军标Buffer和所谓的Bolt Bounce问题

ammo · 发表于 2018-11-8 19:05

本帖最后由 ammo 于 2018-11-9 05:39 编辑

最近无聊研究了一下AR的buffer这种小零件，没想到还很有收获。写出来给大家分享一下。

熟悉AR平台的人都知道buffer的重要性。Buffer中文翻译似乎叫“缓冲”？感觉写起来怪怪的，我下面还是直接用英文原词吧，请原谅我这种非故意的中英夹杂。Buffer的主要作用是利用自身的重量产生的惯性来部分抵消子弹击发之后，导气系统推动枪机组（Bolt Carrier Group，简写BCG）向后运动的“内后座”。配合缓冲弹簧（Buffer Spring）一起，完成枪机的往复运动，从而实现自动、半自动的下一发子弹自动上膛。了解的人一看就知道，不了解的人可能看了我刚说的这几句话也是一头雾水。系统一点的资料请看这个链接吧。https://www.strongsidetactical.com/buffers-and-springs/ 或者 https://www.thefirearmblog.com/blog/2016/12/19/ar-15-buffers-explained-small-arms-solutions-llc/

Buffer本身的重量根据内后座力的不同而变化，配合导气的强度，甚至枪机组的总重量来达到整个往复运动的动力学平衡。一般标准的buffer分为H，H2，和H3三类，标准重量依次为3.8盎司，4.6盎司和5.4盎司。大家通常玩的AR卡宾多采用H buffer，采用中长导气之后换成H2 buffer会更舒服而且不影响枪机的正常往复运动。

但是今天这里不是要做buffer的科普，而是说一个我自己以前没有意识到的问题，最近通过挖掘才学习到的。不啰嗦了，下面正文。

事情的起因是我本来想给我的AR（16寸管，中长导气）换一个H2 buffer。这个很多朋友可能都实践过。大部分都反映可以有效减少后座感觉，缓解导气过量的问题。但是，军标的buffer里面的重块（buffer weight，好像也叫reciprocal weight）一般有三块，材质是钢或者钨。由于钢（铁）和钨的密度不同，所以搭配钢块和钨块的数量就可以达到变化buffer重量的目的。这些金属重块组合在一起塞在buffer的圆柱形空洞里，再由一个塑料盖（bumper）密封起来，一般还会钉上一个pin，这样就很牢靠了。这个只要把buffer拆看一看就一目了然了。下面是一个拆开的H2 buffer。

牢靠归牢靠，三个金属块的总长度一般并不等于buffer内圆柱空间的长度，而是稍微小一点点，通常有1/8寸的缝隙的样子（这里先买个关子，这个缝隙很重要，为啥？）。这个缝隙导致了一个“不是问题的问题”，那就是，拿起buffer摇晃的时候，金属块会撞击buffer两端发出啪啪的响声。当然，在实际射击中，这点声音和枪声比简直可以忽略不记，所以实际使用起来这根本不是个问题。但是对上了消音器而且有些“噪音洁癖”的枪友们来说，这个感觉好像不是那么完美。

我的学习过程便从此开始。很简单，我想消除这个一晃就啪啪的噪音。于是，首先想到的自然是拿一个软东西（比如海绵）把那个重块与塑料盖子之间缝隙给塞满。这么做既不改变buffer整体的重量，又可以消除噪音。噪音固然解决了，但是这让我想到更本质的问题：为什么buffer出厂设计的时候非要留那个缝呢？明明可以把buffer做短一点，这样既节省材料又没有噪音，两全其美啊。实际上军标设计却故意留这么一个缝隙，一定有原因。
问了一圈周围玩AR的朋友，似乎大家也都很茫然。感谢Google的强大，以及网上无数AR玩家的钻研精神。我终于找到了一些蛛丝马迹。简单来说，这个和所谓的“枪机回弹（bolt bounce）”有关系。

追溯AR的起源，本应该是全自动的M16。现在的民用AR-15虽然是半自动，但是绝大部分零件依然是全自动那一套，所以一切的设计基本来自于让全自动可靠地工作。全自动武器的枪机在快速往复运动中，枪机在缓冲弹簧的反作用力下会猛地向前撞入枪膛。由于枪机和枪膛都是很硬的钢材质，碰撞时的动能无法被迅速吸收，假设枪膛是纹丝不动的，那么枪机撞击之后会被反弹回来。这个有一个用高速摄像机拍摄的视频 ( https://www.youtube.com/watch?v=575Q0O41u5s)很好地解释了这一现象。注意视频中枪机向前撞击枪膛后并不是立刻完全闭锁，而是向后回弹了一下，然后又在缓冲弹簧的作用下再次被往前推从而完全闭锁。
https://www.youtube.com/watch?v=575Q0O41u5s

