影响膛压的因素有哪些？

杨俊红 沈永辉 杨文靖 罗志明

膛压是火药燃气对枪（炮）膛内壁产生的气体压力。发射时，枪管承受的主要作用力就是火药燃气对枪膛内壁的压力，通常以兆帕（MPa）为计量单位，1MPa约等于10个标准大气压。枪械的膛压直接关系枪械的安全与性能，对枪械质量和使用寿命都有重要影响。

影响膛压的因素主要是弹头质量和发射药燃速。在发射药燃速等其他因素相同的情况下，弹头质量越大，弹头加速越慢，火药燃烧空间由小到大变化慢，在有限空间内对枪（炮）膛内壁产生的压力就越大；在弹头质量等其他因素相同的情况下，发射药燃速越快，一定时间空间内释放的火药燃气越多，对枪（炮）膛内壁产生的压力就越大。手枪弹发射药燃速高于步枪弹发射药，因此同等体积手枪弹发射药在瞬间产生的压力通常高于步枪弹发射药。同理，霰弹一般采用高燃速发射药，而霰弹枪由于口径较大，为了减轻枪管质量，枪管壁制造得较薄，为了保证射击安全，因此膛压设计得也较低。

在弹头质量和其他条件相同的情况下，发射药燃速越高，膛压就越大，膛压峰值形成的就越早。和步枪相比，由于手枪枪管短，需要发射药在很短时间内释放大量能量，所以一般情况下手枪发射药采用初始燃烧面积大、后期燃烧面积小的形状，且单个发射药颗粒小，以便在短时间充分燃烧，释放大量气体，弹头加速较短的距离即达到膛压最大值，尔后随着发射药颗粒减小，燃烧面积减小，待弹头飞出枪口时膛压降低，在一定程度上降低枪口噪声和后坐力。而步、机枪由于枪管较长，给发射药燃烧释放能量预留的时间、空间相对较多，为了降低对枪膛内壁的压力，要求发射药燃烧时间长且燃速均衡。

一種扁球状发射药。相比于球状发射药，扁球状发射药燃速更均匀，且可以直接由球状发射药压扁制成，制造工艺相对简单，在步、机枪上应用较多

美军M995穿甲弹。相比于SS109/M855普通弹4.02g的弹头质量，其弹头质量仅有3.37g，即便装药量略大，其膛压也低于SS109/M855普通弹

除了弹头质量和发射药燃速，发射药量、发射药颗粒形状、膛线角度（缠距）、膛线数量、弹头与膛线的嵌合深度、枪管长度等也与膛压有一定关系。

一是发射药量。在燃速相等或接近的情况下，发射药质量越大，释放的能量就越大。由于从击发到弹头出膛时间很短，能量释放越大，对枪膛内壁造成的瞬时压力就会越大。如.308 Winchester弹（中口径步、机枪弹）的发射药质量为3.11g，其最大膛压为344.6MPa；.50 BMG弹（重机枪或反器材狙击步枪使用）的发射药质量为15.55g，其最大膛压为379.5MPa。

二是发射药颗粒形状。发射药颗粒形状是影响发射药燃速的重要因素。发射药颗粒的几何尺寸和形状直接决定了发射药的燃烧时长以及火药燃气的积聚速度，从而决定膛压。现代枪弹使用的发射药主要是硝化纤维单基或双基发射药，也就是俗称的无烟火药。单基药主要成分是硝化纤维，燃速较慢，在步、机枪弹上应用较多，双基药的主要成分除了硝化纤维还有硝化甘油，相比单基药储能多、燃速快，在手枪弹上应用较多。此外，为了保证发射药能够在枪膛内充分燃烧，硝化纤维根据枪弹适配枪型被制成不同形状和大小，常见的有球状、扁球状、粒状、片状、柱状等，一些发射药颗粒还被额外预制通孔，以增加燃烧面积，均衡燃速。

