在槍械中,膛線指的是在槍管內(nèi)膛面上加工的螺旋槽,目的是施加扭矩。當(dāng)彈丸沿膛內(nèi)移動時,槍管膛線的凸起部分與彈丸接觸并施加扭矩,使彈丸繞縱軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)彈丸離開槍管時,由于角動量守恒,這種旋轉(zhuǎn)持續(xù)存在,并使彈丸具有陀螺穩(wěn)定性,以防止飛行中偏航和上下翻滾。這使得可以使用更細(xì)長和空氣動力學(xué)效率更高的子彈,從而提高射程和精確度。

(膛線和運(yùn)動員拋出橄欖球的作用類比)
膛線通常用扭曲率來描述它的性能,它表示膛線完成一整圈所需的距離,通常較短的距離表示更快的扭轉(zhuǎn),這意味著給定速度,子彈將以更高的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。彈丸的長度、重量和形狀的組合決定了穩(wěn)定彈丸所需的扭轉(zhuǎn)率。用于短、大直徑彈丸,如球形鉛彈的槍管需要非常低的扭轉(zhuǎn)率,它只需122厘米內(nèi)旋轉(zhuǎn)1圈。用于長、小直徑子彈槍管的子彈,如超低阻力的5.2克,5.56毫米子彈在20厘米可以在更快的時間內(nèi)扭轉(zhuǎn)1圈。

子彈離開槍管后,其旋轉(zhuǎn)速度可超過每分鐘10萬轉(zhuǎn),這取決于子彈的初速和槍的螺距。子彈的轉(zhuǎn)速=MV/扭轉(zhuǎn)率,例如,使用的槍管在8英寸內(nèi)扭轉(zhuǎn)1圈,初速為3000英尺/秒:
3000 fps×(12“/(8”/轉(zhuǎn)))×60秒/分=270000轉(zhuǎn)/分。
但是過高的旋轉(zhuǎn)速度會超過子彈的設(shè)計極限,而且過高的扭曲率也會導(dǎo)致問題。過度的扭曲率會加速槍管磨損,再加上過高的旋轉(zhuǎn)速率,會導(dǎo)致子彈外殼破裂,導(dǎo)致高速旋轉(zhuǎn)的子彈在飛行中解體。由單一金屬制成的子彈實際上無法同時兼容飛行速度和旋轉(zhuǎn)速度,因此它們在飛行中因其高旋轉(zhuǎn)速度和高初速而解體。也就是說膛線的設(shè)計要符合子彈的性能和大小形狀,盲目追求數(shù)據(jù)的高低,會導(dǎo)致槍械無法發(fā)揮最大的殺傷力。
為了獲得最佳的槍械性能,膛線的扭轉(zhuǎn)率應(yīng)足以使它合理預(yù)期發(fā)射的任何子彈旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定,而不是過度增加。大直徑子彈提供了更多的穩(wěn)定性,因為大半徑提供了更多的陀螺慣性,而長子彈更難穩(wěn)定,因為它們往往背負(fù)了和氣動壓力的杠桿作用。速度的提高意味著新的問題出現(xiàn)了,因此子彈從軟鉛變成硬鉛,然后變成了銅套,以便更好地接合螺旋槽而不“剝落”,就像螺絲或螺栓螺紋受到極端力時會被剝落一樣。

