影響膛壓的因素有哪些？

楊俊紅 沈永輝 楊文靖 羅志明

膛壓是火藥燃氣對槍（炮）膛內壁產生的氣體壓力。發射時，槍管承受的主要作用力就是火藥燃氣對槍膛內壁的壓力，通常以兆帕（MPa）為計量單位，1MPa約等于10個標準大氣壓。槍械的膛壓直接關系槍械的安全與性能，對槍械質量和使用壽命都有重要影響。

影響膛壓的因素主要是彈頭質量和發射藥燃速。在發射藥燃速等其他因素相同的情況下，彈頭質量越大，彈頭加速越慢，火藥燃燒空間由小到大變化慢，在有限空間內對槍（炮）膛內壁產生的壓力就越大；在彈頭質量等其他因素相同的情況下，發射藥燃速越快，一定時間空間內釋放的火藥燃氣越多，對槍（炮）膛內壁產生的壓力就越大。手槍彈發射藥燃速高于步槍彈發射藥，因此同等體積手槍彈發射藥在瞬間產生的壓力通常高于步槍彈發射藥。同理，霰彈一般采用高燃速發射藥，而霰彈槍由于口徑較大，為了減輕槍管質量，槍管壁制造得較薄，為了保證射擊安全，因此膛壓設計得也較低。

在彈頭質量和其他條件相同的情況下，發射藥燃速越高，膛壓就越大，膛壓峰值形成的就越早。和步槍相比，由于手槍槍管短，需要發射藥在很短時間內釋放大量能量，所以一般情況下手槍發射藥采用初始燃燒面積大、后期燃燒面積小的形狀，且單個發射藥顆粒小，以便在短時間充分燃燒，釋放大量氣體，彈頭加速較短的距離即達到膛壓最大值，爾后隨著發射藥顆粒減小，燃燒面積減小，待彈頭飛出槍口時膛壓降低，在一定程度上降低槍口噪聲和后坐力。而步、機槍由于槍管較長，給發射藥燃燒釋放能量預留的時間、空間相對較多，為了降低對槍膛內壁的壓力，要求發射藥燃燒時間長且燃速均衡。

一種扁球狀發射藥。相比于球狀發射藥，扁球狀發射藥燃速更均勻，且可以直接由球狀發射藥壓扁制成，制造工藝相對簡單，在步、機槍上應用較多

美軍M995穿甲彈。相比于SS109/M855普通彈4.02g的彈頭質量，其彈頭質量僅有3.37g，即便裝藥量略大，其膛壓也低于SS109/M855普通彈

除了彈頭質量和發射藥燃速，發射藥量、發射藥顆粒形狀、膛線角度（纏距）、膛線數量、彈頭與膛線的嵌合深度、槍管長度等也與膛壓有一定關系。

一是發射藥量。在燃速相等或接近的情況下，發射藥質量越大，釋放的能量就越大。由于從擊發到彈頭出膛時間很短，能量釋放越大，對槍膛內壁造成的瞬時壓力就會越大。如.308 Winchester彈（中口徑步、機槍彈）的發射藥質量為3.11g，其最大膛壓為344.6MPa；.50 BMG彈（重機槍或反器材狙擊步槍使用）的發射藥質量為15.55g，其最大膛壓為379.5MPa。

二是發射藥顆粒形狀。發射藥顆粒形狀是影響發射藥燃速的重要因素。發射藥顆粒的幾何尺寸和形狀直接決定了發射藥的燃燒時長以及火藥燃氣的積聚速度，從而決定膛壓。現代槍彈使用的發射藥主要是硝化纖維單基或雙基發射藥，也就是俗稱的無煙火藥。單基藥主要成分是硝化纖維，燃速較慢，在步、機槍彈上應用較多，雙基藥的主要成分除了硝化纖維還有硝化甘油，相比單基藥儲能多、燃速快，在手槍彈上應用較多。此外，為了保證發射藥能夠在槍膛內充分燃燒，硝化纖維根據槍彈適配槍型被制成不同形狀和大小，常見的有球狀、扁球狀、粒狀、片狀、柱狀等，一些發射藥顆粒還被額外預制通孔，以增加燃燒面積，均衡燃速。

