晓枪老王
本节中,我想从自己的认知出发,分析一下95式设计中的优点。
95式采用了短活塞导气式自动方式,是步枪设计中最常见的自动方式。采用短活塞导气式的枪械,活塞可以分成长短两派。比如G36、HK416、81式步枪,它们的活塞杆非常长,屬于“长派”,而95式、FNSCAR的活塞杆却非常短,属于“短派”。请大家注意,短活塞导气式的“短”,是指活塞行程短,而不是活塞长度短。
从设计的角度看,活塞长度短有明显好处。对于短活塞导气式而言,火药燃气推动活塞、自动机共同后坐一小段距离后,活塞就停止运动了,自动机则继续后坐,完成抽壳、抛壳等一系列动作。在这个过程中,自动机任务繁重、任劳任怨,而活塞负责把火药燃气能量转移给自动机,仅仅需要推动自动机一把,活脱脱像是能量的“倒爷”。
从效率的角度看,活塞质量越低越好。如果活塞质量很重,活塞本身就会占据很多的能量,传递给自动机的能量就会相应降低,导气系统的效率也会降低。为了保证自动机有足够的能量,导气系统又不得不提供更多的能量,负荷就会更大。
FN SCAR的超短活塞与枪机框探杆(白色箭头)。FNSCAR的活塞质量很小,没有设计活塞簧
HK416的活塞,银白色的是活塞头,黑色的是活塞杆和活塞簧。活塞的重量并不大,但对枪械手感,尤其是重心影响还是不小的
举个不太恰当的例子。假如自动机最终需要获得10千克·米/秒的动量,而活塞和自动机的质量比为1:1。为了保证自动机获得足够能量,导气系统需要提供20千克·米/秒的动量。如果活塞和自动机的质量比为1:10,那么导气系统就只需要提供11千克·米/秒的动量就足够了。
为了尽可能降低活塞的质量,活塞杆往往设计为细长杆,或者设计为空心结构。此外,轻质量活塞还能小幅度降低枪械总重,对枪械的重心有较大影响。然而细长活塞杆的刚度极差,在火药燃气的强大压力下,高速运动下活塞杆就像是打弯的竹签,很容易卡在某个地方。
95式的超短活塞与枪机框探杆( 白色箭头)。得益于探杆的存在,95 式的枪机框“ 方块”很短, 而FNSCAR的“方块”很瘦
FNC步枪的自动机。95式的枪机框高度类似于FNC步枪, 而FNC实际上是一款长活塞导气式枪械
对于短活塞导气式枪械而言,为了增加活塞的运动灵活程度,活塞头和活塞杆往往是分体的。活塞头和活塞筒紧密配合,和活塞杆之间的配合则非常松散,活塞杆本身根本不接触活塞筒。在这种设计下,就算是活塞杆打弯了,也不至于影响运动,比如HK416步枪就采用了这种设计。但作为代价,在拆解枪械时,零件数量就又多了一个。
俗话说,男人体重不过百,不是麻杆就是矮。小矮个向来重不到哪里去,如果活塞能短一些,重量就会大幅度降低,刚度也会大幅度提升,受到火药燃气挤压时不容易折弯,更不必拆分为活塞头+ 活塞杆两个零件。因此,相对短小的活塞才是理想的选择。
但活塞不是想短就能短。对于枪械而言,导气孔的位置要求苛刻。导气孔太靠近弹膛,导出的火药燃气压力很高、烧蚀很严重;导气孔太靠近枪口,与弹膛之间的距离就会变得很长,活塞的长度也就水涨船高了。
既然导气孔的位置“动不得”,设计师只能另想办法。导气孔距离弹膛,也就是枪械闭锁机构的距离是一定的,如果能给自动机设计一个探杆,不就可以变相降低活塞的长度了嘛!你还别说,这还真是一个好办法。
自动机,尤其是枪机框的质量也很讲究,总重量不能太轻,也不能太重。探杆安装在自动机上,本身占据一部分的重量。在总重量一定的前提下,枪机框的其它部分,尤其是枪机框后半部分就可以瘦、小、短、轻一些。枪机框后半部分往往和机匣配合密切。机匣内的空间寸土寸金,简直就像是香港的房价。如果枪机框后半部分能瘦一些,机匣的设计难度就会直线降低。
