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SPIW —— 4种箭弹

 

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SPIW的箭弹,其实在英文资料中有时被称为“箭弹(Arrow)”,但大多时候则被称为“飞镖弹(Flechette)”,而在国内通常习惯称为箭弹。SPIW项目中的箭弹主要有AAI公司生产的XM110XM645弗兰克福兵工厂生产XM144XM216

根据“齐射”的理论研究结论,认为战斗步枪的有效射程无须超过400米,而如果步枪发射出的一束(数枚)弹头能构成顶角大约为6密位、相当乎直的,同时具有杀伤力的弹道锥,则命中公算可提高到原来的8倍。这个杀伤公算是指有效杀伤,按照当时北大西洋公约组织(NATO)通用的有效杀伤的战术标准是“30秒突击”,它规定,进攻中的士兵中弹后,如果30秒钟内丧失执行战斗任务的能力,这就是有效杀伤。于是,如果士兵中弹受伤,并且在中弹后的30秒内即无法继续突击或冲锋,那么PHK(指由命中公算所确定的杀伤公算)的数值为100%或通常写成1,如果士兵受到的创伤使其被迫停止继续突击或冲锋的可能性只有50%,那么PHK则为0.5。

关于影响PHK的各种因素的评价是一个非常复杂的问题,不仅要分析大量弹丸的轨迹,还要对每一创伤用计算机算法加以评定。为此,需要对各种不同的弹丸和炮弹破片进行试验(通常是用密度和人的肌肉相似的明胶块作为目标介质),才能确定出有关的杀伤公算的数值。总之,通过这一系列的理论研究,“齐射”计划确定了通过“高射速可控点射”的方式发射SCHV弹,会由于大幅度提高命中公算从而比起.30步枪有更大的PHK值。而尺寸小、重量轻、初速高的单箭弹在理论上的PHK值就很高。

这种小而轻的弹头的PHK值高的原因,是因为理论上箭弹在撞击目标后会变成钩状,所以当小箭弹一旦进入密度比空气大800倍的人体肌肉中后,钩状小箭便会以一种完全无法预测的形式翻倒,并迅速失去其能量。所以在理论上这是一种杀伤力不低的弹头。按照当时研究部门在1962年的说法,在500米射程上,箭弹的杀伤效果几乎相当于7.62mm NATO弹。除此之外,这种重量很轻的箭弹的穿甲性能也很好,10格令重的箭弹对130米处的6.3mm和3.15mm厚的硬钢板或铝板的侵彻能力与5.56mm的M195普通弹和7.62mm NATOM80普通弹不相上下。

当然,这只是理论研究中预测的结果,然而,在打肥皂靶的实际试验中发现,箭弹并不总能弯曲成钩状。而箭弹的另一个问题,就是曳光弹的作用距离太短。因为弹体太小,难以填充足量的曳光剂,导致很快就烧完。由于这些难题的困扰,导致从1960年代的SPIW计划、到1970年代的FRS计划再到1980年代末的ACR计划,单箭弹始终没有得到实际应用。


5.56x45mm(最左)与几种箭弹的对比,中间4枚为SPIW项目的箭弹,从左到右分别为XM216、XM144、XM110、XM645(后来也参与FRS计划),最右为参与FRS计划的.330 Amron Aeroje集束箭弹

SPIW项目的单箭弹的概念始于航空装备有限公司(AAI)为美国海军研制的一种12号口径的特种霰弹,该霰弹内装有32枚钢制小飞镖。虽然在“齐射”计划中这种特种霰弹没有获得采用,但ORO(作战研究办公室建议把集束飞镖发展成单枚飞镖。根据ORO的建议,AAI便开始研制单箭弹,初步试验成功后,向美国陆军推销,并在1959年获得研究合同。当时对这种试验中的单箭弹的正式称呼为“.22口径单枚飞镖弹”(.22 caliber, Single Flechette Ammunition),但有时又被称为“.22口径箭弹”(Cartridge, .22 Caliber, Arrow)。并在19605月初,AAI研制的单箭弹获得正式试验型的定型,被称为“5.6mm XM110枪弹”(Cartridge, 5.6mm, XM110)。