典型的柱状发射药颗粒。一些柱状发射药颗粒内有通孔，便于均匀燃烧

膛线示意图。凸起部分为阳线，凹下部分为阴线

三是膛线角度。在枪管长度相同的情况下，膛线角度越大，即缠距越短，等距离上弹头旋转的次数就越多，弹头飞行就越稳定，同时膛压就会越大。如比利时FNC步枪发射5.56mm枪弹，但其有两种型号。一种是发射北约SS109枪弹的型号，枪管缠距为178mm；另外一种为发射美国M193枪弹的型号，枪管缠距为305mm。由于发射SS109枪弹的178mm枪管缠距较短，因此其膛压大于发射美国M193枪弹的枪管。再如，M16/M16A1的膛线缠距为305mm，枪管长度为508mm，M4A1的膛线缠距为178mm，枪管长度为368mm，而二者的枪口初速都在880m/s以上，由此可以说明，M4A1的枪管制造工艺更好，能承受更大的膛压。

四是膛线数量。95式自动步枪和95-1式自动步枪相比，两种枪的枪管长度几乎一样，95式自动步枪的膛线为4条，枪口初速达900m/s以上，而95-1式自动步枪的膛线为6条，初速与95-1式步枪几乎相同。由于枪口初速相差不大，由此可以推算出，95式自动步枪和95-1式自动步枪的膛压几乎一样，在枪弹种类、枪管长度和枪口初速一样的情况下，95式自动步枪用4条膛线得到较高的膛压，95-1式自动步枪为了保持膛压增加了膛线数量，减小了弹头被甲对膛线的嵌合深度。这样虽然增加了制造成本，但是减小了弹头对膛线的磨损，提高了枪管寿命，这也是轻武器发展的一种趋势。

五是弹头与膛线的嵌合深度。阴线和阳线在半径方向上的差值称为膛线深。通常，膛线深越大，弹头被甲嵌入阴线变形量越大。在膛线缠距一定的情况下，弹头被甲与膛线的嵌合深度越大，弹头对火药燃气的阻力和对枪膛内壁的摩擦力就越大，产生的膛压就越大，还可能导致弹头飞出枪管前被甲就发生破裂。

通常，弹头实际直径略大于两条相对阳线之间的距离，以便更好地承受火药燃气压力，获得较高的初速

火炮炮膛。通常火炮的膛线数量远多于枪械的膛线数量

众所周知，火炮由于口径大于等于20mm，发射时弹头对炮管的压力很大，而尤其是机关炮等连射或速射火炮，炮膛需要在短时间内承受持续的巨大高压。为了在保持炮弹初速（即保证足够膛压）的基础上提高炮管寿命，各个国家的普遍做法是增加膛线数量，减轻对膛线的磨损。而由于枪械普遍口径较小，弹头对枪管的压力没有炮弹那么大，并由于制造工艺限制，因此膛线数量也相对较少。但随着金属锻造工艺和膛线加工工艺的提升，在制造枪管时，有限增加膛线数量、减小膛线深，减轻弹头与膛线的互相磨损似乎成为一种趋势。这样既可以提高槍管寿命，也可以在同等枪管长度的前提下提高膛压，增加武器的有效射程，同时减轻弹头在枪管内运动时的形变，提高外弹道性能，赋予弹头更稳定的飞行状态和更高的射击精度。

六是枪管长度。在发射药种类、发射药质量、弹头质量、膛线数量和弹头与膛线嵌合深度相同的情况下，枪管长度越长，发射药燃烧越充分，释放能量越多，弹头加速的空间越大，但并不意味着平均膛压就越高。如54式手枪和PPSh41冲锋枪都使用7.62×25mm手枪弹，且都采用惯性闭锁机构，由于PPSh41冲锋枪的枪管长度比54式手枪长，即便PPSh41冲锋枪205.9MPa的峰值膛压略低于54式手枪的210MPa，其488m/s的初速也略大于54式手枪的420m/s。但7.62×25mm手枪弹火药燃气带来的较高的膛压加剧了枪管膛线磨损，使得54式手枪的枪管寿命仅为3000发左右。

PPSh41冲锋枪和托卡列夫手枪。二者都发射7.62×25mm手枪弹，但明显能看出二者枪管长的差异。中国的54式手枪是仿制托卡列夫手枪而成的

FAMAS F1步枪发射法国生1NVdr4oytJQTGReFzZlW9g==产的钢制弹壳5.56×45mm M193弹，若使用外国生产的黄铜弹壳枪弹会造成膛压过高，抛壳时弹壳断裂等事故

