同体积不同材质BB弹枪口比动能大小的比较研究
[李彦雷
]
]
引用本文
李彦雷. 同体积不同材质BB弹枪口比动能大小的比较研究[J].刑事技术, 2017,42(5):355-358
LI Yanlei. Comparison of Energy Density Obtained from Four Kinds of BB Projectiles Fired from Same One Airsoft Gun[J]. Forensic Science and Technology,2017,42(5): 355-358
doi: 10.16467/j.1008-3650.2017.05.003
Permissions
LI Yanlei. Comparison of Energy Density Obtained from Four Kinds of BB Projectiles Fired from Same One Airsoft Gun[J]. Forensic Science and Technology,2017,42(5): 355-358
doi: 10.16467/j.1008-3650.2017.05.003
Copyright©2017, 《刑事技术》编辑部
《刑事技术》编辑部
同体积不同材质BB弹枪口比动能大小的比较研究
作者简介：李彦雷（1982—）,男,河北深州人,硕士,工程师,研究方向为痕迹检验。E-mail: liyanlei803@163.com
摘要
目的 研究同一支弹簧活塞式BB枪发射同体积不同材质弹丸时弹丸枪口比动能的差异及其大小关系。方法 利用弹簧活塞式BB枪发射4种不同材质的同体积球形弹丸（玻璃弹丸、铝质弹丸、塑料BB弹和轴承钢珠）,利用激光测速仪对弹丸进行测速,并利用枪口比动能计算公式计算弹丸的枪口比动能,将数据按材质分为4组,比较各组数据有无统计学差异及其大小排序。结果 同体积不同材质的球形弹丸经本实验采用的弹簧活塞式BB枪发射后,弹丸枪口比动能大小有显著差异,由大到小顺序为塑料BB弹>玻璃弹丸>铝质弹丸>轴承钢珠。结论 弹丸材质影响BB枪枪口比动能的测算结果,应对现有枪支检验鉴定行业标准进一步规范化处理,增强检验鉴定科学性,规避鉴定风险。
关键词:
BB枪; 比较研究; 枪口比动能; BB弹; 弹簧活塞式
中图分类号:DF794.1
文献标志码:A
文章编号:1008-3650(2017)05-0355-04
Comparison of Energy Density Obtained from Four Kinds of BB Projectiles Fired from Same One Airsoft Gun
Abstract
Objective To probe the difference of energy density at the muzzle where and when the cubage-same-but-material-various pills are bursting out from the same one spring piston-driven BB gun, and explore the relationship of magnitude among the energy densities.Methods A 6.00mm spring piston BB gun was chosen to stochastically fire four kinds of round projectiles which were made of glass, aluminum, plastic and steel. The velocity of each projectile was measured by a laser velocimeter. Each projectile’s energy density was calculated through the relevant given formula, with all the obtained energy density values to be divided into four groups according to the projectile’s material and the values descending from large to small. The differences between the four discrepant groups were analyzed by IBM SPSS.Results The values of energy density of the fired 6.00mm round projectiles are significantly different. The magnitude order is as plastic BB at the first, then consecutively followed by the pills of glass, aluminum and steel from large to small according to their energy density values. For the airsoft gun in this study, the highest energy density is 2.56J/cm2, acquired from the plastic BB, and the lowest being 0.91J/cm2 from the steel ball.Conclusion The material-different projectiles, fired by the same one airsoft gun, produce different energy density values, indeed.
