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[達人專欄] 槍械基本原理No. 0 彈藥與槍械的技術演進(上)

作者:子珅│2022-08-11 08:47:50│巴幣:3,184│人氣:4009
這篇文章是關於不同時期的彈藥與槍枝兩者的演進、如何互相影響的概觀。這篇著重討論技術層面,尤其在19世紀前的內容不會包含太多與技術無關的歷史,也不會包含太多細節或被歷史淘汰的分支,如果有需要的話可以留言問

這篇文章會分上下篇。
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在這篇文章之中,我會將彈藥分為兩個層面解釋,分別是火藥與點火方式。

黑火藥
黑火藥是人類歷史上第一種火藥,由炭、硝石、硫磺組成。黑火藥的燃燒速率稱不上爆炸,不過為了方便我會在這篇文章中使用引爆一詞。黑火藥的燃燒會將約45%的質量轉為氣體,可以用來推進彈丸,而剩下的55%則會變成殘留物留在槍中。這些殘留物有腐蝕性,對槍管壽命有著負面影響,並且會在累積起來之後影響前裝槍的裝填,所以必須被清理掉。

前裝槍
在19世紀初之前,槍枝使用的是散裝的黑火藥與彈丸,兩者需要依序從槍口填入槍管底部並壓實才算裝填完成,由於從槍口裝填而稱為前裝槍(muzzleloader)。人類一直都在為槍枝尋找更好的點火方式,而最早的方式當然是最直觀的手持火源點火。

起點:Handgonne
最早的槍枝實際上只是一根在內側塞了火藥和彈丸、側面有個小洞、一端封閉的管子,像是這樣:

上圖中描繪的是14世紀晚期一名使用handgonne的瑞士人。這時期的槍枝發射時需要使用手持的火源,像是一段悶燒的木頭、煤炭、燒紅的鐵棍都行,不過最標準的是像圖中一樣使用火繩(slow match)。火繩的製造方法與材料種類不少,但是共同特徵是燃燒緩慢,有些火繩一小時只會燒掉150公分,甚至有些種類的火繩可以一小時只燒20公分。

這些最早的槍枝上會有一個洞通往裝藥所在的位置,使用者在發射時只需要將火源插入點火就能發射。這個系統雖然簡單,但問題不少,其中最明顯的是需要拿著東西往槍上戳,需要目視確認自己在戳的位置,而且還導致單人使用時必須一手控制槍枝一手持火源,使用情形並不理想,這可以由古代紀錄中有不少畫作描繪一人瞄準槍枝,由另一人點火射擊來佐證。最明顯的問題也是最早被解決的,方法是使用扳機。

最早的扳機結構很簡單,只是一根槓桿,其中一端上會被裝上火繩,在被拉動時就能為槍管中的火藥點火。這其實原始到幾乎稱不上是扳機,但是至少讓使用者可以更方便的使用槍枝,兩手都保持在槍上可以提高射擊精度。

另外還有一個改進的特色在這時期出現,也就是一個稱為火藥池(flash pan)的構造,不過這個構造我要在後面解釋。

點火方式:火繩
在有了原始扳機構造之後,下一步就是改進這個構造,這導致了火繩槍(matchlock)的出現。火繩槍中的扳機有著彈簧,讓扳機與火繩可以自動復位,而不像以前的原始扳機一樣要使用者手動歸位。

一把火繩槍的特寫。

其中用來裝置火繩的構造稱為serpentine,是以這構造的形象命名的,這個構造與扳機連動,方式如下:

Serpentine在被拉動之後會將點燃的火繩插入火藥池,也就是在上方照片中在槍管旁的碗狀構造。這個部分會被裝入一些黑火藥,在被點燃後會形成一次小爆炸,並且以此通過在旁邊的點火孔(touch hole)引爆槍膛中的主裝藥,這麼做可以取得更可靠的擊發率。火藥池上方通常會有個可以移動的小蓋子,保護這裡的火藥不受環境影響。

火繩槍顯然比handgonne更加優秀,但是依然存在許多缺點。

首先,這個年代沒有打火機,要快速點燃火繩必須要依賴已經預先點起來的火焰,所以讓火繩槍使用者很依賴固定的火源,例如軍隊陣地中準備的火堆。除此之外,火繩受潮也不能點燃,所以天候與環境會影響火繩槍能否射擊。

第二,火繩很需要使用者的注意。因為火繩會漸漸燒短,所以燃燒位置也會改變,相對的使用者也要一直調整火繩;另外,火繩常常會在擊發槍枝的時候因為火藥池中的小爆炸而熄滅,對付這個問題最常見的做法是一次點燃火繩兩端來保持槍上一定有一個火源存在。這有用,但是這增加了火繩的消耗率。

