机枪工作原理

作者：Tom Harris

1. 引言

历 史学家认为，机枪是过去一百年间最重要的技术之一。两次世界大战以及之 后的战争大多残酷无情，除了其他各种因素，机枪的作用同样不容小觑。有了这 种机器， 每名士兵每分钟可以射出几百发弹头，短短几个回合就能消灭一个排。 为了抵挡这种弹幕射击，军队甚至不得不研制出坦克之类的重型作战装备。仅这 一种武器就对 人类发动战争的方式造成了深远影响。 美国国防部供图 在北卡罗来纳州的勒杰恩海军陆战队营地（Camp Lejeune Marine Corps Base），美国海军陆战队队员在演练中用 M-240G 型机枪射击。 这种中型机枪是现代军火库中必不可少的武器。 相对于它们在历史中的重大作用，机枪的简单构造着实有些令人惊讶。它们制作 精密，工作原理却非常简单。在本文中，我们将介绍机枪用于飞速喷射弹头的标 准装置。 弹道学知识：枪管 大体了解一些火器知识，有助于理解机枪的工作原理。几乎所有枪都基于同一个 简单理念而产生：利用发射药爆炸产生的压力将子弹射出枪筒。大炮就是对这一 原理最早、最简单的应用。 雷管枪（左）和燧发枪（右）是迈向现代火器的两大重要进步。有 关这些武器的更多信息，请查看燧发枪工作原理。 燧 发枪通过制造小火花来点燃火药，而雷管则使用爆炸化合物雷酸汞，用力一 击就能点燃。装填雷管枪时，要先把火药倒进后膛，将射弹塞到火药面上，然后 再把雷酸 汞管放到一个小火门上。要射击时，就把击铁全力后扳，然后扣动扳 机。扳机松开击铁，击铁前摆撞击爆炸管。爆炸管点燃，射出的小火花顺着管道 抵达火药。火药 爆炸，将射弹推出枪管（有关这些武器的更多信息，请参见燧 发枪工作原理）。 弹道学知识：子弹 火器史上的另一大创新就是子弹。简单地说，子弹就是射弹（弹头）、推进物（如 火药）和底火（爆炸管）的结合体，并且都装在一个金属外壳里。 毫无疑问，子弹的产生是个了不起的成就。事实上，子弹构成了大多数现代火器 的基础。在下一节，我们将介绍这些武器的工作原理。 枪闩的向后运动还会激发抛壳系统。而抛壳器的作用就是移除退壳器中的废弹 壳，并让其从抛壳口脱落（后文将对此进行详述）。 左轮手枪 在上一节我们了解到，子弹包括底火、推进物和射弹，并全都装在一个金属外壳 里。这一简单装置是大多数现代火器的基础。下面以的双动左轮手枪为例， 看看子弹的运作原理。 Your browser does not support JavaScript or it is disabled. 点击扳机，看看左轮手枪怎样射击。 左轮手枪有一个旋转弹膛，包括六个弹腔，可装六发子弹。当你扣动左轮手枪的 扳机时，会发生下列事件： 1. 首先，扳机杠杆后推击铁。 2. 击铁后移时，会压缩枪托（枪柄）里的一根金属弹簧。 3. 与此同时，扳机转动弹膛，让下一个弹腔移到枪管前面。 4. 全力后拉扳机，扳机杠杆松开击铁。 5. 压缩的弹簧将击铁向前弹出。 6. 击铁猛烈撞击子弹后面的底火，将其点燃。 7. 底火引爆推进物。 8. 推进物爆炸，推动弹头高速飞离枪管。 枪管内部切割有螺旋槽，用于让弹头在射出时发生旋转。这样能提高弹头飞过空 气时的稳定性，并提高命中率。 当推进物爆炸时，弹壳会膨胀。弹壳暂时封住弹腔，因此所有膨胀气体都向前推， 而不是向后。 左轮手枪有各种形状和大小，一直以来都是最受欢迎的枪型之一。 由于其非常简单，因此几乎从不会卡壳或熄火。 很明显，这种枪比燧发枪和雷管武器更易于使用。