SCAR是一款极具魅力的模块化步枪

晓枪 2024-11-02 10:53:26

众所周知,SCAR是一款极具魅力的模块化步枪,其招牌的一体式铝合金机匣护手对众多后来者产生了很大的影响——它的机匣采用6061铝合金型材毛坯,在型材的挤出过程中对机匣的大体截面进行成型,随后仅需少量的CNC加工即可完成。

这样做的好处有很多——首先,从成本上考虑,型材挤出是一种非常高效的生产方式,其属于形变加工,材料利用率几乎为100%,并且可以成形较为复杂的截面。

△ 某铝型材厂商的产品展示

△ 这是SCAR的机匣护手组件,虽然不是原版,但概念是一样的——我们可以看到它的截面全程没有什么变化,这是典型的挤压型材工艺特征

而SCAR很好地利用了这一特性,在毛坯阶段便完成了绝大部分成型工作,显著降低了后续CNC(数控机床)的工作量——CNC可以制造出各种高精度复杂外形,但通过刀具切削的工作原理决定其一般需要消耗较多的材料和工时,减小CNC工作量可以显著降低成本并提高生产效率。

△ CNC一般是较为费时费力的工艺,需要用较多的时间切削去掉毛坯上多余的材料来制造所需的形状,有时还需要复杂的夹装、对刀等操作。如果能降低对CNC的需求,对于生产效率和成本无疑是有益的

另一方面,一体式机匣护手在力学性能上也有着显著的优势。一般而言,两个独立零件之间的连接是需要付出相当的重量、强度成本的,在此我用一个简单的结构模型进行解析。

△ 这是两个法兰零件,通过六颗铆钉连接在一起。我们将它的左端固定,右端施加向上的力,看看会发生什么

△ 图中偏红色表示高应力,偏蓝色表示低应力,参照右侧的对照表,可见连接部分产生了显著较高的应力,与通体的蓝色产生了鲜明的对比

可见,两个零件之间的连接对强度和重量是很不友好的。虽然在实际应用中并不是一体即高贵,但机械工程师们一般都会想办法避免过多的分体零件连接。SCAR让机匣护手成为一体,省去了机匣和护手的连接结构,既减轻了重量,也提供了优秀的护手强度。这一方面便于加装各种对精度有要求的附件,比如大型光学瞄具、串联瞄具、激光指示器,也在一定程度上利于射击精度的提升——“浑然一体”的机匣护手可以给枪管提供更加稳固的安装平台,自然能对精度有所裨益。

以上,是SCAR的最大优势与卖点,绝对是可以载入史册的游龙之睛——但是,单个概念的绝对优秀并不足以撑起一款产品的绝对优秀,一双摄人心魄的眼睛也不能掩盖其余部分的漫不经心。

老大难——枪管模块怎么装

作为模块化步枪的代表,易于更换的枪管模块那必须是标配——但是这一指标并没有想象中那么容易实现。究其根本,是因为枪管沉重且受力较大,还对安装精度有较高的要求,绝不是随随便便就能打发得了的。

△ 冲压机匣的AK步枪枪管,是通过过盈配合+铆钉和机匣连接的,不可拆卸

△ AR的枪管组件插在机匣前端,然后再通过一个大螺套拧紧

而在SCAR上,FN采用了一种新的“导轨化”的思维。

△SCAR-H的上机匣与枪管组件,红圈内是上机匣内部的导轨结构,绿圈是枪管组件与导轨配合的滑块。注意导轨在中部被截断,其原因在后续两张图片中说明

△ 节套从缺口处向上插入机匣

△ 插进一定深度后,下护手组件与机匣贴合,此时向后滑动枪管组件,即可将枪管组件滑入机匣上的导轨

△ 这是SCAR的枪管即将安装到位的情况,可见被切断的导轨断面作为了枪管的轴向承力面。随后只需要将枪管组件后推到位、按规定扭矩拧紧螺栓即可(图中左上角圆圈内有些瑕疵,请忽略)

△ 与此同时,枪管组件前部也嵌入机匣的导轨中。值得注意的是,SCAR采用了全浮置枪管,枪管并未与下护手前部接触

一般认为,这是一种较为靠谱的枪管固定方式——但实际上,这种固定方式给SCAR带来了牵一发而动全身的大问题。

我们首先聚焦于枪管总成本身:

