弹道学笔记 一、法国8×50mmR 勒贝尔步枪弹
从枪械诞生到20世纪初，提高射程和射速始终都是枪械发展的最主要方向。
线膛枪在19世纪中期普及。之后的很长一段时间里，除了增加初速，几乎没有什么办法能增加实际射程。提高射速在枪械本身上相对简单，1860s以来不断改进的枪机结构层出不穷的弹仓设计大幅度提高了枪械理论射速——已经提高到了每分钟十几发甚至二十几发——但这不代表实际射速就能轻易提高。
制约射程（初速）与射速提高的两大要素，一是软 *** 头，二是黑火药。
软 *** 头会引发内膛挂铅，提高初速则加剧摩擦，挂铅也随之加剧。黑火药燃烧会产生大量残渣，这会快速填满膛线，甚至影响枪机闭锁。黑火药枪弹射击时会产生大量黑烟难以散去，也影响了高理论射速的实用意义。
黑火药本身的燃烧特性也不利于初速：它的能量偏低，燃烧却又相当猛烈，很难让弹丸获得缓慢且均匀的加速。针对性的改进措施自然也存在，比如用不完全碳化的木炭制成所谓褐色火药，以及改进造粒技术，这都是降低燃速的措施，但治标不治本。
1882年，瑞士工程师爱德华鲁宾发明了全金属被甲弹（Full Metal Jacket，FMJ），即在铅制弹芯的外面包裹一层由较硬金属（黄铜、白铜甚至是钢）制成的被甲。之一个障碍被突破了。
1884年，法国化学家保罗维埃耶合成了历史上之一种稳定实用的无烟火药。这种火药残渣很少，烟雾很淡，燃烧缓慢的同时能量又比黑火药高得多。第二个障碍被突破了。
维埃耶的发明在法军内部掀起了一股技术狂热。法国人很清楚，这一技术优势充其量只能维持几年，维埃耶自然不是全世界唯一一个在研究无烟火药的人，其他国家也在做同样的事情，所以他们一方面对这个成果严加保密（但也只保住了几年），一方面开始迅速推进的全新的无烟火药武器的开发与列装。于是就在同一年，一个委员会成立，负责确定使用新型火药的新弹药的更佳口径。委员会成员包括巴西勒格拉斯，法国陆军的前一代步枪和枪弹即由他开发；以及尼古拉勒贝尔，新步枪和弹药最终由其姓氏命名，不过他负责的其实只是弹头形状与被甲的研究。下图为11mm格拉斯步枪弹：
如前所述，提高射程的最主要手段就是提高初速，但这样就需要降低弹丸重量，以确保枪械重量和后坐力不会大幅度上涨，所以枪械口径也需要随之缩小。1885年6月到7月，法军对7mm、7.5mm和8mm弹药进行了测试。弹头是全新开发的FMJ弹，弹壳则由前一代的11×59mmR格拉斯弹壳缩颈而来。测试结果表明8mm弹头的弹道效率更好，不过很显然这种缩颈弹壳只是临时的测试手段，新枪还是要搭配全新的弹壳设计。当时也在同步考虑新步枪的结构特征，曼利夏和雷明顿-李的设计都在考察范围之内，它们都使用盒状弹仓，显然适合搭配较小锥度的弹药。
然而，1886年1月，新任陆军部长布朗热将军改变了这一切，他要求新步枪在86年5月1日之前即完成设计。这么短的开发时间断绝了一切采用新设计的可能，于是新步枪只能基于海军已经采用的克罗帕切克步枪，而弹壳仍然来自格拉斯弹壳的缩颈。这就是勒贝尔Mle 1886型步枪，以及勒贝尔8mm Mle 1886型步枪弹。
1891年，这种步枪弹进行了小幅度的改进，主要是修改了弹头与弹壳口的配合方式，对性能没有什么影响。修改过的步枪弹命名为Mle 1886M（M代表modified），今天还能看到的大多都是这种修改型。
下图就是Mle 1886M步枪弹：
如图所示它是圆头弹，显然适用GL弹道模型。注意弹头顶部的平顶形状，这是由于勒贝尔步枪继承了克罗帕切克步枪的管状弹仓，弹丸在弹仓内首尾相接，为了防止底火在弹仓内被意外触发才有了这样的设计。但事实证明，由于其弹壳的巨大锥度，这个设计其实是不必要的。
读者也不妨将勒贝尔弹与格拉斯弹做一下对比，可以看到勒贝尔弹壳的下半部分与格拉斯弹几乎一样，中段向前才开始收窄，形成独特的双锥度外观。过大的锥度和底缘特别不利于自动武器供弹，这也为其日后的命运埋下伏笔。
勒贝尔Mle 1886M步枪弹的主要特性如下：
弹头重15g，全弹重28.6g
初速628mps（由勒贝尔步枪发射），枪口动能2957.9J
GL弹道系数0.405
对0.3米目标直射距离270米，存速456.7mps，存能1564.2J
对0.5米目标直射距离332米，存速426.7mps，存能1365.5J
对1米目标直射距离436米，存速382.3mps，存能1096.1J
对1.5米目标直射距离509米，存速354.9mps，存能944.7J
对1.6米目标直射距离522米，存速350.3mps，存能920.5J
对1.7米目标直射距离533米，存速346.6mps，存能901.1J