Key words:
airsoft gun; comparative research; energy density; round projectile; spring piston
BB枪（又称钢珠气枪, 英文名称airsoft gun）根据其动力供应方式的不同可以分为弹簧式、弹簧活塞式、压缩气罐式（压缩空气、压缩CO2）等。近年来, BB枪涉案逐渐增多, 引起社会各界的广泛关注。目前国内对于非制式枪支致伤力鉴定所依据的标准为《枪支致伤力的法庭科学鉴定判据》[1]和《法庭科学枪口比动能测速仪法测试规程》[2], 对于枪口比动能大于等于1.8 J/cm2[1]的即认定为枪支, BB枪的检验鉴定适用该标准。上述标准中指出, 当枪支可配用不同材质的弹丸时, 以枪口比动能大的为准。但实践中存在一些问题：第一, 各地犯罪实验室具备的弹丸种类不尽相同; 第二, BB枪持有者未必有途径获得某类弹丸; 第三, 检验鉴定人员对不同材质弹丸枪口比动能的大小认知不足, 或测试时选用弹丸过程的自主性将为最终出具的鉴定意见带来巨大风险。通过查阅文献资料可知, 国内外学者针对仿真枪的研究主要集中在弹丸测速方法和制定杀伤力标准界值方面[3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10], 未发现关于弹丸材质对BB枪枪口比动能影响方面的系统研究。本文从上述亟需解决的实际问题出发, 首次提出通过实验来探究同一支弹簧活塞式BB枪发射同体积不同材质弹丸时各弹丸枪口比动能数值的变化规律, 统计分析各组数据之间的差异性, 给出直观的数据支撑, 以期为进一步规范弹簧活塞式BB枪的检验鉴定标准和工作流程提供实验参考。
1 材料与方法
1.1 实验器材
游标卡尺（天津市量具厂, 0~200 mm, “ 86量制津字00000115号” , 精度0.02 mm）, 电子天平（JJ500型, 常熟市双杰测试仪器厂, Max500 g, d=0.01 g, “ 苏制00000193” ）, 激光枪弹测速仪（帆鹰FLGM-V型, 江苏无锡市帆鹰警用器材新技术有限公司）, 温湿度表（ACCLR JWS-A1-2型, 北京市亚光仪器有限责任公司）, 相机三脚架, 直径均为6 mm的玻璃弹丸、铝质弹丸、轴承钢珠、塑料BB弹, 弹簧活塞式BB枪1支（Airsoft Gun, No.501, Bison, Hop Up Version, High quality, 6 mm BB, Made in China, 铝质枪管, 实测口径6.10 mm）, 直径6.12 mm的BB枪塑料枪管1根。
1.2 实验环境
室内, 无风, 室内温度25 ℃, 室内湿度20 %, 白炽灯照明。
1.3 实验方法
1.3.1 风险因素控制
1）观测误差控制。实验者观测水准稳定与否, 直接关系到实验数据的可靠性。为了获得准确可靠的数据, 该实验过程中涉及的所有测量读数任务均由同一人完成。
2）实验器材设备误差控制。实验选用的枪弹测速仪于2016年1月19日经过中国计量科学院校准与测量认证, 速度值在25.628~216.478 m/s时, 测速相对误差在-0.03 % ~ -0.01 %之间。
3）实验环境风险控制。整个实验过程中的环境温度和湿度条件保持一致; 室内, 无风; 使用危险枪支射击架并佩戴护目镜。
4）为保证BB枪每次发射弹丸时释放能量相同, 该实验选用了弹簧活塞式结构的BB枪。因为该种结构的BB枪每次射击循环动作中的弹簧伸缩量相同、释能相同, 有效规避了发射动力不稳定所带来的干扰。
1.3.2 枪支击发原理
该实验采用的BB枪为弹簧活塞式结构。BB弹置于枪膛气缸的推弹口。射击时, 先拉动加压杆, 加压杆将活塞向后推, 进而活塞压缩其后的弹簧, 当活塞压缩行程达到与扳机衔接的卡榫时, 活塞被固定, 弹簧保持压缩, 枪支处于待击发状态。扣动扳机后, 活塞得以释放, 弹簧伸展, 推动活塞向前, 迅速压缩枪膛气缸内的空气, 从而形成高速气流将BB弹射出。
1.3.3 射击准备
第一步, 利用电子天平分别随机抽取并测量4种材质各20枚弹丸的质量, 计算出单枚弹丸平均质量：玻璃弹丸为0.2825 g, 铝质弹丸为0.2728 g, 塑料BB弹为0.1997 g, 轴承钢珠为0.88 g。
