2024年3月， 美國霍納迪公司宣布獲得一項關(guān)于采用平頭彈尖（flat meplat）取代傳統(tǒng)圓形彈尖（rounded meplat）的彈頭專利。人們不禁要問，這有何特別之處？事實證明，彈尖形狀對彈頭的遠距離性能至關(guān)重要。該設(shè)計理念正是霍納迪公司A-Tip競賽彈頭的核心創(chuàng)新，這款被譽為市場上一致性最好、精準度最高的遠程競賽彈頭，其突破性創(chuàng)新竟源自偶然的發(fā)現(xiàn)——在這個案例中，細節(jié)確實決定了成敗。

研發(fā)背景

霍納迪公司在研發(fā)ELD-X與ELD-M系列槍彈的過程中，研發(fā)人員觀察到一個令人困惑的現(xiàn)象：在遠射程（初速低于609.6m/s）的槍彈測試中，彈頭阻力和存速存在顯著波動。為支持霍納迪4DOF（4Degrees of Freedom的縮寫，霍納迪公司開發(fā)的四維外彈道程序）外彈道程序開展的進一步測試表明，幾乎所有其他制造商的彈頭——包括鑲尖彈（tipped）、船尾形空尖彈（boat-tail hollowpoint，縮寫為BTHP）以及車削一體成形彈頭——都表現(xiàn)出相同的現(xiàn)象。值得注意的是，BTHP彈頭的阻力波動與彈頭尖部的表面處理一致性直接相關(guān)，即彈尖越尖銳，阻力波動越嚴重，且這種波動既不可預(yù)測也不穩(wěn)定。雖然數(shù)值偏差不大，但足以促使研發(fā)團隊展開系統(tǒng)性研究以解決問題。對于遠射程槍械彈頭設(shè)計而言，實現(xiàn)彈與彈之間的絕對性能一致性堪稱研發(fā)人員追求的最高境界。時任霍納迪公司首席彈道學家的戴夫·埃默里（Dave Emary）組織研發(fā)團隊研究了現(xiàn)有的文獻，并對彈頭的每個可測量參數(shù)進行了精密檢測，但始終未找到關(guān)鍵誘因。嘗試過的解決方案包括對船尾底部進行銳邊加工、在彈頭曲面上刻淺槽、調(diào)整裝藥量以及優(yōu)化彈體同軸度等，但均未奏效。

2017年春季，現(xiàn)任霍納迪首席彈道學家的杰登·奎因連（JaydenQuinlian）與戴夫·埃默里使用配備槍口抑制器的6.5mm克里德莫爾（Creedmoor）口徑步槍及質(zhì)量9.07g的ELD-M彈頭，研究槍口抑制器對遠程彈頭彈道的影響?？蜻B負責射擊，埃默里操作雷達實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。當彈頭飛行超過548.6m后，雷達顯示阻力、存速及彈頭穩(wěn)定性出現(xiàn)明顯波動。當時，兩人經(jīng)討論后初步歸因于槍口抑制器的干擾效應(yīng)，故繼續(xù)射擊試驗。但隨著5發(fā)彈匣即將打空，埃默里發(fā)現(xiàn)彈匣底部剩余彈的阻力波動似乎有所減小。經(jīng)過多次連續(xù)射擊后，兩人推斷最后幾發(fā)槍彈彈頭的尖端因槍械的后坐以及槍彈的慣性出現(xiàn)了輕微壓扁。兩人均認為這不可能產(chǎn)生任何影響。于是，兩人使用萊澤曼（Leatherman）銼刀將后續(xù)5 發(fā)槍彈彈頭的尖端銼平，并盡量使其尺寸一致?？蜻B單發(fā)裝填射擊了這5發(fā)槍彈后，它們的阻力表現(xiàn)與存速幾乎完全相同。兩人異口同聲喊道：“這不可能！”

之后，戴夫·埃默里組織研發(fā)團隊進行了大規(guī)模的文獻檢索，并咨詢了多位行業(yè)權(quán)威專家，沒有人見過或聽說過這種現(xiàn)象，也沒有人能解釋為什么會發(fā)生這種情況。因此，霍納迪研發(fā)團隊制作了許多平頭的鋁制彈尖，以便進一步深入探索平頭彈尖對彈頭性能的影響。這些平頭彈尖通過數(shù)控車床加工，精度達到可能實現(xiàn)的高度一致。然后將這些平頭彈尖替換到正在生產(chǎn)的彈頭上進行測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不僅在雷達能追蹤到彈頭的全程范圍內(nèi)阻力表現(xiàn)近乎一致，而且在跨音速（速度在音速附近）情況下，阻力值更低。完成這些測試后不久，戴夫·埃默里便從霍納迪公司退休。