也正是如此,超短活塞+带探杆的枪机框成为了一种非常潮流的设计。比如比利时的FNSCAR、德国的HK433都采用了类似的结构。FNSCAR、HK433是结构进一步复杂化的模块化步枪,为了避免枪械成为一个胖子,必须使用更为紧凑、高效的结构,因此才会使用超短活塞+带探杆的枪机框。而95式在几十年前,居然也用上了这种结构,确实超前。
95式的枪机框大体上分为前中后三部分。前方部分是拉机柄和拉机柄座,中间部分是一根空心管,尾端则是一个“方块”,包含了开闭锁螺旋槽、抽壳钩槽、击针孔等机构。
95式的拉机柄座兼作活塞撞击座、与小导杆配合的枪机框引导座,功能上一件多用,空间利用率很高。56冲/81式的拉机柄和枪机框完全一体,枪机框本身需要更大的毛坯,加工起来费时费力。95式的拉机柄采用分体加工、再拼装的设计,虽然在装配上略微复杂,但总成本却可以大幅度降低。
95式的枪机框中部为空心管,可以用于容纳复进簧和平动击锤。对于大部分枪械而言,枪机框都要加工出一个容纳复进簧的深孔。枪机框本身是一个大型复杂异形件,且很可能是最难加工、最耗费工时的零件之一。95式枪机框一拆为三后,枪机框中部的空心管轮廓十分简单,加工的效率也会直线提升。
95式步槍枪机框前中后三部分示意。在这张图片中,我们能明显感受到前中后三部分是拼接在一起的
56冲(上)与81式的枪机框特写。56冲/81式拉机柄和枪机框一体加工而成,毛坯体积十分庞大。白色箭头处为枪机框的“喉咙”
95式枪机框前、中部的体积、质量较大,在枪机框总重量一定的前提下,枪机框的后部“方块”就不必太大、太重、太长。在讲解81式时,我们提到了81式拉长了枪机框,导致击针变得更加细长,加工难度直线上升,还增加了击针惯性击发的风险。相比之下,95式的枪机框“方块”很短,击针长度也短,加工性更佳,安全性也更有保障。在国产的自动步枪中,95式的击针很可能是最短的。
在西方步枪中,FNSCAR步枪的枪机框布局和95式有异曲同工之妙。但FNSCAR的枪机框是一体加工的,而95式是三段拼接而成的。从加工难度上讲,FNSCAR的枪机框探杆为典型的悬臂结构,毛坯体积大、加工成本高、热处理变形大。而95式的枪机框是拼接而成的,装配虽然麻烦,总成本却低了很多,是一种非常优秀的设计。
高速摄影下的97式步枪,自动机后坐到位时,枪机框把小导杆小幅度翘起
95式步枪枪机框和小导杆配合示意,小导杆根部还是活塞撞击枪机框的“隧道”
大概是在一年之前,国外著名枪械节目《ForgettenWeapons》评测了97式步枪(95式步枪的出口版,使用5.56×45毫米枪弹),对步枪的结构设计、分解结合做了讲解。最为珍贵的是,节目视频中难得地出现了97式步枪射击时的高速摄影,但这也迅速引起了巨大争议。
97式/95式步枪的自动机引导分为前后两段,后半段为机匣,负责引导枪机框后方、枪机,前半段则是固定在枪管上的小导杆,负责引导枪机框前方。小导杆是95式步枪的独有设计,其相关特性被朵英贤老师称为弹性引导,是95式步枪的得意之处。
然而在高速摄影中,小导杆的表现似乎并不好。作为引导部件,小导杆本身像做广播体操一样摆来摆去,枪机框前方也是“一蹦一跳”的。枪机框的稳定性关乎枪械的精度,95/97 式的枪机框“跳”成这样,精度怎么可能会好?一时间,小导杆的风评急转直下。
其实,大家还真误会了这个小导杆。
