箭形枪弹与普通枪弹的最大不同，在于其弹头是带有尖头和尾翼的长杆状，类似于冷兵器时代的箭。箭形弹本身并不是什么新鲜事物，15世纪的早期火炮就可以装填并发射长箭，用以对付坚固的城门。现代的某些杀伤炮弹中也装填有集束钢箭，利用抛射药在空中将其抛出以杀伤敌方有生目标。与常规弹头相比，箭形弹重量轻、箭体细长，断面比能高，飞行时空气阻力小，速度很高。对现代尾翼稳定箭弹的研究始于美国匹克汀尼兵工厂和弹道研究实验所，他们曾利用x射线高速摄影机，研究箭弹在模拟人体肌肉组织的明胶块中的运动特性，证实高速飞行的箭弹一旦进入比空气密度大800倍的肌肉或类似组织中时，因其长径比大、刚性差，会立刻弯曲成钩状，并以难以预测的不规则方式旋转和运动，致伤效果比常规弹头要严重得多。正因为如此，上世纪50年代美国开始实施“齐射”武器计划时，军方就拨出巨款，将箭形弹和箭弹枪列为重点研制项目，希望能够籍此给新一代轻武器带来根本性变革。“齐射”后来又演化成为特种用途单兵武器计划(Special Purpose Individual Weapon，简称SPIW)，其主要目的是研制一种能兼顾发射枪榴弹、普通弹和当时正处于研制阶段的箭形特种枪弹的新式步枪。
典型箭形枪弹结构原理
SPIW的各种箭弹设计方案中，箭体一般都用钢或其他比重较大的金属制造。大部分箭体尾部加工有若干片尾翼，有的箭体前半部分为重金属制造，后半部分为轻金属，使箭体重心尽可能位于前方，以保持飞行时的稳定。这是因为几乎所有发射箭形弹的武器都足滑膛的，箭体本身无法靠旋转来稳定。有些箭弹弹体材料甚至使用了贫铀，在侵彻目标后，还可以产生纵火后效。由于箭弹全长较大，在装入一般的步枪弹壳以后基本都接近弹壳底部位置，为固定弹体和增大火药气体对箭弹的作用面积，需要加装弹托，其结构与坦克炮使用的脱壳穿甲弹有些相似。不同的是箭弹弹托固定的是箭体上部，与脱壳穿甲弹固定位置在箭体中下部不同，因此带动箭体运动的方式也不同，箭弹是牵引式的，而脱壳穿甲弹属于助推式的。单发箭弹的弹托一般用工程塑料、玻璃钢或液晶聚合物等制造。弹托通过枪口处剥离器的刮檫作用与箭体分离并破碎，而箭体本身继续稳定地向前飞行。有的弹托为多瓣式的，装在弹壳内时用一个卡圈固定，当弹托飞出枪口后，因离心力和空气阻力的双重作用而散开，卡圈同时解体，箭体则继续飞行。
单发箭弹多采用制式军用小口径弹壳，但也有专门设计的弹壳，材料有黄铜和钢。集束箭弹多以12号标准霰弹为基础，改进弹托和封口垫而成，壳体一般为塑料。此外还有·种利用40毫米榴弹高低压发射药筒改装的产品，以集束小钢箭代替原来的战斗部。后两种弹药美军曾在越南战场上试用过，分别配用12号军用霰弹枪和M79／M203榴弹发射器，证明其在近距离内确有很强的杀伤力。
部分箭弹采用了独特的活塞式底火，如美国研制的XM110和XM645单发箭弹。这种底火除点燃发射药以外，还起到启动闭锁机构的作用。XM645单发箭弹的底火没有火台，整个底火壳呈带底的喇叭状，从弹壳口部装入弹壳，当击针击打比较薄弱的底火底部时，底火变形，但受到底火室侧壁限制，侧向变形受阻，击发药因受到底火室侧壁与击针共同挤压而发火，进而点燃发射药。火药燃气推动弹托带动箭弹向枪口飞去，与此同时火药燃气推动活塞式底火后退。由于底火壳为喇叭状，在火药气体压力下口部四周紧紧贴在弹壳内壁上，阻止火药气体后泻。底火壳后退约2．54毫米后停止，同时推动击针后退相应距离并使武器实现开锁。开锁后弹壳在后效火药气体压力作用下后坐，完成自动循环。而XM110采用的活塞底火结构更复杂一些，在弹壳下部用均布的4个铆窝固定有一个普通的博克塞底火，底火室内装有一个中心带有突起的活塞，当击针打击这个活塞时，其突起会击发底火点燃发射药，其后的工作原理与XM645箭弹完全相同。采用这种活塞式底火弹药的武器可以省去常规的导气系统，减轻重量，同时简化结构。但活塞式底火结构复杂，制造和装配困难、成本高，有时还会因底火脱落造成故障。
初显成效——美国研制的典型箭弹与箭弹武器
