在本坛另外一个帖子里讨论提到这个8年多前的老贴子。原发在战国网站： artofwar-tw-org/bboard/viewforum.php?f=19. 因为是精华帖，恐怕要注册了才能进去看；二楼及之后的讨论更深入。这里就贴上第一楼！
【筆記】AR15半自動操作
參考：
1. BRL,no。1524,Sensitivity Study of Rifle Gas System 2. BRL,no. 1548, Comparison of a theoretical andexperimental study of the gas system in M16A1 rifle 3. Aberdeen Proving Ground Report: Report DPS-2754. 4. BRL, no 1541, Kinematic evaluation of thespecial purpose individual weapon prototypes 5. AR15 and AR10 rifles for dimension measurementand spring force verification 操作順序：
1. 彈頭經過gasport時刻定為t=0 2. 高壓氣體經過gasport進入導氣管，達到槍機座的氣室。經過短短時間氣壓增高後，開始有效推動槍機座後移 3. 這時後彈頭已經離開槍口，但是氣壓雖然快速下降，仍然有足夠壓力給予槍機座後退的動能。 4. 槍機座後退，利用cam轉動槍機頭，達到開鎖的功能。 5. 槍機座繼續後退，拉槍機頭，並開始抽殼。這時候彈殼內部氣壓已經夠低了。 6. 同時槍機座開始推動擊鎚往後。 7. 氣室達到最大空間，氣室擴大也連接洩氣孔，開始洩氣。這時槍機座後退速度達到最高。 8. 利用已有的動量/動能，槍機座與槍機頭（還有buffer）一體後退，抽殼與壓縮擊鎚一起進行。槍機座並推動buffer，壓縮buffer spring。 9. 擊鎚壓縮到底，擊鎚cocked，拋殼，然後槍機座後退到底，碰撞後反彈。Buffer spring開始往前推動槍機座復進。 10. 槍機座推動下一顆子彈。 11. 子彈進膛，槍機頭開始經過cam被槍機座旋轉開始閉鎖 12. 槍機頭完全閉鎖。槍機座繼續前進到底。碰撞後反彈。 13. 此時buffer內部的殼片往前進，與槍機座後退的動量相互抵消。槍機座停止運動 14. 這時候槍支完全準備好，就待下一發。 15. 在第9步，槍機座也可能被停止在最後（如彈匣打空了）。當釋放鈕被按下時，這時前進完全靠bufferspring的位能，必須完成進彈，閉鎖的功能。 第一部分： 彈頭經過gasport，到槍機座氣室完全膨脹-洩氣。槍機座達到最高速度。約在3ms之內。這部分是快速進行，包括開鎖。
第二部分： 槍機座依靠取得的動能後退，直到完成上膛閉鎖。時間約60ms。這部分時間雖長，但是行動依照基本力學進行。
一：氣體啟動槍機座後退
當子彈經過了gasport，氣室裡的氣壓快速增加，接近gasport（導氣管口）的壓力。由子彈擊發到達到氣管口，不需要1ms。M16的長管，導氣管口壓力是在2萬psi左右。從導氣管口到槍口，彈頭不需要0.5ms（8寸距離，子彈頭速度在2000fps以上，小於0.33ms）。這時也是氣室裡的氣壓達到最高點，與槍管裡氣壓類似了。之後氣壓降低，直到槍機座後退，讓洩氣孔有效的把氣室壓力降低。
圖一甲：槍管壓力與彈頭位置，彈頭速度的關係 圖一乙：彈膛，導氣管口，槍機座氣室的氣壓對時間作圖 圖二則顯示測量到的氣室氣體壓力，槍機座的移動速度，槍機座移動距離，對時間的關係。時間的零點就是彈頭經過導氣管口的那霎那。
0.33ms，彈頭離開槍管口了。依照圖四，這時槍機座後退速度增至約0.1米/秒，移動距離小於0.1mm。
1.5ms，約在槍機座後退3mm時，開始開鎖。
約在2.3ms，6mm時，開始洩氣。
2.5ms，約在槍機座後退8.5mm時，開鎖完成。
在這1.5-3ms之內，開鎖已經完成。基本上，抽殼也開始了。
在3.1ms，9.6mm時，開始抽殼。這時氣室的氣壓已經降低到3kpsi了。
在圖二裡的三角形高氣壓範圍內，基本完成了以上的這些動作。槍機座也達到最高速度，17fps左右了。
圖二，時間與氣室壓力，槍機座移動速度，槍機座移動距離的關係。由0到2.3ms之間的氣壓對時間積分，等於37.93psi×sec。 圖三，氣室最小距離是5mm，距離增大到6mm時，開始洩氣。在9.6mm時，洩氣孔完全對齊到氣室。洩氣孔到槍機座氣室壁的距離是：近端11mm，遠端14.6mm。（量測值）。氣室的直徑是12.4mm。 圖四：槍機座後退速度與距離對時間的詳圖。 圖五：槍機座後退距離與槍機匣（槍身）對地面距離與時間的關係。這裡開始洩氣與抽殼也表示出來了。
表一，M16與XM177E2的主要零組件 圖二到圖五是運作的細節圖線。利用圖二裡的氣室氣壓對時間的關係，可以計算槍機座後退得到的動量，與17fps乘以槍機質量相比，就可以知道槍機頭開鎖耗損的能量有多少。
圖二的氣壓線，可以梯形來近似：
0ms，0psi
0.5ms，2.5kpsi
0.82ms，2.5kpsi
2.3ms，0.7kpsi
這個積分，是16.88×area（in2）kg*m/s；直徑是1.24cm;得到的動量是3.158kg*m/s.