△ SCAR独立的枪管总成。红圈内是三个固定螺孔,绿圈是连接下机匣的销子座

乍一眼看去,SCAR的三个螺丝孔隔开较大的距离,还与机匣上的导轨配合,应该有相当不错的安装效果。但实际上,SCAR是浮置枪管,三个挂点的传力结构是这样的:

△ 枪管的各种受力,要先传递到节套上(的两对螺丝),然后传递给下护手,再向前传递到前方的一对螺丝。在这个过程中,由于护木是比较“柔软”的铝,大部分的力也通过弹膛处的两对螺丝传给了机匣,再向前传递时也有强度刚度更高的上机匣部分,故而绝大多数情况下护手及前挂点是在“摸鱼”的,除非你给它装了榴弹发射器

△ 向前传力时,必然是红圈内更加“强壮”的上机匣组件传递大头,绿圈内瘦弱的下护手则难堪大任。这种情况其实非常类似电学中的“短接”,强壮得多的上机匣“短接”了下护手的两端,导致下护手不走“力流”

△ 让我们利用跌落仿真来模仿后坐力下SCAR机匣和下护手的受力情况

△ 这是仿真结果的一部分(请忽略掉在地上的枪口部分),可见上机匣的应力比下护手明显更大,下护手完全是一个摸鱼重犯,两个后挂点处的应力也要比前挂点高得多,足以说明前挂点对承受后坐力不起太大的作用

在付费正篇中也提到,“前挂点主要起到定位作用“——但仅仅为了安装时的定位,SCAR付出的代价是否太大了呢?

△SCAR的枪管组件相当臃肿,不仅有传统意义上应该属于枪管的部分,还包括下护手和前部的一个安装块,成本++,重量++

△ 开口的U形机匣结构强度也不够好,SCAR设置了三个加强点位来补足结构强度,成本++,重量++

要想明白这个问题,还是需要回过头来,好好地研究一下SCAR到底为什么走到了这一步。

枪口直插?它插不进去啊!

其实,也有这么一种可能性——给SCAR的上机匣组件改成闭合的形状,而非U形,就像这样:

△ 形成闭合的整体,至少可以省去前方的两个增强支撑,后部的增强支撑也可以想办法优化优化、减轻重量。图片来自@Cafter

可惜,事与愿违,我们并不能轻松地达到这个目标。

第一点,我们必须明确,机匣上的“枪管导轨”和枪管之间的配合是比较精密的,缝隙非常非常小,否则既不能保证更换枪管时的归零,也不能保证各种受力情况下力的可靠传递。

如果我们直接从枪口处往里塞枪管,就会遇到这样的情况:

△ 插进去了一点点

这时候有什么问题呢?让我们离远一点看:

△ 这是两个长杆件,通过精密导轨从端面进行对插

这有什么问题呢?只要对准了插进去不就好了?但事实是,两个长杆件在没有特定夹具、工装的情况下,是非常难以对准的。在“插进去一点”的情况下,精密导轨的配合段过短,导致力臂很短,还因为缝隙很小而难以容纳任何歪斜,但凡有些许不平衡的受力(比如自重导致的下垂,手扶着并不能保证精确地抵消掉重力)就会在配合的那一小段导轨处产生巨大的力量,阻止你把枪管插进机匣里。如果你来硬的,表面硬度并不高的6061铝合金型材当场就会被刮成麻子脸(当然哪怕你用轴承钢一样会被刮成麻子脸,石墨烯也不行)。

即便你已经把节套部分的两个挂点塞进去了,有了一定的配合长度,这个长度相比长长的枪管也不足够,反复拆装刮擦下还是有不小的刮成麻子脸的风险——而这个精密配合的地方一旦表面受损,势必影响枪管的安装精度和承载能力。

而原先SCAR为什么能插进去呢?

△ 下护手起到了引导作用,使得两个长杆的精密导轨对插成为可能

但这个开口U形机匣是否就是唯一的解决方案呢?当然不是。

△ Ian把CZ BREN 2的枪管从前面拔了出来。当然,由于工艺的关系,CZ BREN也是开口的U形机匣,因为必须有开口让铣刀进去把机匣毛坯的内部掏空

△ CZ BREN是通过钢质导轨来解决这个问题的。可能有些治标不治本,但至少证明不是无路可走

除此之外,还可以利用一些导轨的宽度变化来解决这个问题,不过鉴于篇幅问题,暂不讲述。

傲慢之罪——被辜负的神之一笔

前面已经讲过,因为U形开口的问题,一体化型材毛坯拥有的减轻重量、提高强度、降低成本的优势已经被相当地削弱了——连自己最核心的概念优势都有些不甚了了了,谈何巨大的成功?但是,SCAR的傲慢并未止步于此。