奎因連在2017～2018年間持續(xù)推進了后續(xù)的研究。2018年末，霍納迪公司正式申請平頭彈尖專利，并于2019年推出革命性的A-Tip系列競賽彈頭。2020年《槍械與彈藥年鑒》（Guns amp; Ammo Annual）首次披露A-Tip彈頭后，其標志性平頭彈尖設(shè)計即引發(fā)業(yè)界關(guān)注。此后霍納迪逐步將旗下Heat Shield 尖端系列產(chǎn)品線升級為平頭彈尖設(shè)計。截至目前，A-Tip、CX、ELD-M、ELD-VT及ELD-X系列彈頭均已采用平頭彈尖技術(shù)。

雷達數(shù)據(jù)清晰印證了平頭彈尖的性能優(yōu)勢，但對其背后的流體力學原理，團隊至今仍在探索。正如奎因連所言：“我們知其然，卻尚未知其所以然。”這一偶然發(fā)現(xiàn)再次印證：彈道學領(lǐng)域的重大突破，往往始于對微小異常的執(zhí)著探究。

數(shù)據(jù)解析

雷達信息顯示，采用平頭彈尖設(shè)計的彈頭在跨音速及更低馬赫數(shù)（速度與音速的比值）區(qū)間的整體阻力、阻力波動及穩(wěn)定性顯著優(yōu)于圓形彈尖設(shè)計。圖1 展示了同型號彈頭的單項測試阻力系數(shù)對比——唯一變量為一組采用平頭彈尖，另一組為圓形彈尖。二者的性能差異清晰可見：圓形彈尖數(shù)據(jù)呈現(xiàn)明顯的不穩(wěn)定性，其阻力波動幅度是平頭彈尖的3 倍。研發(fā)團隊迫切需要揭示這一現(xiàn)象背后的空氣動力學原理。

破解這一謎題的關(guān)鍵在于紋影攝影技術(shù)（Schlieren Photography，縮寫為為SP）?；艏{迪公司研發(fā)團隊運用SP 技術(shù)開展了大量實驗，圖2 展示了平頭彈尖彈頭的SP 成像幀——注意彈尖前方主激波后方存在次級激波，且彈尖周圍深色區(qū)域顯示出強烈的空氣密度梯度變化。這兩個特征表明：彈尖處激波存在輕微剝離現(xiàn)象。對比圖3（尖頭彈尖彈頭的SP成像）可見，其主激波后方無次級激波，彈尖處也無密度梯度變化，激波完全附著于彈尖。而傳統(tǒng)圓形彈頭（roundedbullet）、尖頭彈尖彈頭（sharp-pointedbullet，也稱pointed-tip bullet 或sharplypointed bullet，不同廠家的表述差別）及空尖彈頭（hollow-point bullet）的測試結(jié)果均顯示，激波在彈尖的附著位置存在隨機性偏移。這種偏移會在彈頭表面產(chǎn)生不穩(wěn)定的橫向力，進而導(dǎo)致飛行姿態(tài)（俯仰/偏航）波動，最終引發(fā)阻力變化。簡言之，當激波無法穩(wěn)定附著于彈尖特定位置時，其附著點會因彈頭加工微小差異或槍口擾動引起的初始姿態(tài)變化而游移不定，這正是阻力波動的根源。

這一因素在遠距離射擊中尤為重要。當彈頭在遠距離下降時，旋轉(zhuǎn)彈頭的動力學特性會導(dǎo)致其相對彈道軸線產(chǎn)生逐漸增大的俯仰與偏航角偏移。由于圓形彈尖的設(shè)計，隨著彈頭姿態(tài)變化，激波在彈尖的附著位置亦隨之移動。最貼切的類比是：想象以單腳立于直徑較小的半球形穹頂頂端， 并在8.9m/s風速中竭力保持靜止——相較于站在寬闊平坦的表面上，前者顯然更易失衡。激波附著點的持續(xù)偏移引發(fā)姿態(tài)失穩(wěn)，進而導(dǎo)致阻力隨機波動與整體增大。這正是在遠射程及跨音速區(qū)間觀測到阻力波動加劇的根源。美國陸軍針對尖頭彈尖彈頭的研究報告同樣證實了此類不穩(wěn)定性現(xiàn)象的存在。

