度，枪管也有接近的膛压水平，同时为了便于后勤保障，通常一个枪族的枪械会采用一样规格的定装子弹。所以，我们可以假设使用同一个规格的子弹的同一系列的枪械中，膛压、燃速和燃气量都是固定不变，对于相同的弹丸加速度的时间变化也是一样的，根据加速度和位移公式 2as=vt^2-v0^2，显然加速距离越大，最终的Vt的值也会越大。这样一来，我们的理论就得到了大众习惯性的认知结果：在使用的子弹规格一样时，枪管越长，最终初速度越高。  当然，随着时代的演进和发射药，弹丸技术的进步，相同威力的步枪的长度，是逐年递减的。参考下图：   图最上的1891型莫辛-纳干步枪弹. 圆头型子弹, 铅芯, 铜镍合金cupro-nickel被甲, 重13.73克; 凸缘式黄铜弹壳, 伯丹式底火, 初速 615m/s.不久后,图拉弹药厂(当时还是一家私有企业)获得了合同, 大约在1893年也开始生产. 乌克兰共和国卢甘斯克Lugansk亦于1894年建厂, 并在1895年投入全力生产。该子弹搭配最早的M1891式步枪使用。全枪长1308mm，带刺刀全长1738mm，空枪重4.22kg，枪管长800mm，枪口初速615m/s，标尺射程高达1000以上，但实战有效距离不足400米，而且圆头弹杀伤力较差。  1908年, 新型的莫辛-纳干尖头弹研发成功, 并命名为 L型轻尖弹. 1908式 7.62x54mmR轻尖弹可以将 9,6克重的弹头加速到 855m/s. 弹头速度的增加需要对步枪结构进行加强, 并改用新式的瞄准标尺. 57-N-321又称 1908年式L型轻尖弹(俄文Л), 弹头为尖头平底形, 铅芯, 外覆铜镍合金被甲, 重 9.6克. 黄铜弹壳, 伯丹式底火, 初速 855m/s. 生产年份1910-1954; 57-N-322又称 1908年式L型轻尖弹. 弹头外覆顿巴(tombac)黄铜被甲, 其余同57-N-321; 57-N-323又称 1908年式L型轻尖弹. 弹头外覆顿巴(tombac)黄铜被甲, 覆铜钢弹壳. 其余同57-N-321; 以上三款子弹是二战苏联M1891/30步枪的主战子弹。该步枪全枪长1232mm，带刺刀全长1666mm，空枪重3.8kg，枪管长730mm，枪口初速860m/s;到了1944年苏联基于近距离城市战增加，以及苏联摩托化提升，因此转产1944版卡宾枪，即中国53式步骑枪的前身。  苏联1944式莫辛纳甘卡宾枪全枪长1016mm，带刺刀全长1327mm，空枪重3.9kg，枪管长517mm，枪口初速820m/s, 带有向右折叠的刺刀.1948年停产，转而服役更新一代的SKS和AK-47步枪，宣布苏联正式进入自动步枪时代。 由此可见，随着子弹弹头技术和发射药技术的提高，新时代的步枪完全可以在保证威力，射程和精度的前提下削减步枪长度。短步枪更适合于机动作战，而且出枪更快，瞄准性更好。 目前一个在现有口径标准上取得显著提高的子弹就是美国最近特种部队的MK318子弹。相比于M855/SS109子弹，它在14寸枪管的M4A1上发射时初速度可达890米（后者860米），因此有效射程延伸到了800米，并且得益于优异的弹芯设计，该子弹飞行800米时仍可以打中一个站立的人，因此虽然他配装对象是14寸卡宾枪，但是完全超越了发射M855子弹的M16A4，后者只能达到600米有效射程。由此可见，随着技术的提升，现代的短枪管卡宾枪性能完全可以超越过去的长步枪。 但是，枪管难道在子弹性能允许下可以无限缩短吗？显然也是不可能的。  根据前文的能量守恒和动量守恒公式，枪口后座能量=子弹化学能-子弹出膛动能-枪口火焰内能-摩擦和冷却导致的能量损耗，在子弹规格一致的情况下，较短的枪管意味着初速要比标准管的下降（比如AKS-74U只有735m，而AK-74可达890米），这就意味着子弹获取的动能少了，而枪口焰和后座机构保存的能量多了，所以专用于标准步枪的子弹，用于卡宾枪时都会出现后坐力和枪口抖动明显增加的迹象，不但影响精度和射击体验，更可能因为噪声和火光的增加而导致隐蔽作战暴露自己的风险，这就和用于特种作战的初衷相违背了。 所以，评论一把枪的性能高低，最重要的还是要根据它配装的子弹来评价。 2019年建国七十周年大阅兵，我国新型步枪初现端倪。从战士们手持的枪械尺寸观察，它大致是一把M4A1级的卡宾枪，比起过去的95式枪管明显缩短。后来，201所披露确实是还有标准型的步枪，但是从标准型未出现在阅兵可知，我国此次换装如果落到实地，可能宣布中国正式转向卡宾枪为主的枪械配备模式。因此，在枪管缩短的背后，一定是建立在国内子弹技术相比于DBP10有着明显的提高的前提下，这样才能保证缩短枪管而不下降威力和精度。 |
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