典型的柱狀發射藥顆粒。一些柱狀發射藥顆粒內有通孔，便于均勻燃燒

膛線示意圖。凸起部分為陽線，凹下部分為陰線

三是膛線角度。在槍管長度相同的情況下，膛線角度越大，即纏距越短，等距離上彈頭旋轉的次數就越多，彈頭飛行就越穩定，同時膛壓就會越大。如比利時FNC步槍發射5.56mm槍彈，但其有兩種型號。一種是發射北約SS109槍彈的型號，槍管纏距為178mm；另外一種為發射美國M193槍彈的型號，槍管纏距為305mm。由于發射SS109槍彈的178mm槍管纏距較短，因此其膛壓大于發射美國M193槍彈的槍管。再如，M16/M16A1的膛線纏距為305mm，槍管長度為508mm，M4A1的膛線纏距為178mm，槍管長度為368mm，而二者的槍口初速都在880m/s以上，由此可以說明，M4A1的槍管制造工藝更好，能承受更大的膛壓。

四是膛線數量。95式自動步槍和95-1式自動步槍相比，兩種槍的槍管長度幾乎一樣，95式自動步槍的膛線為4條，槍口初速達900m/s以上，而95-1式自動步槍的膛線為6條，初速與95-1式步槍幾乎相同。由于槍口初速相差不大，由此可以推算出，95式自動步槍和95-1式自動步槍的膛壓幾乎一樣，在槍彈種類、槍管長度和槍口初速一樣的情況下，95式自動步槍用4條膛線得到較高的膛壓，95-1式自動步槍為了保持膛壓增加了膛線數量，減小了彈頭被甲對膛線的嵌合深度。這樣雖然增加了制造成本，但是減小了彈頭對膛線的磨損，提高了槍管壽命，這也是輕武器發展的一種趨勢。

五是彈頭與膛線的嵌合深度。陰線和陽線在半徑方向上的差值稱為膛線深。通常，膛線深越大，彈頭被甲嵌入陰線變形量越大。在膛線纏距一定的情況下，彈頭被甲與膛線的嵌合深度越大，彈頭對火藥燃氣的阻力和對槍膛內壁的摩擦力就越大，產生的膛壓就越大，還可能導致彈頭飛出槍管前被甲就發生破裂。

通常，彈頭實際直徑略大于兩條相對陽線之間的距離，以便更好地承受火藥燃氣壓力，獲得較高的初速

火炮炮膛。通常火炮的膛線數量遠多于槍械的膛線數量

眾所周知，火炮由于口徑大于等于20mm，發射時彈頭對炮管的壓力很大，而尤其是機關炮等連射或速射火炮，炮膛需要在短時間內承受持續的巨大高壓。為了在保持炮彈初速（即保證足夠膛壓）的基礎上提高炮管壽命，各個國家的普遍做法是增加膛線數量，減輕對膛線的磨損。而由于槍械普遍口徑較小，彈頭對槍管的壓力沒有炮彈那么大，并由于制造工藝限制，因此膛線數量也相對較少。但隨著金屬鍛造工藝和膛線加工工藝的提升，在制造槍管時，有限增加膛線數量、減小膛線深，減輕彈頭與膛線的互相磨損似乎成為一種趨勢。這樣既可以提高槍管壽命，也可以在同等槍管長度的前提下提高膛壓，增加武器的有效射程，同時減輕彈頭在槍管內運動時的形變，提高外彈道性能，賦予彈頭更穩定的飛行狀態和更高的射擊精度。

六是槍管長度。在發射藥種類、發射藥質量、彈頭質量、膛線數量和彈頭與膛線嵌合深度相同的情況下，槍管長度越長，發射藥燃燒越充分，釋放能量越多，彈頭加速的空間越大，但并不意味著平均膛壓就越高。如54式手槍和PPSh41沖鋒槍都使用7.62×25mm手槍彈，且都采用慣性閉鎖機構，由于PPSh41沖鋒槍的槍管長度比54式手槍長，即便PPSh41沖鋒槍205.9MPa的峰值膛壓略低于54式手槍的210MPa，其488m/s的初速也略大于54式手槍的420m/s。但7.62×25mm手槍彈火藥燃氣帶來的較高的膛壓加劇了槍管膛線磨損，使得54式手槍的槍管壽命僅為3000發左右。

PPSh41沖鋒槍和托卡列夫手槍。二者都發射7.62×25mm手槍彈，但明顯能看出二者槍管長的差異。中國的54式手槍是仿制托卡列夫手槍而成的

FAMAS F1步槍發射法國生1NVdr4oytJQTGReFzZlW9g==產的鋼制彈殼5.56×45mm M193彈，若使用外國生產的黃銅彈殼槍彈會造成膛壓過高，拋殼時彈殼斷裂等事故

