水槍在過去20年間有了很大的發(fā)展。普通噴射水槍只能 把水噴出2.4或2.7米遠，但是像這款Spuer Soaker CPS1200型的泵式噴射水槍的射程卻可以超過15米。

         多年來噴水玩具有了很大的改進。三十年前，普通水戰(zhàn)“勇士”僅有一把袖珍噴水手槍，不但射程相當短，甚至連“彈藥艙”也容量有限。如今，您可以在大多數(shù)玩具店找到各種各樣的水武器，還有噴水機槍、水火箭筒，甚至是水榴彈發(fā)射器。

        本文中，我們?yōu)槟议_這些讓人透心涼的夏季玩具。我們還會追溯噴水槍的發(fā)展史，從傳統(tǒng)噴射手槍到電動Uzi噴水沖鋒槍，最終發(fā)展到如今主導市場的泵式噴水器。

         20世紀80年代以前，水槍的性能相當有限。手持式水槍只能將水射出很短的距離。這些水槍射出的水流又細又弱，而且每次水射完之后都要跑到水龍頭那里重新灌水。當然這些槍已經(jīng)是很了不起的玩具，并且完美體現(xiàn)了管道供水系統(tǒng)的基本原理。

       傳統(tǒng)水槍只有幾個基本零件：

• 包括使水槍內(nèi)的微型水泵工作的扳機桿。
• 水泵連接著一根與貯水箱相通的塑料水管，以便從其底部抽水（大多數(shù)情況下，整把水槍就是一個貯水箱）。
• 水泵將水擠壓入一根細管，然后從水槍口的小洞中噴出。
• 這個洞，或者說噴嘴，將流水調(diào)整為集束水流。

• 這種設(shè)計中唯一的復雜元件是水泵，但其原理與最初的水泵一樣簡單。其主要活動元件是位于液缸內(nèi)的活塞。液缸內(nèi)還有一個微型彈簧。要操作此泵您需要：

  • 向后扣動扳機，將活塞推入液缸。
  • 這會壓縮彈簧，因此當您松開扳機時，彈簧會將活塞推出液缸。

  活塞進出液缸的這兩個沖程組成了一個完整的抽吸循環(huán)。

  活塞進入的下行沖程會收縮液缸容積，將水或空氣擠出水泵。彈簧將活塞推出的上行沖程會擴大液缸的容積，將水或空氣吸入水泵。在水槍內(nèi)，您需要從下方的貯水箱中吸水，然后通過上方的槍管將水噴出。為使所有的水都能通過槍管出去，水泵必須只能將水噴出，不能將水送回貯水箱。換言之，水只能沿一個方向通過水泵。

  單向閥就起到了這樣的作用。簡易噴射手槍中的單向閥由巧妙安裝在微型密封件內(nèi)的橡膠微球組成。共有兩個單向閥：一個位于貯水箱和水泵之間，另一個位于水泵和噴嘴之間?？蹌影鈾C，微型水泵處于下行沖程時，水的流向是反的。在微型水泵和儲水箱之間的閥門里，橡膠微球受力向密封件內(nèi)部移動，阻擋了水流；在微型水泵和槍管之間的閥門里，橡膠微球受力向外部移動。

  這樣，水在壓力的作用下便從槍口噴出。這種水泵設(shè)計合理簡單，但存在著兩大限制因素：

  • 首先，每次噴射的水­量受到泵缸容積的限制，而泵缸容積又取決于扳機機構(gòu)的行程。要壓縮并噴射更多的水，您就必須將活塞推拉更長的距離，這意味著要將扳機推拉到很后面。
  • 噴射持續(xù)時間同樣有限。每次扣動扳機只能產(chǎn)生很小的噴射水流。要想不斷噴水，就必須不斷扣動和松開扳機。
  在水槍的整個歷史中，設(shè)計師始終致力于通過不斷摸索創(chuàng)造出更好的抽吸系統(tǒng)。下一節(jié)中，我們將會了解到兩種能夠提高水槍的射程、壓力和持續(xù)時間的簡易水槍設(shè)計。然后再來探究令所有其他噴水武器都黯然失色的水槍設(shè)計。
   
  上一節(jié)中，我們看到由簡易活塞、液缸水泵和兩個單向閥組成的簡易噴射手槍。因為水泵是通過前后移動扳機來工作的，所以這種設(shè)計在噴射水流的大小、射程和持續(xù)時間上都十分有限。

  解決這類問題的一個簡單的辦法是增加泵缸和扳機的尺寸，這就是傳統(tǒng)水火箭筒的基本思路。如下圖所示，此設(shè)計中，扳機實際上不再是扳機，而更像是注射器?；旧希恍枰皇职醋』钊?，另一手按住液缸便可。如果您要從貯水箱中吸水，那么將活塞和液缸拉開。要噴射水流的話，則只需將活塞推回液缸。