一次能装六发子弹，只需要扣 动扳机就可射击。但使用此枪也相当受限：每次射击都必须扣动扳机，射完六发 子弹后又要重装子弹。还必须手动抛射弹膛内的空弹壳。 接下来，我们就看看枪支制造者如何解决了左轮手枪固有的问题。 2. 枪支和枪支系统 19 世纪，枪支制造者逐步研制出许多装置，以解决那些限制了枪支射击能力的 问题。这些早期机枪大多一把枪内就有好几个枪管和击铁。其中最受欢迎的设计 包括加特林枪，以其发明者理查·乔登·加特林的名字命名。下图演示了这种武 器的运作方式。 Your browser does not support JavaScript or it is disabled. 该武器是第一种得以广泛普及的机枪，一个弹膛内有六到十个枪管。每个枪管都 有自己的弹腔和撞针系统。要让枪运转起来，需转动曲柄，由曲柄转动弹膛内的 枪管。每个枪管到达弹膛顶部时，都会从装弹机——或旋转弹盒下经过。新的子 弹落入弹腔，枪管就装上了子弹。 每根撞针都有一个小的凸轮头，可以卡住枪身内的倾斜阴膛。每个枪管绕弹膛旋 转时，阴膛就后拉撞针，并将其推向紧绷的弹簧。新的子弹一装进弹腔，撞针凸 轮立即滑出阴膛，弹簧则向前推动撞针。撞针撞向子弹，沿枪管射出弹头。当每 个枪管绕到弹膛底部时，废弹壳就从抛壳口掉出。 美国国防部供图 一名美国空军士兵在澳大利亚的演练中从 UH-1 休伊直升机上用 GAU-17 迷你机枪射击。迷你机枪是对加特林枪的更新，使用电动发 动机转动枪管，而不是手动曲柄。 加特林枪在 19 世纪的几场战役中扮演了重要角色，但直到 20 世纪初，机枪的地 位才真正得到确认。在下一节，我们将介绍机枪发展历程中的另一个重要环节。 人们之所以把加特林枪看作机枪，往往是因为它能在短时间内射出大量弹头。但 与现代机枪不同的是，加特林枪并非全自动。如果要持续射击，就必须一直摇曲 柄。第一架全自动机枪的发明者是美国人海勒姆·马克西姆。马克西姆的机枪不 同凡响，每分钟能射出 500 多发子弹，相当于大约 100 杆步枪的火力。 海勒姆·马克西姆和他早期设计的一种机枪：1885 年马克西姆把 自己的武器推荐给英国军队，从此永远地改变了战场。 马克西姆机枪以及随后出现的数百种机枪设计，其基本原理都是：利用子弹爆炸 产生的力量，在每次射击后重装子弹并重扳击铁。控制这种力量的基本装置有三 种： • 反冲系统 • 后坐系统 • 气流装置 我们将在下面几节中分别讨论这些系统。 反冲系统 第一架自动机枪就带有反冲系统。事实上，每个动作都伴随着一个大小相同的反 动作。机枪内的反冲效应也是这个道理。当你沿枪管射出弹头时，弹头向前的冲 力会产生后推枪身的对向力。 在构造与左轮手枪相似的枪里，这种反冲力会把枪推向射击者。但对有反冲系统 的机枪来说，枪内的移动装置会吸收一些反冲力。你可以通过下图了解其工作原 理。 Your browser does not support JavaScript or it is disabled. 点住扳机，观看反冲作用式机枪如何射击。为简单起见，这个动画没有显示装弹、退壳和抛壳装 置。请参阅填弹：子弹袋系统，了解这些组件的运作方式。 过 程如下：准备射击时，先后拉枪闩（1），让其推紧后弹簧（2）。扳机卡铁 （3）卡住枪闩，把它固定在位。填弹系统带动子弹带穿过机枪，将子弹装入弹 腔（下 文将进行详述）。当你拉动扳机时，扳机松开枪闩，弹簧向前推动枪闩。 枪闩把子弹从弹腔推入枪膛。