要因素在于槍彈，但槍膛材質、槍械開閉鎖結構等因素會對膛壓的最高值（膛壓峰值）產生限制。如鍛造工藝較差或普通鋼材制造的槍管、膛壁較薄的槍管、采用慣性閉鎖結構的槍械，都不適宜將膛壓設計得過高。鍛造工藝較差或普通鋼材制造的槍管，由于槍管自身結構強度較低，膛壓過高易出現槍管爆裂或炸膛等危險。如法國FAMAS自動步槍，一些批次生產時未采用槍膛鍍鎳技術，槍管材質為不銹鋼，發射5.56×45mm M193槍彈，其設計的膛壓也較低，為了達到較高的槍口初速，采用了增長槍管的辦法。膛壁較薄的槍管對瞬時高壓承受力差，也不適宜將膛壓設計得太高。95式自動步槍槍管壁較薄，膛線纏距較大，采用增長槍管的方式提高初速。陸續列裝的20式自動步槍，雖然槍管長度較95式自動步槍有了明顯縮短，但槍管厚度明顯增加，膛壓也有所提升，加之使用新式5.8mm槍彈，保證了其也擁有較高的槍口初速。

再如閉鎖方式。通常，采用剛性閉鎖結構的槍械膛壓大于采用慣性閉鎖結構的槍械。采用自由槍機式自動方式、慣性閉鎖結構的槍械，由于槍機與槍膛無剛性閉鎖或延遲開鎖裝置，一旦膛壓設計得過高，發射時，火藥燃氣壓力直接作用到彈殼底部傳導至槍機，會產生三個危害：一是彈頭還未飛出槍管，槍機就被頂開，火藥燃氣沖出機匣灼傷射手，甚至造成彈頭留膛；二是彈殼劇烈膨脹卡在彈膛內，無法抽、拋殼；三是射速過快且后坐力大，射手難以控制槍械。眾多采用慣性閉鎖結構的沖鋒槍，如PPSh41沖鋒槍、司登沖鋒槍等，其膛壓多在100～250MPa之間。為了保證在較高的膛壓下順利完成發射動作，眾多槍械采用剛性閉鎖結構和槍機框與槍機分離設計，火藥燃氣壓力無法直接頂開槍機，而是通過引導部分火藥燃氣作用到槍機框，使槍機框和槍機上的開鎖斜面相互作用實現開鎖。槍機送彈入膛后，在閉鎖斜面的作用下槍機完成閉鎖動作，牢牢“鎖住”槍彈。

現代槍械設計時，設計師通常會在彈頭質量、發射藥量和槍管材質的主要參數確定后，通過計算機模擬不同燃速發射藥對槍管內壁不同部位的壓力，建立坐標系，生成膛壓曲線。縱軸P為膛壓，橫軸L為彈頭尾部在槍管內的行程，通過調整發射藥燃速和微調槍管長度，得出最合理的膛壓曲線，即峰值膛壓低于槍管最大承受能力。此外還應考慮以下兩點：一是高射速槍械特別是自動槍械連續射擊時高溫導致的槍管結構強度變化，以及在高溫高壓作用下發射瞬間對槍管造成的形變；二是充分考慮膛內壓力分布。步、機槍膛壓曲線宜平緩，降低火藥燃氣對槍膛內壁某特定位置的壓力，分散和平衡燃氣對膛壁的沖擊。手槍膛壓曲線宜陡峻，彈頭進入線膛后膛壓能迅速達到峰值，爾后迅速降低，待彈頭飛出槍口時火藥燃氣壓力已明顯減弱，降低后坐力和槍口噪聲。比較理想的膛壓曲線是較為平緩的，且在線膛出口處膛壓能降到較低的值。

膛壓和彈頭初速并沒有直接關聯。盡管較大的火藥燃氣壓力能在同等槍管長度下讓彈頭獲得更高的速度，但并不意味著膛壓低初速就低。上文也提到了，在膛壓較低的情況下，可以通過增加槍管長度使彈頭獲得更長的加速空間，提高初速。在此將95式輕機槍和M4卡賓槍作一比較。M4卡賓槍槍管長368mm，膛壓380MPa，95式輕機槍槍管比M4卡賓槍的長，膛壓比M4卡賓槍的低。而95式輕機槍發射DVP88A式機槍彈時，初速能達到800m/s以上，發射DBP95式普通彈時，初速更是能達到900m/s以上，而M4卡賓槍發射彈頭質量僅有4.02g的SS109步槍彈時，初速不足890m/s。可見以現代普遍應用于規模化生產的工業水平，與槍管長度占據明顯優勢的情況相比，即便提高膛壓，對彈頭初速的提升效果也是有限的。

