传统单人便携动能武器性能简介(一)——火药枪
这个是一系列贴子中的第一个,不全写完再一起发出来是因为,开始写之后发现,这种东西比我预期的难写得多……所以打算分几批发出来。(主要是为了避免费了好大劲全写出来结果没人看的尴尬)

引用请注明出处,转载或其他用途请先征得本人同意。
本文的主要目的是,介绍传统单人便携动能武器(或简称“武器”)的性能,以及通过介绍其性能,为电磁枪的发展提供一个性能上的参考。本系列主要通过初速,动能,射速,精度,杀伤力,隐蔽性,便携性对武器的发射性能进行描述。除此之外,还会提到诸如效率,成本,可靠性,耐候性等参数,以描述武器其他方面的性能。受篇幅限制,特别常见的内容可能会略去。

火药枪
火药枪是目前应用最广泛,发展最成熟的武器。实用的火药枪大约出现于15世纪(滑膛火绳枪)。之后先后出现了带膛线的枪管(解决精度问题);燧发枪(更容易操作,统治了枪械界长达两个世纪)。下面这篇文献,对这一时期的十余种枪的发射性能进行了测试。
Test-Firing Early Modern Small Arms.pdf
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测试得到的数据如下

表1. 早期火药枪的弹道性能
image.png

表2. 早期火药枪的穿深,射程,散布和命中率
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从以上数据可以看出,早期火绳枪和燧发枪的初速普遍超过音速。有趣的是,由于口径大,弹丸重,这些早期步枪的枪口动能,甚至普遍超过目前各国广泛装备的使用中间型威力弹的现代步枪。由于使用球形铅弹,其穿深远低于现代子弹。
之后火药枪发展出了诸如,前膛火帽式点火枪(更好的耐候性);前膛定装弹,转轮枪,使用后膛定装弹的撞针枪(更高的射速);无烟火药(更高的动能,更便携,略好的隐蔽性);各种连射结构(足够高的射速)等技术。直到现代,火药枪发展出了数不胜数的分类和相关技术。

现代火药枪具有其他武器无法比拟的高动能,高初速。例如,前面那篇文献中的数据显示,17世纪的燧发枪,就已经可以达到3kJ以上的动能。早期现代步枪普遍动能较大,如较多用于两次世界大战期间的7.92×57mm毛瑟弹,使用600mm枪管发射时的枪口初速约800m/s,动能约4kJ。然而用于自动步枪时,威力过大会导致在全自动射击时无法有效的控制枪支的跳动和后座力的撞击。因此,现代步枪通常使用中间型威力弹,动能反而更小,约在1300-2000焦耳级。例如AK-47突击步枪发射7.62×39mm步枪弹,初速约710m/s,动能约2010J;M16突击步枪发射5.56×45mm NATO弹,初速约990m/s,动能约1764J。手枪的初速和动能通常较小,现代手枪初速通常在音速附近,动能通常有数百J。例如Beretta 92F手枪,发射9×19mm Parabellum手枪弹时,初速约375m/s,动能约445J。

火药枪拥有类似威力的武器中最好的便携性。这主要得益于发射药的高能量密度,以及火药枪本身足够高的能量转化效率。化学能是目前除核能以外,能量密度最高的储能方式,发射药的能量密度可以达到kJ/g的数量级,而且具有足够的功率密度。而其它储能方式,如电容,若满足武器所需的输出功率,则仅能勉强达到J/g级的能量密度。使用这种能量密度的介质储能,储存和火药枪枪口动能相当的能量,就需要和火药枪整体重量相近的储能材料。火药枪的效率也相当之高。下面这篇文献对7.62mm口径的M964步枪进行了实验,测量显示其效率在29%到31%之间。

THEORETICAL AND EXPERIMENTAL STUDY OF THE INTERIOR BALLISTICS OF A RIFLE 7.62.pdf
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得益于发射药的高能量密度,在相同威力下,火药枪的载弹量,也是其它发射方式难以超越的。当然,总有人会嫌载弹量不够,所以会出现比如这种东西(个人感觉这个外形还挺好看的,而且貌似挺适合做电磁枪的)
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图1. 卡利科M950手枪,配100发弹匣

随着机械制造以及弹道学的发展,火药枪的射速、精度和杀伤力均已达到完全足够使用的程度。人们已经开始追求合适的(而不是更高的)射速和杀伤力。而精度往往更多的受操作者的限制,以及环境等不可控因素的影响。

