广义荣弹簧钢(弹簧活塞气枪简史：结构和使用都超简单，但发展历史倒是有点复杂)

Posted 2023-05-25

篇首语：夫学须志也，才须学也。非学无以广才，非志无以成学。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了广义荣弹簧钢(弹簧活塞气枪简史：结构和使用都超简单，但发展历史倒是有点复杂)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

广义荣弹簧钢(弹簧活塞气枪简史：结构和使用都超简单，但发展历史倒是有点复杂)

说到气枪的动力来源，不论是气步枪还是气手枪，都可以大致分为三类：压缩空气、弹簧活塞和二氧化碳，后者也可以看作是一类特殊的压缩空气。有趣的是，最原始和最先进的气枪都采用压缩空气方式，前者的例子是吹箭，后者的例子是当今大行其道的各种PCP气枪。而弹簧活塞动力，无论是诞生时间，还是综合性能，都居于这两者之间。

弹簧活塞气枪性能居中，但结构简单、成本低廉，因而使用广泛

弹簧活塞原理，顾名思义需要弹簧配合活塞来完成，至少需要一个弹簧与一个活塞。它们会以某种方式组合在一起，然后将这套装置装在一个称为气缸的密闭空间里，后者与枪管是分开的。在射击过程中，首先需要以某种装置，通常是杠杆（枪管本身也可以充当杠杆），来使弹簧压缩蓄能，直到某个机构（一般是活塞杆的末端）与阻铁扣合，这样就形成了待发状态。扣动扳机之后，释放阻铁，弹簧得以解除限制，以很高的速度推动活塞前进，从而快速压缩气缸内的空气。这股高压空气通过气缸前开设的小孔或通道作用于弹丸尾部，一旦这种压力上升到足以克服枪管对于弹丸的摩擦力或者其他限制，弹丸就向前移动。此时后面不断膨胀的空气柱仍然在推动做功，直至弹丸飞出枪口。

弹簧活塞气枪上一般都有能使弹簧压缩并挂机的杠杆（有的以枪管本身代替）

所有这一切都发生在极短的时间里。弹簧活塞压缩的对象就是事先密闭在气缸内的一小部分空气。虽然它们体积不大，但由于是在极短时间内被急剧压缩，这一点点空气仍可以达到数兆帕或更高的压力，温度也可能上升到数百度，足以将铅或其他材料制造的弹丸以一定速度推动出去。然后气缸内的气压恢复正常，升高的温度也随着空气的膨胀冷却下来，弹簧得到伸张释放，一切重归原先状态，等待下一轮压缩循环开始。

弹簧活塞气枪基本原理示意图

从上述描述可以看出，弹簧活塞原理应用的关键，首先得有一个合格的弹簧。什么是弹簧？它是一种利用弹性来工作的机械零件，其特点是用弹性材料制成，能够在外力作用下发生形变，去除外力后又恢复原状。现代弹簧一般是由钢或特殊合金制成（所以有“弹簧钢”这个称谓），最早则是用木、竹、角或其他一切有弹性的材料制作，比如古代的弓和弩，就是两种广义上的弹簧（如今称之为板簧）。金属弹簧最早出现于青铜时代，但其形式、性能和现在的不可同日而语，特别是无法出现适用于弹簧活塞原理的这种可以在有限空间内压缩蓄能的螺旋弹簧，所以最早的气枪只能采用压缩空气原理，主要就是因为这方面的限制。

由于技术的限制，最早的气枪只能采用压缩空气为动力

从14世纪开始，当时对精确计时钟表的需求，促进了手工制造精密弹簧的出现，而另外一个重要需求则是轻武器领域。当时使用的弹簧主要是卷簧，正式名称叫涡形弹簧。但除了应用在击发机构上外，仍然无法直接利用弹簧为气枪提供动能。直到18世纪欧洲工业革命之后，出现了种类更多、效率更高的弹簧，特别是出现了批量制造弹簧的工业化生产方法，使得弹簧更为廉价，这才为弹簧活塞原理的出现和应用提供了可能。