我们都知道,枪械的自动机天然存在一个矛盾,那就是灵活和稳定之间的矛盾。当枪械的自动机,尤其是枪机框和机匣之间间隙较大、比较松散时,枪机框就像在4车道马路上开车,运动是非常灵活的。灵活的枪机框对可靠性有好处,较大的配合间隙能够容得下、排得出污垢,也有利于恶劣环境下的可靠性。
当枪机框和机匣配合紧密时,枪机框就像火车,运动非常稳定。枪械要执行很多动作,比如闭锁、进弹这几个动作,本身需要较高的一致性,需要枪机框稳定。稳定的枪机框往往意味着更好的一致性与精度,但灵活性并不理想,藏污纳垢的能力较低,同时对加工要求较高。
显然,灵活和稳定之间是有矛盾的,两者就像鱼和熊掌,很难兼得。AK步枪的枪机框和机匣、活塞筒配合间隙比较大,枪机框运动非常灵活,但稳定性不足,GLOCK手枪也是如此。CZ75手枪的套筒和握把配合紧密,但灵活性就有欠缺。
95式步枪的杠杆式缓冲器特写,缓冲器的“支点”则位于红色箭头处
HK416步枪的圆柱形缓冲器特写。HK416/M16彻底放弃了折叠枪托,但也换来了足够的空间容纳缓冲器,缓冲效果比95 式更好
95式步枪的闭锁齿特写。图中的步枪闭锁齿有明显的磨痕,能很明显地看出三闭锁齿布局。但客观而言,95式的三齿并非特别均匀
那么,如何解决灵活和稳定之间的矛盾呢?答案是找时机,利用动作执行的时间差。后坐、复进的过程中有很多自动动作,比如开锁、抽壳、抛壳、后坐到位、推弹、进弹、闭锁等。其中,闭锁、进弹这几个动作要求稳定,而其它几个动作对稳定性要求不高,后坐到位时反而还应该尽量的灵活。
要求稳定的闭锁、进弹动作发生在自动机即将复进到位时,而后坐到位动作发生在自动机后坐到位时。说白了,在后坐、复进过程中,自动机、枪机框“走远了”,对稳定性要求低、对灵活要求高,“走近了”,对稳定要求高、对灵活要求低。
小导杆的特性完美符合“远松近稳”的定律。作为一个悬臂,小导杆远处挠度大、近处挠度小,离悬臂点越远的地方,小导杆的弯曲变形程度越大,离悬臂点越近的地方,弯曲变形的程度越小。
在开锁、抽壳等过程中,枪机框完整地套在小导杆上,小导杆的根部(接近悬臂点的位置)引导,枪机框较为稳定。当枪机框继续后坐,开始抛壳时,枪机框套住小导杆的长度降低,远离小导杆根部,小导杆的引导开始下降,枪机框开始“释放自我”。当枪机框运动到最后方,即将后坐到位发生撞击时,枪机框套在小导杆最浅处,引导性最低,灵活性达到最高。
尤为需要注意的是,95式步枪采用了一种并不常见的缓冲器——杠杆式缓冲器,杠杆回转中心位于枪机框下方,而不是国外常见的、布置在枪机框正后方的圆柱形缓冲器。圆柱形缓冲器的优点是撞击对心,受力情况比较好,枪机框撞击缓冲器时发生正撞击,不容易产生偏转。但圆柱形缓冲器必须布置在枪机框正后方,会占用一定的长度,变相拉长机匣。碍于机匣空间紧张,圆柱形缓冲器往往长得非常小巧,缓冲效果也就有限。
SVD枪机头部特写。苏联人对AK步枪的缺点心知肚明,SVD就是一款很有针对性的设计,可惜SVD发展而来的步枪没能发扬光大
95步枪采用了无托布局,没有枪托空间可用,必须采用结构较为紧凑的杠杆式缓冲器,但杠杆式缓冲器的撞击不对心,枪机框在撞击时容易偏向一边,就像“单轮刹车”一样,造成枪机框偏转。因此,在缓冲瞬间,95步枪的枪机框必须非常灵活,才能避免偏转导致的卡滞。
因此,95式步枪的枪机框在后坐到位时,存在明顯的上跳现象,小导杆也像面条一样随之甩动。如果小导杆几乎不变形,那枪机框真要彻底被卡死了。换而言之,95式步枪的“面条”小导杆并不是缺陷,而是刻意为之,是一种精心的设计。
朵英贤老师说小导杆是弹性引导,实际上是很贴切的——引导部件本身弹性很好,这在世界各国的枪械中都是独一无二的,且确实很好用,完美符合95 式自动机,尤其是枪机框的运动特性,可谓是贴心定做的优秀设计。