G3步槍彈膛的縱槽。由于G3步槍采用非剛性閉鎖結構，膛壓直接作用到彈殼上，彈殼在高溫高壓下膨脹產生塑性形變，導致抽殼困難，為了解決這一問題，設計師在彈膛處增設縱槽，便于抽殼

但是，隨著槍膛制造工藝的提升，縮短槍管長度，增加膛壓使彈頭獲得更高的槍口初速是槍械發展的必然趨勢。前些年有消息稱，美軍在研發一種新型槍械，彈頭加速效果遠超M4卡賓槍，僅需要10英寸（254mm）長的槍管，就能將彈頭加速到883m/s。這樣的槍管長度遠小于現代絕大多數短突擊步槍，而槍口初速卻能接近標準槍管長度的槍械。這種巨大的進步，根本原因在于用于制作槍管的材料和槍管鍛造工藝的提升，使槍管能夠承受更高的膛壓，從而可以用更高的火藥燃氣壓力為彈頭加速，消息稱膛壓為421.8～562.5MPa，遠大于現役中俄步槍的不超過290MPa。

左為DBP95式5.8mm普通彈，右為DVP88A式5.8mm機槍彈

自左至右依次為4.6×30mm半被甲結構易碎彈、穿甲彈、空尖彈、鉛心全被甲彈和亞音速彈

再如HK公司的MP7沖鋒槍，其使用4.6×30mm槍彈，槍管長僅為180mm，但膛壓很高，達到400MPa，加之彈頭質量極輕，普遍小于2.6g（亞音速彈除外），且采用雙基高能高燃速發射藥，因此具備了超過600 m/s的槍口初速。

火藥燃氣直接作用到槍膛內壁，在各種情況下射擊時，槍膛必須有足夠的強度承受膛壓。由于彈頭實際直徑通常大于兩條相對陽線的距離，故每次射擊時，槍膛和彈頭都會產生形變。形變分為彈性形變和塑性形變兩種，彈性形變是正常的、良性的，塑性形變是惡性的。一旦膛壓超過彈性形變的臨界值，就可能造成塑性形變，導致發生一系列事故，主要表現為槍管膨脹、槍膛出現裂紋或炸膛。

槍管膨脹指火藥燃氣作用到槍膛某部位時，燃氣壓力超過該部位極限承受壓力，導致該部位發生形變；槍膛出現裂紋是指燃氣壓力超過該部位極限承受壓力造成金屬疲勞，某部位無法承受燃氣壓力，出現裂紋。正常情況下，一旦槍膛出現膨脹，槍械應立刻進行專業檢修；槍膛出現裂紋時，應當立即停止使用，并且后續不再使用該槍管進行實彈射擊。

95式自動步槍的槍管。可見槍管后部直徑明顯大于前部

被炸壞的槍械。可見其機匣、復進簧和復進簧導桿等部位發生明顯破壞

炸膛則是最危險的情況，指燃氣壓力遠超該部位能承受的壓力值，導致該部位瞬間發生劇烈破壞。炸膛屬于最嚴重的射擊事故，不但會對槍支造成破壞，甚至會傷及射手。越戰時期美軍實行的“長子行動”中，美軍SOG特遣隊將一些中國生產的7.62mm步槍彈和12.7mm機槍彈彈頭卸下，把正常的硝化棉發射藥換成一種名為季戊四醇四硝酸酯（C5H8N4O12）的鈍化炸藥和其他外觀類似無煙火藥的高爆炸藥，制作成“陷阱彈”，分散在正常槍彈中重新包裝密封，導致使用這些槍彈的越軍開槍時被炸傷亡。此外，他們還編造了一份《被損壞的敵方武器分析》，刻意污蔑中國制造的武器有制作工藝問題，導致一些槍械槍管等零部件出現金屬疲勞產生裂紋，加之生產的槍彈質量不合格，發生炸膛事故。

一般來說，容易發生炸膛的部位有槍管中后段（靠近彈膛處）、槍膛壁厚度分段處、導氣孔開口處和導氣系統，而直接在彈膛處發生炸膛的情況較少。由于火藥不同于炸藥，在不密閉的正常大氣壓力下，槍彈、迫擊炮彈的發射藥燃燒時燃速較為緩慢，不像炸藥被引爆時瞬間釋放出高溫高壓，而是以較為均勻的速度燃燒。