最早的弹簧活塞气枪出现于1840年左右。但这时的此类气枪，使用的并不是我们今天看到的螺旋弹簧，而是涡形弹簧的一个变种——塔形弹簧。关于这种弹簧你可以这样理解，拿一条皮带，把它放在桌面上卷成一圈，然后将这个圈中心部分向上提起，你就会发现，这条皮带变成了一个整体呈锥形的螺旋形状。如果将皮带换成扁钢条，那你得到的就是一个塔形弹簧。它具有压缩时蓄能的特性，可以在较短的安装长度中获得足够大的弹力。当然它的性能和现代气枪所用的等节距螺旋弹簧还有差距，但也有承受轴向压力更大的优点，所以现代在交通领域仍有使用，比如M60主战坦克上的主扭力杆悬架减震器弹簧，就采用类似的设计。

一根现代制造的塔形弹簧

塔形弹簧虽然有效，但它伸缩的长度有限，所以有时会将它串联使用，以期提供更大的力量，因此，在一部分老式气枪上经常会见到串联的“双塔簧”设计。比如1900年前后美国生产的布格斯潘纳（Bugelspanner）式气步枪，或称“triggerguard-cocker”，口径一般为0.20-0.25英寸，制造材料包括钢、黄铜和胡桃木，全枪长45英寸左右，其中枪管长约24英寸。这在当时是一种常见的气枪样式，制造时间从19世纪50年代一直到19世纪末，前后可能超过50年。

采用“双塔簧”的布格斯潘纳气枪

现代使用的螺旋弹簧公认的发明者是英国科学家罗伯特•胡克。尽管他用显微镜发现了细胞，但和荷兰显微镜学家、微生物学的开拓者安东尼•列文虎克并不是同一个人，只是姓氏在汉语中发音近似，而且他们的确是同时代的人。1678年，在对弹簧、钢丝和线圈多次拉伸实验的基础上，胡克提出了著名的“胡克定律”——弹簧的伸长量与所受的力大小成正比。尽管此前已经有原始的螺旋弹簧出现，但符合“胡克定律”的螺旋弹簧才是真正意义上的现代弹簧。1763年，特拉德维尔在英国成功申请了关于螺旋弹簧的首个专利。虽然早在1776年，第一具使用螺旋压缩弹簧的弹簧秤就问世了，但这种弹簧效率高、噪音小、无须经常注油维护的特点被广泛认知，并且被用在包括气枪制造等其他领域的时间要迟得多。比如1857年，家具制造行业引进了第一根螺旋弹簧——用在扶手椅上。

现代螺旋弹簧发明者——英国科学家罗伯特•胡克

看似普通的螺旋弹簧，发明过程可是很不容易

因此，直到19世纪70年代，在“Quackenbush”和一些德国制造的弹簧活塞气枪中才使用了真正的螺旋弹簧。与此同时，弹簧活塞气枪的另一些特征也逐步形成，比如为了在释放活塞时更好地密闭气体，活塞头上都有一圈皮革制成的密封垫（皮碗）。综合考虑到压缩弹簧时所需的力量和便捷因素，这些气枪的威力都不是很大，弹丸的速度在200英尺/秒到400英尺/秒之间。

采用滑膛枪管的Quackenbush 1号气枪，生产时间大约是1880年

1872年制造的德国Haviland & Gunn气手枪，它的弹簧活塞在握把内

在1900年以前，气枪主要采用滑膛设计，枪管里并没有膛线（来复线）。所以在英语中，那时的气步枪都被称为“枪”，而不是今天所用的“来复枪”，当然在汉语中没有这个区别。1905年，伯明翰轻武器公司决定在其制造了近半个世纪的枪械产品目录中加入气枪。他们采用的是林肯·杰弗里斯发明的一种设计，在枪身下方安设一根可以旋转的下置杠杆，带动连杆进而压缩弹簧。但他们的产品改用了线膛枪管，制造的第一批枪被称为“林肯”气枪，后来则采用了自己的牌子，即伯明翰轻武器公司的缩写BSA，今天它已经是最著名的气枪商标之一。从这种气枪开始，发射物变成了如今非常普及的空竹形铅弹，而此前的滑膛气枪使用的是飞镖和圆形铅丸。这一改变大大提高了气枪的射击精度，人们终于有机会尝试用气枪在50英尺的距离上将5发子弹射入直径一英寸的圆圈内——气枪除了娱乐射击外可以用于比赛了。