在讲解81式步枪时我们提到,枪械内部到处都是“不平的路”,闭锁齿数量较少且不对称时,很容易造成闭锁贴合不严、不均,在闭锁时还会产生斜撞击,对枪械的精度有不利影响。AK/56冲/81式均采用一大一小双闭锁齿设计,闭锁齿严重不对称。
在使用枪机回转闭锁的自动步枪中,AK/56冲/81式的闭锁齿设计可以说是最差劲的一档了。苏联人对AK步枪的闭锁齿设计缺点心知肚明。在SVD狙击步枪上,设计师德拉戈诺夫就采用了相对更加对称的3闭锁齿设计,闭锁齿体积更为接近,且采用“Y”字布局,更为对称。
AK风格的大型闭锁齿结构粗壮,单个闭锁齿强度大、空间足,便于设计抽壳钩、预转机构等相关机构。而M16风格的均布小闭锁齿单齿强度低、体积小,不便相关机构设计。换而言之,M16、AK步枪的两种闭锁齿设计各有优劣。相比之下,SVD的“Y”形三闭锁齿算得上是一种折中设计,既保留了AK的优点,也改进了缺点,增加了一些均布味道,也算得上是一种不错的优化了。
95式步枪果断采用了类似于SVD的“Y”形三闭锁齿设计,对于国产自动步枪而言是一个很大的进步。纵观95式的设计中,大家发现诸多细微的设计,完全跳出了56冲/81式的传统路线,做出了优化或更改。95式在设计观念上的进步可见一斑。
56冲(远)与81式的节套预转机构,预转机构配合面积小、加工难度高,且位于犄角旮旯之地,一看就不是好机构
95式步枪的节套预转机构。优秀的机构往往有一种特殊的美感,即使是外行人,在对比之下也能明显感受到
内格夫轻机枪的节套预转机构。内格夫的机构虽然丑了一些,但节套得以使用全包结构,刚度比95式更好
81式(左)与56冲的枪机,红色箭头处为开闭锁导柱,白色箭头处为枪机预转机构。枪机与节套的预转机构相配合,共同完成预转
95式的枪机特写。白色箭头为枪机预转机构,黄色箭头为带动平面,红色箭头为导柱。导柱周围的“坑坑洼洼”为加工时的让位面
56冲(左)与81式节套特写,红色箭头处为闭锁齿。81式在左右闭锁齿之间做了补丁加强(白色箭头),但能够增加的刚度有限
得益于后置导柱的设计,95式的枪机框“喉咙”极小,节套更为完整,刚度更好。如果能把预转机构再设计得小一些,节套能更加完整
M16步枪的节套特写。M16没有平面带动、预转机构,节套设计相对简单,结构也更为完整,刚度非常好, 体积也很小
孟子见魏襄王时,吐槽魏襄王“望之不似人君”。对于枪械而言,一个机构外形非常美观、自然,往往能证明该机构设计地相对比较顺利、成熟。如果一个机构看起来非常的“拧巴”,那么往往意味着一种无奈之选——设计师实在没有办法了,才会在各种不得已之下,使用这些“拧巴”的、毫无设计感的机构。
预转机构就是一个典型的“拧巴”机构。采用平面带动机构的枪械能够彻底解决楔紧问题,对枪械复进过程中的可靠性有较大提升。但采用平面带动的枪械必须设计相应机构,让枪械能够在某个特定的位置脱离平面带动,防止带动平面被迅速撞破、撞坏。相应的机构被称为预转机构。
预转机构往往设计在节套、枪机上。由于空间太过紧张、相关的机构动作过于复杂,预转机构的设计难度很大,难免会长得“拧巴”。比如AK/81式步枪的预转机构设计在节套内部左侧,不仅长得丑,加工的难度很大。我第一次看到56 冲/81式的预转机构时,顿时产生了“望之不似好机构”的感觉。