如圖2所示，彈尖周圍小范圍的高密度空氣區(qū)及主激波后方的次級激波表明，此處存在弓形激波（Bow Shock）。該激波與彈尖平面之間存在微小分離間隙，既不直接沖擊也未附著于彈頭。此外，弓形激波本身具有一定寬度，這使得彈頭對飛行過程中輕微的俯仰/偏航姿態(tài)變化敏感度降低。基于此特性，激波能夠自適應(yīng)彈道軌跡中微小的姿態(tài)波動，而無需在彈尖表面重新尋找附著點。其結(jié)果是：彈頭在減速及產(chǎn)生輕微姿態(tài)偏移時，所受阻力更為穩(wěn)定，彈道一致性顯著提升。

平頭彈尖帶來的穩(wěn)定性提升使彈頭在1.5馬赫（約502m/s）至0.9馬赫（約306m/s）的范圍內(nèi)阻力顯著降低且飛行更穩(wěn)定。與許多傳統(tǒng)彈頭不同，平頭彈尖彈頭在接近音速時不會出現(xiàn)失穩(wěn)或不可預(yù)測的行為。圖4展示了同型號彈頭在配裝平頭彈尖與圓形彈尖時的阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)變化對比。值得注意的是，圓形彈尖的阻力表現(xiàn)與尖頭彈尖幾乎完全一致，平頭彈尖在跨音速區(qū)（0.8～1.2馬赫）的阻力改善尤為顯著。圓形彈尖在 2.4馬赫以下表現(xiàn)出越來越大的不穩(wěn)定性，而在1.7馬赫以下時，不穩(wěn)定性和阻力系數(shù)急劇增加。對于平頭彈尖來說，所有這些因素共同作用，提高了遠程精度。小尺寸平頭彈尖的唯一缺點是，在高超音速下阻力略有增加。然而，當彈頭以0.9馬赫的速度飛行時，其在跨音速區(qū)域（彈頭約三分之二的飛行時間處于該區(qū)域）的阻力降低足以彌補這一不足。

由于傳統(tǒng)圓形彈尖彈頭輪廓相對于彈頭軸線連續(xù)變化，且激波附著位置會隨彈頭飛行姿態(tài)改變而偏移，導(dǎo)致激波在彈尖的附著位置持續(xù)變化。這種現(xiàn)象會造成空氣動力特性、阻力及存速的不穩(wěn)定，最終影響射擊精度。相比之下，小尺寸平頭彈尖因其固定直徑與彈體軸線保持恒定關(guān)系，只有當彈頭姿態(tài)發(fā)生顯著變化時，激波位置才會產(chǎn)生位移。這種設(shè)計創(chuàng)造了更加穩(wěn)定、一致的氣動環(huán)境。

更深入的認知

在很多人看來，這一發(fā)現(xiàn)是對槍械彈頭在超遠距離射擊中的空氣動力學與設(shè)計理論的重大突破。很難相信彈尖上這個微小的細節(jié)，即平頭與圓形的區(qū)別，竟能對彈頭性能產(chǎn)生可量化且顯著的影響，但事實確實如此！從邏輯上看，尖頭彈頭應(yīng)該具有更低的阻力，在短距離內(nèi)也確實如此。但遺憾的是，由于尖頭在遠射程上產(chǎn)生的不穩(wěn)定性和更高阻力，這種優(yōu)勢會逐漸消失。平頭彈尖對飛行性能的改善效果通過雷達數(shù)據(jù)得到了無可爭議的證實，而紋影攝影技術(shù)則驗證了氣流差異及其對彈頭產(chǎn)生的物理影響。

平頭彈尖在彈尖處產(chǎn)生的氣流動能與激波結(jié)構(gòu)，比圓形彈尖或尖頭彈尖設(shè)計更加寬容且穩(wěn)定。其結(jié)果是：這項彈頭技術(shù)擁有更穩(wěn)定、更高的存速，更強的彈頭穩(wěn)定性，并最終提升了精度。

編輯/曹晨