   

  
  

  這使您在每次射擊時可以噴射出更多的水。如果您用力地將活塞推入液缸，就可以將水射出更遠的距離。如果您緩慢推入活塞，就可以延長水流噴射的持續(xù)時間。有些水火箭筒沒有附加貯水箱：要裝水，就必須像使用注射器一樣通過槍管吸水。

  顯然，這種設(shè)計與傳統(tǒng)噴射手槍相比，需要射擊者付出更大的力氣，因此不是非常容易使用。20世紀80年代誕生了一種幾乎全自動運行的新式水槍。從下邊的示意圖中，您可以看到這種手槍的工作方式基本上與傳統(tǒng)噴射手槍相同，不同之處是它的水泵由微型電機而不是扳機來提供動力的。扳機只不過是用于閉合電路的開關(guān)，以便讓電池驅(qū)動電機，而電機則通過轉(zhuǎn)動一系列齒輪來推動一個微型凸輪。旋轉(zhuǎn)凸輪帶有一根勾住活塞的延長桿，可以不斷拉動活塞，然后松開，使彈簧將活塞向前推回。利用這種方式，電機可以使活塞進出液缸，在上行沖程時從貯水箱中抽水，在下行沖程時將水推入槍管。

  
  

  由于水泵通過轉(zhuǎn)動的電機而不是扳機來工作，所以這種設(shè)計可以稍稍擴展液缸的尺寸，而又不會使水槍難以操作使用。這在一定程度上可以擴大噴射水流的射程。但這種設(shè)計的真正優(yōu)點是射擊者無需持續(xù)扣動扳機就能不斷噴水。如果您按下扳機，電機就能保持抽吸，快速射出水流，就像是能夠連發(fā)的機槍。

  這兩種水槍的設(shè)計雖然都在普通噴射手槍的基礎(chǔ)上邁出了一大步，但是它們依然有著明顯的缺陷。才需要射擊者有足夠的臂力，而電機水槍的水流依然相當微弱。下一節(jié)，我們將了解引領(lǐng)行業(yè)革命的水槍設(shè)計——一種能噴射到15米開外的水槍。

   

  正如前兩節(jié)的內(nèi)容所述，傳統(tǒng)水槍的主要問題是不能產(chǎn)生非常強勁的水流。這是因為每次射擊必須由射擊者或電動系統(tǒng)提供水壓。然而，這種情況下產(chǎn)生高壓水流是不可能的，因為這意味著要在短時間內(nèi)施加很大的力。

  1982年，一位名叫朗尼·約翰遜的核科學家提出了一個極具創(chuàng)意的解決方案。他在業(yè)余時間研究一種利用流水調(diào)節(jié)溫度的新型熱泵系統(tǒng)。某天深夜，他將其中一款抽吸裝置接到浴室水池，結(jié)果橫穿整個浴室的強勁水流，讓他嚇了一跳。就在那一瞬間，他突然想到水槍采用壓縮空氣就能為噴射水流提供壓力。

  Super Soaker牌CPS1200型水槍帶有兩個 貯水箱、一個可擴展水囊和一個手動操作的泵系統(tǒng)。

  為實現(xiàn)自己的想法，約翰遜向多才多藝的發(fā)明家布魯斯·達德雷德（Bruce D'Andrade）求助。達德雷德和約翰遜聯(lián)手提出了后來被稱為Super Soaker水槍的設(shè)計。

  Super Soaker水槍同樣建立在水泵裝置的基礎(chǔ)上，但實際上水泵的作用不是將水噴出槍外，而是在噴射水流前積聚水壓。最初型號的Super Soaker水槍中，使用者通過直接將空氣抽吸到單個貯水箱來積聚壓力。隨著抽入的空氣越來越多，貯水箱內(nèi)空氣的壓縮程度也越來越高，因而對箱內(nèi)的水施加的壓力也就越來越大。

  后來推出的新款水槍中，使用者通過抽入水而不是空氣來積聚壓力。通過以下示意圖，您可以了解到這種水槍的各個部件是如何組裝在一起的。

   

  
  

  與之前的水槍不同，這款水槍有兩個貯水箱（圖中標為A和B），兩者通過管道網(wǎng)絡(luò)連通。給水槍“裝彈”時，只給容量較大的貯水箱 (A) 灌水。水槍準備噴射時，反復拉動水泵把手（C）幾次。水泵把手連接著一個又長又窄的活塞（D），后者在液缸（E）內(nèi)來回運動。這個水泵類似于噴射手槍中的水泵，同樣依靠單向閥來控制水流的方向。第一個單向閥（F）位于大貯水箱和水泵裝置之間，第二個單向閥（G）位于水泵和小貯水箱之間，后者負責向槍管（H）供水。

