由于二战后对于自动步枪弹药方向的错误坚持——坚持使用中口径大威力弹药,导致M14步枪全自动连发完全不可控制,使得美军步兵在越南的丛林环境下极为被动。
在这种战时应急的背景下,美军没有足够的时间来进行新步枪口径的严密论证和设计;只要性能上可以基本满足要求,能否在最短时间完成大批量生产和装备,成为新口径选择中最为关键的因素。因此最终美国民间拥有巨大产能基础的小口径高速猎枪弹胜出,在制式化以后成为5.56x45毫米口径被美军沿用至今。
5.56x45毫米口径的原始设计源于50年代,用于中近距离射击无掩蔽、无防护的动物;因此弹头偏轻、弹道抗扰动能力差;从总体设计上说,并不是军用自动步枪的最佳选择。因此在其发展历程中,从铅芯软质弹头的m193时代,到钢铅复合弹头强化穿透和远射能力的SS109时代,再到现在的几种最新型弹药——比如MK262;弹头一直都在越来越重,越来越长。
比如M193弹头重3.63克,长19.3毫米;ss109重4.02克,长23毫米;现在mk262的重量已经达到5克。而中国的5.8毫米口径,最重的机枪弹(已于2016年停产)也只有4.8克。而且采用速燃高能发射药的MK262,速度对枪管长度的依赖性很低,在16寸枪管(40.6厘米)上可以实现超过835m/s的初速。作为对比,中国88式通用机枪推动4.8克的弹头到895米/秒的初速,需要60厘米长的枪管。
实际上在SS109时代,95步枪的枪口动能就没比上过M16A2步枪——5.8步枪弹的4.15克弹头重量要稍重一些,但是在46.3厘米枪管上只能加速到915米/秒的初速;只有在枪管长度557毫米的95班用机枪上,初速才能达到970米/秒。国内官媒声称5.8步枪弹的动能超越SS109弹,一直是在用田忌赛马的方式,用班用机枪的初速性能去对比步枪的性能。
而后来95-1步枪发射新通用弹的热散(连发后精度急剧恶化)问题,核心原因就是想在46.3厘米长度内,发射更重一些的弹头,以实现步枪和机枪的弹药通用化。但是技术能力的不足,使得威力提升不如预期——新弹头只加重到4.55克,初速也达不到95水平(即朵英贤披露的“直射距离降低”);而且出现了严重的热散(内、外弹道不稳定)和膛线挂铜(枪管烧蚀破损)现象。
在重量占优势、且口径更小(迎风面积更小)的情况下,MK262弹的惯性更高而且飞行阻力更小——截面密度高、长径比大弹形系数优越,这使其远距离的速度和动能衰减明显低于5.8毫米枪弹。尤其是该弹本身的精度非常出色——短管5.56毫米步枪加瞄准镜,对7-800米外的无防护目标进行有效的精确射击,已经在美军近年来的实战中被广泛运用。
从当年公认的中远距离射击能力差,到今天的短管突击步枪也能当成狙击步枪,一定程度上具备执行中远距离精确射击任务的能力;美式5.56毫米口径武器性能的进化,不仅仅是枪械和瞄准镜在不断发展,弹药本身的性能也在常改常新。国内在枪弹上的水平差距,实际上一直在被不断拉大。
作为性能提升的基础之一,5.56毫米步枪弹的最大膛压一直在不断升高,从3656公斤/平方厘米(M193),提升到3867(SS109)、乃至于现在超过4200(MK262)。国内90年代中后期开始装备的95步枪,在寿命1万发(M16A2是2万发、G36是3万发)的情况下,膛压也只做到2900公斤/平方厘米,与俄制水平相当。
高膛压带来的最极端的负面效应就是炸膛,但这一般只在严重质量缺陷、枪管堵塞、用错弹药等非正常情况下才会出现。一般设计使用中,过高的膛压带来的主要问题是,对枪管的烧蚀破坏作用会显著增强;这意味着枪管的寿命会被严重破坏,如果没有更先进的技术和设计,那就得拿更昂贵的材料和工艺去弥补。
但是弹头在枪管、炮管中的加速,是由高压火药燃气推动的;弹头的快慢,取决于火药气体推动弹丸加速的快慢,最直接的指标就是“膛压”。因此要在短枪管内,实现重弹头的高初速发射;最核心的设计取向是别无选择的,必须采取高膛压设计——而且必须是低峰值、高平均的高膛压设计。
在整个枪管长度中,只有弹头在枪管内刚刚开始运动的很短距离内,膛压和弹丸的速度是同时增加的。但是随着弹头前进,从弹壳到弹头底部的距离在迅速加大;从而形成一个不断增大的空间。而这个不断增加的空间的变大的速度,快于火药气体膨胀的速度以后,膛压就开始降低。膛压低,推动弹头加速的能力也随之变弱————换句话说,除了最里面的一小段,外面的一大截枪管对弹头的加速效率,都会变得非常低下。
上图是一张典型的膛压/枪管长度/初速图表,竖向代表膛压和初速,横向代表枪管长度。注意高开低走的红色膛压曲线,以及加速先快后慢不断上升的深蓝色初速曲线。蓝色短竖线代表不同类型枪械的长管长度。
因此理想的内弹道设计,必须要在满足最终指标(枪管长度/寿命、弹头重量、初速等)的前提下;尽可能降低最大膛压的极限峰值,但又要把膛压的整体水平持续拉到高位——在内弹道学理论中,这称之为“平台效应”。
现阶段俄罗斯和中国枪弹系统的普遍问题,一方面在于,限定重量和成本下,枪管强度、抗烧蚀等设计制造水平上不去,不得不把最大峰值限制的很低;但另一方面在高压爆轰燃烧研究和化工方面的能力又太差,内弹道设计和实现时,平台效应做不上来,结果膛压峰值低,平均值就更低的可怕。
这使得俄中不得不走“低膛压高初速”的路线——作为最基本的弹道学常识,只要能满足各方面性能要求,膛压本身就是越低越好;俄中的路线听起来两全其美,但实际上要通过更长的身管等作为代价实现,使用和远期改进中的局限性很大。
同时更糟糕的是,俄中的口径后续挖潜工作非常差;甚至体制内主体经常提出这样的论调:一种口径确定以后,关键参数标准就不能再改——比如膛压限制,否则整个口径只能推倒重来。看看5.56x45口径家族的发展,就知道这样的观点完到底有多可笑。
在下一代弹药——典型如高性能塑料壳埋头枪弹的研发中,MK262为代表、具备强有力平台效应的高膛压设计仅仅是一个基础。此外还必须进一步强化发射药能量、采用更高密度装填等措施;在爆温、点/传火和膛压稳定等关键环节,将迎来大量更难以克服的问题。这些问题一旦不能很好的解决,现在国内5.8新通用弹遭遇的问题,必将在未来变本加厉的进一步急剧放大恶化。
根据朵英贤院士的采访等公开披露的信息,目前5.8新通用弹正在着手引进俄罗斯发射药生产线。自苏联解体以来,俄罗斯枪弹发射药就几乎完全停滞了发展;就算俄式发射药能解中国现在的弹荒一时之急,但未来的新一代弹药,还能继续靠着80年代末期的苏联老底支撑起来吗?
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