AAI的箭弹及弹托,SPIW项目中的4种箭弹无论有什么区别,但所用的箭弹和弹托都是AAI公司的成果


AAI
箭弹的生产过程,从左到右主要有六个步骤,分别为①截断钢丝并弄尖头部;②电镀;③冲压出尾翼;④热处理;⑤表面打磨;⑥表面喷砂处理。


从左到右:XM144、XM216、XM110、XM645、剖开的XM645


从左到右:XM110,XM645,XM110普通弹头,XM144,XM216


几种曳光弹的设计,包括在弹体内填充曳光剂,或把曳光管装在箭弹尾部等等,但作用距离都是太短


5.6×53mm XM110

XM110是一种外形细长的枪弹,枪管口径为5.6mm,其弹壳直径也只比口径略粗,发射一枚尾翼稳定的针状弹头。弹头为钢制,长1.6英寸(约40.5mm),直径0.07英寸(约1.8mm),尾部有4片小尾翼宽约5mm,重10格令(0.65g)。其“牵引式弹托”由可收缩材料制成,弹托紧紧地包住弹体的头部,发射药就在弹托后面,包围着针一样的弹体,当发射时弹托在火药气体的推动下向枪口运动,把弹头“拉”出去。

XM110的另一个特点就是与弹壳差不多一样粗的活塞式底火(Piston Primer)。如图所示,该弹壳的底部有比较深的底火安装孔。活塞式底火通过过盈配合装到这个孔里,并通过孔内的一个颈部结构固定。此时底火的底部与弹壳的底部之间有一段距离,因此形成一个窝。当击针打击底火、引燃发射药后,火药燃气在推动牵引式弹托向前运动的同时也推动活塞式底火向后运动,由底火推动击针向后运动,粗大的击针在运动过程中通过凸轮的作用带动枪机头旋转开锁。因此这种独特的活塞式底火并不是发射箭弹必备的,其实这只是因为AAI开发了配合这种独特底火的自动原理技术。

其实在XM110的试验和反复改进过程中,除了钢制弹头外,也有度过过其他密度更大的金属材料,另外也试验过双金属结构的箭弹,这种双金属箭弹的前半部用重金属制成,尾部则用轻金属,因此重心靠前。因为有不同的材料、结构和形状尺寸,各种箭形弹头的重量在10~18.5格令(0.65~1.2g)之间,但长度均为1.6英寸(约40.5mm)。

为了确定箭形弹头的最佳重量,在1962年底至1963年初进行了一系列的试验。当时试用了三种不同弹重的方案:初速为1430m/s的10格令(0.65g)重的箭弹、初速1430m/s的12.6格令(0.816g)重的箭弹和初速1160m/s的18.5格令(1.2g)重的箭弹。用它们进行对比射击,在300米射程上得出下列数据:

箭弹重(格令) 冲量(公斤·秒) 杀伤公算(PHK) 半自动射击的有效杀伤公算(PHK) 3发点射的有效杀伤公算(PHK)
10 0.021 0.705 0.04 0.04
12.6 0.025 0.74 0.05 0.08
18.5 0.040 0.73 0.045 0.10

从这个结果来看,显然更重的箭弹PHK值更高。然而,最终选定的却是10格令重的弹头。显然,这考虑了价格的问题。最终选定是简单钢制的10格令重弹头。而XM110的竞争对手XM144也是直接采用这种弹头。


XM110
箭弹的结构,可以看出其活塞式底火与弹壳底部之间留有空洞


1960年生产的第1型XM110箭弹,所使用的聚合物弹托是灰色的


1960年改进的第2型XM110
箭弹,弹托改为绿色以示区别


1963年再改进的第3型XM110箭弹


5.6×57mm XM645

由于箭形弹头的重量太轻,因此其本身在向前飞行的过程中,速度下降也很快,但幸好其初速极高,因此在400米处的存速仍高达1000m/s左右。

虽然“齐射”理论中认为步枪的有效射程不必超过400米,但美国陆军的官员们仍然希望提高SPIW的有效射程。于是要求各原型枪在第二阶段试验中大幅提高箭弹的初速。另一方面,在1964年夏季进行的试生产中,找不到任何可以降低箭弹生产成本的办法,因为这种弹药必须手工装配来确保正确的安装。所以AAI公司也考虑简化箭弹的设计,从而简化生产工艺。为提高初速,并简化生产工艺(虽然简化程度有限),AAI公司在1965年研制了新的XM645弹。