  在Super Soaker水槍的內(nèi)部您可以發(fā)現(xiàn)一個塑料管道網(wǎng)絡(luò)。 這有點類似您家用于將水泵送到每個地方的管道系統(tǒng)。

  抽吸循環(huán)上行沖程時，隨著您拉出泵把手，后退的活塞從上方的大貯水箱中不斷吸水。此時第二個單向閥（G）保證小貯水箱（B）中的水不會向上流出。抽吸循環(huán)下行沖程時，您拉回泵把手，突進的活塞將水通過第二個單向閥（G）推出液缸并進入小貯水箱（B）。此時第一個單向閥（F）保證受壓的水不會流回貯水箱（A）。

  但所有這些又實現(xiàn)了些什么？下一節(jié)，我們將把各個部件組合起來，看看Super Soaker水槍如何形成這樣強勁的噴射水流。

  Super Soaker水槍中泵吸系統(tǒng)的目的是壓縮空氣。每次從大貯水箱將水推入小貯水箱，就會向上推擠小貯水箱內(nèi)部的所有空氣?？諝馐且环N可壓縮流體，也就是說您可以通過擠壓來減小空氣的體積，但水卻不是如此。當您將越來越多的水添加到小貯水箱時，水就會占據(jù)越來越大的容積。因為貯水箱的空間有限，占據(jù)更多體積的水就會壓縮槍體內(nèi)的空氣，以至其壓力遠高于水槍外的空氣壓力。這個高壓氣墊推動貯水箱中所有的水，而水則擠壓水槍的側(cè)邊，試圖沖出槍外以恢復壓力平衡。

  
  

  將水保持在槍內(nèi)的唯一裝置是扳機。扳機只是固定在槍殼的一根控制桿。連接在槍殼上的堅硬金屬條保持此控制桿的頂部靠著柔性塑料管到達槍管，并將其壓緊，因而沒有水可以流出。當您向后扣拉扳機時，金屬部件會彎曲，因而控制桿會松開塑料管。由于此時通道打開了，高壓空氣就會將所有的水推出水槍，從而與外面的空氣重新建立壓力平衡。如果您積聚了足夠的壓力，水就會以極高的速度噴射。

  因為每滴水都會進一步壓縮氣墊，所以噴射的力量取決于有多少水被抽吸到小貯水箱中。壓力足夠高時，壓縮空氣和高壓水的向外作用力可能超過槍體管道系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)強度，導致漏水。為避免出現(xiàn)這種情況，扳機裝置在設(shè)計上允許當壓力到達一定程度時允許一部分水流通過。這個“泄漏等級”由向下壓迫扳機的金屬的強度確定?；旧希@片金屬類似于普通的彈簧，其彈性由其成分確定。金屬的剛性越好，沖出通道所需的水壓就越高。如果采用柔性較好的金屬，水槍就會以較低的壓力漏出一些水流。

  Super Soaker水槍的恒壓系統(tǒng)（CPS）通過 將水抽吸入小型可擴展水囊來為水增壓。

  20世紀90年代末，具有更高壓力水平的新型Super Soaker水槍面世。布魯斯·達德雷德開發(fā)的這些水槍，都采用了獨特的恒壓系統(tǒng)（CPS）。該系統(tǒng)的主要組件是一個簡易水囊。后者類似于氣球，其不同之處是以剛性更好的材料制成。這些水槍采用與其他Super Soaker水槍相同類型的泵，但是水和空氣被推入水囊，而不是塑料貯水箱。泵中進了更多的水，水囊就像您給氣球吹氣一樣發(fā)生膨脹。水囊膨脹變長時，會產(chǎn)生一種恢復自然形狀的要求，因此會對水產(chǎn)生很大的內(nèi)向壓力。此時拉動扳機，打開槍管通道，巨大的壓力就會將所有水流推出槍外，這樣就形成了比僅僅通過壓縮空氣所能得到水流更強勁的噴射效果。

  Larami Ltd.公司供圖 2001年推出的部分Super Soaker 水槍產(chǎn)品。單擊每張圖片可查看大圖。

  這些不過是兩種泵式水槍。朗尼·約翰遜和布魯斯·達德雷德的第一款Super Soaker水槍以及隨后增加了水囊的新款水槍啟動了整個噴水玩具武器系列。為增加“彈藥”，一些設(shè)計中采用了像背包一樣背在背上的巨型貯水箱。而其他一些水槍，可以讓您向前方、后方和側(cè)方同時射擊，這徹底顛覆了水槍世界的面貌。過去，孩子們來玩具店買新水槍時，對于能買到什么樣的水槍一清二楚。而如今，每年夏天貨架上都堆滿了各種設(shè)計新穎的玩具水槍。除非您最近去過玩具店，否則您肯定想不到下一次打水仗時，鄰居家的小孩可能會使用什么新式“武器”。