超音速飞行距离554米
10mph侧风下，风偏量25cm对应射程229米，风偏量50cm对应射程321米，风偏量75cm对应射程390米
它对1.6米目标直射距离达到522米；相比之下，前一代的格拉斯步枪是400米左右，再之前的Mle 1857型步枪更是只有230米。
但笔者在这里应该强调一下，彼时人们对射程的认识并不像上面数据展示的那样。勒贝尔弹在当时人们认知中是一种把射程提高了一倍的弹药（表尺射程2000米；格拉斯步枪是1200米）。当时的交战模式也与现代认知大不相同。下图是对1880-1900年的交战距离的统计，可以看到，在那时900米以内的交火仅占25%，是绝对的“近距离”。
可惜的是，笔者目前尚未找到能同时准确反映近距离弹道和这种超远距离弹道的计算软件，所以本来应有的对勒贝尔步枪弹超远程性能的描述也只能暂时空缺。
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在采用了8mm勒贝尔步枪弹之后，新枪弹的研究也立刻展开，目标是实现新一轮的性能跃进，正如勒贝尔弹和格拉斯弹的对比——既然从11mm缩减到8mm带来了如此之大的性能提升，那么进一步缩减口径理应能够继续提高。
这一轮研究在1891-1893年展开，结果并不算成功（后面会有独立章节来讲述法国这些试验弹的历史），但法国人在这个过程中逐渐理解了该怎样设计低阻力弹药。弹丸微小的形状改变就可能造成弹道系数的巨大变化，理解了这一点的法国人开始了频繁的试错，最终直接一次性实现了现代低阻力弹丸仍然沿用的设计特征：尖头，船尾。
1894-1895年，法国人用车床加工出了奠定基本设计特征的8mm弹头，随后在1896年，5种冷压工艺制造的弹丸投入测试（编号从A到E），它们形状完全相同，只是材质不同，比如C弹丸是使用钢材制造的。
D弹丸设计最终脱颖而出，它由含铜量90％的黄铜合金制成。不过这一阶段的弹丸设计仍然不是更好的：它的弹丸头部长度为2.5倍口径，这是基于牛顿定律结合当时较新的微分计算 *** 得出的所谓“最小阻力形状”，但人们在二战之前对超音速空气动力学几乎一无所知，所以这个结果最终被证明是错误的。
很快，一种改进型弹丸投入测试，即No.66弹丸，它的头部长度拉长到了3倍口径。D弹丸和No.66弹丸的对比如下图所示。
No.66弹丸的弹道确实比D弹丸更好，但也发现它对枪管的磨损过大，冷压制造过程也不太令人满意。于是之后又进行了若干轮改进，这里不再一一赘述，最终No.139弹丸在1898年被选中，成为Mle 1898D弹头，这种弹头装入1886M弹壳中，正式型号为Mle 1886D步枪弹，如下图所示。
由于尖头船尾弹丸的体积更小，黄铜材质密度相比铅芯弹也更低，新弹头减重到了12.8g，加上发射药的改进，1886D步枪弹的初速大幅度提高；其阻力特性更是堪称出类拔萃，甚至拿到今天也说不上过时。作为诞生于19世纪末的设计，这样的成果堪称伟大。
勒贝尔Mle 1886D步枪弹的主要特性如下：
弹头重12.8g，全弹重26.4g
初速700mps（由勒贝尔步枪发射），枪口动能3136J
G7弹道系数0.294，i7形状因数0.9（由一战期间生产的弹药经弹道雷达实测而来；有些资料还展示了更优秀的结果）
对0.3米目标直射距离318米，存速556.7mps，存能1983.6J
对0.5米目标直射距离393米，存速525.3mps，存能1766J
对1米目标直射距离524米，存速472.3mps，存能1427.6J
对1.5米目标直射距离615米，存速436.9mps，存能1221.6J
对1.6米目标直射距离631米，存速430.8mps，存能1187.8J
对1.7米目标直射距离646米，存速425.1mps，存能1156.7J
超音速飞行距离888米
10mph侧风下，风偏量25cm对应射程319米，风偏量50cm对应射程442米，风偏量75cm对应射程531米
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很可惜的是，法国人的发射药技术进入了瓶颈期，限制了弹药性能的进一步提高。700mps的初速相对之后德国采用的尖头弹（后续篇章会有介绍）来说并不算高。从弹道数据中也能看出，其存速存能特性虽然出众，但弹道并不算很平直。
法国人自己对这一点也是心知肚明，他们在之后的时间里研究开发了大量试验弹药，本章节暂且不做介绍。应用了这些研究成果的改进型勒贝尔弹本应于1914年投入生产，结局可想而知，自然是被一战葬送掉了。