XM645的改进主要就是在XM110的基础上把弹壳加长了4mm,同时取消了凹陷的弹底结构,从而增大了药室空间以便容纳更多的发射药。另外,XM645采用了结构更简单的单件式活塞底火来代替原本由多个部件组成的复杂设计。这种创新的单件式活塞底火最大的特点是没有火台。而其他的底火,如博克塞或伯尔丹等都有火台,火台的作用是与击针一起共同挤压破碎击发药。

没有相关人士正式公开过XM645这种无火台底火的工作原理,因此有不同的猜测。比如有人认为是依靠全新的更敏感的击发药,而且击发药量是传统的三倍以上,在活塞式底火压缩的时候引爆;另一些人则认为利用弹壳里的底火定位突起的环充当火台的作用;还有人认为在底火杯内侧粗糙地加工有细小的螺纹,当底火被击针打击时,击发药就会与这些螺纹互相摩擦从而引爆。


XM645箭弹的结构,
可以看出单件式活塞底火和弹底之间没有空洞


第1型XM645箭弹


第2型XM645箭弹


第3型XM645箭弹


AAI
XM645箭弹的剖面图


5.6×44mm XM144

XM144箭弹由弗兰克福兵工厂(Frankford Arsenal)在1962年研制,是XM110箭弹的竞争对手。XM144的弹头和弹托直接采用了XM110的弹头和弹托,但弹壳的尺寸不一样,而且采用的是传统结构的底火。春田兵工厂和奥林/温彻斯特公司研制的第一代SPIW原型枪便是发射XM144弹的。XM144箭弹的初速达到1220m/s左右。

弗兰克福兵工厂还曾研制了采用普通弹头的XM144WE4,估计是出于保守考虑,万一箭弹试验失败也会有另一个传统弹头的项目保底。但军方对SPIW计划就只青睐箭弹。由于XM144WE4的普通弹头是设计成钝头弹的,同时为了提高初速,XM144WE4的弹壳尺寸要稍粗一些以容纳更多的发射药,因此XM144箭弹XM144WE4普通弹并不能通用。


XM144箭弹的结构


除普通的单箭弹外,XM144还有其他弹种,上图从左到右分别为:
教练弹(假弹)、高压试验弹、训练弹、曳光弹

 


早期的XM144箭弹


后期的XM144箭弹


XM144
弹剖面图,上图普通箭弹,下为曳光箭弹,因为需要在弹底填入曳光剂,因此曳光弹的尾部形状稍有不同,而且弹托顶部有红色标记


采用普通弹头的XM144WE4,然而因为弹头长度的尺寸限制,只能设计成钝头弹


5.6×44mm XM216

AAI公司的XM645箭弹一样,同样是为了提高初速,春田兵工厂和弗兰克福兵工厂也在1965年研制了XM216来代替XM144,并命名为XM216。和XM645一样,XM216也是通过增大药室容积来提高初速的,但其所采用的方法不是延长药室长度,而是稍为加粗弹壳。实际上,就是直接使用了XM144WE4的弹壳,装入AAI的箭弹和弹托,这样就变成了XM216了。

所以除了粗一点、发射药多一点、枪口初速高一点外,XM216箭弹的弹头、底火等各个方面与XM144箭弹完全相同。


XM216的弹壳尺寸明显比XM144要粗,但实际上就是使用了XM144WE4的弹壳

 


早期的XM216箭弹


后期的XM216箭弹

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资料来源:Small Arms Review

     The Gun Zone

     西班牙弹药收藏家协会(AECC)

     枪械历史研究CRUFFLER.COM

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2016-02-27

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