BSA公司生产的“林肯”牌气枪，率先使用了线膛枪管和空竹形铅弹

BSA的线膛枪管大大提高了气枪的射击精度，使之可用于体育比赛

1905年BSA制造的这支气枪成为第一款现代弹簧活塞气步枪。从此以后，几乎所有弹簧活塞气枪都沿用了该枪的整体结构安排。在接下来的75年间，虽然这类气枪的外形、种类千变万化，枪口初速和射击精度不断提高，但总体结构和原理并没有发生根本性的变化，只是活塞密封件等一些零件由天然材料变成了合成材料。20世纪80年代中期，德国威赫劳赫推出了HW77，迅速成为英国最常见的射击比赛用枪，直到数年后其风头被Air Arms TX200盖过，后者被认为是传统弹簧活塞气枪的巅峰。

Air Arms TX200被认为是传统弹簧活塞气枪的巅峰

1980年代早期，弹簧活塞原理气枪迎来了一次技术上的飞跃，那就是“气弹簧”或称“气体弹簧”技术的引入。气弹簧是指柔性密闭容器中加入压力空气，利用空气的可压缩性实现弹性作用的一种非金属弹簧。它不仅具有优良的弹性特性，而且减少了普通钢制弹簧带来的强震动等缺点。一般认为，阿根廷的“鲨鱼”公司是第一个在气枪上成功应用气弹簧技术的企业。此后不久，英国的西奥本公司凭借“精炼”气弹簧步枪系列，一举占据了市场主导地位，其中一些型号还创造了枪口初速的新记录。20世纪90年代末，美国Vortek公司也推出了几款设计，将几种流行的气枪改为使用气弹簧原理，同样获得了成功。

韦伯利公司生产的不同口径气枪使用的气弹簧

西奥本公司生产的使用气弹簧的大威力气枪

目前，弹簧活塞气枪中最新式的设计是将两套弹簧活塞系统相对放置在一起。这样可以大大改善射击时的感受，甚至使震动和后座力轻微到可以忽略不计，其缺点就是过分精密，导致价格昂贵，难以在市场上推开。10多年前，帕克公司曾尝试将“对置活塞”气枪投入试生产状态，可惜没有维持太久。但“对置活塞”是否就代表着弹簧活塞原理进化的最高阶段？结论也未必。科技的快速发展，谁也不知道气枪的未来终点在哪里。至少在PCP的挑战下，初速越来越高的重型高精度弹簧活塞气枪是未来一阶段的发展趋势，短期内各大制造商们绝不会停止在这方面的激烈竞争。

采用“对置活塞”设计的Whiscombe高档订制气枪

最后来总结一下，弹簧活塞原理气枪的优点与缺点。这种气枪最大的优势就是结构和使用都非常简单，仅需以人力旋转枪管或一根单设的杠杆，就能实现接近或超过音速的枪口初速，因此相对而言弹簧活塞气枪的价格都是比较亲民的。而且只要加工质量合格，这种气枪的使用寿命都很长，只需最低限度地维护和保养。另外，对于合格的弹簧来说，每次发射提供的能量都是基本相同的，所以弹丸初速和弹道也基本一致，所以从上世纪70年代到80年代，大多数奥运会气枪比赛使用的都是弹簧活塞式气枪。但考虑到震动的影响，它的精确性显然还是比不过以压缩气体为动力的气枪，所以从20世纪80年代开始，高级别比赛中使用的气步枪均改为以压缩空气或二氧化碳为动力。

如今正式射击比赛中使用的气枪都是以二氧化碳为动力

弹簧活塞原理气枪的缺点也同样突出，活塞在弹簧完全伸展时撞击气缸前端，会造成强烈的震动，特别是大威力的弹簧活塞气枪更为明显。这种震动的力量，甚至可能会损坏不适合弹簧活塞气枪使用的瞄准镜。而且当弹丸仍在枪管内运动时，这种震动也会严重影响射击精度。当然可以有一些措施来减缓这种震动，比如安装弹簧导轨，或者在弹簧表面添加粘性硅脂，既能润滑弹簧，又能降低震动，但它是无法完全消除的。另一个大的缺点，就是这种气枪的威力通常与挂机所需的力量呈正相关关系，较高的初速需要更大的力量，由于人的臂力有限，这就限制了弹簧活塞气枪的威力有大幅度的提升。

制造时间相隔100年的两支弹簧活塞原理气枪，外形、构造基本一致