子弹结构

子彈結構 不論食衣住行育樂，大多都需要在安定的狀況下才會擁有的，需要安定的社會就需要有足夠的保護，因次武力也是不可或缺的，因此我介紹子彈的歷史以及種類。 子彈結構 長久以來，中文裡對於子彈（cartridge）和彈頭（bullet）一直都混淆不清，在一些譯文或是電影裡，裝在彈匣裡的是子彈沒錯，但是連打到人身上再被醫生挖出來的也叫做子彈，這就有一點太籠統了。其實在前清時期的譯名可能要好一些，當時人稱子藥（cartridge）和子彈（bullet），比較接近實際的情形。不過，這已經太久遠了，為了統一起見，我還是沿用近代的稱呼，子彈是 cartridge，彈頭是 bullet。 一顆子彈（cartridge）基本上由四個部份組成： 彈頭（bullet）、彈殼（case）、 裝藥（powder）、底火（或稱雷管、primer） 。這個基本結構從十九世紀後半以來，幾乎沒有什麼變化。雖然一直有人研究如何改進彈藥，像是 H&K G11 的無殼子彈或是美國先進輕武器研究計畫所實驗的集束鏢（fletchet），畢竟都還沒到實用的階段。因此，雖然現代子彈的結溝已有百年以上的歷史，恐怕還會被沿用好一陣子。 不過，這並不是說百年來子彈就沒有改進。相反的，各國兵工廠及軍火公司時時在實驗，希望能在有限的設計空間下，製造出最適用的子彈。請注意一下，這裡說的是最適用，而非最有威力。原因是各種子彈的用途不同，目標對象也不同，使用的環境和投射的武器也不同，在不同的考量下，威力最大的子彈並不就是最好的子彈。 一顆子彈（cartridge）由四個部份組成： 彈頭（bullet）、彈殼（case）、 裝藥（powder）、雷管（primer）。 彈頭（bullet） 彈頭基本上是一個投射體（projectile），它由裝藥燃燒後產生的大量高壓氣體急速膨脹推射出槍口，一旦離開槍口，它在飛行中是處於半穩定狀態，直到和目標接觸為止。由於人體密度是空氣密度一千倍以上，彈頭在進入人體後就開始滾擺，這是它最基本的運動模式。 彈頭依其跟目標接觸後的狀態分成三種：實心型（Ball），擴張型（Expanding），粉碎型（Frangible）。 實心型（Ball） 彈體或為實心鉛製的一般彈頭、或是內包鋼芯的穿甲彈、甚或是含有燃燒劑的曳光彈或燃燒彈，在外面通常有一層金屬層完全包住（full metal jacket），不論是哪一種，在命中目標後只會扭曲變形，不易擴張或粉碎。因此這類型的子彈貫穿力很強，但是阻滯力（stopping power）比較差。由於 1899 年海牙公約的規定，目前各國軍隊都只能使用這型彈頭。 擴張型（Expanding） 在彈尖的設計上或是使用平頭型（Flat Nose）、彈尖中空型（Hollow Point）、軟頭型（Soft Point）、異質彈尖型（Silver Tip or Bronze Tip）等特別設計以增加子彈命中目標後的擴張性，惡名昭彰的達姆彈（Dum-Dum）也屬於此類。它們的貫穿力不是很強，但是阻滯力還不錯，大部份的動能在很短的時間內就可以傳遞在目標上。這型的彈頭普遍用在一般警用或民間自衛用子彈上。 粉碎型（Frangible） 這類彈頭在命中目標後會粉碎，將動能一瞬間全部傳遞在目標上。因此它們的貫穿力很弱，有時連貫穿較厚的衣物都有困難，但是阻滯力很強。它們跟擴張型一樣，被國際公約禁止用在軍事用途上。但是它們在反恐怖份子的行動中有很大的用處，例如在拯救人質或反劫機的行動中，它們低貫穿力的特性可以減少誤傷人質或是貫穿機身造成失壓的可能性。美國 FBI 裡的特勤小組就配有此類彈藥。 這麼說來，軍用子彈的殺傷力豈不就是不如民用子彈了？其實不會，現代的軍用彈頭的設計是利用高速飛行間的半穩定狀態，在命中人體後會產生滾擺（ tumbling）的現象，造成的傷害並不輸於擴張型彈頭。 彈頭依其前端形狀又可分成下列主要幾種： 尖頭型（spitzer） 最普遍的彈尖形狀，通常是非擴張型彈頭。 彈尖中空型（hollow point） 擴張型彈頭，中空的部份在命中後會造成彈頭的擴張。 異質彈尖型（tipped） 擴張型彈頭，在彈尖中空型的空間中加入一根較硬材質製成的頂針，有助於命中目標後彈頭的擴張。 圓頭型（blunt-nosed） 通常以較一般鉛錫合金硬的材質製成，適合大型動物狩獵。 