(美國陸軍的武器根據(jù)交戰(zhàn)范圍的分布使用)
在某些情況下,膛線的扭轉(zhuǎn)率會隨著槍管長度的增加而變化,稱之為增益扭轉(zhuǎn)或漸進(jìn)扭轉(zhuǎn)。從后膛到槍口的扭轉(zhuǎn)率降低是不可取的,因為它不能可靠地穩(wěn)定子彈在膛內(nèi)的運(yùn)動。極長的彈丸,如弗萊切特彈丸,需要高扭轉(zhuǎn)率來進(jìn)行陀螺穩(wěn)定,而且通常采用空氣動力學(xué)穩(wěn)定。這種空氣動力學(xué)穩(wěn)定的子彈可以從光滑槍筒發(fā)射而不降低精度。
為了發(fā)揮步槍最大的殺傷力,子彈可以根據(jù)其膛線來設(shè)計。一些早期的步槍槍管上有扭曲的多邊形膛線?;萏匚炙疾綐尩淖訌検歉鶕?jù)槍膛的形狀來設(shè)計的,這樣子彈就可以抓住步槍的槍膛并以這種方式旋轉(zhuǎn)?;萏匚炙疾綐尶梢哉f是世界上第一支遠(yuǎn)程狙擊步槍,它使用六邊形的多線膛線的槍管,這意味著子彈不必像傳統(tǒng)步槍那樣咬入膛線槽。惠特沃思步槍比1853年恩菲爾德式步槍精確得多。在1857年的試驗中,這兩種武器的精度和射程都得到了測試,惠特沃思步槍的設(shè)計以大約3比1的速度超過了恩菲爾德步槍。此外,惠特沃思步槍能夠在2000碼的射程內(nèi)擊中目標(biāo),而恩菲爾德只能在1400碼的距離內(nèi)射中目標(biāo)。在美國南北戰(zhàn)爭期間,配備惠特沃斯步槍的南方神槍手的任務(wù)是消滅聯(lián)邦野戰(zhàn)炮兵,并用其狙殺了約翰·塞奇威克少將,他是南北戰(zhàn)爭中陣亡的最高級別軍官之一。

(惠特沃思步槍的子彈形狀)
此后槍支實驗設(shè)計中使用了許多不同形狀和程度的膛線螺旋。盡管不常見,多邊形的膛線仍然在一些武器中使用,例如發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)子彈格洛克系列手槍。但不幸的是,這些早期的設(shè)計中有許多容易產(chǎn)生危險的反作用,這可能導(dǎo)致武器的破壞和射擊者的嚴(yán)重傷害。

(格洛克系列手槍)
當(dāng)子彈進(jìn)入槍管時,它會插入膛線,這個過程會使槍管逐漸磨損,同時也會使槍管升溫更快。因此,一些機(jī)槍裝備了快速更換的槍管,每幾千發(fā)就可以更換一次,或者在早期的設(shè)計中,是水冷的。與老式的碳素鋼槍管不同,在極端高溫導(dǎo)致精確性下降之前,限制在1000發(fā)左右,而現(xiàn)代的目標(biāo)步槍不銹鋼槍管耐磨性更高,可以在精度下降前發(fā)射數(shù)千發(fā)子彈?,F(xiàn)代彈藥的鉛芯硬化,外層包層或外套較軟,通常是銅鎳合金。一些彈藥甚至涂有二硫化鉬,以進(jìn)一步減少內(nèi)部摩擦,即所謂的“涂鉬”子彈。

在螺栓動作和半自動狙擊槍之間的選擇,通常取決于狙擊手在特定組織中角色的具體要求,每種設(shè)計都有優(yōu)缺點。對于特定的彈丸,螺栓式膛線的制造和維護(hù)成本更低,更可靠,更輕,因為槍支里的活動部件較少。螺栓動作由于其較高的精確度和易于維護(hù),在軍事和警察角色中最常用。如掃雷和特種部隊行動,往往使用半自動。但是自動彈殼彈射有助于避免暴露射手的位置。半自動武器可以同時作為戰(zhàn)斗步槍和狙擊步槍,并可以獲得更大的速度的射擊。由于這種步槍可能是改裝的現(xiàn)役步槍,一個額外的好處是可以與已列裝的步兵步槍共同作戰(zhàn),從而減少成本。
現(xiàn)代膛線最常用的凹槽有相當(dāng)鋒利的邊緣。早期的多邊形膛線,開始流行起來,尤其是在手槍上。多邊形膛線的使用壽命往往更長,因為膛線被切割出來的凹槽銳邊的減少,減少了對槍管的腐蝕。多邊形膛線的支持者也聲稱速度更快,精確度更高。多邊形來復(fù)槍目前在CZ,Heckler&Koch,Glock,Tanfoglio,Kahr Arms以及沙漠鷹的手槍上看到。