先从与机匣配合的枪管节套说起:

△ 蓝色高亮即为SCAR的节套

SCAR的节套承担了相当多的功能,除了必备的闭锁功能以外,还是模块化枪管的安装配合件,下方的孔还需要与下机匣结合,可谓是“一物多用”——一般而言,这是一件好事,零件数量下来了谁不开心?但在SCAR上,这偏偏就成为了一个败笔。

大多数人都比较关心枪管的寿命,然而,闭锁机构才是受力最大的那个部件,只是设计师们都会给节套和枪机用强度更高的材料(一般比枪管的屈服强度要高50%甚至100%以上),以避免安全事故的发生。当然,更高的强度要用更多的钱去换,所以大多数枪械的枪管节套尺寸都比较小,以节约材料、节省成本。

△ 这是AR的节套,外轮廓尺寸大约D30×L30,意味着它需要一块这么大的毛坯料才能加工出来,体积约21立方厘米

△ 这是AK74的节套,外轮廓尺寸约为32×46×65,轮廓体积约为96立方厘米。但是AK闭锁面积更大,配用的枪弹膛压也更低,所以对材料强度的要求没有那么高。另外,我感觉它可以通过锻造毛坯来减小材料消耗,但是没有去查证

△ 这是SCAR 16的节套,外轮廓尺寸达到了约34×40×40mm,轮廓体积达到了54立方厘米,高达AR节套的2.57倍,材料成本就高出一大截,且外形更加复杂,加工成本也高得多

△ 在CZ BREN 上,节套就保留了传统方案,引导座、下机匣孔位(图中发光零部件)可以用便宜得多的材料去生产,毕竟这些地方对材料强度的要求相当低

△ CZ BREN的引导座上几乎没有弧面,加工比较方便

而在自动机的设计上,SCAR也尽显傲慢之态——它有一个又高又重且毫无逻辑的自动机。

△ 剖开SCAR的机匣,你就会发现SCAR的自动机上方延长的部分距离枪管节套非常之远,完全超过了任何可能的必要,以至图中红圈里必须向下延伸一部分,不然都碰不到活塞

读者老爷可能觉得是为了避让绿圈里的零件?然而,这个零件是为了堵住这个过大的空缺的,以免有不老实的子弹窜进来导致被迫拆枪管大修……

在SCAR上,这个“浪费掉的空间”高度是9.5mm,自动机距离机匣上壁面约7mm,总共高达16.5mm。SCAR的自动机很结实,引导也很可靠有力,上下各留2mm已足够,我们完全可以直接给SCAR的机匣高度降低出12mm来,且不说视觉上更加匀称,光减重就可以减掉70g左右——这可是啥代价都没有就减掉了70g。

这还只是对机匣的影响,对自动机本身的影响还没有提到——这个自动机重心高、重量大,比AK还重比AK还高,导致SCAR-L的可感后坐相当之大,和AR轻柔的后坐比起来简直就是一匹难以驯服的烈马,自然会降低客户对它的评价。

这么野性难驯的自动机,它会比较便宜吗?并不,SCAR硕大的自动机还是一整块钢材切削而成的,成本+++(摊手)

△ FN早在上世纪七十年代就在FNC的枪机框上使用了焊接工艺,把钢管焊接在枪机框本体上,不需要太大块头的毛坯,也不需要那么巨多的工时,重量也较轻

△ 然而我们的SCAR不光因为切削工艺不能做出太薄的壁厚,它甚至不愿意把这个槽开在上表面来降低一些重心

叹惋

SCAR提出了极其优秀的概念,用挤压铝型材生产一体式机匣护手,完美地贯彻了模块化的概念并惊艳了整个枪械业界;然而,不知为何,FN的工程师们没有让这个优秀的技术概念形成性能上的绝对优势,反而在一个个细节问题上不断地加成本加重量,让模块化与一体式机匣护手停留在“卖点”上——成本和重量被无谓地浪费掉,哪里还有钱和重量来提高精度、可靠性等核心性能呢?

叫好不叫坐,恐怕并不是模块化不对——不论多么新奇的概念,最后总得落在性能指标的提升上。然而SCAR的核心指标并不能压过AR一头,要说模块化能带来的成本后勤优势的话,SCAR它也一点不便宜。

非时运不济,实己身之过也。

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晓枪

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