第二步, 4种材质的弹丸各随机抽取50枚, 利用电子天平逐一称量, 基于第一步测得的各材质弹丸的平均值, 剔除个别偏重或偏轻的弹丸, 选取下列弹丸作为实验材料：质量为0.28 g的玻璃弹丸、质量为0.27 g的铝质弹丸、质量为0.20 g的塑料BB弹和质量为0.88 g的轴承钢珠。
第三步, 利用游标卡尺分别测量随机抽取的4种材质各30枚弹丸的直径, 计算出单枚弹丸平均直径：玻璃弹丸为0.595 200 cm, 铝质弹丸为0.595 267 cm, 塑料材质BB弹为0.595 067 cm, 轴承钢珠为0.597 333 cm。将测量值四舍五入保留小数点后2位, 各组弹丸直径均取0.60 cm。
第四步, 利用准备的直径为6.12 mm的BB枪枪管逐一过滤各弹丸, 剔除不滚圆者。
1.3.4 射击试验
1）在测速仪前放置相机三脚架, 固定枪支、使枪口前端与测速仪的距离保持30 cm不变且使弹丸经过测速仪靶心。
2）4种弹丸每5枚一组, 随机装弹。模拟一种相对比较随机的射击方式, 这样操作使得实验数据更具有代表性, 分析结果更科学。
3）开启测速仪, 进行射击。
4）每两次射击的时间间隔为20 s, 每次射击完毕后, 读取并记录测速仪显示的速度值。通过控制射击时间间隔, 使枪支有充足的时间散热和缓解弹簧疲劳, 尽可能保持实验过程中枪支性能的相对稳定。
1.3.5 数据整理分析
1）对弹丸枪口速度按材质分组进行归类整理。
2）将各测速数值导入以下所列枪口比动能计算公式中进行计算：
式中：为枪弹弹丸枪口动能, 单位为J; m为枪弹弹丸质量, 单位为kg; 为枪弹弹丸枪口速度, 单位为m/s; 为枪弹弹丸枪口比动能, 单位为J/cm2; A为枪弹弹丸最大横截面积, 单位为cm2; d为枪弹弹丸最大直径, 单位为cm。
3）将计算得出的弹丸枪口比动能数值分别按弹丸种类进行归类整理, 分为玻璃弹丸组（G）, 铝质弹丸组（Al）, 塑料BB弹组（BB）, 轴承钢珠组（S）。将整理后的数据录入SPSS软件, 分别利用描述性统计分析、单因素方差分析one-way ANOVA和多个独立样本比较的非参数检验方法（Kruskal-Wallis）对数据进行分析。
2 结果
2.1 描述性统计分析
去除各组明显的离群值后, 各组样本统计量为：G组32个, Al组34个, BB组39个, S组34个。
2.1.1 弹丸枪口速度描述性统计分析
表1是4组弹丸枪口速度的描述性统计分析结果, 单位为m/s。由该表可以看出, 4种弹丸枪口速度中, BB组平均值最大（83.5238）, 其次是G组（68.5463）, 再次是Al组（66.1365）, 最小的是S组（25.7438）, 即塑料BB弹枪口平均速度> 玻璃弹丸枪口平均速度> 铝质弹丸枪口平均速度> 轴承钢珠枪口平均速度。此外, 枪口速度的极小值出现在S组(24.21), 极大值出现在BB组（85.11）。
 | 表 1 4组弹丸枪口速度描述性统计分析表 Table 1 Descriptive statistics on 4 groups of speeds at the muzzle (m/s) |
2.1.2 弹丸枪口比动能描述性统计分析
表2是4组弹丸枪口比动能的描述性统计分析结果。由该表可以看出, 4种弹丸枪口比动能平均值中, BB组平均值最大（2.4687）, 其次是G组（2.3278）, 再次是Al组（2.0891）, 最小的是S组（1.0326）。此外, 枪口比动能的极小值出现在S组(0.91), 极大值出现在BB组（2.56）。
| 表 2 4组弹丸枪口比动能描述性统计分析表 Table 2 Descriptive statistics on 4 groups of e0 at the muzzle (J/cm2) |
2.2 正态性检验
对4组弹丸枪口比动能数据利用Shapiro-Wilk方法进行正态性检验。S-W检验结果中, 4组数据的P值均大于0.05, 说明4组数据均正态性显著, 可以进一步参数检验。
2.3 单因素方差分析
2.3.1 方差齐性检验
对4组弹丸枪口比动能的方差齐性进行检验。经Levene 检验后, P=0.004< 0.05, 说明方差齐性不显著。
2.3.2 单因素方差分析