第三,火繩是個需要一直保持燃燒的構造,這代表使用者除了火藥與彈丸之外還多了另一個消耗品要顧,而且使用量並非與射擊次數成比例,而是與使用時間成比例,這讓固定射擊次數下的火繩使用量有很大的浮動範圍。

第四則是安全性問題,火繩是一個常駐火源,但使用者在裝填槍枝的時候需要使用一個裝滿黑火藥的袋子,火繩意外點燃使用者自己或旁邊另一個火繩槍手身上的黑火藥這種意外並不是沒有發生過,而這種事故顯然對使用者的健康不太友善。

"在你身上引爆黑火藥不太健康喔"

雖然有這些缺點,但火繩槍有一個難以被挑戰的優點,那就是由於結構簡單而非常便宜且易製造,讓火繩槍被持續使用了上百年。

點火方式:簧輪
所幸人類在15世紀末期發明了機械式打火機,結構依然包含一個serpentine,由於形狀改變而多了cock或dog的稱呼,不過上面裝上的不是火繩而是黃鐵礦,另外也包含了一個邊緣粗糙的鋼輪,當黃鐵礦與快速旋轉的粗糙鋼輪接觸就會擦出大量火花,可以用來點燃易燃物。

這是達文西手稿中的這類機械,這份描述是人類最早的打火機描述。

這張圖比較好懂,不過這張圖之中驅動鋼輪的是拉繩。

有了機械式打火機之後,人類當然馬上就會想到要用在槍上,這樣就可以免除使用火繩槍的安全問題與對火源的依賴問題。就這樣,我們發明了新的槍枝系統,也就是側邊裝了一個打火機的鐵管。

......Yeah, it is that simple.

這種系統被稱為簧輪槍(wheellock),得名於點火使用的鋼輪。在槍上使用的鋼輪是由一捲發條驅動的,不是拉繩。

槍耶穌有一部影片專門介紹簧輪槍,包含裝填與射擊,可以看一下。

簧輪槍中裝著黃鐵的臂依然叫做serpentine、cock或dog,而鋼輪會與dog接觸的位置直接被作為火藥池。在裝填完一把簧輪槍之後,使用者還需要拉起dog並且為簧輪上緊發條,然後手動放下dog,扳機會釋放鋼輪使其轉動,產生火花來引爆火藥池中的火藥,再以此引爆主裝藥。大多數簧輪槍都有一個蠻酷的特色,也就是扳機被扣動時會自動打開火藥池/鋼輪的保護蓋,讓簧輪槍可以保護這裡的火藥又不消耗更多時間準備射擊。

簧輪槍的性能優勢顯而易見,不再依賴火繩代表所有火繩帶來的弱點都消失了:簧輪槍不依賴火源、不用擔心火繩受潮不能燒、不用注意火繩的燃燒狀態、不會意外點燃使用者自己或附近的黑火藥、永遠都可以保持待發狀態。簧輪槍甚至因此可以有效的單手使用,所以原本非常稀少的手槍也隨簧輪槍的出現而增加。

有趣的是,由於簧輪槍導致手槍的大量出現,讓許多有能力購買的搶匪與土匪都使用簧輪手槍來隱蔽攜帶,甚至會被刺客使用,如荷蘭奧蘭治親王威廉一世(William the Silent)就是被一名西班牙間諜在1584年以兩把簧輪手槍射擊兩次刺殺。

然而,簧輪槍並非沒有缺點,由於鋼輪需要一個發條驅動,這代表要製作簧輪槍枝就需要擁有製造鐘錶的技術,但製造鐘錶的知識在當時是被工匠公會壟斷的,所以能製作簧輪槍的工匠比起火繩槍稀少許多,後者只需要會製作一片扁平彈簧就能製造,這導致簧輪槍的價格非常的貴;保養簧輪槍也由於同樣的原因而較為困難,需要對鐘錶有知識的人才能處理。

價格與保養因素同時導致簧輪槍沒有辦法大規模取代結構簡單的火繩槍。由於技術壟斷,這讓當時的鐘錶製造大城紐倫堡(Nuremberg)同時也成了主要的簧輪槍製造地。

點火方式:燧發
1540年代,南日耳曼地區的工匠為了找到有著類似簧輪槍性能但價格低廉的設計而尋找比機械式打火機更簡單的結構,結果他們想到了使用燧石製造火花的方法,由此設計出了snaplock。很不幸的,這東西沒有中文名稱。