平軟頭型（flat-nosed softpoint） 擴張型彈頭，由於平頭的關係，適合使用彈管給彈（tubular feed）的槍械。 圓軟頭型（round-nosed softpoint） 擴張型彈頭，多用於狩獵。 其他 除了這些一般常用的彈頭外，另外還有許多特殊用途的彈頭，例如 wad cutter、semi-wad cutter 等，族繁不及備載。 此外，彈頭的底部通常也分成兩種類型：平底型（flat base）和艇尾型（boattail）。 平底型（flat base） 大部份彈頭底部都是平底型。優點在於彈頭在槍膛中運動時可以跟膛壁保持密合狀態，氣密效果比較好；缺點是氣體動力學方面屬於比較不理想的形狀，增加空氣的阻力。 艇尾型（boattail） 這類彈頭由於氣體動力學上的效果比較好，通常用在狙擊或競賽用子彈上；缺點是槍膛氣密不易保持。 彈殼（case） 彈殼一般是用黃銅合金或鐵製成，在裝藥燃燒時會膨脹塞滿膛室，形成氣密狀態，彈頭才能有效地向前射出。在裝藥產生的高壓氣體從槍口排出減壓後，它的金屬彈性會讓它稍稍回復原狀，以利退殼。由於黃銅合金的金屬彈性較佳，延展性也較佳，一般人在重裝彈藥（reloading）時都用黃銅彈殼。鐵彈殼不適合重裝彈藥。不過，金屬彈性疲乏終究會發生，因此重裝彈藥時為了安全起見，最好不要重裝太多次；在重裝前也應該小心檢查彈殼。 彈殼的形狀按前端是否收小分成兩種：瓶頸式（bottleneck）和直壁式（straight wall）。 同時，它也根據後端形狀分為五種：縮緣式（Rebated）、無緣式（Rimless）、半凸緣式（Semi-rimmed）、凸緣式（Rimmed）、帶式（Belted）。現代槍械用的彈藥多半是無緣式與凸緣式；尤其凸緣式比較適於使用彈匣自動給彈的要求，現代全自動或半自動槍械的子彈多半使用無緣式的彈殼。 所謂凸緣、無緣邊指的是這個邊緣的直徑跟彈殼主體直徑之間的關係。解釋如下： 縮緣式（Rebated） 邊緣直徑明顯小於彈殼主體直徑。 無緣式（Rimless） 邊緣直徑和彈殼主體直徑相近。 半凸緣式（Semi-rimmed） 邊緣直徑明顯大於彈殼主體直徑，仍保有退殼溝。 凸緣式（Rimmed） 邊緣直徑極明顯地大於彈殼主體直徑，沒有有退殼溝。 帶式（Belted） 除了類似無緣式的底部外，在退殼溝前方的彈殼上另有一帶狀環。 裝藥（powder） 裝藥是子彈裡推動彈頭的能量來源。十九世紀末期之前，子彈的裝藥使用的都是黑色火藥（black powder），之後才有無煙火藥（smokeless powder）的出現。無煙火藥的名稱是相對於黑色火藥而來的，因為無煙火藥燃燒後產生的煙比黑色火藥大量的白煙要少很多，因此得名，並非真的完全無煙。 黑色火藥（black powder） 黑色火藥的歷史久遠，早在中國宋朝就已經使用在軍事用途上，西洋史上則可回溯至十三世紀。黑色火藥基本上是一種爆炸物，由硝、木炭和硫磺製成；它的歷史配方多有變化，直到十九世紀才固定下來，標準配方是以 6 : 1 : 1 或 6 : 1.2 : 0.8 的比例製成。由於配方通常不變，唯一影響燃燒速度的是火藥顆粒的大小。目前黑色火藥在槍械上的應用多半用在仿古董的前膛槍上。 無煙火藥（smokeless powder） 無煙火藥的發明讓子彈的威力更上一層樓。無煙火藥基本上是一種快速燃燒的推進劑，而非爆炸物。它的性質比黑色火藥穩定，而推力要比同樣重量的黑色火藥大許多，因此子彈的重量可以減輕而性能卻可加強。它的基本成分是硝化甘油和棉纖維，通常又分單基火藥（single-base powder）和雙基火藥（double-base powder）。形狀和組成配方多得難以計數。現代子彈和砲彈都用無煙火藥作為推進劑。 歷代黑色火藥配方比例 時代 硝（Saltpeter） 木炭（Charcol） 硫磺（Sulfur） c. 1252, Roger Bacon 37.50% 31.25% 31.25% 13th century, Marcus Graecus 66.66% 22.22% 11.11% 13th century, Marcus Graecus 69.22% 23.07% 7.69% 1350, Arderne (laboratory rcp) 66.6% 22.2% 11.1% 1560, Whitehorne 50.0% 33.3% 16.6% 1560, Bruxelles studies 75.0% 15.62% 9.38% 1635, British Government 75.0% 12.5% 12.5% 1781, Bishop Watson 75.0% 15.0% 10.0% 資料來源：Tenny L. Davis, Chemistry of Powder and Explosives, Chapter 2。