唯一欠佳的是隐蔽性。使用火药燃气,不可避免的会出现声、光、烟。根据下面这篇文献,绝大多数火药枪的枪声,可以对无防护的操作者造成永久性的听力损伤,甚至佩戴耳塞或耳罩也不能保证安全。消音器可以大幅度降低枪口噪音以及火光,通常可以使噪音降低30dB。然而即使如此,多数枪在操作者耳部的噪音也能达到120到140dB,虽然对听力安全,但足够引起警觉或者暴露目标。
Comparison of Muzzle Suppression and Ear-Level Hearing Protection in Firearm Use.pdf
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值得注意的是,在游戏和影视作品中,往往会夸大消音器的效果。实际上,消音器远远无法做到“悄无声息”。就像上面提到的,加装消音器后多数枪械的噪音仍有120到140dB,作为对比,吉尼斯世界纪录中,最响的拍手声为113 dBA。
即使特意优化了隐蔽性的微声枪配合消音器也做不到质的改变。根据“美国国防技术信息中心”公开的这篇上古时期的报告,即使以微声著称的枪,噪音声压峰值在枪口侧面5m处也几乎均在100dB以上。
DTIC SILENCERS.pdf
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[修改于 2 年前 - 2017-12-30 20:15:58]

来自 电磁炮
 
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2017-12-30 22:00:55
1楼
楼主,顺便给我们介绍一下高压压缩气体发射的气枪🔫吧。
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2017-12-31 11:02:41
2楼
如开头所言,真的没有人?
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3楼
好文章,建议多在子弹上下下功夫。毕竟这些年来改变最大的还是子弹
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2018-01-01 11:20:30
三水合番(作者)
4楼
引用 Mr_:
如开头所言,真的没有人?
现实还真是残酷呢……不知道所有看这篇帖子的人花的时间加起来,有没有我写这篇帖子花的时间长😂
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5楼
还是论坛人不多吧 帖子很值得看
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6楼
引用 三水合番:
引用 Mr_:
如开头所言,真的没有人?
现实还真是残酷呢……不知道所有看这篇帖子的人花的时间加起来,有没有我写这篇帖子花的时间长😂
可能是因为这里多半是爱好电子类的为主,对能材类的不感冒😂
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2018-01-02 20:21:59
7楼
解读这么多专业文献真不容易。作为一个学内燃机的,真是感叹传统枪支的效率竟然普遍高达30%。。😱
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2018-01-03 09:28:05
8楼
说到人耳对声音的主观感觉,声压级是很不准确的,用响度来衡量更好一点,响度是衡量人耳对不同声压级和不同频率声音的主观感受,在等响度曲线中会发现人耳对3~4KHz的声音最敏感,100Hz频率下30dB的响度,与4KHz下不到5dB的响度相同,即人耳感受相同,都为10宋。另外实际的声音谐波丰富,不同距离下的听觉感受就更难用几个数字评价啦😜
eqlou2.gif


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三水合番(作者)
9楼
引用 心亦文雨:
说到人耳对声音的主观感觉,声压级是很不准确的,用响度来衡量更好一点,响度是衡量人耳对不同声压级和不同频率声音的主观感受,在等响度曲线中会发现人耳对3~4KHz的声音最敏感,100Hz频率下30dB的响度,与4KHz下不到5dB的响度相同,即人耳感受相同,都为10宋。另外实际的声音谐波丰富,不同距离下的听觉感受就更难用几个数字评价啦😜
eqlou2.gif
用声压描述确实不太好,不过我也查不到更好的办法了……
用响度描述这种大幅度的脉冲声音感觉也不太好。首先从你的那幅图上看,人耳对于幅度的响应有“非线性”。其次,人对声音的响应估计也不是“时不变”的。非线性时变系统的响应,至少以我目前的数学水平,是完全没听说过能用啥办法搞的……
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2018-01-20 01:08:47
2018-1-20 01:08:47
10楼
关于消声器,难道这个视频是假的。。。https://share.html5.qq.com/fx/u?r=ZKVh6rC

[修改于 2 年前 - 2018-01-20 01:13:37]