槍機的質量是0.496kg，速度是17fps，所以動量是2.57kg*m/s.小於3.158kg*m/s.表示一部分的力是使用在開鎖與克服摩擦上面。
在2-3ms時候，其實復進簧已經被壓縮了約1cm（復進簧即使在槍機閉鎖狀況，也是被預壓縮的），擊鎚也被後退了這個距離。不過從下面一節的分析，在這霎那這兩個部分對槍機的後退速度影響很有限。
二，槍機運作循環。
在3ms之後，槍機已經達到最高速度，繼續往後運動，依靠已有的動能，壓擊鎚到鎖定，壓縮復進簧到底，剩餘能量撞擊後座管的終端，反彈朝前，依靠壓縮的復進簧往前推加速，同時推下一顆子彈進槍膛，閉鎖。槍機座到達最前端時，撞擊反彈，這時後buffer裡的慣性重量往前，撞擊槍機座，兩者抵消，槍機座維持在最前端。
圖六裡，幾個重要的動作都標示出來了。圖七是距離，速度，加速度的圖。明顯看到，加速度（力），只有在氣室裡被火藥壓力推動時候，以及運動到後座管終端撞擊，復進完成閉鎖後槍機座往前運動到底碰撞時候才大。其他時候都是相對小很多。
圖六，槍機復進循環。
圖七，槍機復進的距離，速度，加速度對時間的作圖。
綜合表一的數據，比較實際AR槍支的量測結果，做了以下分析。
1. 復進簧的彈性係數是1.43（M16）/1.62（M4）磅/寸。實槍是卡賓的槍托，彈簧預壓3又7/16寸。彈簧力量是5.57磅。量測實槍，必須往後再拉約1cm，數值在6.25磅；計算是6.2磅。兩者相合。 2. 擊鎚，完全前伸是4磅。往後壓在被扳機鎖住前是6.25磅。旋轉約45度。半徑是3cm。
A. 復進簧的壓縮位能：由最大伸張（預壓，也就是槍機閉鎖狀況）到完全壓縮。位能計算是：卡賓：0.5×彈性係數×（ΔLmax2– Δlpre2）=0.5*1.62*[(7 3/16)^2-(37/16)^2]*0.0254×0.454×9.8=3.65J
M16步槍：3.56J B. 扳機位能：4磅到6.25磅，位移是π/4×0.03m。位能是0.5*(4+6.25)磅* π/4×0.03m=10.25×0.5*0.454*9.8*π/4×0.03m=0.537J。 C. M16步槍槍機部起始動能：質量是0.496kg,速度是17fps。動能是：0.5×0.496×（17×0.3048）^2=6.66J D. 槍機撞擊buffertube尾端之前的動能：此時速度是10.4fps。動能是2.49J E. 槍機撞擊後反彈的動能：此時速度是3.93fps，動能是0.496J F. 槍機復進，被復進簧前推，並推子彈上膛，閉鎖。速度是9.3fps。動能是1.99J。 分析： 後退時起始動能，減去摩擦，減去擊鎚的位能，減去復進簧增加的位能，等於撞擊尾端前的動能。 6.66-0.537-3.56-摩擦=2.49. 得到摩擦是0.073J。似乎摩擦力是合理的. 前進時，起始動能加上彈簧位能，減去摩擦，等於最後動能。0.496+3.56-摩擦=1.99。前進摩擦=2.07J。這個摩擦包括進彈與閉鎖，因為彈匣的托彈底板與托彈簧，導致前進摩擦比後退摩擦要大。 也可看到，即使是空倉挂機，換了彈匣，放掉槍機座，完全依靠彈簧壓縮位能，還是足以克服前進摩擦的能量損耗，完成進彈閉鎖。3.46J-2.07J=1.39J,是槍機座到最前位置撞擊槍機頭的動能，仍有相當餘裕。 卡賓槍因為導氣管口位置不同，氣壓不同。如果槍機座是一模一樣，那前2.5ms之內的運作會不同，抽殼，開鎖所面臨的氣壓都會不同，應該有不同的槍機座動能與動量。因此buffer也不同以補償這個變化。細節得令找尋資料來探索。
總結: 1. 複雜的槍機座後退開鎖抽殼等動作，在2-3ms之內完成。依照已有數據分析，一部分的火藥氣壓用在開鎖抽殼上面。剩餘的80%動量來完成整個操作循環。 2. 後座期間，由2.5ms左右開始到最後端，摩擦等損耗相對很小。 槍機座前進，將近一半的能量用在進彈上。
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发表于 2020-5-7 11:04
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