最初负责箭弹武器项目的是美国军械部，参加研制工作的有军械部的研究与发展局和法兰克福、斯普林菲尔德两家兵工厂等。一些民间公司如AAI、雷明顿、惠尔普、温彻斯特、哈林顿一理查森公司和奥林－马西逊公司等也参加了该项目的开发。在设计箭弹枪方案时，主要关心的是如何将箭弹以正确的方向和高速发射出去。为提高命中率，研制者认为最好足以极高的射速实施3发可控点射，理论是这样产生的最大散布仅是M14步枪的五分之一。但实际的结果却与预想相反，早期研制的几种箭弹及配用的武器的精度都无法满足要求，而且还存在弹药结构复杂、成本高等缺点，这些问题最终成为扼杀箭弹武器系统的致命因素。当时研制出的典型弹药有：
XM110单发箭弹 该弹是最早定型的实用化箭形枪弹。该弹采用带活塞式底火的底带式黄铜瓶形弹壳，弹壳体部锥度很小。弹壳内装有一枚用绿色弹托固定的钢筋，弹托底部有一个起闭气作用的密封环。该弹全长58．8毫米，全重6．35克，弹壳长52．8毫米。箭弹重0．52～0．65克，初速高达1372～1432米／秒，在300米射程上存能约243．5焦耳。当与靶板分别成90°、60°夹角时，可分别击穿130米外6．3毫米和3．15毫米厚的硬质钢板，贯穿力与5．56毫米M193弹相仿。但实验中发现，由于箭弹重量太小，其速度下降过快，虽然对500米处的目标有一定的杀伤效果，但在此距离上已缺乏足够的精度。
XM114单发箭弹 5．6毫米XM114单发箭弹采用普通瓶形无底缘黄铜弹壳，结构上与普通弹壳没有任何区别。该弹全长49．6毫米，全重6．03克，箭弹头重0．52～0．65克，弹托重0．45克，弹壳长43．9毫米。其主要弹道性能与XM110箭弹相同，所以XM110的一些缺点XM114仍旧没有克服。XM110优于前者之处在于未采用活塞式底火，结构比较简单，造价相对较低。
XM215单发箭弹 该弹是5．6毫米XM114单发箭弹的变种，不同之处在于弹壳直径加大，装药量也相对增大一些。该弹也采用普通瓶形无底缘黄铜弹壳、常规底火，全弹长49．3毫米，弹壳长43．9毫米，弹壳底缘直径8．3毫米。该弹还有一种变型称为XM216。
XM645单发箭弹 XM645是在XM110的基础上改进而成，综合性能较好。该弹也采用带活塞式底火的底带式黄铜瓶形弹壳，其结构经过简化，比XM110加工方便一些，但比常规军用枪弹弹壳还是复杂得多。该弹全长62．5毫米，弹壳长57毫米，全弹重7．45克，箭弹头重0．66克，初速1418～1478米／秒。XM645箭弹主要配用AAI公司的XM19／70箭弹枪。
除上述单发箭弹外，美国在1957年还试验过一种装在12号霰弹弹壳内的集束箭弹。其中A－L1型中装有32枚各重0．84克的小箭弹，初速426米／秒，另一种型号内装26枚箭弹，总重15．56克，平均单重0．6克左右，初速548米／秒。第三型号是内装18枚不带尾翼的所谓“质量稳定’型小箭弹，箭体较粗，前端使用比重较大的金属材料，小箭总质量达25．27克，平均单重为1．4克，初速为158米／秒。此外美国还制造过一种8．35毫米口径的集束箭弹，采用普通瓶形无底缘弹壳，弹壳有涂漆钢或黄铜两种，弹壳长68．7毫米，全弹长79．2毫米。
箭弹枪的初次鉴定试验在1964年初进行，共有5种枪参加了试验，它们分别是：
斯普林菲尔德兵工厂的一号方案采用无托结构，优点是在全长不变的情况下能配用较长的枪管。装上榴弹发射器以后，全枪重心位于射手两手之间；不装榴弹发射器时，重心在握把上。同时可配刺刀。
斯普林菲尔德的二号方案采用常规结构，没有小掘把，由透明塑料弹匣供弹，枪管下方装有弹匣供弹的榴弹发射器。榴弹发射器口部下方装有两脚架，同样可装刺刀。
AAI公司的样枪为常规外形，采用三角形斜枪托，有小握把，容量为50发的弹鼓位于扳机护圈前的机匣下方，射击方式为3发点射。枪管外有带散热孔的护木，单发发射的榴弹发射器位于枪管F方。该枪结构紧凑，外形相对较为前卫和美观。