相比之下,95式的预转机构是一眼望之的亮眼机构。95式在节套的右上方加工出了一个小小的异形螺旋槽,螺旋槽可以和枪机上的预转面配合,枪机在接近复进到位时,让机头提前转动很小的角度,脱离平面带动。95式的预转机构位置合理、加工方便、外形简洁,是目前为止,我所见过的平面带动枪械中最简洁、最漂亮,也是最靠谱的预转机构。
从刚度的角度看,56冲/81式的节套有很大的弊端。开闭锁导柱/凸笋是枪机上的一个重要零部件,负责和枪机框上开闭锁螺旋槽配合驱动枪机旋转,以实现闭锁和开锁。56冲/81式的导柱位于枪机的大闭锁齿上,位置相对较高,开闭锁螺旋槽则位于枪机框的“喉咙”处。
开闭锁螺旋槽是一个受力较大的部件,往往位于枪机框较为厚实的部分。56冲/81式的开闭锁螺旋槽位于“喉咙”处,“喉咙”处的壁厚一定小不了。为了给“喉咙”让位,56冲/81式节套不得不做出巨大让位,“削”掉了节套后方的右上方大约三分之一的体积,这种设计虽然保证了结构的紧凑,却大幅度降低了节套刚度。
对于回转闭锁枪械而言,闭锁最终发生在枪机-节套的闭锁齿之间。在节套闭锁齿设计不佳的情况下,即使枪机的设计再科学、再合理,整套闭锁机构的合理性也要大打折扣。从刚度的角度看,M16步枪的节套轮廓完整、刚度最好,节套闭锁齿受力最均匀。而AK/56冲的节套缺了右上角,右侧闭锁齿刚度不佳,齿根处很容易出现寿命问题。81式在节套上设计一个“补丁”,增强了节套刚度,从而提高了节套寿命。但打补丁所能提升的效果终究有限。
到了95式步枪,设计人员把开闭锁导柱从枪机大闭锁齿上,移动到了枪机后部。相应的,枪机框上的开闭锁螺旋槽也移动到了后部的“方块”上。如此一来,枪机框的“喉咙”可以设计得更小,节套的让位也大幅度缩小,刚度有了明显提升。
最为难得的是,95式的设计终于跳出了56冲/81式的设计框架,不再走“魔改56冲”的老路。对于国内而言,三闭锁齿、后置导柱都算得上是新颖设计。在这些最细节的方面,我们能明显看到设计人员的努力。
AKM步枪表面的发射机转轴特写。机匣上的“十”字凹坑能够增强转轴处的刚度,以便更好地支撑转轴,毕竟AKM的机匣太薄了
95式步枪发射机上的压片。一般而言,发射机不进行拆装,但在维护保养时,能拆一下会更好
95式步枪发射机、快慢机和扳机连杆。无托步枪扳机在前,发射机在后,天生不适合模块化发射机,但95式偏偏用上了这种设计
对于步枪而言,模块化发射机并不罕见,SKS、63式步枪的发射机都是独立的模块,扳机、不到位保险、击锤等零部件安装在发射机座上,再整体装入枪内。但遗憾的是,模块化发射机的设计并没有延续下去。AK/56冲一度把枪械的设计带上了一弯路。
AK/56冲取消了发射机座,扳机、不到位保险等零部件直接安装在机匣上。因此,在AK/56冲/81式机匣表面,我们能明显看到好几根转轴,大幅度拉低了枪械的颜值。56冲的设计虽然节省了发射机座,却大幅度增加了发射机的安装难度。
一般而言,击锤、不到位保险的簧力都很大,对安装技巧也有很高的要求,是比较难安装的零部件之一。如果枪械采用了模块化发射机,射手可以把发射机整体拆下进行拆装。而AK/56冲的击锤、扳机直接装在机匣上,射手只能把手指伸进机匣,用一个极其奇怪的姿势进行装配。机匣的内部空间非常紧张,根本没有指头的容身之所,安装失败的概率非常大。每次装完56冲的发射机后,我都感觉自己的指头肚像是被挤压过的茄子——外表看着还好,里面已经全是内伤了。
到了95式步枪上,我国终于恢复了模块化发射机。95式的发射机内有一个压片,按下压片,就可以抽出快慢机,进而取下发射机、抽出连杆。我一直觉得模块化发射机是一个必要选项,然而在AK/56冲的“毒害”下,我国的79式冲锋枪、85式狙击步枪、81式步枪全部放弃了这种设计。