要因素在于枪弹，但枪膛材质、枪械开闭锁结构等因素会对膛压的最高值（膛压峰值）产生限制。如锻造工艺较差或普通钢材制造的枪管、膛壁较薄的枪管、采用惯性闭锁结构的枪械，都不适宜将膛压设计得过高。锻造工艺较差或普通钢材制造的枪管，由于枪管自身结构强度较低，膛压过高易出现枪管爆裂或炸膛等危险。如法国FAMAS自动步枪，一些批次生产时未采用枪膛镀镍技术，枪管材质为不锈钢，发射5.56×45mm M193枪弹，其设计的膛压也较低，为了达到较高的枪口初速，采用了增长枪管的办法。膛壁较薄的枪管对瞬时高压承受力差，也不适宜将膛压设计得太高。95式自动步枪枪管壁较薄，膛线缠距较大，采用增长枪管的方式提高初速。陆续列装的20式自动步枪，虽然枪管长度较95式自动步枪有了明显缩短，但枪管厚度明显增加，膛压也有所提升，加之使用新式5.8mm枪弹，保证了其也拥有较高的枪口初速。

再如闭锁方式。通常，采用刚性闭锁结构的枪械膛压大于采用惯性闭锁结构的枪械。采用自由枪机式自动方式、惯性闭锁结构的枪械，由于枪机与枪膛无刚性闭锁或延迟开锁装置，一旦膛压设计得过高，发射时，火药燃气压力直接作用到弹壳底部传导至枪机，会产生三个危害：一是弹头还未飞出枪管，枪机就被顶开，火药燃气冲出机匣灼伤射手，甚至造成弹头留膛；二是弹壳剧烈膨胀卡在弹膛内，无法抽、抛壳；三是射速过快且后坐力大，射手难以控制枪械。众多采用惯性闭锁结构的冲锋枪，如PPSh41冲锋枪、司登冲锋枪等，其膛压多在100～250MPa之间。为了保证在较高的膛压下顺利完成发射动作，众多枪械采用刚性闭锁结构和枪机框与枪机分离设计，火药燃气压力无法直接顶开枪机，而是通过引导部分火药燃气作用到枪机框，使枪机框和枪机上的开锁斜面相互作用实现开锁。枪机送弹入膛后，在闭锁斜面的作用下枪机完成闭锁动作，牢牢“锁住”枪弹。

现代枪械设计时，设计师通常会在弹头质量、发射药量和枪管材质的主要参数确定后，通过计算机模拟不同燃速发射药对枪管内壁不同部位的压力，建立坐标系，生成膛压曲线。纵轴P为膛压，横轴L为弹头尾部在枪管内的行程，通过调整发射药燃速和微调枪管长度，得出最合理的膛压曲线，即峰值膛压低于枪管最大承受能力。此外还应考虑以下两点：一是高射速枪械特别是自动枪械连续射击时高温导致的枪管结构强度变化，以及在高温高压作用下发射瞬间对枪管造成的形变；二是充分考虑膛内压力分布。步、机枪膛压曲线宜平缓，降低火药燃气对枪膛内壁某特定位置的压力，分散和平衡燃气对膛壁的冲击。手枪膛压曲线宜陡峻，弹头进入线膛后膛压能迅速达到峰值，尔后迅速降低，待弹头飞出枪口时火药燃气压力已明显减弱，降低后坐力和枪口噪声。比较理想的膛压曲线是较为平缓的，且在线膛出口处膛压能降到较低的值。

膛压和弹头初速并没有直接关联。尽管较大的火药燃气压力能在同等枪管长度下让弹头获得更高的速度，但并不意味着膛压低初速就低。上文也提到了，在膛压较低的情况下，可以通过增加枪管长度使弹头获得更长的加速空间，提高初速。在此将95式轻机枪和M4卡宾枪作一比较。M4卡宾枪枪管长368mm，膛压380MPa，95式轻机枪枪管比M4卡宾枪的长，膛压比M4卡宾枪的低。而95式轻机枪发射DVP88A式机枪弹时，初速能达到800m/s以上，发射DBP95式普通弹时，初速更是能达到900m/s以上，而M4卡宾枪发射弹头质量仅有4.02g的SS109步枪弹时，初速不足890m/s。可见以现代普遍应用于规模化生产的工业水平，与枪管长度占据明显优势的情况相比，即便提高膛压，对弹头初速的提升效果也是有限的。