奥林·温彻斯特公司的样枪为传统的霰弹枪外形，没有小握把。整个枪体都有塑料外壳包裹，并有特殊的枪口装置，利用位于扳机护圈前机匣下方的小型弹鼓供弹。单发榴弹发射器位于枪口下方。
哈林顿－理查森公司制造的样枪与斯普林菲尔德兵工厂的二号方案报相似，可装刺刀，同时装有两脚架。枪管下方的榴弹发射器体型较大。该枪发射达迪克所设计的“三角弧形弹”，初速达1430米／秒，因此膛压很高，由于安全性未能得到证明，因此被迫退出试验。
1964年3－5月间，对前4种型号进行了比较试验，作为对比标准的武器是M14，AR15和改进的带有2发点射机构、枪口制退器的M16步枪。试验证明，4种新枪的性能都不甚可靠：斯普林菲尔德兵工厂的无托样枪平均每射击21．3发枪弹就有一次射击中断故障；AAI公司样枪的故障率是4．26％；奥林·温彻斯特公司的样枪为9．26％。另外，参试方案从重量分布、尺寸、瞄准具到装填方式等，都遭到广泛批评。
进一步改进后，箭弹枪的可靠性问题有了改善。不过试验表明，XM110单发箭弹只有在润滑良好的情况下，才能可靠地带动枪械自动机构动作，而弹药需要润滑这一点是美国陆军部无法接受的。XM144单发箭弹的性能良好，但是FAT201曳光弹却达不到预期要求。
工程设计的模型试验结论表明，这几种型号都有某些优点，特别是AAI公司的第二种方案样枪最为突出。美国陆军部步兵局建议AAI公司的样枪应该吸收其他型号的长处，但军方并未接受。美国陆军作战发展司令部重新评价了基本战、技术要求，将工程和勤务性试验以及野战条件下的性能试验都改在发射5．56毫米口径枪弹的武器上进行，其中包括AR15、AR18和斯通纳63。曾经热闹一时的SPIW特种用途单兵武器研制计划就此搁置。
峰回路转——SPIW后续方案演变
在对SPIW的各种竞选方案作进一步的试验和比较鉴定以后，除了AAI公司样枪外，其余的型号均被淘汰。在AAI公司的方案基础上，经进一步试验和研究，制造出了XM19箭弹步枪，该枪与早先样枪在外观上没有太大区别，但弹药改用活塞式底火自动原理，其自动机构所需能量依靠底火传递，击针向待发位置复进时将次发弹送入弹膛。
XM19在试验中暴露出弹托不能完全分离的问题，因此未能达到美国军方提出的要求。这个问题在以前的各种SP1W样枪上都存在，XM19虽有很大程度的改善，但仍未能彻底解决。不过即使弹托分离的问题得以解决，但射手仍免不了会吸入弹托分离时所产生的有毒气体和粉尘，这一点在连发射击时也是不能忽视的。
进一步改进后的样枪称为XM70可控短点射箭弹枪(或称XM19／70)。这是一种重量轻、后坐冲量小的步枪，有空仓挂机机构。该枪全重(不带弹匣、带瞄准具)3．36公斤，全长1076毫米，初速1418米／秒。该枪采用两种射击模式：半自动和3发可控点射。该枪的其他特点是：采用反射式准直瞄准镜，配装消焰器(兼有枪口补偿器和减震器的作用)，因此其3发点射散布较好。XM70采用铝制弧形弹匣供弹，装满50发XM645单发箭弹时重0．5公斤。另外该枪采用了在枪口附近部分内壁刻膛线的方法，使弹托能够可靠分离。
到1973年，美国在箭弹武器系统研究方面已经取得了相当的研究成果，定型了多种样弹和样枪，一度似乎胜利在望。但有效射程短、远距离精度差、射弹散布难以控制、成本居高不下、弹托安全分离问题及高射速下机构的可靠性等瓶颈问题却一直无法解决，始终未能达到预期目标。因此到1970年代初，各项研究工作又基本陷入停顿。
回光返照——箭弹武器的最后复出
虽然SPIW的各项研究工作已基本停止，但AAI公司认为箭弹武器的现有缺点能够克服，其研究工作始终没有中断，一直坚持到参与美国上世纪80年代末、90年代初的先进战斗步枪选型计划(ACR)，这也是箭弹武器最后一次公开露面。这次先进战斗步枪选型中，AAI公司和奥地利斯太尔公司提交的步枪都属于箭弹枪，但试验表明其性能仍不能明显超过现役步枪，远距离散布精度依旧较差。