其中 Marcus Graecus 原書中說是 8 世紀的人，現代學者多認為其實是 13 世紀。 雷管（primer） 雷管是由十九世紀撞擊式雷管（percussion cap）發展而來的引發元件，基本上它內含高燃性的引藥。當撞針或擊鎚以足夠的力道撞擊其金屬薄殼時，引藥內部的摩擦會造成自燃，然後從彈殼底部的開口引燃彈殼內的裝藥。 子彈上的雷管分成三類： 針式（pinfire） 這是十九世紀前葉發明的雷管，特徵在於彈殼上的一根小撞針。擊鎚必須打在這根撞針上來引發雷管，因此子彈必須很準確的裝填在一定的位置，在使用上十分不便。除了早期一些左輪槍之外，很少使用。 凸邊式（rimfire） 這也是在十九世紀前葉的發明，它的引藥就在彈殼後端的凸邊（rim）裡，在使用上比較方便。但是由於凸邊是彈殼的一部分，如果要求能承受較高的壓力則擊發上有困難，因此無法用在比較大口徑或高裝藥量的子彈上。它也一直使用到現代，像是 .22 口徑的彈藥（如 .22 LR）仍在普遍使用。 底火（centerfire） 這種雷管是目前最普遍的形式。它的優點是它以彈殼中心為引燃點，裝藥燃燒比較均勻；而且底火跟彈殼可以設計成分離的元件，不必成一整體，彈殼可以一用再用；最重要的是彈殼可以製造得厚而堅牢以承受較大的壓力。 底火式的雷管又可分為美式的 Boxer 和歐式的 Berdan 兩種。 Boxer 式的底火通常有一個引火口，擊砧（anvil）是底火的一部份；Berdan 式底火通常有多個引火口，擊砧（anvil）是彈殼的一部分。Berdan 和 Boxer 這兩種底火在擊發功能上沒有太大分別，因此，即使是同樣規格的子彈，例如：7.62mm NATO，它的底火形式要看是哪一國製的了。 這兩種底火真正的差別在 reload 時才會顯現出來。由於 Boxer 式在彈殼底部中央有個大洞，很容易就可以用螺模（die）將舊底火擠掉。Berdan 的話，兩個小小的孔並不在中央，很難將螺模對準，必須要用額外尖銳的工具（類似冰錐）將底火敲掉，還要擔心會不會損害到底部的擊砧。 美國之所以習慣用 Boxer，主要就是因為有 reload 的傳統。早期燧發槍當然不用 reload ，但是在金屬彈殼發明後，問題就來了。首先是重量問題，當年有很多獵人在西部打野牛為生，他們一出獵可能就是好幾個星期，甚至幾個月，帶著大批子彈又重又佔空間。於是他們只帶火藥、底火、鉛塊和少數彈殼，打完一天的獵後，在營火邊自己鑄彈頭、裝製子彈，十分方便。而一般人篳路藍縷在拓荒，為了省錢和不浪費資源，也多半是自己裝製子彈。這時，自然會偏好容易 reload 的 Boxer 了。相對地，歐洲在傳統上比較沒有 reload 的需求，所以仍然一直使用 Berdan 式。 心得 我覺得最尖端的科技一定是在戰爭之中的武器出現，之後才會量產、接著平民化、就拿星光夜視來說，也是軍隊的需要才開始有的，之後的第二代、第三代材陸續推出，但是目前而言，對民間開放也只開放到一代半，二代以上是管制軍品，所以，最基本的子彈也是科技的結晶，隨著時代以及科技的進步、從最原始的小鉛球型的子彈，到現在各種武器專用的子彈，都是為了達到最好效率所研發的武器，例如：狙擊槍M82A1所使用的.50反物資子彈，有著特殊的"鋯"(Zirconium)穿甲彈、Mk211 Raufoss Multipurpose還能能使被擊中的目標燃燒及爆炸。 在這一篇報告中，讓我們知道各種子彈的歷史，以及各部位名稱，以及不同的地方。 資料來源 1.Tenny L. Davis, Chemistry of Powder and Explosives, Chapter 2。其中 Marcus Graecus 原書中說是 8 世紀的人，現代學者多認為其實是 13 世紀。 2.百步穿楊