枪闩撞针对子弹的撞击引燃底火，底火引爆推进物， 爆炸则让 弹头沿枪管射出。 枪管和枪闩有一个锁闭装置，受到撞击时可以将二者扣在一起。在这支枪里，枪 闩和枪管都能在枪壳内自由移动。弹头移动时产生的力量对枪管施加反向力，将 枪管和枪闩后推。枪闩和枪管向后滑动时，会经过一个金属部件，为二者解锁。 二者分离后，枪管弹簧（4）将枪管前推，而枪闩则继续后移。 枪闩与退壳器连在一起，退壳器将废弹壳从枪管内移除。现代枪支里有许多退壳 系统，但它们的基本原理都相当简单。在典型的退壳系统中，退壳器有一个小口 会夹住弹壳底部的窄边。枪闩反冲时，退壳器与之一起滑动，将空弹壳后拉。 废弹壳退出后，填弹系统就能将新的子弹装入弹腔。如果一直扣住扳机，后弹簧 会推动枪闩撞击新子弹，整个过程重新开始。如果松开扳机，卡铁就会卡住枪闩， 使其不能向前移动。 后坐系统 后坐系统与反冲系统有些相似，但枪管是固定在枪壳里，枪管和枪闩也没有扣在 一起。下图展示了这种装置的运作方式。 Your browser does not support JavaScript or it is disabled. 点住扳机，观看后坐运动式机枪怎样射击。为简单起见，这个动画没有显示装弹、退壳和抛壳装 置。请参阅填弹：子弹袋系统，了解这些组件的运作方式。 这支枪有一个弹簧固定的滑动枪闩（3）、一个弹簧驱动的旋转弹盒（5）和一个 扳机装置（1）。枪闩向后滑动时，扳机卡铁（2）会将其固定在位。扣动扳机， 卡铁就松开枪闩，然后弹簧将其前推。枪闩碰触子弹时，撞针点燃底火，底火又 点燃推进物。 子 弹产生的爆炸气流将弹头沿枪管推出。与此同时，气压往反方向推进，迫使 枪闩后移。与反冲系统一样，退壳器将弹壳从枪管拉出，抛壳器再将其弹出机枪。 在弹簧 将枪闩前推之前，新的子弹已经排到枪闩前，整个过程再次开始循环。 只要一直扣住扳机，并有弹药填入系统，这个过程就会不断持续下去。 NARA供图 二战期间，一名在日本冲绳岛作战的美国海军陆战队队员，使用军用 汤普生冲锋枪射击。汤普生冲锋枪俗称“汤姆枪”，在 20 世纪三四十年 代，无论士兵和匪徒都很喜爱。 接下来，我们要介绍气流系统、填弹系统和机架式机枪。 3. 气流系统、填弹系统和机架式机枪 气流系统 气流系统与后坐系统相似，但还具有其他一些组件。其中主要是一根与枪闩相连 的细活塞，在枪管上方的弹膛里前后滑动。你可以在下面的示意图中看到这种系 统的工作原理。 Your browser does not support JavaScript or it is disabled. 点住扳机，观看气流运动式机枪怎样射击。为简单起见，这个动画没有显示装弹、退壳和抛壳装 置。请参阅下面的“填弹：子弹袋系统”，了解这些组件的运作方式。 这 种枪基本上与后坐系统枪相同，但爆炸产生的后坐力不会将枪闩后推。相反， 是前进气压把枪闩往后推。当枪闩向前推射子弹时，会锁在枪管上。一旦弹头沿 枪管射 出，膨胀的气体就会流入枪管上方的弹膛。此气压后推活塞，令其沿枪 闩底部移动。滑动的活塞先让枪闩脱离枪管，然后将枪闩后推，这样新子弹就能 进入弹腔。 我们提供的图只展示了这些系统运作方式的特定例子。事实上现在有数百种机枪 型号，每一种都具备其特定的射击装置。这些枪在其他很多方面也有差异。接下 来，我们将介绍各种机枪型号之间的重要差异。 填弹：弹簧和装弹机 不同机枪型号之间的一个主要差异就是装弹装置。弹簧式弹盒是一种普遍的填弹 系统。在这种系统中，由弹簧将弹盒内的子弹推进弹腔。