AAI公司参试的5．56毫米先进战斗步枪在通过阿伯丁试验场的安全与工程试验后，又参加了在本宁堡步兵学校举行的野外评估试验。同其他3种参试枪一样，它没有达到命中率与M16A2步枪相比提高100％的要求，因此被淘汰。AAI先进战斗步枪特点是大量采用合成材料，全枪质量(不含弹匣)为3．53公斤，全长1016毫米，外形与M16步枪相似。该枪采用导气式工作原理，具有革新性的气体截留导气系统，火药气体进入活塞筒推动活塞而使枪机运动，其优点是易于维护保养。该枪配用了供发射长弹托箭弹专用的枪口补偿器，具有制退、防跳和消焰等多种功能。由于该枪发射箭形弹，其弹道性能要求导气孔离枪管尾端的距离比普通步枪近些。如果发射普通5．56毫米枪弹，产生的燃气压力与箭形弹大不相同，有可能引起一系列危险和故障。因此为安全起见，该枪供弹系统经过特殊设计，确保不能使用M16弹匣，也不能装填常规形状的枪弹。该枪使用的次口径尾翼稳定箭形弹采用M855 5．56毫米黄铜弹壳、标准博克塞底火，全弹重9．2克，箭弹直径1，58毫米，长41．27毫米，重0．66克，弹托为用一个“O”形圈固定的4瓣注塑成型的液晶聚合物，初速为1432米／秒。
奥地利斯太尔公司提交的样枪与AUG步枪相似，也采用无托结构，并且大量使用工程塑料。其最大特点是采用了起落式弹膛，发射该公司专门研制的埋头塑料弹壳单发箭形枪弹。后者采用铝制环形底火，当弹膛与枪管成一轴线时，才能被固定击针击发。该枪全枪质量(不含弹匣和瞄准具)3．23公斤，全长765毫米，发射方式包括连发和3发点射。该枪发射的埋头式箭形弹弹壳采用塑料注塑成形，外径10．4毫米，门郎有盖帽，带尾翼的箭体用4瓣液晶聚合物注塑成型弹托固定，弹托尾部还有一个红色塑料制弹托套。全弹长45毫米，全重5．1克，箭弹直径1．58毫米，长41．25毫米，重0．66克。箭弹初速达1480米／秒，但容弹量稍少，只有24发。该枪被淘汰的原因仍然是命中率达不到要求。
结 语
在箭弹武器系统研究方面取得成果的并非仅限于美国，上世纪70年代，前苏联为海军特种部队研制出了C∏∏－1／1M型4．5毫米水下4管手枪和A∏C 5．66毫米水下自动步枪。1976年，德国也正式装备了HK公司研制的P－11型水下手枪。它们发射的都是无尾翼的长杆形箭弹，这种形状在水中有良好的稳定性和克服阻力的能力，可有效击穿氧气钢瓶和潜水面罩。但在常规步兵武器领域，自从美国先进战斗步枪选型计划结束后，新型箭弹枪和单发箭弹的开发工作似乎已经偃旗息鼓。目前，市场上能够见到的箭形枪弹主要是集束霰弹，用于警卫、狩猎等用途，虽然它们对门板、车辆和人体装甲有良好的穿透能力，并有足够的杀伤后效，但都不足军用制式型号，大多由民间企业制造并以配件形式销售，使用者购买后自己组装成成品弹。
箭形枪弹为何得不到广泛应用?除了前面提到的精度问题外，最主要的制约因素是成本。就箭体本身而言，虽然其生产方法类似钢钉，但在尺寸、重量的细节上却有较后者严格得多的要求，失之毫厘，就会和目标差之千里。如果在制造工艺上取得突破，箭弹的成本能够大幅下降的话，那么至少发射集束箭形霰弹的军用自动霰弹枪可以得到普遍应用，后者在100米以内的近战火力是非常可观的。
纵观箭弹武器系统的发展历程，虽然没有取得完全成功，但美国人的辛苦并没有白费，在前后长达40年的探索中积累的经验教训，是一笔非常可贵的财富，对于未来新轻武器的设计有极其重要的参考借鉴价值。美国人也借此储备了许多先进技术，如AAI公司XM70箭弹枪采用的在枪口附近刻膛线使弹托可靠分离的设计，借鉴其思路，完全可以设计出一种既可以发射普通枪弹又能发射箭形弹的新式步枪来。历史的车轮总是重复的，象火炮发射的实心穿甲弹，就经历了箭形弹－球形实心弹－长圆柱形弹－箭形弹这样一个循环过程。尽管箭形枪弹的春天何时到来还足未知数，但将来很可能有—天会重新发现它的价值，将其与更新的发射能源及自动机理相结合，设计出今天的人们认为是不可思议的一种全新武器来。
(编辑／一然)
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