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三水合番(作者)
11楼
引用 夯昆:
个人认为靠视频或者录音体验声音大小是没有意义的……
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2018-02-20 16:11:32
2018-2-20 16:11:32
12楼
枪械还可以通过结构消声、消焰
枪弹的火药和弹头之间有一个活塞,射击时,火药点燃后活塞迅速推动弹头向前运动,但活塞很快被弹壳的肩部挡住,这样噪音和烟雾便被堵在弹壳内,唯一的噪音是弹头飞出枪口后枪的自动操作声。
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三水合番(作者)
13楼
引用 d1478050:
有应用这种结构的例子吗?
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14楼
引用 d1478050:
个人感觉这种结构无法实现。靠弹壳就能装下的气体量无法在足够的速度下推出弹丸
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15楼
引用 qwe:
假设弹丸初速500m/s,即使不考虑摩擦,这个活塞也必须达到500m/s以上速度,并且还要在很短的距离停下来,都不用计算,拍脑袋也知道不行。
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16楼
有的前苏联PSS无声手枪
QQ截图20180220161122.png

QQ截图20180220161122.png


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2018-02-21 09:12:09
三水合番(作者)
17楼
引用 d1478050:
image.png
网上找到了一幅这种结构的子弹的图片……
这结构还真是神奇……在一个弹丸长度内完成整个加速过程,弹头出速将近200m/s,活塞强行撞停封口……打完一枪弹壳还能保压数周……
不过它的噪声依然比较显著……有实测表明其噪声在124.6dB左右,测试条件如下
image.png
链接:SILENT SOVIET PISTOL: THE PSS AND SP-4 CAPTIVE PISTON AMMUNITION
在火药枪里算是相当小了,不过这个声音其实还是蛮大的……
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2018-04-27 07:34:21
2018-4-27 07:34:21
18楼
引用 夯昆:
.22LR声音本来就小,加上消音器很多时候机械噪音和枪声不相上下
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2018-05-03 19:00:00
2018-5-3 19:00:00
19楼
看来国内由于严格禁止这玩意,导致很多常识性的东西连理工科修养足够的人也会混乱.

对初速超过音速的枪来说,枪口噪音真的不算什么,就算你不装消声器,随便找个毛巾紧裹住枪口,也能很大程度的压低枪口噪音.但是,真正惊心动魄的噪音根本不是枪口发出来的,而是离开枪口飞行的弹头.战斗机的音爆可以像炸弹一样摧毁地面建筑,而小小弹头的音爆虽然没有那么大的能量,可是那种刺耳的声浪却照样力道十足.因为它是一边飞行一边不断音爆,所以就算在开阔地带,你也能听到类似回音一样的声浪排山倒海.而如果是在狭窄空间里面,这种音爆扩散不出去,就会让你的耳膜轰鸣甚至受伤.
音爆,这才是枪声的根本来源.所以现在很多特种枪械都开始走亚音速路线了.而超音速的枪如果装一个消声器,那只能解释为装比,当然现代扩容式消声器在某种程度上可以提升一点点威力和精度.但作用和消声真毫无半点关系了.
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20楼
似乎楼上以为“音爆”是任何超声速物体在空气中飞行都会“持续的”发出的声音,并且也不认为枪口排气的速度会高于音速——楼上的发言让人见识了什么叫做“一本正经的胡说八道”。
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2018-05-04 11:49:19
21楼
楼上,任何固体只要在空气中超过音速,都会发出巨响.哪怕是一张纸.而且巨响会一直维持到它速度低于音速,这有什么问题?我在上贴中也说过弹丸飞行会造成类似回音一样的声浪.就是这样来的.它和枪口噪音完全不同,枪口噪音是瞬间的,包括冲出枪口的超音速气流形成的噪音,由于是气体所以也是瞬间的,只要你在枪口裹一条毛巾,就能消除超音速气流形成的爆音,
就这样简单的事情,只是网上很多小孩子根本没见识过真家伙,所以在这个小问题上是模糊不清的.
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2018-05-05 10:19:07
三水合番(作者)
22楼
引用 科学犀利哥:
距离较近时,即使弹丸超音速,噪音也几乎全部来自枪口排气。消音器对枪声的抑制也是相当明显的。加装消音器后,在射手耳部的枪声,通常可以减小20dB以上。有些湿式消音器能达到40dB。
至于距离较远时的噪声,我确实没有了解。不知道你那里有没有定量的测量数据?
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