但我们还是可以管窥这种弹药的性能。它使用了一种钢芯弹头设计，弹头编号No.405，很遗憾笔者这里并没有实物图，但可以参照以下两张图来稍作想象：
之一张是一战前的一种试验设计，第二张是一战期间投入生产的8mm钢芯穿甲弹，注意该穿甲弹没有船尾设计，而之一张图是有的，No.405当然也有。实际上它完全继承了No.139的弹形，只是改用钢芯包铜设计，降低了弹重，也提高了侵彻力与杀伤力。同时，它使用了改进的发射药，将初速一举提高到855mps。
勒贝尔No.405步枪弹的主要特性如下：
弹头重11g，初速855mps，枪口动能4020.6J
G7弹道系数0.253，i7形状因数0.9
对0.3米目标直射距离376米，存速638.3mps，存能2241.0J
对0.5米目标直射距离462米，存速593.8mps，存能1939.2J
对1米目标直射距离607米，存速522.2mps，存能1499.9J
对1.5米目标直射距离707米，存速475.2mps，存能1241.9J
对1.6米目标直射距离724米，存速467.4mps，存能1201.5J
对1.7米目标直射距离741米，存速459.6mps，存能1162.0J
超音速飞行距离1027米
10mph侧风下，风偏量25cm对应射程339米，风偏量50cm对应射程468米，风偏量75cm对应射程562米
这样的性能也可以算是个弹道怪物了。我们也可以看出，尽管由于弹丸变轻，弹道系数下降了，但大幅度提高的初速还是赋予其相当优越的弹道。
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前文提到勒贝尔弹的弹壳特征导致它非常不利于自动武器供弹（其实对于一般的盒状弹仓也很麻烦），所以法国人在一战后采用了全新设计的7.5mm步枪弹。但一战遗留的勒贝尔与贝蒂埃步枪毕竟太多，将其改为7.5mm的尝试也并不成功，所以法国人仍在继续使用勒贝尔弹——尽管已经居于次要地位。
法国人也还在使用一战的霍奇基斯重机枪。这种机枪由于其独特的弹板供弹方式，反而对大锥度底缘弹并不敏感，运作可靠性良好。那么很自然地，一战后勒贝尔弹的改进方向将以霍奇基斯机枪为中心。
法国步枪弹使用独特的冷压黄铜工艺，当时只有法国人这样大规模生产步枪弹头。一战期间在国外复制的勒贝尔弹都不算成功，于是战后法国人决定不再继续发展黄铜弹头，而是转向更常规的铅芯被甲弹。
这样一来，就诞生了Mle 1932N型弹头（N代表nouveau，意为新型）。新弹弹壳颈部加厚，这样旧枪不能直接发射新弹（能关闭枪膛，但膛压过高容易炸膛），需要用铰刀对弹膛重新铰孔，这样修改过后的枪械都在机匣和枪管上打上了“N”标记。
1932N弹药如下图所示：
勒贝尔Mle 1932N步枪弹的主要特性如下：
弹头重15.05g，初速715mps，枪口动能3847J
G7弹道系数0.32，i7形状因数0.97
对0.3米目标直射距离327米，存速577.5mps，存能2509.9J
对0.5米目标直射距离406米，存速546.6mps，存能2248.2J
对1米目标直射距离542米，存速495.1mps，存能1844.6J
对1.5米目标直射距离638米，存速460.1mps，存能1592.7J
对1.6米目标直射距离654米，存速454.3mps，存能1553.2J
对1.7米目标直射距离670米，存速448.6mps，存能1514.5J
超音速飞行距离1001米
10mph侧风下，风偏量25cm对应射程339米，风偏量50cm对应射程470米，风偏量75cm对应射程565米
这样的弹药刚好处于No.405设计的对立面，它完全放弃弹道平直性，全力追求远距离存能，15g的重型弹头即便跌到亚音速也仍然具备充足的能量。这也是理所应当的，因为1932N弹其实算是法国人预期在1941年要采用的9×66mm重机枪弹的临时替代品。
（看到1941这个年份是不是又想默默捂脸……悲催的法国人……）
另外还应注意，虽然1932N的弹道系数相比1898D有了提高，但这只是依赖于弹重的增加，其形状因数反而是下降了的。
实际上，这种FMJ结构的、尖头船尾、形状精细的低阻力弹丸，其制造在全世界范围内一度都是难点。举例来说，德国7.92mm重弹即参照法国1898D弹丸进行设计，但船尾部分的一致性难以保证，花了很大力气才解决。1932N弹丸形状因数的下降也算是在工艺性上作出的必要妥协。
所以回想一下，法国人使用冷压黄铜来制造1898D弹丸也算是明智之举，尽管材料成本偏高，但工艺成本却大幅度降低。是追求出众的外弹道性能，还是在材料或工艺中二选其一抑或二者皆选？我们在以后的篇章中还会再次遇到这个问题。