在半自动武器上这一般不会产生什么副作用，因为这个枪机回弹的过程非常快，相信普通地球人连续扣两次扳机的时间间隔绝对远大于这个回弹的时间。所以下一次扣扳机的时候枪机已经处于完全闭锁的正常状态，扣动扳机，释放击锤，击锤撞击撞针，然后激发底火等等一切有序进行。但是在高射速的全自动武器上则不同。全自动模式下，扳机一直处于压下状态，击锤的再次释放由auto sear配合完成，这个过程可以非常快，以至于快到当枪机回弹到再次被往前推至闭锁的这一短暂瞬间，击锤刚好被释放。这时候由于枪机并没有100%复位，但是又处于闭锁的容忍误差范围内，所以击锤成功撞击撞针。问题出现了：由于枪机未完全复位，被撞击的撞针实际上离底火还有那么千分之一米（毫米？）的距离，所以撞针并不能完全敲击底火进而成功击发子弹。故障的现象就是，全自动模式下，击锤释放了，但是下一发子弹并未成功被击发。

为了解决这个枪机回弹的问题，AR设计者想到了一个绝妙并且简单的方案。在buffer上稍微做一点手脚即可，这就是那1/8寸小缝隙的妙用。假设枪机撞击枪膛，撞击的反作用力立刻传导到枪机本身上，这时枪机组末端和buffer是紧挨着的。如果buffer内部是实心的，那么buffer、BCG两者此时可以看做是一个力学整体，反弹的动能会直接被弹簧吸收。弹簧吸收动能转化为势能，同时产生形变（被压缩），为枪机反弹提供了空间，因此发生枪机反弹。如果buffer不是实心的，那么结果就不一样了。这时，BCG和buffer的外壳可以看作是一个力学整体，而内部的缓冲重块则是一个分离的力学单位。此时动能通过buffer的顶端传到缓冲重块上，由于缓冲块在buffer内部是可以滑动的，因此缓冲块本身会吸收动能并向后滑动，这时buffer末端的的能量已经几乎全部转移至重块上，因此buffer外壳本身并不会再移动了，此时和buffer紧挨在一起的BCG也就自然不会动了，这样便解决了枪机回弹的问题。实际的力学过程并非这样完美，传导多少还会剩余少许能量残余，但是缓冲弹簧本身有一定的刚性，所以足以将buffer外壳和BCG等等牢牢地抵在枪膛上保证完全闭锁。

这个机制可以用常见的摆球玩具（所谓的牛顿摆）来类比解释。见下面的视频：https://www.youtube.com/watch?v=0LnbyjOyEQ8
https://www.youtube.com/watch?v=0LnbyjOyEQ8

把即将回弹的枪机类比成右边那个被抬起的钢球，buffer内部的重块类比成左边的小球，而中间的钢球算作是buffer的外壳界面。很明显，最右边的小球的动量直接传到最左边的小球上去了，而中间的小球基本不动（理想力学状态下因该是纹丝不动），简单的动量守恒原理的应用。

了解了这个枪机回弹解决机制，可以看出重块和buffer的末端保持一定的距离是必须的。而且很重要的一点是，缓冲重块与塑料盖之间最好是刚性接触，这样可以最大程度保证积累在buffer两端的动能被迅速传导到重块上。所以如果把这个缝隙填满或者塞上海绵之类的软质材料，动能就不能被及时转移，无法解决枪机回弹问题。细心的朋友可以看我上面拆掉的那个H2 buffer的图。三个重块之间都有橡皮垫，而最前面的钢块和塑料之间则没有。不过这只是我的猜测，实际上也有可能是成本问题没必要在钢、塑料界面加垫片。我实际看了那个垫片，其实也不是很软，倒是更像塑料而不是橡胶。

再把话说回来，枪机回弹导致无法正常击发的问题只有在高速的全自动武器上才会出现。对于半自动AR来说，想要扣扳机的速度赶上枪机回弹的速度，估计普通地球人的食指无法做到。因此对于办自动而言尽可大胆放心地把那个缝隙用海绵塞满，这样就没有烦恼的啪啪声啦。但是如果你是玩全自动的壕，那么最好还是别动这个buffer的缝隙了，反正一梭子下去全是震耳欲聋的哒哒哒声音不是？

对buffer里面预留缝隙问题的自我学习和研究暂时到这里，请大神们指正。