(多邊形膛線)
多邊形膛線的凸起和凹槽可以在數(shù)量、深度、形狀、扭曲方向(右或左)和扭曲率上變化,使得膛線賦予的自旋顯著提高了彈丸的穩(wěn)定性,提高了射程和精度。由于扭轉(zhuǎn)率的降低對精度非常不利,所以用膛線毛坯加工的槍械匠通常會仔細(xì)測量扭曲度,這樣他們就可以獲得更快的扭轉(zhuǎn)率。
而膛線很少的步槍也不是一無是處,看似閑庭信步的增益扭轉(zhuǎn)或漸進(jìn)式膛線,開始的子彈扭轉(zhuǎn)速率緩慢,在子彈進(jìn)入喉道后的最初幾厘米內(nèi),子彈的角動量幾乎沒有變化。這使得子彈基本上保持穩(wěn)定,并在彈殼口處保持原樣。在槍口與膛線嚙合后,子彈在被推進(jìn)槍管時,逐漸受到加速角動量的理論上的優(yōu)勢是,通過逐漸增加旋轉(zhuǎn)速率,扭矩會沿著更長的孔長傳遞,從而使熱機(jī)械應(yīng)力能夠擴(kuò)散到更大的區(qū)域,而不是主要集中在喉部,而槍支喉部的磨損通常比槍管的其他部分快得多,通過降低喉部的磨損來提高槍械的可靠性。
軍方已經(jīng)在多種武器中使用了增益扭轉(zhuǎn)膛線,比如目前一些戰(zhàn)斗機(jī)使用的20毫米M61瓦肯加特林槍,以及A10使用的更大的30毫米GAU-8復(fù)仇者加特林槍。在這些應(yīng)用中,它通過使用低初始扭轉(zhuǎn)率來降低膛壓,從而使槍管結(jié)構(gòu)更輕,但確保子彈離開槍管后具有足夠的穩(wěn)定性。

一般來說,在每100碼的射擊距離中,經(jīng)過訓(xùn)練的優(yōu)秀狙擊手的準(zhǔn)確度通常比普通狙擊手的誤差相差在0.3碼之間。可見如果使用相同的槍械,通過刻苦訓(xùn)練,還是可以提高精確度,而在槍械技術(shù)存在代差時,也可以在不同人使用時可以彌補(bǔ)差距。槍械只是工具,而決定其命中率的人為因素也占據(jù)關(guān)鍵作用。在一戰(zhàn)的最初幾個月里,德國在狙擊隊方面取得了巨大的戰(zhàn)果,在此之后,狙擊手的訓(xùn)練才被視為軍隊的一個組成部分。而且隨著瞄準(zhǔn)鏡的使用,可以提高狙擊槍的精準(zhǔn)度。

綜上所述,盡管膛線的形式不同,但膛線的共同目標(biāo)是將子彈準(zhǔn)確地射中目標(biāo)。除了使子彈旋轉(zhuǎn)外,槍管必須在子彈沿槍管向下移動時,牢牢地、同心地固定住彈丸。這需要膛線必須滿足:它的大小必須使射彈在發(fā)射時能夠沖撞或封閉以填充膛內(nèi);直徑應(yīng)一致,且不得在槍口增加直徑;膛線在膛長方向上應(yīng)保持一致;不改變橫截面,如溝槽寬度或間距的變化;它應(yīng)該是光滑的,沒有與膛垂直的劃痕,以讓其它不會磨損彈丸上的材料;槍膛和槍口的口徑必須使子彈能順利地進(jìn)入和離開膛線。膛線能夠為步槍提供的殺傷力和精準(zhǔn)度會出現(xiàn)邊際效應(yīng),還得依靠子彈的改進(jìn),和其他配套工具的使用而突破性能的瓶頸,而且決定槍械精準(zhǔn)度的主要是人,而不是工具。