G3步枪弹膛的纵槽。由于G3步枪采用非刚性闭锁结构，膛压直接作用到弹壳上，弹壳在高温高压下膨胀产生塑性形变，导致抽壳困难，为了解决这一问题，设计师在弹膛处增设纵槽，便于抽壳

但是，随着枪膛制造工艺的提升，缩短枪管长度，增加膛压使弹头获得更高的枪口初速是枪械发展的必然趋势。前些年有消息称，美军在研发一种新型枪械，弹头加速效果远超M4卡宾枪，仅需要10英寸（254mm）长的枪管，就能将弹头加速到883m/s。这样的枪管长度远小于现代绝大多数短突击步枪，而枪口初速却能接近标准枪管长度的枪械。这种巨大的进步，根本原因在于用于制作枪管的材料和枪管锻造工艺的提升，使枪管能够承受更高的膛压，从而可以用更高的火药燃气压力为弹头加速，消息称膛压为421.8～562.5MPa，远大于现役中俄步枪的不超过290MPa。

左为DBP95式5.8mm普通弹，右为DVP88A式5.8mm机枪弹

自左至右依次為4.6×30mm半被甲结构易碎弹、穿甲弹、空尖弹、铅心全被甲弹和亚音速弹

再如HK公司的MP7冲锋枪，其使用4.6×30mm枪弹，枪管长仅为180mm，但膛压很高，达到400MPa，加之弹头质量极轻，普遍小于2.6g（亚音速弹除外），且采用双基高能高燃速发射药，因此具备了超过600 m/s的枪口初速。

火药燃气直接作用到枪膛内壁，在各种情况下射击时，枪膛必须有足够的强度承受膛压。由于弹头实际直径通常大于两条相对阳线的距离，故每次射击时，枪膛和弹头都会产生形变。形变分为弹性形变和塑性形变两种，弹性形变是正常的、良性的，塑性形变是恶性的。一旦膛压超过弹性形变的临界值，就可能造成塑性形变，导致发生一系列事故，主要表现为枪管膨胀、枪膛出现裂纹或炸膛。

枪管膨胀指火药燃气作用到枪膛某部位时，燃气压力超过该部位极限承受压力，导致该部位发生形变；枪膛出现裂纹是指燃气压力超过该部位极限承受压力造成金属疲劳，某部位无法承受燃气压力，出现裂纹。正常情况下，一旦枪膛出现膨胀，枪械应立刻进行专业检修；枪膛出现裂纹时，应当立即停止使用，并且后续不再使用该枪管进行实弹射击。

95式自动步枪的枪管。可见枪管后部直径明显大于前部

被炸坏的枪械。可见其机匣、复进簧和复进簧导杆等部位发生明显破坏

炸膛则是最危险的情况，指燃气压力远超该部位能承受的压力值，导致该部位瞬间发生剧烈破坏。炸膛属于最严重的射击事故，不但会对枪支造成破坏，甚至会伤及射手。越战时期美军实行的“长子行动”中，美军SOG特遣队将一些中国生产的7.62mm步枪弹和12.7mm机枪弹弹头卸下，把正常的硝化棉发射药换成一种名为季戊四醇四硝酸酯（C5H8N4O12）的钝化炸药和其他外观类似无烟火药的高爆炸药，制作成“陷阱弹”，分散在正常枪弹中重新包装密封，导致使用这些枪弹的越军开枪时被炸伤亡。此外，他们还编造了一份《被损坏的敌方武器分析》，刻意污蔑中国制造的武器有制作工艺问题，导致一些枪械枪管等零部件出现金属疲劳产生裂纹，加之生产的枪弹质量不合格，发生炸膛事故。

一般来说，容易发生炸膛的部位有枪管中后段（靠近弹膛处）、枪膛壁厚度分段处、导气孔开口处和导气系统，而直接在弹膛处发生炸膛的情况较少。由于火药不同于炸药，在不密闭的正常大气压力下，枪弹、迫击炮弹的发射药燃烧时燃速较为缓慢，不像炸药被引爆时瞬间释放出高温高压，而是以较为均匀的速度燃烧。