这种装置的主要优点是 可靠、轻便和易于使用。主要缺点是只能装载相对较少的弹药。 美国国防部供图 一名美国海军陆战队队员在训练时使用 M16A2 5.56 毫米突击步枪。 突击步枪相对较轻、用弹盒自动填弹，是众多地面作战的合适之选。 另一个类似的系统是装弹机，就和加特林枪使用的一样。装弹机就是装在机枪顶 上的金属盒子。子弹一颗接一颗地掉出装弹机，进入弹腔。装弹机可以装很多弹 药，也易于重装子弹，但它非常笨重，并且只有在机枪放正时才能使用。 填弹：子弹袋系统 在弹药极多的情况下，子弹袋往往是最佳选择。子弹袋就是长长的一串子弹，通 过帆布或小金属链（后者更常用）连在一起。使用这种弹药的枪，其填弹装置都 由枪闩的反冲运动所驱动。下图展示了这种装置的运作方式。 Your browser does not support JavaScript or it is disabled. 普通填弹装置的顶视图 这 支枪的枪闩（1）顶上有一个小的凸轮滚柱（5）。枪闩移动时，凸轮滚柱在 长而有槽的填弹凸轮组件（2）中前后移动。当凸轮滚柱前滑时，会把填弹凸轮 向右推 往回动弹簧（6）。等凸轮滚柱后滑时，弹簧就把凸轮推回左边。填弹凸 轮移动时，会将填弹凸轮杠杆从一边转向另一边。填弹凸轮杠杆连着装有弹簧的 棘爪 （8），也就是位于子弹袋上方的弯钳。凸轮和杠杆运动时，棘爪移出，抓 住一发子弹，并拉动子弹袋穿过枪身。枪闩前移时就把下一发子弹推进枪膛。你 可以通过 下图了解其工作原理。 Your browser does not support JavaScript or it is disabled. 点住扳机，观看装弹和抛壳系统的运作方式。 填 弹系统推动子弹袋穿过弹腔上方的子弹导坑（2）。枪栓向前滑动，其顶端将 下一发子弹推直。这会让子弹脱离子弹袋，抵向枪膛坡道（3）。枪膛坡道迫使 子弹向 下置于枪闩前方。枪闩有个小的退壳器，在子弹滑到位时会抓住弹壳底 部。子弹滑到枪闩前方时，会压住装有弹簧的抛壳器（6）。 当撞针撞击底火，沿枪管推进弹头时，爆炸力就使操纵杆和相连的枪闩后移。退 壳器将废弹壳拖出弹腔。枪闩继续后移，装有弹簧的抛壳器推动弹壳底部。等弹 壳完全离开弹膛，抛壳器就向前弹，将弹壳从抛壳孔弹出去。 这个系统可以不重装子弹地连续射击。从理论上说，可以制作任意长度的子弹袋， 因此子弹袋是持续供应弹药的好方法。但问题在于子弹袋相当笨重，而且填弹装 置卡壳的可能性很大。 维克斯 MK1 机枪用子弹袋填弹，是英国军队的最爱，在两次世 界大战中都发挥了重大作用。该枪用一种装有水的特殊套子冷却。水 沸腾后，蒸汽向外流入一个收集罐，并在此凝结成液体以备再用。 机架式机枪 重型子弹袋填弹式机枪通常架在三脚架或车辆上，因此需要一名以上的射击手。 单个部队通常都携带轻武器，还有收放式两脚架或三脚架来稳固武器。使用弹盒 的小型自动枪分为自动步枪、突击步枪或冲锋枪。大体说来，“机枪”这一术语 含括了所有自动武器——包括这些小型武器，但它也用于特指重型子弹袋填弹式 机枪。 美国国防部供图 重型机枪——如这把 911.50 口径的 M-2 机枪，可以装在坦克、吉普 车、轮船和直升机上。 枪支制造者一直在不断更新机枪，但其基本装置一百多年来都没有改变。无论你 是否握过或看过机枪，它都对人类的生活造成了深远影响。机枪在分裂国家、镇 压革命、推翻政府和结束战争中都留下了身影。可以毫不迟疑地说，机枪是人类 军事史上最重要的发展之一。