对4组弹丸枪口比动能进行单因素方差分析。分析结果显示P值小于0.05, 说明4组数据组间差异显著, 即不同材质的弹丸枪口比动能明显不同。
2.3.3 4组数据的两两比较检验
对4组弹丸枪口比动能进行多重比较分析。由于方差不齐, 这里选用了单因素方差分析里的Dunnett T3检验方法。结果显示4组数据间多重比较检验的P值均小于0.05, 说明每两组数据间均存在显著性差异。即4种材质弹丸的枪口比动能两两之间都互不相同, 差异显著。
2.4 多个独立样本非参数检验
2.4.1 Kruskal-Wallis检验
对4组弹丸枪口比动能进行非参数检验, 结果为P值小于0.05, 说明4组数据之间差异显著。即4种材质弹丸枪口比动能之间有明显差异。
2.4.2 Kruskal-Wallis检验的两两比较
对4组弹丸枪口比动能数据利用Kruskal-Wallis方法进行两两比较的结果显示：4组数据两两比较时, P值均小于0.05, 说明4组数据两两之间均存在显著性差异。即4种材质弹丸枪口比动能两两之间均有明显差异。
2.5 枪口比动能排序
根据实验及统计学分析结果, 可得出4种材质弹丸枪口比动能大小顺序为：塑料BB弹丸（0.20 g）枪口比动能> 玻璃弹丸（0.28 g）枪口比动能> 铝质弹丸（0.27 g）枪口比动能> 轴承钢珠（0.88 g）枪口比动能。
3 讨论
实验过程中对可预见的风险因素进行了规避和控制, 确保了实验测量数据的稳定可靠。
本实验4个分组中, 单组样本量均在32至39之间, 由步骤2.2与2.3.1可知, 所得4组实验数据均呈正态分布, 但总体方差不齐。针对该情况, 本实验先后采用了单因素方差分析one-way ANOVA和多独立样本比较的Kruskal-Wallis检验两种方法对数据进行统计分析。单因素方差分析one-wayANOVA方法效率高但门槛也高, 多独立样本比较的Kruskal-Wallis检验方法门槛低但不及前者灵敏。因此, 针对本实验数据情况, 这里采用上述两种方法进行检验, 两种统计分析结果相互印证和支持, 均显示4种不同材质弹丸的枪口比动能数值具有显著差异, 且4组数据间两两差异也显著, 说明该实验结果可信度较高。结合描述性统计分析中各组均值可确定4组数据的大小顺序。
由上述统计分析结果可知, 本实验所采用的4种同体积不同材质的弹丸, 经同一支弹簧活塞式BB枪发射后, 其枪口比动能大小差异显著, 具体表现为塑料BB弹丸（0.20 g）枪口比动能> 玻璃弹丸（0.28 g）枪口比动能> 铝质弹丸（0.27 g）枪口比动能> 轴承钢珠（0.88 g）枪口比动能。从该排序可以看出：1）在球形弹丸体积相同情况下, 枪口比动能大致排序规律是弹丸质量越大时枪口比动能越小; 2）在球形弹丸体积相同、质量接近时, 枪口比动能排序受弹丸材质影响明显, 如本次实验中的玻璃弹丸与铝质弹丸。根据国内现在的行业标准规定, 非制式枪支致伤力判据为枪口比动能e0≥ 1.8 J/cm2, 所以本实验中, 采用塑料BB弹、玻璃弹丸和铝质弹丸三种弹丸进行射击实验时, 弹丸枪口比动能大于1.8 J/cm2, 可认定为枪支, 而采用轴承钢珠射击时, 该种BB枪达不到枪支的认定标准。
综上所述, 弹簧活塞式BB枪采用同体积不同材质球形弹丸进行射击试验时, 弹丸质量和材质均影响枪口比动能测算值, 且后者更加值得引起注意。因为对于一项法庭科学检验工作而言, 是否具备合适的弹丸种类不应该成为影响BB枪鉴定的主导因素。而且, 伴随着时代的发展, 新型弹丸出现或旧弹丸消逝势必会带来一定的鉴定风险, 影响鉴定意见, 导致不公平判罚。目前, 该类鉴定风险在以下两种情况出现时最为明显：第一, 未送检随枪枪弹; 第二, 检材可击发多种型号多种材质弹丸。因此, 对于BB枪的检验鉴定工作, 应该将现有标准进行细化和规范化, 明确对测试过程中采用弹种的要求, 增强检验鉴定工作的科学性和可操作性。
The authors have declared that no competing interests exist.
参考文献
| [1] |
|
| [2] |
|
| [3] |
|
| [4] |
|
| [5] |
|
| [6] |
|
| [7] |
|
| [8] |
|
| [9] |
|
| [10] |
|