一把snaplock。

Snaplock是燧發槍(flintlock)的祖先,其dog上裝的是燧石,並且已經可以稱為擊錘(hammer),透過敲擊在火藥池上方稱為frizzen的鐵片來產生火花,這種構造不需要發條就能運作,因此便宜許多,不過由於火花量比簧輪槍少所以擊發成功率略遜一籌。在使用Snaplock的時候,裝好彈藥後只需要拉起擊錘、frizzen並且打開火藥池的保護蓋就能射擊。

但snaplock雖然成功,卻不是成熟的設計,很快地就有人以snaplock為基礎設計出snaphaunce,這一樣沒有中文名稱。Snaphaunce與snaplock只有一個差異,那就是發明人把簧輪槍拉動扳機也會自動打開火藥池保護蓋的功能給加了進去,雖然稍微複雜一點,但的確是更方便使用了。

最後,這個家族演進成了燧發槍。燧發槍與snaplock很類似,但是直接把frizzen和火藥池保護蓋整合到了一起,這樣擊錘下落時會同時產生火花並將火藥池保護蓋推開,免除了snaphaunce從簧輪槍那邊複製的複雜扳機,又不用像snaplock一樣多做一個動作才能射擊。

燧發槍是非常成功的設計,從1600年代問世以來被一路大規模使用到了1850年代為止,就算到現在也還有黑火藥槍枝愛好者使用燧發槍狩獵。

彈藥結構:紙殼彈
造紙技術在13世紀傳入歐洲,而在槍枝出現之後很快就有人想到可以用紙來包起一份量的彈丸和火藥,也就是紙殼彈。紙殼彈雖然只比handgonne晚一些出現,但是比較晚才普及。

紙殼彈使用的紙通常會有蠟、動物油之類的成分用來防潮,在使用時要弄破末端,然後由槍口填入槍管底部。紙殼彈的優點很明顯,也就是不用在裝填的時候量出使用的火藥量,而是在事前準備好,並且還有比散裝火藥更好的防潮能力。不僅如此,紙殼彈完全可以在當時的任何前膛槍中使用,畢竟紙會在發射時燒掉。

這是最早將火藥與彈丸預先裝在一起的嘗試,並且是成功的。

中場總結(18世紀以前)
火繩槍的性能雖然很快就被後來出現的其他點火系統超越,但由於價格低廉而在歐洲軍隊中持續存在到1720年左右,並且在亞洲被使用到19世紀甚至20世紀。

簧輪槍實際上有著以上點火系統中最優秀的性能與最高的點火成功率,但是由於生產技術被壟斷加上較為複雜而導致沒辦法徹底普及,無法被軍隊作為主要武器,而只能被小單位使用,不過在民間則是被部分社會菁英青睞,以高級民用槍枝的型態存活了不短的時間。(題外話,簧輪槍甚至在維多利亞時期還被以不小的數量重生產,和現在的人會玩西部拓荒時代的槍枝很像。)

燧發槍有接近簧輪槍的性能,但遠比簧輪槍容易取得,這讓燧發槍很快的成為了超過兩百年的主流槍枝點火系統。

這三種點火系統有一個共通點:這三種點火系統都需要以一個火源來引爆火藥池內的小量黑火藥來擊發主裝藥。火藥池這個構造要到19世紀才會被取代。

(中篇)
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留言共 9 篇留言

天樞D奧古斯特布麗
看到簧輪槍就會讓我想到那把槍械史上的鐘錶匠之作:德國G11無殼彈武器系統WWWW

08-11 09:09

子珅
Bruh08-11 09:16
燒肉果凍(活屍完全體)
有一部漫畫戰武傳奇就以火繩槍作為主題,雖然有些唬爛但對火繩、燧發槍的討論還不錯
火繩可以快速點火擊發燧發則是要一點延遲
不過在黃銅火帽的出現下這些只有被打趴的份

08-11 09:54

子珅
我原本有打算討論lock time,不過我後來決定到下一篇再提08-11 10:56
lih
G11不是槍,已經是藝術品了

08-11 12:40

夏亞 生番模式
感謝樓上推薦漫畫,看完第一卷真的不錯

08-11 15:08

一劍封邪兵燹
原來是槍的過去啊!

08-11 19:37

木森林
槍枝演化史,讚!期待燧發槍的下一代槍枝的介紹[e16]

08-12 20:42

聖騎獵師
超喜歡看各種造型奇葩的古典火槍裝填跟擊發,滿滿的儀式感www

08-17 19:05

BarrettM82
哈哈~版主是不是之前被槍械小白問到煩了,直接來做一系列槍械科普文章

08-20 13:37

子珅
原本就有打算要做,不過那算原因之一08-20 14:18
Jerry比較認真狀態

08-25 00:18

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